Изготовление порошковой проволоки

В Советском Союзе предложено два принципиально отличных метода изготовления порошковой проволоки: метод волочения /ИЭС им. Е.О. Патона/ и метод вальцовки /ВНИИСтройдормаш/. Метод волочения оказался более простым и надежным и получил преимущественное распространение. Немалую роль в этом сыграло то, что Институт электросварки не только разработал технологию изготовления порошковой проволоки, но и создал оригинальные конструкции волочильных станов. Ниже описывается изготовление порошковой проволоки методом волочения.

Производство порошковой проволоке на однобарабанных волочильных станах целесообразно в тех случаях, когда потребное количество проволоки невелико. Такое производство носит экспериментальный характер и не требует высокой производительности. В то же время по качеству проволока, полученная на однобарабанных станах, не уступает порошковой проволоке, изготовленной на многобарабанных станах. Кроме того, следует учесть, что однобарабанные станы последних конструкций позволяют получать порошковую проволоку не только трубчатой, но и иных конструкций.

Практически первой операцией при изготовлении порошковой проволоки является смешивание шихты. Перед смешиванием все порошкообразные компоненты за исключением железного порошка, если он взят из герметичной тары, рекомендуется просушивать при температуре 120-140° в течение 2 часов. Качество смешивания шихты непосредственно отражается на однородности химического состава металла шва и потому ему уделяется большое внимание. Степень перемешивания шихты зависит от соотношения компонентов, тонины помола, конструкции смесителя и режима смешивания. Шихта, идущая на изготовление порошковой проволоки, обладает ярко выраженной способностью к сепарации, потому что в ее состав входят компоненты, сильно различающиеся по своему насыпному весу. Смешивание часто производят в смесителях типа "пьяная бочка" в течение 3-4 часов. Рекомендуемая скорость вращения 10-20 об/мин. По данным Института электросварки им Е.О.Патона, смеситель типа "пьяная бочка" себя не оправдал и потому рекомендуется применять двухконусный смеситель, время перемешивания не менее 12 часов. Д.К. Безбах также отмечает, что "пьяная бочка" при небольших количествах в шихте металлических порошков не обеспечивает однородности последней. В связи с этим в особо ответственных случаях для получения небольших количеств шихты рекомендуется такой технологический процесс смешивания:

· наложение одного компонента на другой тонким слоем;

· перетирание шихты до визуальной од­нородности;

· смешивание в двухконусном смесителе в течение 1 часа;

· смешивание в смесителе, обеспечивающем подбрасывание шихты с частотой 50-60 раз в минуту в течение 4-5 мин.

Лучшие результаты при смешивании шихты получаются при соотношении компонентов 1:1 и при одинаковой их сыпучести. Качество перемешивания определяется химическим анализом, который должен дать одинаковые результаты дал навесок, взятых из разных мест готовой шихты.

Упоминаемая выше способность шихты к сепарации требует соблюдения особых условий при ее хранении. Готовую шихту не следует транспортировать, пересыпать и трясти. Стальная лента перед изготовлением порошковой проволоки также проходит ряд подготовительных операций. Подготовка ленты заключается в ее очистке от следов ржавчины и загрязнений, обезжиривании для удаления смазки, намотке на кассету стана.

Готовые, шихта и лента подаются на волочильный стан,• принципиальная схема которого показана на рис. 4.2. Узлы стана скомпонованы на станине, внутри ее расположены электродвигатель, редуктор, ременные передачи и электропроводка. На верхней крышке станины укреплены барабан, получавший вращение от редуктора и предназначенный для намотки проволоки, фильеродержатель, обычно изготовляемый в комплекте с бункером для шихты, направляющий ролик или система направляющих роликов и очистительное устройство, производящее окончательную очистку ленты. Сбоку от стана на специальном кронштейне устанавливается кассета для намотки ленты.

Современные конструкции волочильных станов имеют большие скорости волочения, они позволяют изготавливать проволоку не только трубчатой, но и более сложных конструкций. Примером такого стана является лабораторный волочильный стан 0Б-575, разработанный ОКБ Института электросварки им. Е.О. Патона. Указанный стан характеризуется скоростью изготовления и перетяжки порошковой проволоки от О до 150 м/мин, причем в этом диапазоне можно установить любую стабильную скорость.

Рисунок 4.2 Схема однобарабанного волочильного стана для изготовления порошковой проволоки

На стане можно изготавливать порошковую проволоку различных конструкций:

1. трубчатую,

2. трубчатую, с одним загибом внутрь,

3. трубчатую, с двумя загибами внутрь,

4. трубчатую двухслойную /коаксиальную /.

Технология изготовления порошковой проволоки в общих чертах такова. Предварительно загнутый в трубочку конец ленты пропускается через очиститель и фильер и захватывается специальным зажимом, который тросом или цепью связан с барабаном. В бункер засыпается шихта, в дальнейшем самотеком поступающая на ленту. При включении стана барабан натягивает трос и начинается процесс волочения. Лента, попадая в фильер, сворачивается, образуя трубку, заполненную шихтой. Диаметр первого фильера чаще всего выбирается по формуле:

,

где В – ширина ленты.

Скорость сворачивания ленты в трубку при поступлении шихты самотеком принимается равной 5-10 м/мин. При больших скоростях в порошковой проволоке возможно появление пустот, что объясняется зависанием шахты в бункере, недостаточной сыпучестью шихты и т.д. Поэтому большие скорости волочения проволоки через первый фильер допустимы лишь при принудительной подаче шихты. После пропускания всей ленты через первый фильер бухта порошковой проволоки снимается с барабана и устанавливается на специальную кассету с вертикальной осью вращения, место для которой предусмотрено на верхней плите станины. Следует помнить, что после сворачивания ленты в стыке трубки остается небольшой зазор, что в сочетании с неуплотненной шихтой может привести к высыпанию части шихты. Для осуществления дальнейших операций, имеющих целью уплотнение шихты и уменьшение диаметра, конец проволоки обжимается и посредством направляющего ролика 4 подается в фильер меньшего диаметра. После этого вся бухта проволоки подвергается перетяжке и снова наматывается на барабан. 2. Количество перетяжек проволоки подбирается опытным путем, при этом следует исходить из того, что спрессованная шихта в готовой порошковой проволоке не должна высыпаться при разрыве оболочки. Это достигается при коэффициенте уплотнения К_ш = 2,3 - 2,6 для разных составов шихт. В данном случае коэффициентом уплотнения следует понимать отношение удельного веса сердечника готовой проволоки к насыпному весу шихты. Качество порошковой проволоки получается тем выше, чем большему количеству перетяжек она была подвергнута и, таким образом, чем меньше разница диаметров предыдущего и последующего фильеров. Видимо, достаточно в большинстве случаев четырех-пяти перетяжек. Скорость волочения проволоки при перетяжках в два-четыре раза превышает скорость сворачивания. Диаметры фильеров для перетяжки зависят от размеров ленты, диаметра первого фильера, технологии волочения. Например, для ленты 15х 0,8 при диаметре первого фильера, равном 5 мм, последующие фильеры могут иметь диаметры 4,5; 4,0 и 3,5 мм. Обычно в станах для изготовления порошковой проволоки применяются стандартные фильеры из сплавов ВК6 и ВК8. Некоторые исследователи предлагают делать закругление на входной кромке фильера, чтобы вход в него был плавным. При сворачивании ленты и при перетяжках необходимо обеспечивать качественную смазку проволоки перед фильером. Как смазывающие вещества применяются кусковое мыло, мыло с графитом, нефтяной парафин. Производительность однобарабанных станов определяется двумя главными факторами: скоростью сворачивания ленты и числом перетяжек. Повышения скорости сворачивания добиваются в настоящее время путем предварительной подвальцовки ленты, а также изменением конструкции засыпного устройства.

Приспособление для предварительной подвальцовки ленты /рис.4.3 / устанавливается перед засыпным устройством и фильером. Операция подвальцовки осуществляется профилирующими роликами. Необходимость изменения конструкции засыпного устройства для повышения скорости волочения через первый фильер объясняется тем, что, как указано выше, в проволоке могут оказаться пустоты при большой скорости процесса.

Рисунок 4.3 Приспособление для предварительной подвальцовки ленты

С этой целью иногда применяют механический ворошитель шихты, более перспективным является способ свободной засыпки шлихты широкоструйным потоком, обеспечивающим равномерное заполнение желобчатой ленты при высоких скоростях волочения. Шихта засыпается в бункер, из которого транспортерной лентой подается в желобчатую электродную ленту. Ширина и толщина слоя шихты устанавливаются шибером. При этом расход шихты, определяемый сечением зазора шибера и скоростью транспортерной ленты, устанавливается несколько большим, чем потребное количество шихты в желобе ленты. Излишек шихта на ленте удаляется твердосплавным скребком в приемный бункер, из которого транспортером вновь поднимается в главный бункер. Гипромез при проектировании многобарабанных волочильных станов использовал такой же принцип заполнения ленты, но в другом конструктивном оформлении. Указанные мероприятия позволяют поднять скорость сворачивания ленты в первом фильере до 40 м/мин.

Необходимым узлом каждого стана является устройство для заострения концов проволоки. Выше указывалось, что для осуществления процесса волочения необходимо конец проволоки пропустить через фильер. Устройство, показанное на рис. 4.4, дает возможность согнуть ленту перед волочением и обжимать конец проволоки перед каждой новой перетяжкой.

Рисунок 4.4 Устройство для заострения концов порошковой проволоки

Из рисунка видно, что устройство для заострения концов состоит из двух валиков, имеющих на поверхности канавки различных диаметров. Валики вращают рукой или мотором. Постепенно уменьшающиеся диаметры канавок позволяют получать необходимый диаметр конца проволоки.

Многобарабанные волочильные станы служат для изготовления порошковой проволоки в производственных масштабах, они отличаются высокой производительностью, дают хорошее качество проволоки, просты и удобны в эксплуатации. Эффективные конструкции четырех - и шести барабанных станов разработаны Алма-Атинским заводом тяжелого машиностроения налажен серийный выпуск станов. В промышленности применяется прямоточный волочильный стан с автоматическим регулированием соотношения скоростей между барабанами в зависимости от вытяжки проволока. В производственных условиях испытан и работает также прямоточный стан 4/250 со скольжением / в пределах 4-6% / на скорости волочения 80 м/мин. Диаметр чистового барабана стана 250-350 мм, а промежуточных 300-350 мм. Все конструкции станов созданы по единому принципу, который заключается в том, что несколько однобарабанных станов, каждый из которых получает рабочее движение от собственного электромотора скомпонованы в одну технологическую линию. На общей станине стана установлены очистительное приспособление, засыпное устройство, фильеродержатели с фильерами и барабаны для намотки проволоки. Принципиальная схема четырехбарабанного стана показана на рис. 4.5.

Рисунок 4.5 Принципиальная схема четырехбарабанного волочильного стана: 1 стальная лента; 2 – бункер для шихты; 3 – фильеродержатель; 4 – намоточный барабан; 5 – порошковая проволока

Стальная лента, проходя через очистительное устройство и засыпной бункер, попадает в первый фильер, в котором происходит сворачивание ленты в трубку. Выходя из фильера, проволока наматывается снизу на первый барабан и в то же время сверху разматывается с него, поступая во второй фильер, где происходит уплотнение шихты. Третий и четвертый фильеры предназначены также для перетяжки проволоки с целью уменьшения ее и уплотнения шихты. В процессе волочения на каждом из трех первых барабанов находится 2-3 витка проволоки, которые буксуют по поверхности барабана для предупреждения образования петель.

Волочильные станы для производства проволоки имеют заправочную скорость порядка 20 м/мин и плавный разгон до рабочей скорости, которая достигает 150 и 200 м/мин соответственно при четырех - и шестикратном волочении. В настоящее время проводятся работы по повышению скоростей волочения до 500 м/мин.

Во время работы стана оператор выполняет следующие операции:

1/ следит за правильностью разматывания ленты;

2/ контролирует качество удаления масла с поверхности ленты;

3/ пополняет запас шихты в загрузочном бункере;

4/ не допускает засорения фильеров;

5/ регулирует скорости вращения барабанов;

6/ своевременно снимает с последнего барабана мотки готовой проволоки и связывает их;

7/ контролирует качество проволоки внешним осмотром.

Важное значение при работе на четырехбарабанных станах приобретает контроль за коэффициентом заполнения в процессе производства порошковой проволоки. Обычный контроль, производимый после изготовления проволоки, лишь фиксирует факт появления брака, в то время как необходимо его предупредить. С этой целью предложен прибор ПККП-2, предназначенный для автоматического контроля порошковой проволоки в процессе ее изготовления и для управления рабочими органами при отклонениях от нормы с целью возврата к нормальным условиям работы. Система автоматического контроля за правилъностью технологического процесса состоит из двух контрольно измерительных приборов, один из которых фотоэлектрический/ поставлен в бункере с шихтой, второй /индукционный /контролирует свернутую в трубку проволоку.

Фотоэлектрический индикатор состоит из транзисторного преобразователя светового потока, который поступает на вход фотодиодного датчика, работающего в режиме фотосопротивления, регулятора напряжения с магнитоэлектрической головкой, последняя, помимо функции указателя напряжения, служит также и регистратором степени заполнения трубки шихтой.

Кроме показывающего прибора, в схеме предусмотрено релейное устройство, включающее звуковой и световой сигнализаторы при отклонениях от нормы.

Принцип работы сигнализатора заключается в следующем. Пучок света из линзового коллиматора модулируется струйкой порошка, сыплющегося из бункера на металлическую ленту в момент ее сворачивания в трубку. При нормальном поступлении порошка на ленту световой пучок полностью перекрыт и подача света на фотодиод отсутствует. В случае перерывов в поступлении шихты на чувствительный элемент датчика попадает свет. Изменение сопротивления фотоэлемента преобразуется в изменения тока на выходе полупроводникового усилителя, которые наблюдаются на миллиамперметре.

Степень фактического заполнения порошковой проволоки шихтой определяется с помощью индукционного прибора ПККП-2, который является ламповым генератором не затухающих электрических колебаний с вынесенным за пределы измерительного блока сеточным контуром, служащим датчиком прибора.

В зависимости от параметров оболочки проволоки прибор может быть настроен на нужную степень ее заполнения ферритной шихтой, а это позволяет воздействовать на механизм привода в случае рассогласования параметров порошковой проволоки с заданными. Отбраковка производится удалением бракованного участка проволоки при остановленном стане с последующим устранением причин, вызвавших нарушение технологического процесса.

Готовая порошковая проволока обязательно контролируется. При этом проверяют:

а/ наружную поверхность проволоки;

б/ величину коэффициента заполнения;

в/ сварочно-технологические свойства;

г/ соответствие химического состава наплавленного металла требуемому.

При наружном осмотре выявляют изломы проволоки, раскрытые стыки, глубокие риски по образующей /получаются вследствие чрезмерного износа фильеров/, наличие ржавчины. Затем от бухты проволоки отрезают куски длиной 200-300 мм, взвешивают их, раскрывают для удаления сердечника и оболочку снова взвешивают. Это дает возможность определить коэффициент заполнения по приведенной выше формуле. Не рекомендуется для определения коэффициента заполнения использовать начальный и конечный отрезки бухты, так как в них по технологическим причинам возможны пустоты. При раскрытии образцов обращают внимание на сплошность сердечника проволоки и достаточность уплотнения. Необходимо убедиться в отсутствии ржавчины в сердечнике, так как она вызывает порообразование при сварке.

Иногда следует проводить также технологические испытания проволоки в целях выяснения устойчивости горения дуги, разбрызгивания и т.д. и определять соответствие химического состава наплавленного металла требуемому составу. Основные правила приемки и контроля порошковой проволоки при массовом производстве разработаны ИЭС им. Е.О.Патона.

Готовая порошковая проволока довольно быстро корродирует, причем коррозия начинается, кал правило, с сердечника. Вследствие этого она может храниться лишь недолгое время в сухих помещениях. Для длительного хранения проволока должна упаковываться в герметически закрытые сосуды, куда закладывается силикагель.

Дата добавления: 2015-12-08