Тема 7.1. Електроустаткування гальванічних установок.

1.Призначення і принцип дії гальванічних установок.

Гальванічні установки призначені для нанесення металевого покриття на інши метали. Найбіль поширеним є електролітичний спосіб – гальваностегія.

Вироб (катод) з’єднується з негативним полюсом джерела постійного струму і занурюється в вану з електролітом – кислотним або лужним розчіном, який вміщує іони покривного металу. В вану занурюється також електрод з покривного металу (анод), який з’єднаний з позитивним полюсом джерела струму. В процесі електролізу метал аноду переноситься через електроліт і осаджується на виробі.

Для підвищення корозійної стійкості виробів з алюмінію та його сплавів використовують потовщення оксидної плівки до 10 – 12 мкм. Цей процес характерний тім, що анодом служить сам вироб.

Кількість осадженого металу пропорційна кількості електрики, яка пройшла через електроліт з врахунком втрат з-за побічних хімічних реакцій, витіку струму та інших причин.

Час витримки Т, хв., виробів в гальванічній ванні для отримання шару покриття товщиною h, мкм, визначається по формулі:

с – електрохімічний еквівалент покривної речовини, кг/К,

η_т – катодний вихід металу по струму (відношення фактичної кількості виділеної речовини до теоретичної),

ρ – густина покривної речовини, кг/м³,

δ – катодна густина струму, А/м^2.

Гальванічна ванна являє собою прямокутні резервуари з листової сталі, футеруються матеріалом, стійким до впливу кислот і лугів (свинцем, гумою або вініпластом).

Схеми живлення гальванічних ванн забезпечують струми до декількох тисяч ампер при напрузі 6 – 12 В. Напівпровідникові з некерованими вентилями (сер. ВАКГ, ВАЗ) та тиристорні випрямлячі (сер. ВАК, ВАКР) являються останнім часом основними видами джерел живлення установок гальванічного покриття і випускаються на струми від 100 до 25000 А і напруги від 6 до 48 В.

Електричні схеми таких установок надані на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схеми електроживлення

гальванічних установок, а) – з неке -

рованим випрямлячем, б) – з керова-

ним випрямлячем.

ВА – ввідний автомат;

КЛ – лінійний контактор;

ПН – перемикач напруги;

Тр – трансформатор;

РВ – реактор вирівняльний;

Др – дросель насичення;

БД – блок діодів;

ТП – тиристорний перетворювач;

БСО – блок струмового

обмеження;

БК – блок керування;

ПК – пульт керування;

ПЗЗ – перемикач зворотного

зв’язку;

ЗС, ЗН, ЗГС – датчики зворотного

а) б) зв’язку по струму, напрузі і густині струму відповідно;

Rз – резистор задатчика режиму.

Наявність перемикача зворотного зв’язку дозволяє виконувати регулювання режиму роботи вани з різними типами зворотних зв’язків.

В багатьох гальванічних цехах живлення декількох ван здійснюється від загального джерела живлення постійного струму ДПС (рис. 7.2). В цьому випадку для регулювання струму в колі кожної вани вмикається реостат R_peг.B. Якщо для процесу покриття потребується напруга більша, ніж дає одне джерело, використовують послідовне включення джерел.

Рис. 7.2. Схеми включення гальванічних ван

а) по двопровідній схемі, б) по трьохпровідній

схемі.

В автоматичних конвеєрних установках гальванічного покриття всі операції механізовані, починаючи від знежирювання до сушіння виробів. Конвеєрні лінії цих установок приводяться в рух електроприводом з широким діапазоном регулювання для забезпечення часу витримки виробів в гальванічній ванні.

Для підтримання необхідного режиму і параметрів гальванічних ванн використовують автоматичні пристрої — регулятори густини струму, температурного режиму, заданої кислотності та рівню електроліту.

Регулятори густини струму працюють на принципі вимірювального елементу, який отримує вхідний сигнал від зонда, зануреного в ванну з електролітом і передаючого вихідний сигнал на серводвигун регулю -ючого трансформатора. Схема регулятора представлена на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Схема регулятора густини

струму.

U_в – вихідна напруга вимірювального

елементу;

І_к – струм вимірювального зонду;

Д – серводвигун з обмоткою збудження

ОЗ;

АТ – автотрансформатор;

А-К-А – електроди зонду;

R_ш – опір шунта;

R_п – підстроювальний опір.

Регулятор підтримує задану густину струму в електроліті, яка пропорційна струму в вимірювальному зонді І_к. Цей струм, протікаючи по опору R_ш, створює падіння напруги, яка потрапляє на вхід вимірювального елемента (на схемі не показаний). Вихідний параметр вимірювального елемента компенсується до нуля підстроювальним опором R_п. При роботі ванн відбувається відхилення густини струму від заданого значення, в опорі R_ш створюється падіння напруги. При цьому компенсація порушується і на виході вимірювального елемента з’являється сигнал, який впливає на серводвигун Д. Останній переміщує движок автотрансформатора в напрямку зменшення отриманого сигналу.

Для регулювання кислотності електроліту використовується регулятор заданої кислотності електроліту (рН), приведений на рис. 7.3.

Рис.7.4. Схема підтримання

заданої кислотності

електроліту.

Датчик відбирає проби електроліту в ванні і в залежності від змісту рН-іонів на виході датчика з’являється напруга, яка вимірюється рН-метром. Цей прилад настроюється на визначене значення рН, відхилення від якого призводить до замикання контактів рН-метра. Останніми включаються реле К1, контакти якого включають електромагніт YC крана-дозатора кислоти і реле часу КТ. По закінченні заданої витримки часу реле КТ вмикає реле К2, яке відключає реле К1 і електромагніт YC. Подача кислоти в ванну припиняється. При роботі ванн гальванічного покриття відбувається витрата електроліту за рахунок виносу його з виробами і випарювання при високих температурах в ваннах. Тому ванни мають регулятори рівню електроліту, датчиками яких являються поплавкові реле та інші прилади, які вимірюють рівень.

В якості регулятора температурного режиму в ванне використовують електроконтактні термометри, контакти якого при визначених змінах температури замикаються, термометри опору та термоелектричні термометри. Через проміжне реле К цей сигнал передається на включення електромагніту, який керує вентилем гарячої води, пару, або на включення нагрівальних елементів, які вбудовані в стінки ванни.

Для підвищення швидкості процесу і поліпшення якості покриття використовують реверс струму в ванні. Реверс переключає полярність на джерелі живлення або безпосередньо на ванні з використанням контакторів на великі струми.

Автоматизацію всієї лінії гальванічного покриття здійснюється в функції шляху за допомогою кінцевих вимикачів.