1.12. Отжиг медной и алюминиевой проволоки

венного отжига. Длительный отжиг при низких температурах обеспечивает равномерность прогрева и лучшее качество, однако производительность оборудования в этом случае снижается.

Так как при температурах отжига поверхность медной проволоки на воздухе окисляется, то отжиг производится в защитной атмосфере (водя­ ной пар, углекислый газ) или в вакууме. Отжиг алюминиевой проволоки ведется без защитной атмосферы.

По принципу работы отжигающие устройства можно разделить на устройства периодического и непрерывного действия.

К нагревательным устройствам непрерывного действия относятся конвейерные печи с водяным затвором и установки совмещенного отжига с волочением. Для отжига проволоки из меди применяются конвейерные печи с водяным затвором (рис. 1.13).

Скорость конвейера 0,1-0,2 м/мин, производительность такой печи 2 т/ч. Отжигаемая проволока, пройдя водяной затвор 5, исключающий по­ падание воздуха в рабочее пространство печи, поступает в рабочую каме­ ру 1, футерованную огнеупорным кирпичом 2. Под печи состоит из литых жароупорных плит 3, по которым движется конвейер 4 с бухтами отжи­ гаемой проволоки. Через выходной водяной затвор подается вода для ох­ лаждения отожженной проволоки.

Кроме вышеназванных получили распространение нагревательные устройства, монтируемые непосредственно на волочильных машинах, - приставки совмещенного отжига. Они уменьшают трудоемкость производ­ ства проволоки, повышают производительность труда, увеличивают съем продукции с единицы площади.

К устройствам периодического действия относятся камерные, элева­ торные и колпаковые печи.

Обычно в качестве атмосферы в таких печах используется вакуум (53 кПа). Все печи имеют приспособления для загрузки и выгрузки метал­ ла и систему автоматического регулирования температуры. Наиболее рас­ пространены колпаковые печи. Бухты проволоки общей массой примерно 1 т загружаются в муфель на тележке и после откачки воздуха помещаются под колпак. Отжиг производится при температуре 450-520 °С в течение 5-15 ч.

Отжиг проволоки, предназначенной для изготовления эмалированных проводов, осуществляется на установках непрерывного отжига, совмещен­ ных с эмаль-печью.

1.13. Качество продукции и виды брака

Брак прокатного и волоченного металла классифицируется в зависи­ мости от характера дефектов, которые можно разделить на следующие группы:

-неправильность профиля - овальность, заусенцы, прирез, пояски, волнистость, серповидность на заготовках шинной и коллекторной меди;

-наружные дефекты - закаты, риски, трещины, царапины, плены, чешуйчатость и т.п.;

-внутренние дефекты - раковины, закаты, окалины, волосовины;

-несоответствие механических свойств металла требованиям ГОСТа или ТУ по пределу прочности, удлинению, требованиям на перегибы, на­ вивание, скрутку и пр.;

-несоответствие различным специальным требованиям, например высокое удельное сопротивление.

Наиболее часто встречаются на прокатном металле трещины, закаты, прирезы.

Трещины - сравнительно крупные нарушения целостности поверхно­ стного слоя металла. Они бывают одиночными, но в большинстве случаев располагаются группами.

Закаты появляются от вдавливания и закатывания в прокатываемую полосу всякого рода возвышений, прирезов, частиц окалины, образующих­ ся на поверхности металла в предыдущем проходе. Чаще всего закаты воз­ никают из-за наличия заусенцев и выступов, образующихся при перепол­ нении калибра, а также из-за наличия трещин.

Прирез - длинный продольный часто с острыми краями выступ ме­ талла на катанке, возникающий, как правило, вследствие переполнения ка­ либра.

Основные меры, необходимые для предотвращения брака при про­ катке:

- правильная калибровка валков;

-тщательная настройка и регулировка стана;

-надлежащий нагрев металла;

-работа на мало выработанных калибрах;

-систематическая перевалка валков.

Брак в производстве проволоки возникает из-за нарушения техноло­ гического процесса и плохого качества исходного материала. Брак разде­ ляется на окончательный и исправимый. Исправимый брак может быть устранен дополнительными операциями или перетяжкой проволоки на бо­ лее тонкие размеры. Окончательный брак не устраняется (трещины, хруп­ кость проволоки вследствие пережога).

Плены - частицы металла на поверхности изделия, отделяющиеся при изгибе от его основной массы.

Раковины - неровные углубления от уже отпавших плен.

Риски - заметные по всей длине изделия глубокие продольные выем­

ки.

Забоина - местное повреждение поверхности металла, вызванное ме­ ханическим воздействием (ударом) постороннего тела.

Заусенец - местная плена с заостренными краями, отделившаяся от основной массы.

2.ПРОИЗВОДСТВО ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ

2.1.Классификация обмоточных проводов

Обмоточные провода - это провода, применяемые для изготовления обмоток электрических машин аппаратов и приборов.

Объем производства обмоточных проводов непрерывно увеличивает­ ся, что связано с прогрессом электромашиностроения и электроаппаратостроения, а также с развитием приборостроения, радиотехнической и авиа­ ционной промышленности.

По применяемым проводниковым материалам обмоточные провода делятся на медные, алюминиевые и из сплавов сопротивления.

По видам изоляции различают провода:

-с эмалевой изоляцией;

-с волокнистой или эмалево-волокнистой изоляцией, в том числе со стекловолокнистой и бумажной изоляцией;

-с пластмассовой изоляцией, включая пленочную.

Кроме того, в ограниченном количестве для нужд приборостроения выпускаются обмоточные провода со сплошной стеклянной, стеклоэмале­ вой и керамической изоляцией.

Одним из важнейших параметров обмоточных проводов является нагревостойкость. На смену понятию «нагревостойкость» пришло понятие

«температурный индекс». Этот индекс численно равен температуре, при которой в течение не менее 20 000 часов уровень пробивного напряжения (или другой параметр) выше определенного заданного уровня.

По значению температурного индекса можно классифицировать изо­ ляцию обмоточных проводов следующим образом:

Температурный

Наименование материалов

индекс, °С

105Поливинилацеталевая изоляция, изоляция на основе масляных лаков, пропитанный натуральный шелк, бу­ мага

120 Полиуретановая, лавсановая изоляция

130 Немодифицированные полиэфирные лаки

155Полиэфиримидная и стекловолокнистая изоляция, про­ питанная глифталевыми лаками, и т.д.

180Стекловолокнистая изоляция, пропитанная кремнийорганическими лаками, некоторые модифицированные полиэфиримидные лаки

200 Полиамидимидная изоляция

220-240 Полиимидная, фторопластовая изоляция

Для проводов более высокой нагревостойкости температурные индек­ сы не устанавливаются, так как при температуре 250-300 °С и выше срок эксплуатации обмоточных проводов меньше 20 000 ч.

2.2. Проводниковые материалы, применяемые в производстве обмоточных проводов

Медная проволока круглого и прямоугольного сечения изготавливает­ ся по ГОСТ 2112-71 или ОСТ 16.0505.008-73.

При производстве круглой проволоки используется медная катанка по ОСТ 13842-80Е, причем проволоку для эмалирования проводов диаметром менее 0,38 мм и диаметром более 1,25 мм рекомендуется изготовлять из скальпируемой заготовки или из катанки, полученной методом непрерыв­ ного литья и прокатки. Медная круглая проволока изготавливается диа­ метром от 0,015 до 5,20 мм, она может быть мягкой (ММ) и твердой (МТ). Проволока, применяемая для изготовления эмалированных проводов, должна храниться не более 15 суток в помещении при 5-35 °С и относи­ тельной влажности не более 80 %. Ее удельное сопротивление п|эи 20 °С

должно соответствовать определенному значению (1,724 1 0 Ом-м).

о

Медная проволока прямоугольного сечения имеет сечение 1,5-150 мм~ Для производства алюминиевых эмалированных проводов применяется

круглая алюминиевая проволока диаметром 0,08-2,5 мм, с другими видами изоляции - диаметром 1,35-8,0 мм, а также проволока прямоугольного се­ чения 7,5-125 мм2

Для производства обмоточных проводов широко используются также сплавы высокого сопротивления - манганин, константан, нихром. Провода из таких сплавов применяются для изготовления электрических измери­ тельных приборов, электрических нагревательных приборов, образцовых сопротивлений, реостатов.

Кабельные заводы не производят прокатку и грубое волочение спла­ вов сопротивления. Обычно они получают заготовку из манганина и константана в виде проволоки диаметром 0,8-2,4 мм, а затем подвергают ее волочению до требуемого размера и отжигу. Нихромовая проволока по­ ступает на заводы в готовом виде.

Проводники для обмоточных проводов высокой нагревостойкости должны обладать хорошей электропроводностью, стойкостью при повы­ шенных температурах к окислению на воздухе, и их сопротивление долж­ но минимально увеличиться в процессе эксплуатации. Проводниковые ма­ териалы не должны оказывать каталитическое воздействие на изоляцию или диффундировать в нее, так как это вызывает тепловое старение изоля­ ции, особенно при температурах больше 600 °С. Основными процессами, протекающими при повышенной температуре, являются окисление и диф­ фузия. Медь при температуре выше 225 °С начинает интенсивно окислять­ ся на воздухе. Это вызывает резкое увеличение электрического сопротив­ ления меди, что приводит к снижению эластичности и к отслаиванию изо­ ляционного покрытия. Для устранения этого недостатка медь защищают от окисления покрытием из другого металла (например никеля), который на­ носят как методом плакирования, так и гальванически. Получают биметал­ лическую проволоку. Такая проволока может работать длительно при тем­ пературе 400 °С и в течение ограниченного времени при 650 °С. Выпуска­ ется проволока диаметром 0,1-2,5 мм. При температуре *400 °С начинает проявляться взаимная диффузия металлов, что приводит к росту электри­ ческого сопротивления.

Лучшей коррозионной стойкостью при высоких температурах облада­ ет проволока с двойным покрытием (хром-никель, железо-никель), т.е. триметаллический проводник.

Основными материалами биметаллических проводников для обмо­ точных проводов, работающих на воздухе при температуре 600-700 °С, являются серебро-никель и медь-нержавеющая сталь, триметаллических проводников - медь-железо-никель, медь-железо-инконель. Инконель - сплав, содержащий 79,92 % никеля, 15,5 % меди, 7,5 % железа и 0,08 % уг­ лерода.

Особый интерес представляют проводниковые материалы, которые могут работать при температуре 1000 °С и выше.

Золото без дополнительных покрытий может применяться для работы при температуре 1000°С, однако золотой проводник примерно в 30 раз до­ роже медного с плакированной нержавеющей сталью.

Платина (температура плавления 1773 °С) - наиболее подходящий ма­ териал для использования в диапазоне особо высоких температур.

Для сверхвысоких температур (до 1400 °С) в будущем могут найти применение в качестве проводниковых материалов некоторые соединения типа боридов, нитридов и т.п.

3. ПРОИЗВОДСТВО ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ

Эмалированные провода являются прогрессивной группой обмоточ­ ных проводов, так как имеют более тонкую изоляцию, что позволяет уве­ личить коэффициент использования паза в электрических машинах и аппа­ ратах, повысить их мощность. Производство эмалированных проводов ме­ нее трудоемко по сравнению с производством проводов, на проволоку ко­ торых изоляция накладывается методом обмотки.

Но синтетические лаки для эмалирования довольно дорогостоящие. Кроме того, возникают проблемы, связанные с необходимостью охраны окружающей среды, так как растворители в лаках токсичны.

3.1. Лаки для эмалирования проволоки

Лаки представляют собой растворы высокомолекулярных или низко­ молекулярных пленкообразующих соединений в органических летучих жидкостях. При нагревании эмаль-лака в эмаль-печи молекулярная масса пленкообразующих соединений еще более увеличивается, а растворитель испаряется, в результате чего на проволоке образуется твердая эмалевая пленка. В зависимости от растворимости Даковой основы растворы плен­ кообразующих компонентов в том или ином растворителе имеют различ­ ную концентрацию. Для разбавления готовых эмаль-лаков используются также летучие жидкости - разбавители. Они также испаряются при тепло­ вой обработке лака.

К пленкообразующим компонентам относятся природные и синтети­ ческие смолы, битумы, высыхающие масл^. Согласно ГОСТ 9825-73 лаки маркируются буквенно-цифровым обозначением. Буквы означают природу основного компонента лака, первая цифра соответствует назначению, а по­ следующие - порядковому номеру в группе лаков. Например, в маркиров­ ке лака ПЭ-939 ПЭ - полиэфирный, 9 - электроизоляционный, 39 - поряд­ ковый номер в группе полиэфирных лаков.

Электроизоляционные лаки классифицируются по назначению, режи­ му сушки и химическому составу.

По назначению лаки разделяются на три основных группы: пропиточ­ ные, покровные и клеящиеся. Эта классификация условна и не исключает применения одного и того же лака по различным назначениям.

По режиму сушки все электроизоляционные лаки подразделяются на лаки горячей (печной, искусственной) и холодной (воздушной, естествен­ ной) сушки. Предпочтительнее горячая сушка, так как воздействие темпе­ ратуры ускоряет процессы полимеризации и поликонденсации.

По химическому составу лаки подразделяются на три группы:

1)модифицированные (алкидные, эпоксидно-фенольные и др.);

2)^модифицированные (фенолформальдегидные, кремнийорганические и др.);

3)маслосодержащие (масляные, битумно-масляные и др.). Существуют два основных вида химических реакций, приводящих к

образованию эмалевых пленок высокомолекулярных веществ: реакция по­ лимеризации и реакция поликонденсации.

Полимеризация - это процесс химического соединения молекул низ­ комолекулярных веществ или мономерных молекул в молекулы с большей молекулярной массой. В результате этой реакции не выделяются побочные продукты, а элементарные химические составы исходных молекул и обра­ зующихся соединений одинаковы. Чем больше степень полимеризации, тем больше молекулярная масса полимера.

Поликонденсация - это процесс образования высокомолекулярного вещества из мономерных или низкомолекулярных соединений, при кото­ ром происходит отщепление простых молекул. Элементарный состав обра­ зующихся молекул отличается от элементарного состава исходных. В ка­ честве побочных продуктов может выделяться вода, спирт и т.д.

Внастоящее время более 95 % всех эмалированных проводов изго­ товляются с применением синтетических лаков. В последние годы стали использоваться специальные составы, не содержащие растворителей. В этом случае вязкотекучее состояние достигается не растворением пленко­ образующего вещества, а его расплавлением.

Вотечественной практике применяется полиэфирная смола ТС-1. С ее появлением впервые в мире было организовано производство эмалирован­ ных проводов без растворителей. Эти провода по своим свойствам иден­ тичны проводам с изоляцией на основе полиэфирных лаков типа ПЭ-939 или ПЭ-943. Без применения растворителей может быть также наложено из расплава смол эмалевое покрытие на основе полиэфиримидов.

Основные лаки, используемые в отечественной промышленности для эмалирования проводов, приведены в табл. 3.1.