Агрегат для электрохимической очистки проволоки Советский патент 1989 года по МПК C25F7/00 B23K35/00 

Изобретение относится к метизной промьшшенности,- в частности к оборудованию для обработки сварочных и наплавочных материалов, и может быть использовано для очистки и подготовки поверхности проволоки, применяемой в качестве электродного и присадоч1 ого материала при сварке конструкций ответственного назначения, например, в атомном и энергетическом машиног ; строении. N

Известна установка для электрохимической очистки проволоки, содержащая механизмы размотки и смотки проволоки, узел биполярной очистки с системой циркуляции электролита от

,насоса, душирующее устройство для промьшки проволоки водой и источник постоянного тока. Узел очистки вьшолнен в виде последовательно установtc сд ленных двух-камер,- соответственно катодной и анодной, поляризации проволоки. Процесс очистки ведут при скорости движения проволоки 0,515 м/мин..

Преимуществами установки являются ее коьщактность и низкий вес технологических узлов, создание определен- ных услови для непрерьшного обновления электролита в рабочей зоне, обеспечение стабилизации токоподвода к

изделиЮ, достаточно надежная и простая транспортная линия.

Однако указанная установка имеет ряд существенных недостатков, обусловливающих низкое кач,ество очистки поверхности проволоки и высокий уровень эксплуатационных затрат.

Наличие на поверхности очищенной проволоки окисной пленки - закиси железа, составляющей-окалины в форме вюстита, определяет ..низкое качество сварных швов при использовании проволоки в качестве присадочного и электродного материала. Отрицательное

влияние окисной пленки на прочност- ные и пластические свойства шва, особенно на его ударную вязкость, заключается в том, что находящийся

в вюстите кислород при его растворении в металле сварочной ванны образует с углеродом, серой и атомарным., водородом газообразные продукты реак1ЩИ, служащие причиной появления пор в металле щва и интенсификации разбрызгиванкя жидкого металла из зоны сварочной дуги Попадание брызг на поверхность разделки кромок свариваемых деталей увеличивает возможность появления непроваров и шлаковых включений в металле шва,. требует введения в технологический процесс сварки нежелательных дополнительных операций - зачистки поверхности деталей после сварки и удаления брызг с поверхности сопла горелки сварочного аппарата,

Низкая скорость движения проволоки в технологической части установки обусловливает наряду с ограничением роизводительности относительно большую длительность травильного процесс са, что вызывает местные перетравы проволоки, дополнительные потери основного металла, насьщение его водородом, приводящим к возникновению травильной хрупкости.

В связи с отсутствием в технологической части установки средств для еушки проволоки после ее промьтки водой: усугубляется возможность проникновения в сварочную ванну повышенного количества водорода из влаги на поверхности электродной проволоки.

Наличие в составе .электролита агрессивных кислотных компонентов предопределяют необходимость изготовления узлов установки в дорогостоящем коррозионностойком исполнении, обусловливает испол|.зовани,е дополнительньк устройств вентиля1 ш и установо для нейтрализации сточных вод, создает неблагоприятные условия для охраны окружающей среды и обеспечения санитарно-гигиенических норм труда службы эксплуатации.

Перечисленные недостатки резко снижают уровень экономических показателей установки и, что самое) главное ограничивают ее использование для очистки электродной прецизионной проволоки, предназначенной для изготовления особо ответственных конструкций, например, наплавки коррозионностойких слоев на корпусах атомных .реакторов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является агрегат для электрохимической очистки проволоки, содержащий механизмы перемотки, узлы биполярной электролитно-кавитационной обработки с катодными и анодными сек-циями, устройства промьюки и сушки.

Конструктивной особенностью данного агрегата является вьтолнение узла очистки в виде трехсекционного электролизера бйполйрной обработки с системой циркуляции электролита, при этом общая длина рабочей зоны катодньк секций в 1,2-1,5 раза больше длины рабочей зоны анодных секций. В качестве электролита используется 57%-ный водный раствор углекислого натрия.

Основной недостаток агрегата наличие на поверхности очищенного изделия остаточного количества окислов , вызывающих образование пористости сварных швов и ухудшение их механических и технологических свойств.

Цель изобретения - повьш1ение качества очистки сварочной проволоки.

Поставленная цель достигается тем, что агрегат для электрохимической очистки проволоки, содержащий механизмы перемотки, узлы биполярной электролитно-кавитационной обработки с катодными и анодными секциями, устройства промывки и сушки, снабжен ванной для омыления, установленной перед устройством сушки, а анодные секции выполнены в ввде электролитных плазмотронов, установленных перед каждой катодной электролитно-кавитационной секцией. Кроме того, ванна для омыления вы полнена в виде камеры окунания с бок выми окнами и системой рециркуляции раствора от насоса. .На фнг. 1 изображена схема агрегата для элей;трохимическрй очистки проволоки (вдоль движения проволоки)/ на фиг. 2 - узел очистки (один биполярный блок), продольный разрез; на фиг. 3 - поперечный разрез А-А на фиг, 2; на фиг. 4 - взаимное расположение элементов затвора, разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - циркуляционный бак 4 Агрегат Содержит механизм 1 перемотки, стыкосварочный аппарат 2, обес печивающий непрерьшность техпроцесса двухплоскостное роликоправильное устройство 3 для рихтовки проволоки, циркуляционный бак 4 с ивдивидуально предназначенными для каждого из рабочих растворов отсеками 5-7, узел биполярной очистки 8 с источником постоянного тока 9, насос 10 для подачи злектролита в узел очистки 8, коллектор 11 распределения злектролита с трубопроводами и регулирующей арматурой 12, камера 13 предварительной про мывки с насосом 14 подачи воды, камег ра 15 водовоздушной промывки, ванна 16 для омыления с насосом 17 подачи смазочной среды, устройство сушки 18 с источником электрического нагрева 19, намоточный аппарат 20 с механизмом рядной укладки витков на кассеты (последние условно не показаны). Узел биполярной очистки 8 состоит из двух блоков биполярной обработки, каждый,из которых содержит секцию 21 электролитно-кавитационной. очистки и секцию 22 злектролитно-плазменной очисл-ки, расположенные с зазором одна относительной другой. Секции бипбг лярного блока соответственно заполнены рабочими электродами 23 и 24 и имеют боковые окна 25 .и 26 для пере лива злектролита и со стороны входа и выхода проволоки содержат цилиндритческий затвор 27 и вертикальную щель 28 с дуговыми направляющими .9. Дпя крепления секции 2J и 22 снабжены кронштейнами 30, которые опираются на изоляторы 31. Секцш 21 и 22 биполярных блоков, камеры 13 и 15 промьшки и ванна 16 для омыления смонтированы в верхней части циркуляционного бака 4. Отсеки бака 4 содержат соответствующие заборные патрубки 32, 33 и 34 для подключения циркулят; ционных насосов 10, 14 и 17, и снабжены сквозными отверстиями 35 для пропуска проволоки через технологические узлы агрегата. Устройства для отжима растворов с поверхности проволоки, расположенные на выходе ее из отсека, условно не показаны. С целью сохранения и стабилизации температурных характеристик рабочих растворов электролитный отсек 5..выполнен с оребренным каркасом 36, а наружная поверхность водяного отсека 6 снабжена теплоизоляционной прослойкой 37, вьшолненной, например, из стекловаты. Дпя сбора случайных утечек растворов, по периметру циркуляционного бака 4 смонтирован поддон 38. С целью избежания использования в агрегате вспомогательного оборудования для охлаждения электролита и специальных энергоносителей для разогрева воды и смазочной среды, электролитный и водяной отсеки циркуляционного бака вьшолнены смежными относительно друг друга, а оТсек омыления смонтирован внутри водяного отсека, в верхней его части. Такая конструкция циркулящюнного бака позволяет производить охлаждение столба электролита (E) вследствие отбора его тепла водой (Н.), что одновре- менно приводит к нагреву, последней, а также за счет теплоотдачи воды для нагрева смазочной среды (Н). Агрегат работает следующим образом. соответствующие отсеки циркуляционного бака 4 заливают электролит, воду и мьиьную смазку. Предназначенгную для очистки бзгхту устанавливают на механизм перемотки и в CTiJncocBaрочном аппарате 2 производят соединение переднего конца проволоки с задним концом предшествующей бухты в непрерьшную нить. Включают циркуляционные насосы 10, 14, 17 и производят подачу .рабочих растворов. Посредством регулирующей запорной арматуры (вентилей) 2 устанавливают необходимую интенсивность прокачки электролита через секции 21 и 22. Электроды 23 и 24 подключают соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника тока 9; включают устройство сушки 18 и привод намоточного аппарата 20. Очищен-. 710 ную проволоку сматьшают до бунта необходимого развеса .на барабане намоточного аппарата, откуда цеховым транспортным средством убирают на склад готовой продукции. Очистку проволоки в узле очистки 8 ведут при температуре электролита 50-60 С за время обработки 1 с. Рекомендуемое рабочее напряжение источни ка тока 9 -состабляет 150-170 В, В качестве электролита в агрегате применяют 10- 2%-ный водный раствор сульфата натрия, Промьшка проволоки от следов электролита происходит по каскадной схеме следующим образом. Чистую воду подают только в камеру , 5 окончательной промьшки и сливают затем Р отсек.6, С целого интенсификации процессор прольдаки в камеру J5 одновременно с водой подают сжатьй воздух. Слившуюся лосле окончательной промьшки воду используют вторично на стадии предварительной промьшки проволоки,,для чего воду от отсека 6 насосом 14 подают при постоянной циркуляции, в струйную камеру 13, По мере загрязнения вода через постоянный перелив в отсеке 6 уходит на цеховые очистные сооружения, В качестве смазочной среды используют мыльную эмульсию, которую наносят в ванне 16 погружением проврлоки в 1,5%-ньш водный раствор литиево го или калиевого мыпа с температурой , Сушку смазочного покрытия осуществляют нагревом проволоки до 200-250°С проходящим током при ее движении через роликовые контактирую щие элементы устройства сушки 18, На несение мыльной эмульсии на поверхность сварочной проволоки предохраняет ее от коррозии, исключает слипание витков, уменьшает усилие протя гивания через направляющие каиалы по дающих механизмов сварочных установок. Помимо этого, нанесение небольшого количества солей щелочных металлов приводит к активированию проволоки и устойчивому горению сварочной дуги. При прохождении секций биполярных блоков проволока поочередно подвергается двум режимам обработки: электролитно-кавитационному в сек ции 2| (катодная поляризация проволоки) ; 5 электролитно-ппазменному в.секции 22 (анодная поляризация проволоки). При прохождении током диссоциированного сульфата натрия, в катодной секции происходит взрывообразное разрушение и удаление с поверхности проволоки пленки масляных загрязнений вследствие обильного вьщеления пузырьков водорода и гидродинамических явлений,.имеющих место при кавитации электролита, Являюпщйся флотационноактивным агентом водород фпотирует масло в верхнюю лериферийную область катодной секции, где оно в виде пен-, ного продукта удаляется через постоянный перелив в окно 25, Наряду с . , удалением масляных загрязнений, катодная секция выполняет функцию токопрдводящей ячейки относительйо анодной секции 22, главное назначение которой - удаление образовавшейся после катодной очистки пассивирующей окнсной .пленки на поверхности проволоки. Процесс электролитноплазменной обработки отличается локализацией энергии электрического поля в зоне обработки изделия и возникновением электрического разряда импульсного характера-на границе раздела металл-электролит. Разрядные явления сопровождаются образованием вокруг изделия устойчивого газового слоя, вызванного ионизацией атомов, особенно в присутствии легкоионизируемых атомов щелочных металлов, Благодаря высокой температуре анодного процесса (t5l200° С) исключено появление в газовой оболочке примесей балластирующих газов азота, двуокиси углерода, кислорода, водяного пара, а .следовательно, и образование на поверхности изделия окисной пленки. Как показали исследования, электролитно-плазменный процесс в анодном режиме в водном растворе Nag SO/, характеризуется пульсацией напряжения в зоне очистки. Такая пульсация эффективна для полного удаления окисной пленки. Эти особенности электролйтно-плазменной обработки являются положительным моментом, так как согласуются с требованиями, предъявляемыми к качеству очистки сварочной проволоки, особенно прецизионной. Исследования по очистке поверхности сварочной проволоки показали, что создание наиболее оптимальных режимов обработки обеспечивается дву мя биполярными блоками, при этом геометрические параметры электродов и мржэлектродного расстояния каждой из секций блока должны удовлетворять условию: Ь,(2,5-4)Ьд; йА(2-3,5)ДК, где LJ; и Ьд - соответственно длины электродов катодной и анодной -секцийJ Д.А и &К - соответственно межэлей тродные расстояния в анодной и катодной сек В процессе работы агрегата в сек циях биполярных блоков происходит ин тенсивный нагрев электролита проходя щим током, что обусловливает необходимость его непрерьшного охлаждения для поддержания заданных слзгжебных характеристик. Благодаря предложенной конструкци бака эффект охлаждения электролита дополнительно усиливается в результа те.отбора его температуры оребрением на наружной поверхности электролитного отсека. Наличие в водяном от.секе теплоизоляционного слоя стабилизирует условия поддержания заданны температур промывной воды и мыльной эмульсии, а также предохраняет их от охлаждения окружающей средой. Номенклатура обрабатьшаемой в агрегате проволоки отличается большим разнообразием марок и диаметров. Это вызьшает необходимость частой перезаправки проволоки в узле очистки пр переходе с одного сортамента на другой, при этом длительность и степень сложности заправочной операции в определенной мере регламентируют эксплуатационную над1вжность и производи тельность агрегата в целом. Наличие в каждой из секций узла очистки от:крытой вверх щели с вертикальным 1Щлиндрйческим затвором для пропуска проволоки и выполнение электродов с параболической формой сечения, обеспечивает надежную, достаточно просту и удобную заправку проволоки в агрегате. Таким образом, технико-экономичес кая эффективность предлагаемого агре гата достигается следующим: выполнение узла очистки в виде чередующихся секций обработки, в элек тролитно-кавитационном и электролитно-плазменном режимах обеспечивает высокую степень очистки поверхности проволоки от масляных загрязнений, окисной пленки и газообразных примесей, что имеет важное значение для получения высококачественных сварных соединений;. . использование устройства водовоз-: душной промьшки при каскадной схеме циркуляции воды, интенсифицирует процесс промьшки поверхности проволоки от шламовых загрязнений и следов электролита, а также сокращает расход промьшочной воды; нанесение на поверхность проволоки мыльной эмульсии повышает коррозионную стойкость проволоки вследствие пассивирующего действия Смазочной среды, приводит к активированию проволоки, исключает ее поломки при прохождении направляющих трактов сварочных установок, уменьшает усилие про- тягивания подающих механизмов; выполнение сушильного устройства в виде компактного узла электроконтактного нагрева наряду с йбеспёчением высокого качества сушки проволоки от влаги и удаления диффундировавшего в металл водорода, позволяет сократить габариты и вес агрегата, в результате исключения из его состава традиционных громоздких сушильных установок с паровыми или газовыми калориферами;применение в агрегате нейтрального электролита исключает использование в составе вспомогательного оборудования дорогостоящих установок нейтрализации сточных вод, дополнительных . вентиляционных систем, уменьшает расход химикатов, создает благ;оприятные условия для охраны окружающей среды и обеспечения санитарно-гигиенических труда обслуживающего персонала; за счет указанной конструкции циркуляционного бака исключается необходимость применения в агрегате специальных энергоносителей для разогрева и охлаждения технологических растворов, обеспечивается стабилизация их температурных характеристик; наличие в узле очистки затворов для заправки и пропуска проволоки, снижает время заправочных операций и увеличивает эксплуатационную надежность агрегата.

1. АГРЕГАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИ . ЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПРОВОЛОКИ, содержащий механизмы перемотки, узлы биполярг ной электролитно-кавитационной обработки с катодными и анодными секциями, устройства промывки и сушки, о тлич ающийс я тем, что, с целью повьшения качества очистки сварочной проволоки, он снабжен ванной для омыления, установленной перед устройством сушки, а анодные секции выполнены в виде электролитных плазмотронов, установленных перед каждой катодной электролитно-кавитационной секцией 2. Агрегат по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что ванна для омы(Л ления вьтолнена в виде камеры окуна.ния с боковыми окнами и системой рециркуляции раствора от насосаi

A-A

Б-5

фиг.5