1 Современные требования к сварочной проволоке и способы ее изготовления

Сварочная проволока с медным покрытием обеспечивает защиту от коррозии и хороший контакт с токопроводящими элементами сварочного оборудования, она применяется для автоматической электродуговой сварки под флюсом газонефтепроводных труб большого диаметра, рассчитанных на высокое рабочее давление. Медное покрытие, на низколегированной проволоке оказывает положительное влияние на процесс сварки. Такое покрытие, улучшает электрический контакт проволоки с токоподводящим мундштуком сварочной установки, а также повышает степень ионизации атмосферы сварочной дуги, что способствует улучшению качества шва.

Сегодня сварочная проволока с омедненной поверхностью по своему качеству не уступает зарубежным аналогам, а по некоторым параметрам их превосходит. Несмотря на высокие технические характеристики такой проволоки, серьезным недостатком ее производства является высокая технологическая стоимость. Таким образом, главной задачей по производству сварочной проволоки, является повышение качества проволоки, а значит и катанки, из которой она производится; минимизация затрат на предварительную подготовку катанки и на все технологические операции по производству данного вида продукции, решив ряд поставленных задач, можно будет ожидать снижения себестоимости сварочной проволоки, а значит на мировом рынке появится конкурентоспособная сварочная проволока российского производства, которая не по цене, не по качеству не будет уступать западным аналогам.

В настоящее время существуют два технологических процесса производства сварочной проволоки с использованием катанки из сталей Св – 08:

Традиционная технология заключается в химическом удалении окалины, волочении катанки d =5,5 -5,6мм в проволоку d = 1,6 – 0,8 (0,6)мм с применением 1-2 операций смягчающей промежуточной термической обработки и последующего омеднения. Такая технологическая схема производства сварочной проволоки из низколегированных сталей неэффективна: она затратна, имеет значительную продолжительность технологического цикла, загрязняет окружающую среду.

Новая современная технология предполагает механическое удаление окалины, сухое волочение катанки на промежуточный диаметр 2,2 – 1,7мм, затем без применения промежуточной термообработки – мокрое волочение, совмещенное с электрохимическим омеднением проволоки диаметром 1,6 -0,8 (0,6)мм. Преимущества новой схемы производства сварочной проволоки очевидны: сокращение затрат на травление катанки и проведение термической обработки проволоки, улучшение экологической обстановки на производстве.

В настоящее время рынку промышленности требуется проволока малых диаметров, но существующая технология сухого волочения не могла в полной мере удовлетворить эту потребность, поэтому была разработана технология мокрого волочения, которая является, более экономически выгодной.

В станах сухого волочения охлаждению подвергаются только барабаны и волоки, и как результат внешнего трения температура по сечению протягиваемой проволоки распределяется неравномерно. Так, если средняя температура проволоки в очаге деформации достигает С, то температура на поверхности контакта с волоокой составляет порядка С. Такое неравномерное распределение температур приводит к возникновению термической напряженности в протянутой проволоке и частично приводит к ухудшению ее пластических свойств. При мокром волочении проволока проходит через эмульсию, что значительно снижает ее температуру. Это положительно влияет на пластические свойства проволоки, изгиб и кручение. Помимо возможности получения проволоки малых диаметров современные станы позволяют добиваться специфических свойств самой проволоки, а именно: повышенных прочностных характеристик, высоких адгезионных свойств к резине, блестящей поверхности, а также повышенной пластичности по сравнению с проволокой, полученной сухим волочением.

Благодаря своим особенностям и свойствам проволока, полученная мокрым волочением, может использоваться в самых различных областях промышленности. Из наиболее ответственных сфер применения можно выделить производство канатов, кабелей, проводников, медицинского инструмента и оборудования, различных шин и рукавов высокого давления. Также данная технология применяется для производства сварочной проволоки, пружинной, спицевой и скрепочной проволоки и т.д.

Как следует из традиционного технологического процесса по производству сварочной проволоки, после операции – волочения следует операция по нанесению покрытия, в нашем случае омеднение, т.к. именно медное покрытие повышает качество сварочной проволоки.

Сварочная проволока с медным покрытием обеспечивает защиту от коррозии и хороший контакт с токоподводящими элементами сварочного оборудования.

Меднение проволоки осуществляют в растворах, которые должны обеспечивать осаждение меди плотным, имеющим высокую прочность сцепления с поверхностью проволоки слоем. Одним из способов меднения является контактное осаждение меди из кислых растворов сульфата меди. При этом поверхность проволоки перед нанесением покрытия должна быть активирована, только в этом случае можно получить хорошую прочность сцепления слоя меди с проволокой.

Учитывая влияние негативных факторов на качество покрытия при контактном способе осаждения меди, некоторые российские предприятия перешли на гальванический способ меднения. Такая технология позволяет наносить плотный и сплошной слой меди с высокой прочностью сцепления с поверхностью стальной проволоки. Сегодня сварочная проволока с омедненной поверхностью по своему качеству не уступает зарубежным аналогам, а по некоторым параметрам их превосходит. Несмотря на высокие технические характеристики такой проволоки, серьезным недостатком ее производства является высокая технологическая стоимость. Поэтому в последнее время разработаны и внедрены в производство новые более дешевые технологии меднения, принципиально отличающиеся от гальванического способа меднения, но не уступающие ему по качеству покрытия, которое обеспечивается наряду с технологией нанесения покрытия технологией волочения.

Покрытие на заготовку наносят без учета ее размеров и шероховатости поверхности. Шероховатость калибрующей и рабочей поверхности волоки, допускающая дальнейшую ее эксплуатацию без травмирования поверхности заготовки при обжатии, составляет 0,4 мкм, а при толщине покрытия менее 0,4 мкм возможно локальное нарушение сплошности покрытия. Нарушение сплошности покрытия приводит к точечной коррозии на поверхности проволоки. Если степень деформации меньше критической, ширина полосы с нарушением сплошности покрытия увеличивается, если больше – обеспечивается сплошность покрытия проволоки.

Так, допуск на размер при нормальной точности на проволоку диаметром 4,0 и 1,0мм составляет – 0,08 и -0,06мм соответственно. При этом критическая степень деформации соответственно равна 4,00 и 11,64%. Толщину покрытия и степень единичной деформации выбирают без учета шероховатости поверхности и точности изготовления проволоки.

Для исключения недостатков на поверхность проволоки необходимо наносить покрытие толщиной

(1)

где К₁ – коэффициент, учитывающий уплотнение материала покрытия при обжатии;

К₂ – коэффициент изменения толщины покрытия;

R_Zk, R_z0 – высота микронеровностей на поверхности готовой проволоки и основного материала (под покрытием) соответственно, мкм;

d_k, d₀ - диаметр готовой проволоки и заготовки соответственно, мм.

При этом заготовку с покрытием подвергают волочению с минимальными единичными обжатиями Q_i в одной волоке i:

(2)

где К – коэффициент пропорциональности;

d_i-1 – диаметр (i-1)-й волоки, мм;

- верхнее отклонение допуска на размер i –й волоки, в которой происходит обжатие, мм;

- нижнее отклонение допуска на размер (i -1)- й волоки, расположенной перед той, в которой происходит обжатие, мм.

Медненую сварочную проволоку изготавливают следующим образом:

Заготовку подвергают предварительному волочению на определенный диаметр, очищают от технологической смазки, при необходимости подвергают термической обработке, затем декапируют и промывают проточной водой. На очищенную от оксидов и загрязнений поверхность заготовки наносят медное покрытие гальваническим или другим способом, затем вновь промывают в воде для удаления остатков солей с поверхности. Обезжиривание, термическую обработку, декапирование, меднение и промывку заготовки производят непрерывно в нитку. Заготовку протягивают на стане многократного волочения.

Таким образом, можно сделать вывод:

-Зная класс чистоты обработки внутренних поверхностей волок, можно наносить на поверхность проволоки медное покрытие такой толщины, которое обеспечивает сплошность покрытия после волочения. Такого же эффекта можно достичь, выбирая минимально допустимые единичные обжатия при определенной толщине покрытия.

-Применение данного способа позволяет установить оптимальную толщину покрытия с сохранением его сплошности при волочении и значительно улучшить качество медненой сварочной проволоки.

Как уже было сказано, для улучшения эксплуатационных характеристик проволоки практикуют нанесение металлических покрытий на ее поверхность. Установлено положительное влияние на процесс сварки медного покрытия на легированной проволоке. Такое покрытие, улучшает электрический контакт проволоки с токоподводящим мундштуком сварочной установки, а также повышает степень ионизации атмосферы сварочной дуги, что способствует улучшению качества шва. Преимущество омедненной сварочной проволоки заключается еще и в том, что при ее изготовлении с поверхности заготовки удаляются технологическая смазка и другие загрязнения, вредно влияющие на процесс сварки и качество шва. Установлено, что технологическая смазка вызывает повышенное разбрызгивание металла при сварке. Потеря сварочного материала при этом может составить 8-12%, а использование омедненной проволоки исключает эти потери.

Перечисленные преимущества омедненной сварочной проволоки способствовали расширению ее выпуска. Однако на отечественных предприятиях такую проволоку изготавливают на многониточных агрегатах меднения, которые занимают огромные производственные площади. Обычно скорость меднения составляла 40 -60 м/мин.

Только на Волгоградском сталепроволочно-канатном заводе разработали три установки фирмы SAMP (Италия), совмещающие меднение с волочением, но они не обеспечивали надлежащего качества покрытия по причине отсутствия в технологическом процессе операции подготовки поверхности проволоки.

В связи с этим, были разработаны малогабаритные скоростные установки химического (контактного) меднения легированной и низкоуглеродистой сварочной проволоки, совмещающие в одном потоке волочение и меднение. На установках серии УСКМП предусмотрена подготовка поверхности проволоки перед нанесением покрытия, что гарантирует его качество по ширине, сплошности и прочности сцепления с основой. На установках варианта 1 проволока погружается в рабочие растворы путем поворота крышки, на которой смонтированы системы операционных роликов. Установки варианта 2 выполнены с вертикальным погружением проволоки в рабочие растворы.

Любая из этих установок может работать в потоке с многократным станом сухого или мокрого волочения или в линии с однократным волочильным блоком в зависимости от производственных условий. Установки варианта 3 разработаны для проволоки больших диаметров, применяемой при сварке газопроводных труб диаметром до 1420мм. Установки могут работать в линии с однократным волочильным блоком или с многокраным станом грубого волочения со скоростью 250-300 м/мин. Затраты на изготовление и эксплуатацию заготовок незначительны.

При разработке технологии производства новых видов метизов в первую очередь необходимо выработать критерии качества исходной заготовки, на основании которых можно гарантированно изготавливать качественную проволоку по западным нормам и стандартам