Материаловедение 5 (стр. 11 из 16)

Тема 5.2. Прокатное производство.

Прокатка — это процесс обжатия заготовки между вращающимися валками прокатного стана с целью придания ей требуемой формы и размеров (см. рис. 52, а).

Продукцией прокатного производства является металлопрокат различных профилей, размеров и назначения.

Форму поперечного сечения проката называют профилем. Профиль по длине изделия может быть либо постоянным, либо переменным (периодическим). Перечень наименований профилей, содержащих сведения об основных их размерах и технических характеристиках, называют сортаментом. Наличие сортамента позволяет использовать металл непосредственно в том состоянии, в котором он поставлен предприятию металлургическим заводом. При этом затраты на последующую механическую обработку будут минимальными. Поэтому широкое применение проката является одним из важнейших путей более эффективного использования металла.

Сортамент проката делится на следующие основные группы: сортовой прокат, листовой прокат, трубы и профили специального назначения. Исходной заготовкой для проката служат стальные слитки массой до 25 т. Из слитков на обжимных прокатных станах получают заготовки квадратного профиля — блюмы, используемые для изготовления сортового проката, и слябы — заготовки прямоугольного профиля, из которых получают лист и полосы.

Сортовой прокат подразделяют на простой и фасонный (сложного профиля). К простому прокату относят профили с простой геометрической формой сечения — круг, квадрат, шестигранник и др., к прокату фасонного профиля (рис. 53) — сталь угловую, тавр, швеллер и др

Листовой прокат разделяется на тонколистовую и толстолис товую сталь. Листовой прокат толщиной менее 4 мм называют тонколистовым, а более 4 мм — толстолистовым. Ширина листов тонколистовой стали 600...2200 мм. К этому виду продукции относится, например, сталь оцинкованная, жесть белая (покрытая оловом), трансформаторная сталь, стальная лента.

Трубы в зависимости от технологии их производства делят на бесшовные и сварные. Трубы стальные бесшовные прокатываются с наружным диаметром от 30 до 650 мм и толщиной стенок от 2,5 до

б л м нРис. 53. Виды сортового проката общего назначения: а — круг; б — квадрат; в — шестигранник; г — лист; д — сталь сегментная; ж — сталь трехгранная; з, и — сталь соответственно угловая равнобокая и неравнобокая; к — тавр; л — швеллер; м — двутавр; н — рельс

55 мм. Трубы сварные с наружным диаметром до 1420 мм изготавливают из полосы толщиной до 20 мм. В настоящее время осваивается производство сварных труб для магистральных газопроводов диаметром до 2200 мм.

К профилям специального назначения относятся, например, заготовка вагонной оси, цельнокатаные колеса для вагонов, зубчатые колеса. Этот вид проката чаще всего применяется как фасонная заготовка для последующей штамповки или как заготовка под механическую обработку.

Все геометрические параметры стального проката регламентированы соответствующими стандартами.

Технологический процесс прокатного производства включает следующие обязательные операции: подготовка исходного материала, его нагрев, удаление окалины, прокатка и отделка. Иногда прокатную продукцию подвергают различным операциям термической обработки.

Нагрев металла перед прокаткой повышает его пластичность и улучшает физико-механические свойства. Однако в обычных пламенных печах на поверхности многих металлов и сплавов образуется окалина, которая в процессе прокатки вдавливается в поверхность металла, что существенно ухудшает качественные характеристики проката. Поэтому удаление окалины перед прокаткой является одной из основных операций прокатного производства. Наилучшим способом удаления окалины является гидроочистка. С этой целью на рабочих клетях устанавливают сопла для подачи на заготовку воды под давлением до 10 МПа. Для снижения окалинообразования нагрев ведут в электрических печах.

Прокатка листов, полос и фольги производится в валках с гладкой рабочей поверхностью. Для получения фасонного проката используют калиброванные валки с ручьями (канавками) по окружности. Совмещенные ручьи одной пары валков образуют калибры. Пример калибровки валков для прокатки балок двутаврового сечения показан на рис. 54. При пропускании прокатываемой заготовки через серию калибров постепенно происходит

Рис. 54. Калибры валков для прокатки балок двутаврового сечения

Для обработки поковок используют кувалды, ручники, гладилки, прошивки, зубила, обжимки и другие инструменты. К инструменту для удержания относятся различные клещи и наковальни. Для измерения поковок применяют линейки, угольники, кронциркули, шаблоны и др.

Рис. 56. Инструмент для ручной ковки: а — кувалды; б — ручники; в — гладилки; г — прошивки; д — зубила; е — обжимки; ж — подбойки; з — вершник; и — гвоздильни; к — скоба; л —клещи

Технологический процесс свободной ковки состоит из подбора и нагрева заготовки, собственно ковки на молоте или прессе, отделки и контроля полученной поковки. В случае серийного производства разрабатывают технологические карты на каждую операцию, в которых отражается последовательность процесса изготовления поковки с расчетом норм времени на обработку.

Для механизации тяжелых и трудоемких операций ковки применяют различные краны, кантователи и манипуляторы, создают кузнечные машины с программным управлением, автоматизируют управление ковочными машинами.

Тема 5.3. Физические основы процесса. Электродуговая сварка.

Важнейшим промышленным видом сварки металлов в настоящее время является электродуговая сварка. Она используется для получения неразъемных соединений черных и цветных металлов. При этом способе сварки кромки деталей и конец электрода разогреваются до плавления электрической дугой.

Электрическая дуга — это длительный мощный электрический разряд в газовой среде между двумя электродами. Дуга загорается при кратковременном соприкосновении электрода и .основного металла и последующем их разъединении. При соприкосновении электрода с изделием устанавливается режим короткого замыкания, а после отвода электрода от изделия на 3...4 мм зажигается дуга (рис. 66). При установившемся режиме дуга

Технологическими параметрами режима сварки являются сила сварочного тока, напряжение и скорость процесса. Сила сварочного тока согласуется с толщиной свариваемых деталей и выбирается в зависимости от типа и толщины электрода. Обычно она не превышает 250 А. Рабочее напряжение при установившейся дуге не превышает 25 В, хотя для зажигания дуги требуется напряжение 45...50 В. Следствием неправильно выбранного режима могут быть различные дефекты сварных швов — непро- вары, трещины, шлаковые включения, поры, пережог и др. Силу сварочного тока регулируют изменением воздушного зазораSв магнитопроводе дросселя (см. рис. 67). При максимальномSмагнитное сопротивление будет наибольшим, магнитный поток — наименьшим. Так как э.д.с. самоиндукции определяется исключительно магнитным потоком, то она в данном случае будет минимальной. Следовательно, приложенное напряжение будет гаситься в меньшей степени, что обусловит й цепи максимальный ток.

Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой металлические стержни диаметром от 1 до 12 мм и длиной до 450 мм. Их изготавливают из специальной сварочной проволоки марок Св08, Св08Г, Св10Г2 и др. Содержание углерода в проволоке, как правило, ограничивается, что улучшает пластичность наплавленного металла. Электроды диаметром 1...2 мм применяют для сварки металла толщиной до 2 мм. С увеличением толщины свариваемого металла диаметр электродов увеличивают, например при сварке металлов толщиной 5... 10 мм используются электроды диаметром 4...5 мм.

Стальные электроды для ручной дуговой сварки покрывают специальными обмазками для обеспечения более устойчивого горения дуги и повышения качества сварного шва. Применяют электродные обмазки двух видов — тонкие и толстые. Тонкие обмазки (обычно мел и жидкое стекло) используют только для обеспечения устойчивости горения дуги. Их применяют для сварки малоответственных изделий из углеродистой стали. Для сварки ответственных изделий применяют электроды с толстой обмазкой (покрытием). В их состав входят шлакообразующие, легирующие, раскисляющие, ионизирующие и связующие компоненты.

Для сварки высоколегированных сталей применяют электроды из электродной проволоки, имеющей примерно такой же состав, как и свариваемая сталь.

Сварочный пост организовывается, как правило, в отдельной кабине и огораживается от остальной части цеха плотной ширмой. Он должен иметь рабочий стол, сборочно-сварочные приспособления, контрольно-измерительные инструменты и приборы, элек- трододержатель, гибкий кабель для подвода тока, электроды и др. Сварщики обеспечиваются спецодеждой и спецобувью, а также предохранительными щитками или шлемами со специальными светофильтрами для защиты глаз и лица от ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, излучаемых электрической дугой.