Линия для производства слоистых металлических изделий
Изобретение относится к метизной промышленности и может быть использовано при производстве слоистых труб, прутков проволоки и профильных изделий с преимущественно стальной основой. Линия содержит расположенные по ходу технологического процесса разматыватели, устройства очистки основы и плакирующего слоя, узел формовки плакирующего слоя вокруг основы, установку сварки продольного шва плакирующего слоя, устройство деформации плакирующего слоя, транспортирующий механизм, намоточные устройства, установку высокоскоростного нагрева. Узел активации поверхности основы выполнен в виде электролитно-плазменной установки. Использование линии расширяет технологические возможности поточного производства слоистых металлических изделий и способствует повышению их качества. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области производства композиционных материалов и может быть использовано в метизной промышленности при производстве слоистых труб, прутков проволоки, профильных изделий с преимущественно стальной основой.
Известна линия для производства композиционной проволоки с толстым покрытием, содержащая разматыватели металлического сердечника с металлической ленты-покрытия, устройства полировки их контактных поверхностей, узел обрезки кромок ленты, агрегат сварки кромок, устройство обжатия заготовки роликами или ротационной ковкой и намоточный барабан /см. Заявка N 59-147788, Япония, МПК 6 В 23 К 20/00/. Известна линия для производства биметаллических прутков, содержащая разматыватели для подачи металла основы и материала, покрытая в виде фольги, устройство подготовки соединяемых поверхностей в виде камеры ионного травления, устройство прокатки основы с покрытием в валках и намоточное устройство /см. Заявка N63-137591, Япония, МПК 6 В 23 К 20/04/. Недостатками аналогов являются ограниченные технологические возможности линий и невысокое качество получаемых изделий. Ближайшим аналогом к заявляемому объекту является технологическая линия для производства слоистых металлических изделий, содержащая расположенные по ходу технологического процесса разматыватели основы и плакирующего слоя, устройство очистки поверхности основы, узел активации ее поверхности, устройство очистки поверхности плакирующего слоя, узел формовки плакирующего слоя вокруг основы, установку сварки продольного шва плакирующего слоя, агрегат промежуточной смотки - размотки слоистой заготовки, установку для нагрева, деформирующее и намоточное устройства (см. патент RU N 2099166 C1, В 23 К 20/00, 20.12.97). Недостатками ближайшего аналога являются ограниченные технологические возможности линии и нестабильная прочность соединения плакирующего слоя с основой, вследствие ограниченных возможностей установки нагрева и существенного различия реологических свойств основы и плакирующего слоя. В основу изобретения положена задача разработать конструкцию линии для производства слоистых металлических изделий с расширенными технологическими возможностями, высокой производительностью и стабильной прочностью соединения основы с плакирующим слоем. Поставленная задача решается тем, что известная линия для производства слоистых металлических изделий, включающая расположенные по ходу технологического процесса разматыватели основы и плакирующего слоя, устройства очистки поверхности и основы, узел активации плакирующего слоя вокруг основы, установку варки продольного шва плакирующего слоя, агрегат промежуточной смотки-размотки слоистой заготовки, деформирующее и намоточное устройства, снабжена установленными последовательно за установкой сварки продольного шва плакирующего слоя устройством деформации плакирующего слоя и транспортирующим механизмом, а в качестве установки для нагрева использована установка высокоскоростного нагрева. Узел активации поверхности основы выполнен в виде последовательно расположенных электролитно- плазменных ячеек, источников поляризованного импульсного тока и системы подачи электролита в ячейки, причем ячейки подключены к положительным выводам источников тока. Устройство деформации плакирующего слоя выполнено в виде душирующей головки, смазочной ванны и волоки. Транспортирующий механизм выполнен в виде двухшкивного блока, причем шкив, расположенный первым по ходу технологического процесса, является холостым, а второй - приводным. Агрегат промежуточной смотки-размотки слоистой заготовки выполнен в виде намоточного устройства, перегружателя и разматывателя и синхронизирован с транспортирующим механизмом. Установка высокоскоростного нагрева выполнена в виде электролитного плазмотрона, разделенного на секции нагрева с индивидуальными источниками питания, имеющими общую систему подачи электролита в секции, причем источники питания секций нагрева связаны между собой системой автоматического регулирования. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 изображена линия для производства слоистых металлических изделий. Линия содержит разматыватель 1 /фиг. 1/ основы из бунта 2 и разматыватель 3 плакирующего слоя 4 в виде ленты, непосредственно за которыми может быть установлено стыкосварочное устройство 5, содержащее ножницы поперечной резки ленты 6 и узел аргонодуговой сварки ленты 7. Далее в линии установлены устройства подготовки поверхности основы 2 и плакирующего слоя 4, конструктивно объединенные в один узел 8. Устройство подготовки поверхности основы 2 выполнено в виде двухсекционной установки электролитно-плазменной обработки, включающей контактный узел 9, рихтующее устройство 10 роликового типа, электролитные ячейки 11 для очистки поверхности основы 2, подключенные к источникам 12 постоянного тока, и электролитные ячейки 13 для активации поверхности основы 2, подключенные к источникам поляризованного импульсного тока 14, а также камеру промывки-сушки 15 и систему подачи электролита, содержащую магистрали 16, коллектор 17, насос 18 и бак для электролита 19. Устройство подготовки поверхности плакирующего слоя содержит вращающиеся щетки 29 с прижимными роликами и протир 21. За узлом 6 установлены в одну технологическую линию блок формовки плакирующего слоя 4 в оболочку 22, сварочная установка, включающая опорно-сварочные ролики 23, охлаждаемые водой, и сварочную головку 24 со сварочной горелкой, причем сварочная головка 24 снабжена системой автоматической стабилизации длины сварочной дуги и системой слежения за положением кромок плакирующей ленты 4. За сварочной головкой 24 установлены в линию устройство деформации плакирующего слоя 25, выполненное в виде охлаждающей душирующей головки, смазочной ванны и монолитной или роликовой волоки, транспортирующий механизм 26, включающий холостой и приводной барабаны, агрегат промежуточной смотки-размотки, выполненный в виде намоточного устройства 27 /фиг. 2/, перегружателя 28 и разматывателя 29. За разматывателем 29 в одну технологическую с ним линию расположена установка высокоскоростного нагрева 30, содержащая контактное устройство 31, рихтующее устройство 32 роликового типа и секционированный электролитный плазмотрон, включающий корпус 33 с расположенными в нем электролитно-плазменными секциями нагрева 34, подключенными к источникам 35, магистрали подачи электролита 36, коллектор 37, насос 38, бак для электролита 39 и бесконтактную систему контроля температуры нагрева на основе пирометра 40, обеспечивающую автоматическую регулировку процесса нагрева совместно с источниками 35. Далее в линии установлен прокатный блок 41 с регулируемым приводом и системой охлаждения прокатных валков, а также намоточное устройство 42. Заявляемый объект - линия работает следующим образом. Компоненты слоистого металлического изделия - основа 2 и плакирующий слой 4 в виде ленты одновременно подаются с разматывателей 1 и 3. Для обеспечения непрерывности процесса и повышения производительности линии используются стационарное стыкосварочное устройство 5 для стыковки аргонодуговой сваркой концов плакирующей ленты 4 и подвижная стыкосварочная машина /на фиг.1 не показана/ для стыковки концов основы 2, использующая принцип контактной сварки с расплавлением металла. Основа 2 рихтуется в устройстве 10, выполненном в виде двухплоскостной роликовой правилки, и подается в устройство подготовки поверхности, входящее в узел 8. Через ячейки 11 и 13 прокачивается электролит /водный раствор нейтральных солей/ с помощью системы подачи, включающей бак 19, насос 18, коллектор 17 и магистрали 16. На электроды ячеек 11 подается от источников 12 постоянный ток положительной полярности, а основа 2 через контактный узел 9 оказывается под отрицательным потенциалом. При этом у поверхности основы 2 развиваются процессы электролиза и кавитации электролита с возникновением при определенной напряженности электрического поля метастабильно плазменного слоя из микродуговых разрядов. За счет высокой температуры плазменного слоя, достигающей 5000-7000oC, активных ионов водорода и кавитационных процессов с поверхности основы 2 удаляются загрязнения по механизмам нестационарного испарения, восстановления оксидов водородом и кавитационного разрушения. На электроды ячеек 13 подается от источников 14 импульсный ток положительной полярности, в связи с чем у поверхности очищенной от загрязнений основы 2 образуется нестабильный плазменный слой, процессы в котором приводят к появлению волн давления и локальных термических напряжений в поверхностных слоях металла основы 2, что вызывает появление слоев с активированной структурой, выражающейся в искажениях кристаллической решетки металла. Затем основа 2 с очищенной и активированной поверхностью промывается водой под давлением для удаления остатков электролита и сушится сжатым воздухом при прохождении через камеру промывки - сушится сжатым воздухом при прохождении через камеру промывки-сушки 15. Плакирующий слой в виде ленты 4 подается через вращающиеся металлические щетки 20, где происходит удаление поверхностного слоя с загрязнениями, регуляризация микрорельефа и активация поверхности. Толщина удаленного слоя и профиль микрорельефа поверхности задаются скоростью вращения щеток 20 и усилием их прижатия. Основа 2 и плакирующий слой 4 с подготовленными поверхностями подаются в блок формовки 22, содержащий несколько пар формующих роликов. При последовательном прохождении плакирующей ленты 4 через ролики блока 22, происходит ее формование в трубную оболочку вокруг основы 2. Основа 2 при этом свободно перемещается внутри плакирующей оболочки. Продольный шов оболочки заваривается с помощью аргонодуговой горелки с неплавящимся вольфрамовым электродом, причем горелка установлена на сварочной головке с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Качество сварного шва обеспечивается системами: автоматической стабилизации длины сварочной дуги и слежения за продольным стыком кромок плакирующей ленты 4 при возможных нарушениях стабильности процесса формовки. Полученная таким образом сплошная плакирующая оболочка подается в устройство деформации плакирующего слоя 4, где сварной шов охлаждается душирующей головкой, на поверхность наносится смазка в смазочной ванне и оболочка деформируется в волоке с уменьшением диаметра и сохранением толщины. В результате этой операции плакирующий слой 4 упрочняется, его реологические свойства приближаются к свойствам более прочной основы 2 и оболочка плотно осаживается на основу 4. Сформированная слоистая заготовка поступает на приводной барабан транспортирующего механизма 26, огибает его и через холостой барабан подается на намоточное устройство 27 агрегата промежуточной смотки-размотки. Выполнение транспортирующего механизма 26 в виде двух барабанов, приводного и холостого, с многократным огибанием их слоистой заготовкой, позволяет стабилизировать скорость транспортирования заготовки и компонентов через узел подготовки поверхностей 8, формующий блок 22, сварочную установку и устройство деформации плакирующего слоя 25, что повышает качество слоистых изделий за счет стабильной подготовки поверхностей и качественной заварки шва. Кроме того, при транспортировке слоистой заготовки с помощью двухшкивного механизма значительно снижаются напряжения в плакирующей оболочке, что снижает вероятность ее разрывов. Намоточное устройство 27 синхронизировано с транспортирующим механизмом 26 с помощью системы поддержания натяжения слоистой заготовки на катушке, что позволяет избегать рывков и нарушения стабильности процесса при заполнении катушки. Заполненная слоистой заготовкой катушка намоточного устройства 27 подается на перегружатель 28, при этом транспортирующий механизм 26 автоматически останавливается, а другие узлы и агрегаты переходят в заправочный режим. На намоточное устройство 27 загружается новая катушка и продолжается процесс получения слоистой заготовки. Перегружатель 28 доставляет катушку, заполненную слоистой заготовкой, к размывателю 29, где при окончании предыдущей катушки со слоистой заготовкой, происходит ее загрузка на разматыватель с подстыковкой концов или складирование в его непосредственной близости. С разматывателя 29 слоистая заготовка подается в установку высокоскоростного нагрева 30, проходя последовательно контактное устройство 31, рихтующее устройство 32 и секции нагрева 34, расположенные в корпусе 33 электролитного плазмотрона, который они образуют. В качестве катода электролитного плазмотрона выступает нагреваемая слоистая заготовка, подключаемая через контактное устройство 31 к отрицательным выводам источников постоянного тока 35, а в качестве анода используются цилиндрические полые перфорированные электроды из токопроводящего материала. При подаче электролита из бака 39 посредством насоса 38 через коллектор 37 с регулирующими вентилями и магистрали 36 и подаче на электроды напряжения от источников 35 при определенной напряженности электрического поля происходит формирование сплошной плазменной оболочки вокруг слоистой заготовки. Поскольку температура плазменного слоя достигает в этом случае 8000-9000oC, происходит интенсивный разогрев слоистой заготовки, а вскипающий электролит образует паровую оболочку вокруг плазменного слоя, препятствуя отводу тепла от слоя и слоистого изделия. Интенсивность нагрева слоистой заготовки задается параметрами электролита и источников питания. Соотношение интенсивностей нагрева по секциям обеспечивается системой автоматического регулирования, которой связаны источники питания 35 секций нагрева 34, а температура слоистой заготовки на выходе поддерживается путем изменения интенсивности нагрева в последней секции в зависимости от показаний пирометра 40. Расстояния между секциями нагрева 34 устанавливаются таким образом, чтобы на подходе к последующей секции выровнялась температура слоистой заготовки по сечению. Во избежание охлаждения плакирующего слоя, между секциями нагрева 34 организуется среда с низким коэффициентом теплопроводности. Нагретая слоистая заготовка поступает в прокатный блок 41, где происходит совместная деформация компонентов с получением прочного соединения между ними и готовое слоистое изделие - катанка, труба или профиль сматывается в бунты намоточным устройством 42, либо разрезается на мерные изделия. Пример конкретного выполнения комплексного устройства На заявляемой линии для производства слоистых металлических изделий изготавливали биметаллическую катанку с основой из стальной проволоки с плакирующим слоем из медной ленты, используемую для дальнейшей переработки с получением сталемедной проволоки и канатов. Содержание меди в биметаллической заготовке составляет 22%. Для этого стальную проволоку диаметром 7,0 мм подавали из бунта через рихтующее устройство в виде двухплоскостной роликовой правилки в установку электролитно-плазменной подготовки поверхности. В ячейки установки их бака подавали электролит - водный раствор кальцинированной соды, устанавливая его расход из условия заполнения полости электрода ячейки. На электроды ячеек устройства очистки поверхности подавалось напряжение от источника постоянного тока, а параметры процесса очистки задавали таким образом, чтобы в ячейках обеспечивался режим метастабильного плазменного слоя с плотностью тока 4,0 - 5,0 А/см2. На электроды ячеек устройства активации поверхности подавалось напряжение от источника импульсного тока величиной, обеспечивающей режим нестабильного плазменного слоя у поверхности с плотностью тока 8,0-10,0 А/см2. В результате такой подготовки поверхность проволоки на выходе из установки имела серебристый цвет без видимых следов окислов и технологических смазок. Одновременно с проволокой подавали медную ленту толщиной 0,5 мм через вращающуюся со скоростью 1500 об/мин щетку из углеродистой проволоки. Усилие прижатия ленты выбирали из условия полной очистки поверхности от загрязнений и отсутствия вторичного оксидообразования. Стальная проволока и медная лента с подготовленными поверхностями подавались в блок формовки, где лента путем постепенного подгиба кромок роликами формировалась в трубную оболочку вокруг проволоки. Медная оболочка, удерживаемая водоохлаждаемыми опорно-сварочными роликами, проваривалась сплошным швом с помощью автоматизированной сварочной аргоно-дуговой головки на базе комплекса АСГВ-4. Сплошная медная оболочка совместно с проволокой задавалась через душирующую головку, где происходило охлаждение сварочного шва, и смазочную ванну в монолитную волоку, где плотно осаживались на проволоку, подвергаясь деформации с обжатием 20%. Полученная таким образом сталемедная заготовка транспортировалась посредством огибания барабанов-шкивов транспортирующего механизма со скоростью 12 м/мин и поступала на катушку намоточного устройства агрегата промежуточной смотки-размотки. При заполнении катушки сталемедной заготовкой скорость транспортирования автоматически снижалась до 2 м/мин с последующей плавной остановкой, к намоточному устройству подавался перегружатель, катушка перегружалась на его платформу, а на намоточное устройство загружалась пустая катушка. Перегружатель доставлял заполненную катушку к разматывателю агрегата промежуточной смотки-размотки для дальнейшего нагрева и деформации в прокатном блоке с получением сталемедной катанки. Нагрев сталемедной заготовки осуществляли в проходном электролитном плазмотроне, разделенном на три секции нагрева. Плазменный нагрев сталемедной заготовки происходит при прокачивании через полость электродов секций водного раствора кальцинированной соды с подачей на них напряжения от источников постоянного тока величиной, обеспечивающей формирование стабильного плазменного слоя и интенсивной его теплоотдачи заготовке. Интенсивность нагрева в первой секции составляла 180 град/с, во второй - 120 град/с, в третьей - 90 град/с. Такие режимы нагрева совместно с выдержками заготовки между секциями в пароводяной среде в течение 2 с позволили равномерно прогревать сталемедную заготовку по сечению без оплавления медного слоя до температуры 830o
Формула изобретения
1. Линия для производства слоистых металлических изделий, включающая расположенные по ходу технологического процесса разматыватели основы и плакирующего слоя, устройство очистки поверхности основы, узел активации ее поверхности, устройство очистки поверхности плакирующего слоя, узел формовки плакирующего слоя вокруг основы, установку сварки продольного шва плакирующего слоя, агрегат промежуточной смотки-размотки слоистой заготовки, установку для нагрева, деформирующее и намоточное устройства, отличающаяся тем, что она снабжена установленными последовательно за установкой сварки продольного шва плакирующего слоя устройством деформации плакирующего слоя и транспортирующим механизмом, а в качестве установки для нагрева использована установка высокоскоростного нагрева. 2. Линия по п.1, отличающаяся тем, что узел активации поверхности основы выполнен в виде последовательно расположенных электролитно-плазменных ячеек, источников поляризованного импульсного тока и системы подачи электролита в ячейки, причем ячейки подключены к положительным выводам источников тока. 3. Линия по п. 1, отличающаяся тем, что устройство деформации плакирующего слоя выполнено в виде душирующей головки, смазочной ванны и волоки. 4. Линия по п.1, отличающаяся тем, что транспортирующий механизм выполнен в виде двухшкивного блока, причем шкив, расположенный первым по ходу технологического процесса, является холостым, а второй - приводным. 5. Линия по п.1, отличающаяся тем, что агрегат промежуточной смотки-размотки слоистой заготовки выполнен в виде намоточного устройства, перегружателя и разматывателя и синхронизирован с транспортирующим механизмом. 6. Линия по п. 1, отличающаяся тем, что установка высокоскоростного нагрева выполнена в виде электролитного плазматрона, разделенного на секции нагрева с индивидуальными источниками питания, имеющими общую систему подачи электролита в секции, причем источники питания секций нагрева связаны между собой системой автоматического регулирования.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2