СВАРКА И НАПЛАВКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Разработка технологии и оборудования для производства порошковой проволоки

В настоящее время существует несколько методов изготовления порошковых лент, различные способы закрытия их, всевозможные варианты дозирования шихты. Выбор наиболее рациональной схемы изготовления порошковой ленты и стабильного, равномерного дозирования шихты - важный этап в разработке и изготовлении порошковых лент.

Для изготовления порошковой ленты принята схема, при которой ленту получают путем формовки холоднокатаной металлической ленты в заданный профиль, с одновременной засыпкой шихты и последующем закрытии полученной заготовки.

Эта схема имеет ряд разновидностей, относящихся к конструкциям формующих устройств, способам дозирования и конструкциям дозаторов, способам подачи ленты и съема готовой проволоки со стана. Формовку полосы при изготовлении порошковой проволоки (ленты) осуществляют с большими скоростями в роликогибочных устройствах с холостыми роликами. Указанные обстоятельства потребовали разработки технологии и специального оборудования. Разработанное специальное оборудование образует поточную линию, на которой последовательно выполняются все необходимые операции от подачи исходного сырья холоднокатаной ленты и смеси порошкообразных материалов - до получения готового продукта. Профилирование ленты при изготовлении порошковых проволок осуществляется на установках, которые по аналогии с известными профилегибочными станами получили название профилегибочных устройств, хотя, кроме операции профилирования ленты, на них выполняются одновременно операции дозирования ленты шихтой. Для изготовления порошковых проволок [24] профилегибочные устройства можно изготавливать с холостыми роликами, поскольку усилие протягивания в широком диапазоне скоростей не зависит от скорости и обеспечивает запас прочности ленты. Установлено, что диаметры формовочных роликов должны быть более 100 мм, так как это способствует уменьшению усилия протягивания ленты [25]. Разработаны калибровки роликов для формовки заготовок проволок различных конструкций. Это послужило основой для создания нескольких типов профилегибочных устройств (станов). Широкое распространение получили профилегибочные устройства конструкции ВНИИметиза [25], состоящие из установленных по одной технологической оси на плите стола одной направляющей клети и восьми рабочих клетей с парными консольно расположенными роликами, свободно вращающимися на подшипниках, и двух питателей шихты. Рабочие клети и питатели шихты в зависимости от конструкции роликов и проволоки и схемы калибровки роликов можно установить в различной последовательности. Ось нижнего ролика у шести рабочих клетей формирующего устройства жестко закреплена в корпусе и клети, а верхнего - у всех клетей в подвижном ползуне клети. В двух питателях существуют гнезда для установки сменных контейнеров. В двух клетях перед питателями нижние ролики установлены на валиках с подшипниками, закрепленными в корпусах клети. В этих клетях валики выведены также на заднюю сторону и служат для привода питателя шихты. На консольных концах клетей на подшипниках и на валах смонтированы барабанчики со сменными калиброванными бандажами роликов, закрепленными крышками. Ползун верхнего ролика снизу подпружинен, а сверху упирается через регулировочный болт в кулачок рычага. Поворотом кулачкового рычага вправо осуществляется посадка верхнего ролика в рабочее положение, а влево - его подъем. Существуют и другие разновидности формирующих устройств.

Порошковую проволоку плоского сечения изготавливают на профилегибочных устройствах, имеющих, кроме неприводных формирующих роликов, также приводные, обжимные ролики, где она плющится [25]. В процессе формирования заготовки проволоки определенной конструкции лента предварительно протягивается через направляющие и рабочие ролики соответствующей калибровки, при этом образуются промежуточные профили (в их числе желобчатый, который заполняется шихтой). Применение закрытых калибров обеспечивает точную фиксацию формируемых профилей.

Непрерывное дозирование порошкообразных материалов является одним из известных технологических приемов. В различных областях техники используют питатели различной конструкции. Однако в устройствах для изготовления порошковой

проволоки питатели должны подавать шихту различной сыпучести в полосу, скорость которой может плавно изменяться в широких пределах. В качестве дозаторов в

профилегибочных станах используются тарельчатые питатели [24] (рис.7.3), которые обеспечивают наиболее высокую точность дозирования из известных типов объемных питателей.

Он состоит из бункера 1 для размещения промежуточного запаса шихты и вращающей тарелки 2 для подачи слоя шихты, высыпающейся из горловины бункера к ножу 3, ссыпающему шихту в профилируемую ленту 4. Зазор а между тарелкой и горловиной бункера регулируют подъемом или опусканием подвижной части горловины 8, специальным механизмом. Каждому типу изготавливаемой ленты соответствует определенный зазор. Автоматическое изменение производительности питателя при изменении скорости профилирования ленты обеспечивается кинематической связью тарелки питателя с одним из роликов приводящей клети. Рассмотрим устройство другого питателя объемного типа - барабанного. Питатель-дозатор (рис.7.4), состоит из бункера 1 для шихты с выпускной дозирующей щелью а над барабаном 2, ворошителя 3, расположенного в бункере непосредственно над барабаном. В процессе работы питателя ворошитель и барабан вращаются в противоположных направлениях, подавая шихту к ленте. Шихта из бункера с помощью ворошителя непрерывно

поступает на барабан, при этом ворошитель предотвращает

зависание шихты и обеспечивает ее равномерную подачу. Вращающийся барабан непрерывно уносит слой шихты, высота которого определяется высотой щели между барабаном и бункером. Для обеспечения равномерного

дозирования с заданным коэффициентом заполнения при переменной скорости движения профиля во время пуска и остановки линии, вращение барабана синхронизировано с движением промежуточного профиля через вал нижнего ролика предыдущей клети и редуктор.

Третьей разновидностью дозаторов объемного типа является транспортный дозатор (рис.7.5).

Его производительность при дозировании шихты определяется параметрами транспортируемого на транспортной ленте 2 слоя

(его толщиной а, шириной Вш и скоростью транспортировки шихты V )■

Ш '

Поскольку на известных типах дозаторов регулирование ширины транспортируемого слоя не предусмотрено, то регулировать

производительность любых дозаторов

объемного типа можно, изменяя толщину
дозируемого слоя или скорость транспортирования шихты.

На основании проведенных исследований в Мариупольском металлургическом институте (ныне ПГТУ) на кафедре “Металлургия и технология сварочного производства” совместно с лабораторией № 5 ВНПО “Ремдеталь” разработан стан, представляющий собой формирующее устройство, ролики которого закреплены не консольно, а на двух опорах, что обеспечивает повышенную точность и жесткость конструкции. Это вызвано тем, что при изготовлении порошковой ленты из мягкой холоднокатаной отожженной алюминиевой ленты наблюдаются ее перекосы, смещения замка закрытия ленты, заедания, обрывы. Двухопорное закрепление роликов обеспечивает дополнительную жесткость, исключает до минимума перекосы осей формирующих роликов. Устройство для производства алюминиевой порошковой электродной ленты (рис.7.6) состоит из следующих составных частей: питающей кассеты, формирующего механизма, тянуще-обжимного механизма, механизма укладки электродной ленты в приемную кассету, дозатора непрерывного дозирования двух стабилизаторов.

С целью модернизации стана, повышения стабильности и качества изготовления порошковой ленты в конструкцию стана введена горизонтальная формирующая клеть (поз. 5 рис. 7.6), которая осуществляет последовательное поджатие сторон сформированной коробочки и закрытие замка ленты. Данная клеть представляет собой текстолитовую плиту с бронзовым вкладышем, по форме и размерам идентичным коробочке, формируемой в предыдущей вертикальной клети. По обеим сторонам вкладыша расположены формирующие ролики: горизонтальный поджимающий левую сторону коробочки; вертикальный поджимающий левую сторону коробочки, аналогичная пара с правой стороны и последний ролик, формирующий замок порошковой ленты.

Тянуще-обжимной механизм предназначен для окончательного обжатия порошковой ленты в вертикальном направлении и протяжке ее через стан с рабочей скоростью. Производительность устройства при непрерывной работе составляет 27 метров порошковой ленты в минуту. Последовательность операций изготовления порошковой ленты приведена в таблице

7.3.

На основании проведенного сопоставительного анализа существующих средств дозирования шихты в порошковую ленту и исходя из необходимости применения в качестве шихтового материала мелкодисперсных, а следовательно, плохо сыпучих фракций, на стане установлен дозатор транспортерного типа. Этот тип дозаторов позволяет наиболее стабильно дозировать плохо сыпучую шихту в узкий зазор коробочки порошковой ленты. Кроме этого, с применением ленточного дозатора открывается возможность широкого варьирования коэффициента заполнения порошковой ленты: как с изменением скорости перемещения транспортерной ленты, так и с изменением зазора между бункером и транспортерной лентой. А также при дозировании отсутствует вероятность рассева шихты по фракциям, налипание и прерывистая подача, что возможно при применении тарельчатого и бункерного типов дозаторов.

Основными технологическими параметрами транспортного питателя являются ширина В и зазор а выпускного отверстия, а также скорость перемещения транспортной ленты, т. е. скорость транспортирования шихты.

Максимальную производительность дозатора можно определить по формуле [24]

G Ваут, (7.1)

где В - ширина выпускного отверстия питателя;

а - высота (зазор) выпускного отверстия питателя; уш - насыпная масса шихты;

V - “граничная" скорость транспортирования шихты (0,13 - 0,16) сек.

Для изготовления порошкового электрода был спроектирован и изготовлен стан выбранной выше конструкции с дозатором транспортерного типа.

На основании проведенных исследований и с помощью специального оборудования была разработана и изготовлена порошковая проволока для наплавки жаропрочных алюминиевых сплавов, которой была присвоена марка ПП-МА-5 (порошковая проволока разработки Мариупольского металлургического института для алюминиевых сплавов, состав № 5) [26].

Порошковая электродная проволока ПП-МА-5 предназначена для однослойной и многослойной наплавки в среде инертных газов и под флюсом. Конструкция ленты, размеры и предельные отклонения по ним должны соответствовать таблице 7.4, а химический состав шихты - таблице 7.5.

В качестве оболочки порошковой ленты используется алюминиевая лента марки АДО, АД1 ГОСТ 13726-78.