Мыльная смазка на сварочной проволоке
Обновлено: 19.05.2024
Использование: для промышленной очистки металлических поверхностей от технологической смазки и загрязнений, может быть использовано при подготовке поверхности металла перед нанесением металлических покрытий в черной металлургии и других отраслях промышленности. Сущность: моющий раствор содержит, мас.%: сода 1,5-2,5, сульфат натрия 0,3-0,6, вода - остальное. Технический результат - повышение степени очистки поверхности сварочной проволоки, предназначенной для дальнейшего омеднения, и снижение себестоимости моющего раствора. 1 табл.
Изобретение относится к моющим растворам, применяемым для промышленной очистки металлических поверхностей от технологической смазки и загрязнений, и может быть использовано при подготовке поверхности металла перед нанесением металлических покрытий в черной металлургии и других отраслях промышленности.
Недостатками известного моющего средства являются его токсичность и недостаточная моющая способность.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является моющий раствор для очистки и обезжиривания металлической поверхности, содержащий, мас.%: натрий кремневокислый - 0,10-0,25; калий кремневокислый - 0,20-0,50; натрий азотнокислый - 0,03-0,05; кальцинированная сода - 2,0-4,0 и вода - остальное (Патент RU №2247142, C11D 7/10, опубл. 2005.02.27).
Недостатком известного изобретения является недостаточная моющая способность, сложность изготовления и неоправданно высокая стоимость.
Задачей изобретения является повышение степени очистки поверхности сварочной проволоки, предназначенной для дальнейшего омеднения, и снижение себестоимости моющего раствора.
Поставленная задача достигается тем, что моющий раствор для очистки сварочной проволоки, предназначенной для омеднения, содержащий соду и воду, согласно изобретению дополнительно содержит сульфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого моющего раствора, заключается в том, что введение в его состав нового компонента - сульфата натрия, в заявляемых пределах, улучшает моющую способность раствора. В присутствии в моющем растворе сульфата натрия загрязнения, находящиеся на поверхности проволоки в виде тонкой пленки, распадаются на более мелкие частицы и смываются с поверхности металла. Частицы не налипают обратно на очищенную поверхность и не слипаются между собой. Кроме того, сульфат натрия является отходом при очистке промывных вод участка омеднения сварочной проволоки, что позволяет снизить себестоимость моющего раствора.
При содержании сульфата натрия в моющем растворе менее 0,3 мас.% после промывки на поверхности сварочной проволоки остаются следы загрязнений. Повышение содержания сульфата натрия в моющем растворе более 0,6 мас.% нецелесообразно, т.к. моющая способность раствора остается на прежнем уровне.
Сода является активным моющим компонентом. При содержании в растворе соды более 2,5 мас.% происходит ухудшение качества очистки поверхности проволоки, так как моющий раствор плохо удаляется с металлической поверхности, а при содержании менее 1,5 мас.% раствор имеет недостаточную моющую способность.
Реализация предлагаемого состава осуществлялась следующим образом (пример №3 таблицы).
Для приготовления заявляемого моющего раствора для очистки сварочной проволоки в специальную емкость заливали воду и нагревали острым паром до температуры 70-80°С. При постоянном перемешивании в воду порциями засыпали соду, например натрий углекислый (2,0 мас.%) и сульфат натрия (0,4 мас.%). Перемешивание раствора производили сжатым воздухом с давлением не более 2 атм, подаваемым со дна специальной емкости через змеевик с отверстиями.
Получили моющий раствор следующего состава, г/л: натрий углекислый - 20; сульфат натрия - 4; вода - остальное.
Испытания полученного раствора: моющую способность и оценку степени очистки металлической поверхности сварочной проволоки проводили на участке омеднения в сталепрокатном производстве ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат".
Результаты испытаний различных составов моющих растворов для очистки металлической поверхности приведены в таблице.
| № | Количество компонентов моющего раствора, мас.% | Степень очистки, % | Степень очистки поверхности металла после промывки | ||
| Сода (натрий углекислый) | Сульфат натрия | Вода | |||
| 1 | 1,0 | 0,1 | остальное | 67,4 | Низкая (загрязнения не полностью удаляются с поверхности металла) |
| 2 | 1,5 | 0,3 | -//- | 98,1 | Высокая |
| 3 | 2,0 | 0,4 | -//- | 98,2 | Высокая |
| 4 | 2,5 | 0,6 | -//- | 98,0 | Высокая |
| 5 | 3,0 | 0,8 | -//- | 78,5 | Низкая |
Из таблицы видно, что моющие растворы заявленного состава обладают оптимальными свойствами (высокая степень очистки - 98,2%, поверхность металла - чистая). После омеднения покрытие сварочной проволоки, очищенной растворами №2-№4, имеет высокое качество медного покрытия - равномерный, плотный, блестящий слой, прочно сцепленный с поверхностью проволоки. Очистка проволоки моющими растворами №1 и №5 не позволяет получить необходимое качество медного покрытия, отвечающего требованиям, предъявляемым к омедненной проволоке, предназначенной для сварки.
Таким образом, при использовании предлагаемого моющего раствора для очистки металлической поверхности сварочной проволоки при заявляемом соотношении компонентов достигается высокое качество очистки.
Предлагаемый моющий раствор промышленно применим для очистки металлических поверхностей от смазки и загрязнений и может быть использован при подготовке поверхности сварочной проволоки к дальнейшему омеднению.
Моющий раствор для очистки сварочной проволоки, предназначенной для омеднения, содержащий соду и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит сульфат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Изобретение относится к области моющих составов для очистки металлических поверхностей деталей оборудования и машин от нефти, нефтепродуктов и продуктов их разложения и может быть использовано на операциях промывки от нефтезагрязнений в моечных машинах при межоперационной очистке, для очистки поверхностей в труднодоступных местах, микротрещинах, поверхностях, поврежденных с потерей металла от окалины и коррозии.
Изобретение относится к гипохлоритным отбеливающим составам, предназначенным для очистки разнообразных субстратов. .
Изобретение относится к моющим растворам, применяемым для промышленной очистки металлических поверхностей от загрязнений, и может быть использовано при подготовке поверхности металла перед окрашиванием или нанесением металлических покрытий в машиностроении, черной металлургии и других отраслях промышленности.
Изобретение относится к химическим средствам для очистки поверхностей от минеральных отложений различного происхождения и может быть использовано в молочной промышленности для очистки технологического оборудования и в других областях агропромышленного комплекса, а также в энергетической области.
Изобретение относится к составам на основе оксида кремния, в частности к вяжущей суспензии, и может применяться в антипригарном покрытии, в составе для чистки санитарно-технического оборудования и в смеси для изготовления строительных материалов.
Изобретение относится к мокицедезинфицирующим средствам (МДС) для обработки молочного оборудования. .
Настоящее изобретение относится к кислотному очищающему средству для очистки поверхностей от минеральных отложений, включающему нитрат мочевины, отличающемуся тем, что содержит ингибиторы коррозии, такие как алкиларилсульфонаты, алкилсульфонаты, алкилсульфаты, алкилфосфаты, алкилфосфонаты, алкилсукцинаты натрия, или соответствующие им кислоты с алкильной группой C6-C14, при следующем соотношении компонентов (мас.%): азотная кислота в перерасчете на 100%-ную - не менее 45%, ингибиторы коррозии - 0,2-5%, вода - 10-15%, мочевина - остальное до 100%. Техническим результатом настоящего изобретения является создание кислотного очищающего средства для очистки от минеральных отложений, обладающего улучшенными антикоррозионными и моющими свойствами. 3 табл.
Изобретение относится к улучшенной многофункциональной очищающей композиции для удаления пищевых загрязнений, содержащей: от 0,2% до 10,0% вес. композиции, включающей метансульфокислоту или соль щелочного металла этой кислоты; от 0,1% до 8,0% вес. композиции, включающей гипохлорит; эффективное количество щелочного агента для корректировки значения pH раствора до более чем 8; и по меньшей мере один материал, выбранный из пороговых ингибиторов, ингибиторов образования отложений, хелатирующих агентов и триполифосфатов. Причем указанная композиция демонстрирует начальный объем пены менее чем 200 мл после динамического тестирования на вспенивание, в котором 100 мл 0,5% (об./об.) использованного разбавления указанной композиции помещают в 1 л цилиндр с делениями, который содержит сферический газовый диффузор диаметром 2,5 см, изготовленный из оксида алюминия, и пропускают поток газа через диффузор со скоростью 1,5 л в минуту в течение 15 с. Техническим результатом предложенного изобретения является получение очищающей композиции для уменьшения или предотвращения отложений без увеличения образования пены. Изобретение также относится к способу удаления пищевых загрязнений с использованием указанной композиции, к способу получения многофункциональной очищающей композиции для удаления пищевых загрязнений и к композиции для разбавления. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 табл., 5 пр.
Настоящее изобретение относится к связывающей кальций композиции, содержащей от 40% до 60% по меньшей мере одной глюкаратной соли, от 5% до 15% по меньшей мере одной глюконатной соли, от 3% до 9% по меньшей мере одной 5-кетоглюконатной соли, от 5% до 10% по меньшей мере одной тартратной соли, от 5% до 10% по меньшей мере одной тартронатной соли, от 1% до 5% по меньшей мере одной гликолятной соли и от 1% до 50% по массе по меньшей мере одной соли алюминия. Также настоящее изобретение относится к способу связывания ионов кальция (варианты) и к моющей композиции. Техническим результатом настоящего изобретения является получение экологически благоприятной очищающей композиции, которая может заменить свойства фосфорсодержащих соединений, а также аминокарбоксилаты. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 пр., 3 ил.
Данное изобретение относится к композициям, способным связывать ионы кальция, получаемым частично из возобновляемого углеводного сырья. Описана связывающая кальций композиция, содержащая комбинацию: (a) от 40 до 60% по весу по меньшей мере одной соли глюкарата, от 5 до 15% по весу по меньшей мере одной соли глюконата, от 3 до 9% по весу по меньшей мере одной соли 5-кето-глюконата, от 5 до 10% по весу по меньшей мере одной соли тартрата, от 5 до 10% по весу по меньшей мере одной соли тартроната и от 1 до 5% по весу по меньшей мере одной соли гликолата; (b) от 1 до 50% по весу по меньшей мере одной соли аниона оксокислоты; и (с) от 1 до 10% по весу по меньшей мере одной соли лимонной кислоты, а также детергентная композиция, включающая связывающую кальций композицию. Технический результат – создание кальцийсвязывающих композиций, используемых в составах чистящих композиций, являющихся мягкими чистящими средствами относительно окружающей среды. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 13 табл.
Мыльная смазка на сварочной проволоке
1. Требования
К стальной проволоке и процессам ее производства предъявляется такое количество требований, что их систематизация практически невозможна. Как и при волочении медной проволоки, в этих процессах используют смазочные материалы для сухого и мокрого волочения, выбор которых зависит от различных критериев, приведенных в табл. 1.
Таблица 1. Критерии выбора смазочных материалов для волочения стальной проволоки
Базовый материал (в соответствии с типом и силой натяжения)
Оборудование для волочения
Классификация по толщине готовой проволоки
Промежуточный и окончательный отжиг
Требования к поверхности готовой проволоки
Требования к силе натяжения готовой проволоки
Последующие процессы (покрытие, отжиг, гальванопластика)
Большинство стальной проволоки различают по содержанию углерода в стали
(низкоуглеродистая < 0,15%, высокоуглеродистая от 0,4 до 0,7% С).
Сила натяжения стальной проволоки варьирует в широком диапазоне и зависит от конкретного применения: например, 350 Н/мм 2 — для отожженной вязальной проволоки, а 800 Н/мм 2 — для гвоздильной проволоки. Проволоку холодного волочения из высокоуглеродистой стали для формовки отжигают и цементируют в целях придания специфических свойств для формовки. Сила натяжения прокатной проволоки варьируется от 130 до 260 Н/мм 2 . Сухое волочение требует большой предварительной обработки для создания слоя смазочного материала. Толщина проволоки 0,5 мм соответствует переходу от сухого волочения к мокрому. Часто этот лимит повышается (в соответствии с требованиями к поверхности, силе натяжения, пригодности для гальванопластики). Поэтому четкой границы по применению смазочных материалов разных видов волочения не существует.
Если толщина готовой проволоки находится в пределах 10—40 мм, то для ее получения используют одинарные волочильные станки. При меньшей толщине применяют многоступенчатые станы: например, для получения проволоки толщиной 2 мм исходную катаную проволоку толщиной 5,5 мм проволакивают через восемь стадий. После этого можно волочить проволоку до толщины 0,7 мм, для чего при сухом волочении необходимо девять операций. Необходимое усилие натяжения в зависимости от предварительной термообработки достигается холодным отверждением во время волочения. Чешуйчато-перлитная структура достигается специальной термообработкой, так называемым патентированием.
Если прямая закалка затруднена, особенно при волочении тонкой проволоки, производят промежуточный отжиг. Предварительная обработка канатной проволоки после тепловой обработки включает удаление нагара и нанесения слоя смазочного материала. Нагар удаляется механически (например, щеткой) или химически (травлением), причем последнее предпочтительнее.
2. Многослойная смазочная подложка
Для улучшения адгезии смазочного материала применяют его послойное нанесение. Помимо своей непосредственной функции снижения трения, нанесенный смазочный материал предотвращает непосредственный контакт между проволокой и волочильным отверстием. Формируемая подложка состоит как из адсорбированных, так и из химически связанных, так называемых реакционных слоев. Тип подложки и способ ее применения зависят от особенностей процесса волочения и применяемого материала. Нанесение многослойной подложки из смазочного материала является дорогостоящей операцией, увеличивающей стоимость всей продукции, и применяется только в случае необходимости.
3. Смазочные подложки на основе извести
Известь — гидроксид кальция Са(ОН)2, наносят из горячей водной суспензии на витки проволоки погружением с протравливанием (или протяжкой через печь с футеровкой из фосфорсодержащего известняка). Помимо улучшения скольжения, известь нейтрализует кислоту, оставшуюся после протравливания. В зависимости от требуемой толщины слоя концентрация Са(ОН)2 варьирует от 5 до 30 г/л. Толщина применяемого слоя, который образуется в результате многократного погружения с последующей сушкой, зависит от стадий волочения, и для грубой проволоки он значительно толще, чем для тонкой. Следует отметить, что при протравливании соляной кислотой в известковой ванне образуются хлориды, а при протравливании серной кислотой — сульфаты. Содержание хлоридов свыше 80 мг/л или сульфатов свыше 150 мг/л приводит к коррозии, поэтому пленка мыла, остающаяся после волочения, действует как антикоррозионный слой.
4. Смазочные подложки на основе буры
Проволока погружается в раствор при температуре 80—90 °С, содержащий от 120 до 350 г/л Na2B4O7 • l0H2O декагидрат-тетраборнокислого натрия. Затем проволока высушивается, и на ней образуется слой пентагидрат-тетраборнокислого натрия Na2B4O7 • 5H2O, который значительно улучшает скольжение проволоки. Для высокоуглеродистой стали использование буры в качестве смазочной подложки дает лучшие результаты, чем при применении извести. Однако из-за трудностей нанесения бура как смазочная подложка используется только в том случае, если чувствительное фосфатное покрытие разрушается при применении извести.
5. Смазочные подложки на основе фосфатов
При особо сложных условиях волочения стальной проволоки в качестве смазочной подложки используют фосфат цинка в концентрации около 3—7 г/м 2 . Фосфатный слой образуется в результате многостадийных реакций, которые в упрощенной форме могут быть представлены следующим образом.
Образование слоя в отсутствии двухвалентного иона Fe (гипотетически этот ион образуется):
Образование фосфатного слоя в присутствии двухвалентного иона Fe:
В настоящее время при производстве стальной проволоки сухим волочением с использованием мыл в качестве подложки применяют сочетание фосфата цинка с известью.
6. Оксалатное и силикатное покрытия
Нержавеющая сталь не может подвергаться фосфатированию, и ее покрывают оксалатным покрытием; соответственно, реакционный раствор содержит щавелевую кислоту вместо фосфорной, образующиеся соли железа являются активаторами и ускорителями процессов. В упрощенной форме протекающие реакции могут быть представлены в следующем виде.
Протравливание: Fe + 2Н + → Fe 2+ + Н2↑
Образование слоя: Fe 2+ + (COO)2- Fe(COO)2↓
Образовавшийся слой оксалатов содержит не только оксалат железа, но и оксалаты других металлов, присутствующих в сплаве, например никеля и хрома. В результате в зависимости от состава, структуры и толщины слоя на поверхности стали образуется покрытие толщиной от 3 до 20 г/м 2 бледно-серого, желтовато-зеленого, темно-зеленого или даже черного цвета покрытия, которое, как правило, является мелкокристаллическим. Такие покрытия применимы только для холодного формования. Силикатные покрытия (например, жидкое стекло) используют довольно редко в связи с возможным образованием абразивных продуктов, которые могут создавать проблемы при мокром волочении.
Металлические покрытия
Эстетические показатели материала часто являются определяющим фактором. С учетом этого в качестве покрытия довольно часто используют медь, которая из-за своей относительной мягкости облегчает скольжение при волочении, особенно в сочетании со слоем извести. Для нанесения медного покрытия проволоку погружают в раствор, содержащий соль меди. В случае нержавеющей стали покрытие наносится электролизом.
7. Смазочные материалы для волочения стальной проволоки
Требования, предъявляемые к смазочным материалам при волочении стальной и медной проволоки, аналогичны. Чем толще проволока, тем больше полярных и противозадирных компонентов должно присутствовать в смазочном материале. Это условие справедливо и для эмульсий, используемых при волочении тонкой проволоки, и для смазочных материалов для волочения средней проволоки.
Иногда перед мокрым волочением в качестве смазочного материала используют пастообразные смазки, содержащие наполнители. Сочетание полупластичных подложек с циркуляционной системой смазывания является одним из способов применения смазочных материалов для волочения. Однако в большинстве случаев при производстве грубой и средней проволоки в качестве смазочного материала при волочении используют мыла.
По своему химическому составу используемые при сухом волочении мыла в основном представляют из себя стеараты. Однако в качестве основы мыл может выступать не только стеариновая кислота, но и омыленные растительные и животные жиры. В зависимости от типа мыла (т. е. входящего в их состав щелочного, щелочноземельного или другого металла, в соответствии с природой которого существуют, например, натриевые, кальциевые или алюминиевые мыла) имеют различное применение. Содержание стеаратов в мылах варьирует от 20 до 80%. В состав мыл входят и другие компоненты, к которым относятся натуральные или синтетические воски (иногда для специальных целей их хлорируют), полимеры, неорганические твердые соединения, такие как известь, бура, сода, тальк, оксид титана, дисульфид молибдена, графит, сера. Мыла на основе щелочных и щелочноземельных металлов нерастворимы в воде за исключением натриевых мыл. Стеараты щелочных металлов используют для нанесения их погружением катушки проволоки в горячий водный раствор мыла с последующей сушкой, но они не применяются в волочильных ящиках.
Свойства мыл и других используемых веществ оказывают огромное влияние на свойства покрытия, остающегося на проволоке после отжига и обезжиривания, что необходимо иметь в виду при выборе смазочного материала для волочения. Для специальных целей используются мыла в сочетании с другими компонентами, не образующими после отжига золы или каких-либо остатков. Ввиду высокого локального разогрева при высокоскоростном сухом волочении используют высокоплавкие мыла. Обычно стеараты имеют более высокие температуры плавления по сравнению с олеатами (табл. 2).
Полированная проволока, ее отличительные свойства и применение
Чтобы говорить о преимуществах сварочной проволоки сплошного сечения необходимо вспомнить, что состояние поверхности при механизированной сварке в защитных газах оказывает достаточно серьезное влияние на устойчивость горения дуги, качество формирования сварного шва, уровень разбрызгивания, надежность эксплуатации сварочных полуавтоматов и роботов.
Существуют различные технологические схемы изготовления проволоки сплошного сечения.
Так, например:
1. 6,5 мм] трав →4,0мм →[ 4,0 мм] т.о.→2,0мм →[2,0 мм]то →(1,25мм) -мед -калибровка-1,18мм
• 5,5 мм ] трав → [ 2,0 мм] т.о. →( 1,25мм) мед — калибровка- 1,18 мм
• 5,5 мм > окл. →2,0 мм →
• ] трав -удаление окалины методом травления
• > окл -удаление окалины механическим методом
• → [ … мм] т.о — термообработка заготовки
• (1,25 мм) мед – омеднение заготовки
• < 2,0 мм → 1,18 мм>— совмещенный процесс волочения, омеднения и калибровки
• калибровка — доведение размера проволоки до готового диаметра
Каждое предприятие выбирает ту или иную технологическую схему, исходя из наличия имеющегося технологического оборудования. Сегодня современное производство сварочной проволоки планируют и строят с учетом экологичности технологической схемы производства, минимальных энергетических затрат.
Для справки : многие годы для изготовления металлоизделий из малоуглеродистых и низколегированных сталей методом сварки использовалась сварочная проволока в основном с неомедненной поверхностью марок Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-08ГСМТ.
Развитие атомного машиностроения и нефтегазового комплекса подтолкнуло основного разработчика ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная сварочная» ЦНИИТМАШ пересмотреть требования к поверхности сварочной проволоки используемой для изготовления изделий, работающих под давлением. Совместно с ВНИКТИ стальконструкция, институтом им. Е.О. Патона (Украина), Челябинским заводом металлоконструкций определили, что остатки на проволоке технологической мыльной смазки ведут к повышенному расходу сварочных материалов из-за разбрызгивания на сварке, увеличению трудоемкости при изготовлении готового изделия.
Введено изменение № 5 в ГОСТ 2246-70, в котором оговорено, что на проволоке марок Св-08ГС, Св-08Г2С, допускается наличие следов мыльной смазки до 0,05% от массы проволоки.
Существующие метизные заводы, выпускающие сварочную проволоку по ГОСТ 2246-70 п.3.28 не обеспечивают требования потребителей по поставке проволоки с особо чистой поверхностью. Поэтому потребители вынуждены вводить дополнительную операцию перемотки проволоки на технологические металлические катушки с одновременной очисткой ее поверхности от технологической смазки металлическими щетками, иглофрезами и т. д.
Сегодня это все решается. Есть новое поколение волочильного оборудования, а вернее сказать целые технологические линии по производству сварочной проволоки сплошного сечения с неомедненной поверхностью. Высококачественные волочильные смазки, современная технология очистки проволоки от остаточной технологической смазки, позволяют не только давать высокую стойкость твердосплавных волок при калибровке на готовый размер, но обеспечить тонкой (прозрачный) слой защитного покрытия, обеспечивающее одновременно коррозионную стойкость проволоки и отличное зажигание дуги.
Использование сварочной проволоки с полированной поверхностью, по сравнению с высококачественной омедненной проволокой, позволит:
1. Улучшить качество подачи ее по направляющим шлангам и в подающем устройстве. Основная причина – медное покрытие мягкое, которому свойственно при движении по каналам длинномерного шланга и в прижимных роликах подающего механизма истираться. Это требует регулярной чистки всей подающей системы и снижает КИО (коэффициент использования оборудования).
2. Обеспечить стабильность горения дуги за счет непрерывной подачи проволоки в зону сварки, особенно на форсированных режимах.
3 Высокое качество микроповерхности и высокая ее чистота позволяет обеспечить износ контактных наконечников на уровне, при использовании высококачественной омедненной проволоки.
4. Повысить качество молибденсодержащих проволок, используемых для сварки высокопрочных и теплоустойчивых сталей. Их сложно качественно омеднить.
Использование сварочной проволоки с полированной поверхностью, по сравнению с черной (светлой) проволокой по ГОСТ 2246-70, позволит:
• Улучшить качество подачи проволоки по длинномерным шлангам, подающего механизма, за счет высокой степени чистоты поверхности проволоки, и соответственно уменьшить время простоя сварочного оборудования на чистке от технологической смазки.
2 . Уменьшить потери металла на разбрызгиваемость до 25%.
3. Стабильность горения дуги за счет обеспечения непрерывной подачи проволоки в зону сварки.
- Хорошее формирование сварочного шва, как по геометрии, так и по текстуре.
- Исключить затраты для механической дополнительной зачистки.
Экологическая безопасность:
Современная технология обеспечения высокой степени качества поверхности – это гарантированно использованием экологически чистых материалов нового поколения.
При проведении сварочных работ выделения вредных аэрозолей соответствует стандартным нормам.
Применение проволоки:
Сварочная проволока сплошного сечения с полированной поверхностью может использоваться при изготовлении ответственных металлоконструкций, где требуется формирование плотных с хорошей геометрией сварных швов с гарантированными механическими свойствами наплавленного металла:
Классификация процессов формования
В соответствии с DIN 8584 процессы формования относятся к промышленным процессам формования в условиях растяжения и сжатия и наиболее близки к процессам выдавливания при скольжении. Волочение проволоки и прутов применяют для получения полупродуктов с гладкой поверхностью, которые могут использоваться для самых различных целей (табл. 1)
Таблипа 1. Области применения
Цельные и пустотелые детали обычно выдавливают с помощью стандартных инструментов (штампы, насадки, кольца для выдавливания), уменьшая поперечное сечение заготовки или изменяя его форму. Этими инструментами также проделываются отверстия.
Волочение круглых стержней теоретически сопоставимо с волочением проволоки. При выдавливании стержней и труб некруглого сечения надо иметь в виду, что определять трение, износ и действие смазочных материалов следует по всей границе поперечного сечения. При волочении проволоки или выдавливания профильных деталей трение скольжения между поверхностью детали и полости волоки уменьшается за счет введения смазочного материала. При выдавливании труб необходимо смазывать внутреннюю поверхность инструмента и поверхности стенок.
В случае волочения проволоки обсадкой достигается значительная экономия. Стандартные смазочные материалы, использующиеся при выдавливании труб и профильных деталей, более подробно рассмотрены ниже.
Трение и смазочное действие. Станки и инструменты для волочения проволоки
Ни в каких других процессах металлообработки не существует такой тесной взаимосвязи между смазыванием и работой станков и технологического оборудования, как в случае волочения проволоки. Различают сухое и влажное волочение, иммерсионное и экструзионное оборудование, а также штампы для сухого и влажного волочения. В зависимости от применяемого метода волочения используют три различные технологии смазки.
• Сухое волочение (при волочении проволоки этот термин означает не отсутствие смазки, а использование твердых смазочных материалов) сухими смазочными мылами на матрице. Эти материалы только смазывают матрицу, но практически никогда не выполняют охлаждающих функций.
• Смазка пастами или высоковязкими маслами: используют смазки, смазочные масла или эмульсии.
• Влажное волочение: осуществляется с применением эмульсий типа «масло в воде», очень редко используются безводные смеси масел. Крайне редко применяются специальные высоковязкие разлагающиеся масла на основе твердых эфиров. Основными задачами смазочного материала при влажном волочении являются смазывание и охлаждение поверхности, а также сохранение чистоты оборудования. Критерием для выбора типа смазочного материала является также толщина проволоки. Классификация волочения по толщине готовой проволоки Размеры проволоки определяются национальными и международными стандарты, такими как ISO DIS 22 034-2 или ADDMA 8911. Применяется также тривиальная классификация. Например, деление стальной проволоки по размерам приведено в табл. 2.
Таблипа 2. Размеры стальной проволоки
Другая классификация, применяемая для медной проволоки, приведена втабл. 3.
Таблипа 3. Размеры медной проволоки
Силы и напряжения, действующие при волочении
В отверстии волоки происходит уменьшение поперечного сечения (рис. 1).
Например: проволока толщиной 1 мм 2 протягивается через отверстие 0,8 мм 2 , т. е. ε = 0,2 (20%). Если поперечное сечение проволоки изменяется от 1 до 1,2 мм 2 , то λ = 0,2 (20%). В то же время уменьшение поперечного сечения означает увеличение площади поверхности. Трение скольжения в отверстии волоки происходит в крайне сложных условиях.
При волочении проволоки на станках сила волочения Fz приложенная к волочильной плите, более известной как конус, вызывает уменьшение диаметра заготовки и ослабляется силой, противодействующей волочению. Составляющую силы выдавливания, направленную на уменьшение поперечного сечения, часто называют натяжением волочения δz. Очевидно, что натяжение волочения не должно быть больше предела текучести или предела прочности проволоки на разрыв, поскольку иначе произойдет разрыв проволоки. При высоких скоростях волочения натяжение волочения должно быть значительно ниже предела текучести для того, чтобы компенсировать различные отклонения в свойствах материала и коэффициенте трения. Относительное натяжение волочения определяют для обеспечения безопасности при волочении. Теоретически, согласно формуле Сибеля, натяжение волочения можно разделить на три части: формование без потерь, трение и перемещение (или сдвиг). Приведенное уравнение Сибеля не учитывает обратного натяжения. Суммарное трение возрастает с увеличением коэффицинта трения μ и уменьшением поперечного сечения F и уменьшается с уменьшением угла конуса волочения а. Поскольку натяжение волочения для заданного перемещения возрастает с увеличением угла конуса волочения, то необходимо определять оптимальный угол конуса волочения а для данного натяжения волочения. Однако, как размеры конуса волочения, так и натяжение волочения не определяют оптимального трения. Зависимость натяжения волочения от угла конуса волочения приведена на рис. 2, где в качестве материала выбрана латунь, предполагаемым необходимым условием является угол волочения около 20°, при котором гидродинамическкая нагрузка оптимальна.
При волочении проволоки эмпирические данные для оптимизации параметров отверстия в матрице имеют большее значение, чем теоретические расчеты. С другой стороны, на практике в первую очередь рассматривается не сила волочения, а износ матрицы и качество обработки поверхности.
Инструменты для волочения и износ материалов
Инструменты волочения (волоки и кольца) изготавливают из стали, твердых сплавов, монокристаллических и поликристаллических алмазов. Слои поликристаллического алмаза состоят из беспорядочно ориентированных алмазных частиц, спеченных вместе в композиционный материал на подложке из цементированного карбида вольфрама.
Стальные волоки используют специально для волочения стальных стержней и труб. Волоки из твердых сплавов применяют в основном для волочения стальной проволоки. Проволоку меньшего диаметра получают в основном на волоках, сделанных из спеченного твердого сплава. Алмазные инструменты используют для волочения проволоки среднего диаметра, но чаще всего — для волочения тонкой и сверхтонкой проволоки из меди, стали, молибдена и вольфрама. Сплавы металлов, спеченные под давлением, успешно применяются для влажного волочения в волоках из твердых металлов.
Пористость спеченных при нормальном давлении матриц, используемых обычно для сухого волочения, отрицательно сказывается на процессе волочения и приводит к нежелательному износу. Волоки, спеченные под давлением, имеют ряд преимуществ, поскольку они хорошо полируются.
Наряду со степенью неоднородности, важнейшим фактором, обусловливающим износ природных алмазов, является ориентация кристаллов. Поликристаллические спеченные алмазы являются предпочтительными для профильного волочения проволоки среднего диаметра и тонкой проволоки. По сравнению с одиночными кристаллами их противоизносные свойства не зависят от ориентации; кроме того, они обладают большей стойкостью к ударным нагрузкам и лучше проводят тепло. При разработке геометрии отверстий матриц наряду с данными о материале изготавливаемой проволоки необходимо учитывать теоретические и эмпирические данные о смазочной пленке. В волоках из твердых металлов (рис. 3, А) и алмазном инструменте (рис. 3, Б) обычно используют различную геометрию отверстий.
При сухом волочении, с использованием в качестве смазки мыл, малый угол сужения позволяет создать соответствующий гидродинамический режим трения даже при низких скоростях протягивания (рис. 4).
При волочении тонкой проволоки смазывающую способность смазочного материала оценивают по износу волоки и количеству разрывов проволоки. Причины износа матриц волочения различны и зависят как от конструкции оборудования, так и от инородных включений в смазочном материале и на поверхности проволоки (рис. 5).
Различные формы износа матриц имеют разные причины. Большинство из них зависит от природы обрабатываемого материала. Способность смазочного материала снижать износ проявляется в зоне граничного трения и в предотвращении кавитации.
Срок службы волоки является существенным фактором, влияющим на стоимость процесса волочения проволоки. Приняв за основной параметр вес производимой проволоки, на практике можно видеть, что, несмотря на сходство при производстве грубой и средней проволоки, параметры производства различны. Например, 70 т медной проволоки диаметром 2,5 мм получают при скорости волочения 17 м/с, а 50 т диаметром 1,6 мм — при скорости волочения 30 м/с. Расширение отверстия волоки в обоих случаях составляет 0,04 мм. Для увеличения срока службы волоки используют поликристаллический алмазный инструмент, который необходимо полировать после производства каждых 50 т проволоки. В этом случае расширения не наблюдается.
Более рациональной величиной оценки срока службы волоки является предельная длина качественной проволоки, полученной на матрице (так называемый прогон до износа), однако этот критерий используется очень редко. При использовании качественного сырья, налаженном оборудовании, адекватной системе смазки и контроле изменений прогон до износа не зависит от величины диаметра: например, 12 000 км означает, что при диаметре 0,5 мм вес произведенной проволоки составляет 21,6 т, а при диаметре 0,15мм — только 1,92 т.
Разрыв проволоки
Помимо износа волоки и качества поверхности проволоки, для определения подходящего смазочного материала для влажного волочения тонкой и сверхтонкой проволоки необходимо учитывать и частоту разрывов. Существует множество причин разрыва проволоки, которые могут быть связаны со смазывающим материалом или системой смазки, например: недостаток смазки (недостаток смазочного материала или использование неподходящего смазочного материала), образование осадка на поверхности отверстия волоки (недостаточное моющее действие смазочного материала). С другой стороны, причины, связанные с недостатками исходного сырья или процесса волочения, не могут быть устранены за счет смазывания.
Гидродинамическое волочение
Гидродинамика процесса волочения достаточно изучена. Установлено, что гидродинамическое трение в отверстии матрицы играет значительную роль при высоких скоростях волочения (рис. 6).
Действие полярных противоизносных присадок является важным фактором в условиях граничного трения и позволяет избегать прерывистого движения.
Многочисленные усовершенствования как инструментов, так и систем смазки направлены на то, чтобы полностью разделить поверхности проволоки и отверстия волоки. Однако, как и в других процессах обработки давлением, непостоянный или полностью отсутствующий контакт поверхностей инструмента и заготовки приводит к образованию матовой или даже шероховатой поверхности изделия. В результате применение гидродинамического волочения ограничено первичными или промежуточными процессами.
В случае влажного волочения подача смазочных материалов осуществляется насосами, что является весьма дорогостоящим процессом. В случае жидких смазочных материалов используются специальные схемы ввода проволоки, тогда как при сухом волочении можно использовать многофункциональные составные волоки. Хорошо известны системы подачи Кристоферсона для влажного волочения и Бисра для сухого волочения с применением мыл. На рис. 6 показана наборная волока с вводной трубкой для волочения в гидродинамических условиях.
Трение на барабане
Если проволоку получают волочением прямо с барабана на одинарной волоке, то в этом случае имеет место трение скольжения. При использовании составной волоки натяжной барабан между двумя волоками при протягивании проволоки вращается быстрее, чем при однократном волочении. Это значит, что скорость барабанов должна быть скорректирована в процессе волочения между собой, в противном случае измененная скорость волочения приведет к сбору проволоки на входе.
В качестве возможного варианта решения данной проблемы изменение длины проволоки может быть скомпенсировано проскальзыванием на барабанах. Проскальзывание наблюдается при трении скольжения между проволокой и барабаном (рис. 7).
Общим правилом является то, что наибольшее скольжение наблюдается на первом барабане стана (до 30%) и почти отсутствует на последнем. В случае влажного волочения смазочные материалы охлаждают и очищают барабан. Трение между проволокой и барабаном приводит к возникновению крутящего момента на барабане, передающегося на натяжение волочения. Усилие протягивания через волоку снижается, так же как и деформация на стадии волочения за счет скольжения. Следовательно, в этом случае деформация меньше, чем при волочении без проскальзывания.
Передача усилия на барабан происходит в соответствии с законами трения (рис. 8).
Коэффициент трения должен соответствовать передаваемым усилиям. При коэффициенте трения, равном нулю (μ = 0), усилие не передается, т. е. F1 = F2 Чем меньше μ, тем больше α. Количество витков проволоки на барабане ограничивается для обеспечения надежной протяжки проволоки. При протяжке грубой мягкой проволоки число витков не должно превышать семи. При волочении сверхтонкой проволоки число витков не должно приводить к полной обмотке, и угол намотки а устанавливается специальными зажимами, например, на 300°.
Воздействие постоянной нагрузки вызывает износ барабанов, что может привести к поломке станка. Во избежание износа проволока должна продвигаться не только протягиванием, но и возвратно-поступательным движением. Этим достигается снижение износа и повышение срока службы барабана. Вращающиеся поверхности барабанов, называемые также волочильными кольцами или волочильными барабанами, могут изготавливаться из различных материалов. Металлические барабаны, сделанные из отожженного металла с покрытием, часто используются для волочения медной проволоки на грубых волочильных станах. Керамические барабаны используют для изготовления средней, тонкой и сверхтонкой проволоки. Конструкция стальных или керамических барабанов влияет на толщину получаемой проволоки. В качестве керамического материала часто используются окись алюминия и окись циркония со средней шероховатостью поверхности 0,1 ≤ R ≤ 0,3 мкм.
Существуют различные схемы и конструкции волочильных станов со скольжением. Станы без проскальзывания должны оснащаться высокочувствительными системами контроля скоростей барабанов. Обычно на многоступенчатом волочильном стане барабаны располагаются один за другим. Скорости барабанов (линейные или угловые) устанавливаются в соответствии с длиной проволоки. Барабанные волочильные станы имеют простую и компактную конструкцию. Используют также волочильные станы цепного типа, на которых протягивают прутки, трубы и другие фасонные профили. На станине находится кронштейн, в который вставляются волоки. Наверху станины находится каретка, имеющая с одной стороны крюк для соединения с бесконечной цепью, а с другой — тиски или клещи для захватывания заготовки. Каретка тянется при помощи крюка, передвигаясь на четырех роликах вдоль станины, увлекая за собой захваченную клещами заготовку и затрачивая на это определенное усилие. Возврат каретки в исходное положение осуществляется с помощью особых устройств, а иногда благодаря уклону станин. В сравнении с барабанным типом эти станы имеют ряд преимуществ, обеспечивая силу тяги до 150—200 т и более, что позволяет протягивать прутки диаметром до 150 мм.
Современные волочильные машины барабанного типа с последовательным расположением барабанов представляют собой многофункциональные волочильные станы, позволяющие при волочении медной проволоки делать до 40 заходов. Соответственно, 24 стана с 31 волокон у каждого будут производить 744 захода. В этом случае применение смазочных материалов должно быть очень четким по месту; в соответствии с этим к смазочным материалам применяются все более жесткие требования (стабильность к старению, высокие противоизносные свойства, фильтруемость и т. п.). Кроме того, при необходимости они должны обеспечивать охлаждение. Например, в случае протягивания медной проволоки рабочий объем эмульсии может варьировать от 0,8 до 2,0 м3 на каждую.
Нанесение смазочных материалов при влажном волочении
В зависимости от типов оборудования выбирается один из двух основных способов нанесения смазочных материалов: погружением или спреем (рис. 9), причем последний является более распространенным.
Каких-либо специальных правил в отношении консистенции применяемых смазочных материалов не существует. На производстве используют различные подходы: смазочные материалы либо используют в централизованных циркуляционных системах смазки, либо применяют индивидуально на каждом агрегате. Погружной способ имеет ряд преимуществ при волочении грубой проволоки или при волочении с большим выделением тепла. При высоких скоростях волочения (около 20 м/с) образуются пустоты, что приводит к неравномерному смазыванию, особенно при использовании смазочных материалов, содержащих диспергированный или растворенный воздух. В некоторых видах оборудования барабан погружается в смазочный материал частично (рис. 9, б) либо заливается только волока, например для сверхтонкой проволоки (рис. 9, д).
Сухое волочение
Чаще всего сухое волочение используют при получении стальной проволоки. Смазочные материалы для сухого волочения (так называемые волочильные мыла или волочильная пудра) наносят, как правило, в волочильном коробе (рис. 10), который располагается непосредственно перед входом волоки.
Тонкость измельчения смазочного материала зависит от типа получаемой проволоки, так как, независимо от грубости протягиваемой проволоки, в отверстие должно попасть необходимое количество смазочного материала. Степень измельчения не должна допускать образования так называемого тоннеля в смазочном материале. Смазочные мыла не должны ни плавиться, ни спекаться во время волочения и создавать устойчивую смазочную пленку (см. рис. 10). Поскольку при сухом волочении волока не охлаждается за счет смазочных веществ, желательно устанавливать специальные охлаждающие устройства, например водяной холодильник (рис. 10).
Применение паст или высоковязких смазочных материалов
Использование паст, высоковязких масел или соответствующих эмульсий в циркуляционных системах возможно, если они по показателям текучести и совместимости могут подаваться насосом. Волочильные станы также должны быть применимы для использования таких смазочных материалов. Часто волочильные короба применяются в том случае, если при использовании других систем подачи смазочного материала возникают проблемы с уплотнениями, в частности при входе проволоки в волочильный короб.
Состав смазки для холодного волочения проволоки
Состав содержит 60 - 65 мас. % жидкого мыла, полученного омылением соапстоков растительных масел едким натром до содержания не менее 40% жирных кислот, 25 - 30 мас. % талька, 4 - 10 мас. % композиции, полученной омылением едким натром смеси жира животного пищевого и кокосового масла до содержания не менее 70% жирных кислот и 0,1 - 1,0 мас. % оксида железа, полученного прокаливанием на воздухе гидратов и кислородных соединений железа. Смазка этого состава при тонком волочении проволоки проявляет более высокие физико-механические, экологические и пожаробезопасные свойства по сравнению с известными. 4 табл.
Изобретение относится к технологическим смазкам для обработки материалов давлением и может быть использовано при холодном волочении стальной проволоки.
Известна смазка для холодного волочения металлов (Патент N 2052494, кл. C 10 M 169/04, публ. 1996г.).
Известная смазка содержит жидкое мыло, полученное омылением соапстоков растительных масел едким натром до содержания жирных кислот не менее 40% в кол. 25-35мас.% и тальк в кол. 65-75мас.%.
Смазка известного состава имеет высокие физико-механические, экологические и пожаробезопасные свойства. Однако область ее применения ограничена грубым волочением. При тонком волочении в условиях более высоких скоростей и кратности волочения использование смазки известного состава обнаруживает следующие недостатки: - сильный разогрев волоки; - пленка смазки не выдерживает значительных удельных давлений в зоне соприкосновения металла и волочильного инструмента и разрывается, особенно при многократном волочении.
Т. е. физико-механические свойства смазки, удовлетворяющие условиям грубого волочения, недостаточны для волочения тонкого, т.к. не могут обеспечить низкий износ волок и высокое качество поверхности протягиваемого металла.
Задача настоящего изобретения заключается в создании смазки для тонкого волочения проволоки с высокими физико-механическими, экологическими и пожаробезопасными свойствами.
Для решения поставленной задачи изменен качественный и количественный состав смазки известной. В него дополнительно введена композиция, полученная омылением едким натром смеси животного жира и кокосового масла до содержания жирных кислот не менее 70% и наполнитель - оксид железа, полученный прокаливанием на воздухе гидратов и кислородных соединений железа. При этом почти вдвое увеличено количество жидкого мыла, количество же талька почти вдвое уменьшено.
При испытаниях в условиях тонкого волочения смазка нового состава обнаруживает новые свойства - более высокую пластичность и способность к разъединению поверхностей соприкасающихся тел протягиваемого изделия и волочильного инструмента, а также обеспечивается хороший теплоотвод, предотвращая тем самым сильный разогрев проволоки. Высокая пластичность и способность к разъединению соприкасающихся поверхностей исключают разрывы поверхности в условиях значительных удельных давлений и таким образом обеспечивают высокое качество протягиваемых поверхностей.
Свойства, проявляемые при волочении смазкой нового состава можно объяснить следующим образом. В заявленном составе мыльная основа представляет собой смесь двух составляющих: большую, содержащую до 40% жирных кислот, и меньшую, содержащую до 70% жирных кислот. Наполнитель - оксид железа, полученный прокаливанием на воздухе гидратов и кислородных соединений железа, не содержит химически активных составляющих. Введенный в мыльную основу вышеприведенного состава, он, не нарушая ее высокие молекулярно-силовые свойства, обнаруживает высокие свойства разъединительные и способность к теплоотводу.
Пример. Для приготовления заявленной смазки брали: - мыло жидкое по ТУ 10 РСФСР 506-89, - композицию, полученную омылением едким натром смеси жира животного и кокосового масла до содержания жирных кислот не менее 70%. Можно использовать композицию, получаемую в соответствии с ГОСТ 28546-90, не подвергая ее операциям сушки, гранулирования и брикетирования.
В качестве оксида железа использовали доступные, выпускаемые промышленностью диспергированные до 0,15-0,3 мкм размера частиц железоокисные пигменты.
Например, красный железоокисный пигмент, полученный по техпроцессу, включающему: обезвоживание железного купороса, размол обезвоженного сульфата железа, введение добавок, прокаливание, промывка от водорастворимых солей, фильтрация, сушка, тонкий помол.
Одинаковые результаты были получены при использовании железоокиснокальциевого пигмента, полученного по техпроцессу, включающему: нейтрализацию известью отработанных растворов травления железа, содержащих железный купорос и серную кислоту, продувку воздухом, сушку, прокаливание и измельчение. Небольшое количество ионов кальция, имеющееся в полученном пигменте, способствует естественному снижению влажности готового продукта, что очень важно при получении смазок, т.к. их влажность должна быть минимальна.
Жидкое мыло, мыльную композицию и тальк закладывали в смеситель и смешивали в течение 20-40 минут при комнатной температуре. Полученный гранулированный продукт сушили до влажности 3-5%. В полученный высушенный порошок вводили диспергированный оксид железа с влажностью 0%, перемешивали. Готовую смазку новую и по прототипу засыпали в мыльницы волочильного стана типа ТВ-6-7/350 "Грюн", на котором осуществляли сухое волочение низкоуглеродистой проволоки с 1,5 мм. до 1,2 мм. со скоростью 720м/мин., а также в мыльницы волочильного стана типа ТВ-6-7/350 "Морган", на котором осуществляли волочение этой же проволоки с 1,2 мм. до 0,55 мм. со скоростью 550м/мин.
Готовую проволоку подвергали визуальному осмотру и испытаниям по Ту 3284-74.
Физико-механические свойства проволоки, полученной с использованием новой смазки и смазки по прототипу приведены в таблице 2 для составов смазки, приведенных в таблице 1. Из таблицы 2 видно, что в условиях тонкого волочения, физико-механические характеристики новой смазки не уступают известной, сохраняя высокие экологические и пожаробезопасные свойства. Кроме того, новая смазка обнаруживает еще одно преимущество, при не использовании можно не наносить подсмазочный слой.
Щелочная пыль в атмосфере отсутствовала, как и при использовании смазки известной.
В таблице 3 приведены физико-химические характеристики мыла жидкого, полученного омылением соапстоков растительных масел едким натром до содержания жирных кислот не менее 40 %.
В таблице 4 приведены физико-химические характеристики композиции, полученной омылением едким натром меси жира пищевого животного и кокосового масла до содержания жирных кислот не менее 70%.
Состав смазки для холодного волочения проволоки, включающий жидкое мыло, полученное омылением соапстоков растительных масел едким натром до содержания жирных кислот не менее 40% и тальк, отличающийся тем, что в него дополнительно введены композиция, полученная омылением едким натром смеси жира пищевого животного и кокосового масла до содержания жирных кислот не менее 70%, и наполнитель - оксид железа, полученный прокаливанием на воздухе гидратов и кислородных соединений железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: Жидкое мыло, полученное омылением соапстоков растительных масел едким натром до содержания жирных кислот не менее 40% - 60 - 65 Композиция, полученная омылением едким натром смеси жира пищевого животного и кокосового масла до содержания жирных кислот не менее 70% - 4 - 10 Тальк - 25 - 30 Оксид железа, полученный прокаливанием на воздухе гидратов и кислородных соединений железа - 0,1 - 1,0
Читайте также: