Освоєння технології виробництва зварювального дроту зультразвуковим очищенням поверхні від
М. І. Махнєв 1, Л. Ф. Жаров 1, Н. М. Лебедєв 2, Т. І. Жирнова 2 1 ВАТ «Іжсталь» (м. Іжевськ, Україна) 2 ТОВ «Олександра- Плюс» (м. Вологда, Україна)
У лінії волочильного стану змонтовано ультразвукову установку та освоєно промислову технологію виробництва зварювального дроту з ультразвуковим очищенням поверхні від залишків технологічного мастила з метою поліпшення споживчих властивостей готового дроту. Використання очищеного зварювального дроту в сучасному зварювальному обладнанні дозволяє уникнути порушень електроконтакту в процесі зварювання, а відтак переривання дуги, розбризкування металу та інших факторів, що погіршують якість зварного шва.
Ключові слова: зварювальний дріт, технологічне мастило, ультразвукове очищення, миючий розчин, коефіцієнт розбризкування.
З метою забезпечення зварювально-технологічних характеристик дроту готового розміру його піддають додаткової обробки — міднення, травлення в розчинах мінеральних кислот, механічного очищення поверхні, промивання або знежирення як садочними способами, так і в нитку. В умовах ВАТ «Іжсталь» для гарантованого покращення зварювально-технологічних характеристик дроту та лінії волочильного стану UDZSA 2500/6 було змонтовано установку ультразвукового очищення поверхні, що дозволяє обробляти дріт готового розміру в діапазоні 0,8—3,0 мм. При проходженні дроту через ванну установки ультразвукового очищення (рис. 1) залишки технологічного мастила та забруднень розм'якшуються під впливом ультразвуку та змиваються миючим розчином.
При виборі миючогорозчину враховували, що миючі середовища повинні мати високу хімічну активність, ефективно розпушувати, руйнувати або розчиняти залишки забруднень. Водночас рідина повинна мати антикорозійні властивості, оскільки готовий дріт поставляється без консервації, а умови зберігання та транспортування далекі від ідеальних. З метою досягнення максимального ефекту очищення поверхні в умовах ВАТ «Іжсталь» були випробувані такі миючі склади: «Вибір 3» та «Вибір 3-М» за ТУ 9144-01-5902130737-2001: «Вибір 3-УЗ» за ТУ 2383- 03-0121858111-2007; «ТМС ЧІ» та «ТМС ДІ» за ТУ 2383-001-56478541-05; «ЕХ-М» за ТУ-У 13429874-001-95; склад власного виробництва, що складається з кальцинованої соди (Na2CO3), рідкого натрієвого скла (Na2SiO3) та тринатрійфосфату (Na3PO4) – назвемо цей засіб «Х».
Порівняння результатів очищення зварювального дроту різними миючими засобами представлено на рис. 2. Концентрації миючих засобів та температури їх розчинів були встановлені відповідно до рекомендацій постачальників та виробників миючих засобів.
Для підвищення якості промивання рідина для очищення «збуджують» шляхом введення в неї ультразвукових коливань. При ультразвуковій обробці рідких середовищах виникає явище кавітації — захлопування газових бульбашок, що утворюються при стисканні та розширенні рідини. Кавітація супроводжується виникненням високих миттєвих гідростатичних тисків, які відривають частинки забруднень, що прилипли до поверхні металу. Джерелами ультразвукових коливань є п'єзоелектричні перетворювачі, що виготовляються з п'єзокераміки на основі цирконату-титанату свинцю. З практики відомо, що найбільш ефективні для очищення поверхонь ультразвукові коливання частотою 18-25 кГцзабезпечують кавітацію при найбільшій питомій потужності та економічності. Передача ультразвукових коливань у розчин здійснюється випромінювачами, які мають розміри та форму, вибрані на основі теоретичних розрахунків.
Потужність одного випромінювача - не більше 100 Вт, що поряд з високим к. п. д. (90-95%) ультразвукового генератора, зібраного на електронних мікросхемах, дозволяє досягти питомої акустичної потужності 2,0-2,5 Вт/см². Такої потужності достатньо для настання у розчині інтенсивних кавітаційних явищ. Збільшення потужності за тієї ж частоті в основному не призводить до зміни параметрів очищення. Для більш повної передачі ультразвукових коливань в миючий розчин ультразвукові випромінювачі виготовлені з корозійностійкої сталі і винесені безпосередньо в робочий об'єм рідини, а для того, щоб у робочій зоні не було так званих мертвих зон, відстань між випромінювачами вибрано виходячи з довжини хвилі ультразвукових коливань .
Важливий вплив на якість ультразвукового очищення безпосередньо робить швидкість волочильного стану. Так, при використанні одного і того ж миючого засобу і однакових концентраціях і температурах робочого розчину результати очищення при виготовленні дроту на різних швидкостях будуть різні - залишкова кількість технологічного мастила буде тим меншою, ніж нижча швидкість волочіння дроту. На рис. 3 представлена залежність ступеня очищення швидкості волочіння дроту. Було доведено, що на ступінь очищення зварювального дроту від залишків технологічного мастила з використанням ультразвукової установки впливають декілька факторів - тип миючого засобу та його концентрація, температура робочого розчину миючого засобу та швидкість волочіння дроту наготовий розмір. Крім того, дріт з очищеною поверхнею має покращені зварювально-технологічні характеристики порівняно з дротом без очищення. Як показали випробування у зварювальній лабораторії ВАТ «Іжсталь», коефіцієнт розбризкування при зварюванні із застосуванням очищеного дроту не перевищує 5 % при типовому коефіцієнті 15 %.
На сьогодні в умовах ВАТ «Іжсталь» при виробництві легованого зварювального дроту вдалося досягти помітного поліпшення його зварювально-технологічних характеристик. Таким чином, доведено можливість виготовлення дроту з жорсткішими вимогами (до 0,0015 %) проти 0,05 % за ГОСТ 2246. На рис. 4 наведено порівняння залишкової кількості технологічного мастила після ультразвукового очищення та з нормованим ГОСТ 2246.
У ВАТ «Іжсталь» впроваджено технологію та обладнання для ультразвукового очищення зварювального дроту, що забезпечує отримання дроту з кількістю залишкового технологічного змащення на поверхні до 0,0015 % проти 0,05 % за ГОСТ 2246.
Процес ультразвукового очищення дозволив підвищити зварювально-технологічні характеристики зварювального дроту: коефіцієнт розбризкування становив 5 % при зварюванні із застосуванням очищеного дроту проти 15 % при зварюванні із застосуванням дроту серійного виробництва.
Результати проведеної роботи доцільно поширити на технологію виробництва високолегованого дроту, що дозволить усунути екологічно шкідливі операції травлення у розчинах мінеральних кислот. Однак для цього необхідне коригування ГОСТ 2246 щодо доповнення дозволених способів обробки поверхні дроту, що забезпечують відсутність слідів мастила.