钢带成型法生产药芯焊丝的工艺
药芯焊丝是近些年来迅速发展起来的一种新型焊接用品,由于其工艺性能好、焊缝质量高,应用日益广泛。按照产品种类,其可分为结构焊用药芯焊丝、不锈钢药芯焊丝和堆焊用药芯焊丝。目前这三种药芯焊丝的制造都可以在轧制和拔制联合的成型生产线上完成。
在诸多药芯焊丝生产方法中,用钢带包裹药粉生产有缝药芯焊丝是最常见的一种方法。该方法设备简单、工艺成熟,生产出的药芯焊丝质量稳定,完全可以满足现代造船业和要求较高的钢结构部件的质量要求;即使生产其他特殊用途的焊丝、喷涂丝等,也非常方便可靠。
轧制机组实施初步加工
成型机组放带机是将准备好的层绕在工字轮上的钢带,通过放带机逐层放开,然后引入轧机组的上下轧辊之间,通过多个道次孔型进行轧制。钢带的运行动力是由主动辊的轧制摩擦力和后边拉拔机的牵引力综合给予的。但为了保障钢带进入轧机时状态的稳定性,工字轮放带机要在放出的钢带上施加一个反向张紧力使张紧力基本稳定不变。放带机转轴上安装了一个摩擦阻尼器,阻尼器的摩擦力随着钢带卷的卷径变小而变小,以保障带钢放开张力的恒定。
成型轧制机组由主动和被动轧机交替布置。被动轧辊的孔型使钢带两侧边在其运动的垂直方向上弯曲变形,主动轧辊的孔型除上述作用外还要利用轧辊与钢带(焊丝)的轧压摩擦力牵引钢带(焊丝)向前运动,被动轧辊的转速由孔型大小和轧件运动速度自然生成,而主动轧辊的速度则是根据焊丝轧件断面变化、内部药粉的紧实程度,并考虑到轧制预张紧而人为设定的。设定的原则是使焊丝轧件在变型过程中,于各道次孔型之间始终存在一个沿焊丝轴向大小合适的张力。
轧制段的孔型变化分为三个阶段。第一阶段是加药粉前阶段。该阶段将平面钢带变成U形,为加药粉做准备。药粉的加入量根据药芯焊丝的焊接工艺要求和焊缝使用性能而定。对于不同用途的焊丝使用不同的药粉配方,同时,根据焊接工艺和焊缝的物理性能要求定出不同的填充率。焊丝中药粉填充率的准确度是一个重要参数。药粉加入机构有三个组成部分:药粉斗、给粉带和伺服传动系统,其工作状态的可靠度应予以充分重视。
第二阶段,加粉后的焊丝再经过三个道次孔型的轧制就合口形成封闭的管状焊丝。此时药粉在钢管中仍处于松散状态。如果在生产过程中设备运行不稳定,则可能造成药粉分布不均匀,因此无论是机械装置的精度还是电机运转的控制,均要保障生产线的稳定运转,不能发生速度时快时慢、张力时大时小的现象。
第三阶段,生产线完成轧制减径变形。由于药芯焊丝是有缝管状结构,而且芯部有易流动的粉状物,因此为保障减径过程中药粉不从管缝中漏出,每道次均为圆形孔型。另外要使焊丝在轧制过程中始终保持水平伸直状态,焊丝运行时要处于微张力状态。这是由控制各道次的轧制线速度差别来实现的,通过这个速度差,轧制水平摩擦力逐渐增大,使得焊丝在道次之间产生了张力。速度差是可以调整的,使得生产不同品种的焊丝可以使用不同的张力。
在轧制机组工作过程中,焊丝中的药粉从填入U形钢带、包裹在管状钢带中到焊丝逐道次的减径,松散的药粉逐步变成紧实的药粉,即药粉的密度由堆积密度变成为紧实密度。这样,管状焊丝就具备了成品焊丝的一般物理特征。
拉拔机组完成变形加工
对于在轧制工序尚不能成为成品药芯焊丝的,要在拉拔机组中继续加工,这是因为成型轧机的轧辊孔型加工有一定难度,不易保证精度,拔丝模的孔型加工精度较易保证,焊丝经拔制后几何尺寸精度较好;轧辊孔型的对中和压下为人工调整,存在一定误差,也要靠拉拔最终保障几何形状和尺寸的精度;包裹焊丝的钢皮冷变形量不够、硬化不充分,则会导致焊丝的刚(挺)度不够,用圆孔型拉丝模拉拔可以提高道次变形率,使焊丝的刚性快速增强。
拉拔机组为圆筒直进式拉拔机串联排列,各卷筒的转速由摆动式的位置传感器来检测前后卷筒之间焊丝的张力,如果张力过大,可加大前道次拉拔卷筒的转速或减小后道次拉拔卷筒的转速,以减小张力从而使卷筒的速度匹配,使拉拔机组各卷筒的转速在动态中平衡,保障焊丝在拉拔过程中平稳运行。
收丝机进行收纳包装
经过拉拔机组加工后的焊丝,有的已经成为成品焊丝,如堆焊焊丝等一些特种用途的焊丝;有些则是半成品,如结构焊的焊丝(碳钢焊丝、不锈钢焊丝)。将上述焊丝收卷到工字轮上,以便为下一道工序做好准备。工字轮缠绕焊丝的重量一般为0.5吨~1吨。对于成品焊丝可以将其从工字轮上重绕到适合焊接机放丝用的小规格工字轮上或者专用的收、放丝筒中;而对于半成品焊丝,则将其从工字轮放开到下一道拉拔工序,继续拔细至成品焊丝后再收到小规格工字轮上或者收、放丝筒中,以备焊接使用或包装销售。
工字轮收丝机将成品或半成品焊丝均匀、密实地缠绕在工字轮上,并且不破坏焊丝外观和内部质量。为此,收丝机上做了如下两项工艺设置:一是在旋转收丝的工字轮进丝一端设置了一个活套,活套活动导丝轮的移动可以消化由于工字轮收丝线速度与前边拉丝机卷筒之间的线速度差。活套的活动导丝轮与固定导丝轮之间的距离拉近,通过活套上的位置传感器控制收丝机电机减速,可使收丝工字轮与最后一道拉丝卷筒之间的焊丝松开拉长,两活套导轮的距离拉开回到原位。活套两导轮之间有一个汽缸撑在中间,始终将焊丝绷紧,调整汽缸的压力,可控制焊丝的绷紧程度。这样既可以使工字轮转速与拉丝卷筒转速相匹配,又可使缠绕到工字轮上焊丝的紧实度均匀。二是在工字轮缠绕的进丝端设置了排线装置,通过调整排线,横移速度与工字轮转速之间的比值趋于合适。排线机构分为丝杆排线机构和光杆排线机构两种类型。丝杆排线机构由丝杆旋转带动与丝母联连接在一起的排线轮作与进线垂直的运动,其速度可通过调整丝杆驱动电机的速度来控制。光杆排线机构则是由旋转的光圆柱杆带动与夹持其上的滚动轴承连接在一起的排线轮作与进线垂直的运动,其速度快慢的改变可通过调整滚动轴承之间的端面夹角来实现。