Проволока — один из самых востребованных видов изделий из металла. Она может быть стальной, медной, титановой, из алюминия, цинка, никеля и их сплавов. Бывают и биметаллические и полиметаллические проволоки. Без проволоки невозможно представить себе электротехнику — но не только.
Стальная проволока нужна и при производстве пружин, гвоздей электродов, свёрл. Хотя для таких целей используется даже не сама проволока, а ее полуфабрикат — стальная катанка. Посмотрим, как ее, а потом и проволоку, производят из цельной стали.Собственно, изготавливают катанку так же, как и всякий иной прокат: заготовку в виде бруска (блюма) раскаляют до состояния «красной мягкости», а затем пропускают через вальцы, которые вытягивают горячий металл в катанку с сечением до 10 мм. — и далее поступает на мотальный станок, где и укладывается кольцами.
Ответственное охлаждение
После этого наступает этап охлаждения катанки. Оно может быть естественным (в этом случае катанка получает маркировку ВО) и ускоренное (маркировка УО).
Естественное охлаждение дает более мягкую и пластичную катанку (а затем и проволоку), а ускоренное — более жесткой и упругой. Ускорить охлаждение катанки могут промышленные установки-вентиляторы или потоки воды. При первом способе охлаждения в маркировке катанки будет указываться УО1, а при втором – УО2.
Ускоренно охлажденную катанку (предназначенную для производства проволоки в дальнейшем) зачищают от окалины, которой на катанке УО1 не должно быть более 18 килограмм на тонну, а для катанки УО2 – не более 10 кг/т. Окалина удаляется либо механическим путем (тогда катанка пропускается через специальный станок-окалиноломатель), либо химическим, когда поверхность катанки протравливают раствором серной кислоты с добавлением поваренной соли, тринатрийфосфата и др. добавок.
Химический способ дает более ровную поверхность, но он же чреват приобретением металлом т.н. «травильной хрупкости». Механический способ в этом отношении безопасен, поскольку — но он менее надежен и выдает шероховатую поверхность.
Расчет сопротивления
Особое значение электрическое сопротивление играет в ситуациях, когда проволока используется в качестве обмотки для трансформаторов и генераторов. Ведь если сопротивление будет слишком большим, то в таком случае при возникновении аварийной ситуации может возникнуть возгорание обмотки, что может привести к катастрофическим последствиям.
Формула сопротивления
Для точного подсчета сопротивления используется следующая формула: R = (P x L)/S. Расшифровывается она так:
- R — это общее сопротивление. Этот параметр нам нужно найти в результате вычислений (единицы измерения — Ом).
- P — это удельное сопротивление материала. Этот показатель является физической константой, а зависит он от типа химического элемента. Для меди константа P будет равна 0,0175 (единицы измерения — (Ом x мм x мм)/м).
- L — это общая длина в метрах. Чем больше она будет, тем выше будет сопротивление проводника.
- S — это площадь сечения в квадратных миллиметрах. Этот параметр также влияет на итоговое сопротивление — чем меньше он будет, тем выше будет сопротивление.
Обратите внимание, что параметр S обычно указывается в технической документации, однако вместо площади сечения иногда указывается только диаметр сечения провода. В таком случае необходимо рассчитать площадь по по формуле: S = (Pi x d x d)/4. Расшифровывается эта формула следующим образом:
- Pi — это математическая константа, которая приблизительно равна 3,14.
- d — это диаметр сечения проводника в миллиметрах.
По итогу сопротивление медной проволоки измеряется по двум формулам: R = (P x L)/S = (4 x P x L)/(Pi x d x d).
Примеры задач
Давайте попытаемся решить несколько несложных задачек:
- Задача 1. Определить сопротивление проволоки, длина которой составляет 100 метров, а площадь сечения — 5 квадратных миллиметров. В нашей задачке известен параметр площади, поэтому мы будем использовать первую формулу R = (P x L)/S. Подставим наши значения: R = (0,0175 x 100)/5 = 0,35 Ом.
- Задача 2. Определить сопротивление проволоки, у которой длина составляет 500 метров, а диаметр сечения — 2 миллиметра. В этой задачек известен диаметр, поэтому мы будем пользоваться второй формулой R = (4 x P x L)/(Pi x d x d). Подставим наши значения: R = (4 x 0,0175 x 500)/(3,14 x 2 x 2) = 2,78 Ом.
Гвозди, болты и ГОСТы
Какой же из способов очистки катанки лучше? Это зависит от того, что из нее собираются делать.
Для гвоздей требуется заготовка с гладкой поверхностью, а для изготовления арматуры, электродов или болтов подойдет и шероховатая.
Кроме того, на поверхности катанки, предназначенной для производства проволоки, могут образовываться специфические дефекты — заусенцы либо закаты. Заусенцы — это выпуклости, которые при дальнейших операциях будут сдираться и «закатываться» (отсюда и название другого дефекта — закаты).
Плохо влияют на свойства металла в катанке заварившиеся пузыри – волосовины — и «усадочные раковины», которые возникают, если перед прокаткой металл был нагрет слишком сильно и оттого утратил часть углерода, «выгоревшего» при прокаливании.
Для проверки качества катанку подвергают испытаниям, главным из которых является проверка эластичности. Качественная катанка может спокойно выдерживать изгиб на 180 градусов вокруг штырька, имеющего такой же диаметр, как и у подвергаемой испытанию катанки. Более подробно ознакомиться с требованиями, предъявляемыми к такому металлопрокату, можно в ГОСТе 30136–95.
В этом ГОСТе диаметры катанки в 5, 5,5, 6, 6,3, 6,5, 7, 8 и 9 мм определены как стандартные и обязательные к изготовлению для всех производителей. По желанию заказчика металлургические предприятия могут производить катанку с сечением и больше 9 мм, но такие заказы бывают довольно редко.
В силу технологических особенностей дешевле всего обходится производство катанки диаметром 8 мм – она и пользуется наибольшим спросом. Добавляет «калибру» 8 мм. и удобство расчетов:
-один метр катанки диаметром 8 мм. имеет массу около 400 г. (395 г., если быть точным),
—в тонне такой катанки будет 2531 метр (то есть 2,5 километра «с небольшим запасом»).
Это очень удобные цифры — их легко запомнить, не надо заглядывать в специальные таблицы.
Виды покрытий
В зависимости об обработки поверхности, стальная проволока может быть:
- С полировкой;
- С травлением;
- Со шлифовкой;
- С вытяжкой.
Проволока, которая подвергалась обжигу и оцинковке, очень востребована. Сферы ее применения многообразны. Из обработанной обжигом и цинкованием проволоки изготавливают Рабицу. Она идет на производство опор, применяемых в виноградарстве. Еще одна сфера ее применения — линии связи. Необожжённая проволока тоже достаточно востребована. Прежде всего, из нее изготавливают гвозди.
Поставка и маркировка
Готовая катанка сматывается в бухты весом не менее 160 кг. Обычно каждая бухта представляет собой сплошной отрезок, который маркируется по требованиям ГОСТ 7566. На каждый моток крепится маркировочная метка, в которой указывается завод-изготовитель, диаметр катанки, сорт и марка стали, номер плавки. Тем не менее, допускается сматывание в одну бухту и двух отрезков катанки – но если только один отрезок не будет больше 10% от массы мотка. При этом производитель должен гарантировать свариваемость изделий и поставить два маркировочных ярлыка – по одному на каждый отрезок.
По техническим условиям ТУ 14-15-254-91 катанка по ТУ изготавливается 4-х классов:
класс ВК — катанка канатная высококачественная;
класс ВД — катанка высокой деформированности;
класс КК-катанка канатная качественная;
класс ПД — катанка конструкционная.
Основные свойства медной проволоки
Для создания проволоки обычно используются чистые марки меди — M3, M2, M1, M0 и выше (то есть такие марки, у которых содержание меди составляет более 99%).
Производство осуществляется фабричным способом, а в качестве исходного сырья используют различные руды или вторсырье. По структуре различают два основных типа проволоки — мягкая и твердая. Мягкая подходит для инженерно-прикладных нужд, а твердая часто используется для декоративных целей.
Свойства
- Низкая удельное сопротивление материала (показатель P составляет 0,0175). Благодаря этому электрический ток легко проходит через металл, а проводник не нагревается.
- Достаточно высокая плотность медной проволоки (около 9 г на 1 кубический сантиметр). Из-за этого материал обладает небольшим весом и плотной структурой.
- Устойчивость к коррозии. Благодаря этому материал не ржавеет и не портится во время хранения.
Где взять медную проволоку в домашних условиях? Проволока входит в состав электродвигателей и трансформаторов электроэнергии. Поэтому ее можно найти в любых электроприборах — телевизоры, фены, утюги, пылесосы и так далее.
Также медная проволока очень часто используется в качестве проводника электрического тока, поэтому ее можно найти в проводах и кабелях. Обратите внимание, что кабельная медь обычно покрывается специальной защитной оболочкой, снять которую вручную сложно. Тогда как на трансформаторах и электродвигателях обмотка находится в чистом виде (изоляция в данном случае не требуется по техническим соображениям).
Катанка в деле и производстве
Катанка считается полуфабрикатом, но довольно широко используется и сама по себе. Стальная катанка служит средством крепления при перевозке по железной дороге крупногабаритных грузов. Ей же скрепляют несущие элементы конструкций и армируют железобетон (для этого очень хорошо подходит самая дешевая 8-миллиметровая катанка). Продукцию толщиной 6,5 мм используют для упрочения кирпичной кладки, устройства громоотводов и изготовления тросов, применяемых при строительстве вантовых мостов. Однако главное назначение катанки – все-таки роль промежуточного полуфабриката при производстве гвоздей, сварочных электродов, намотки пружин — и, разумеется, производстве проволоки.
Сферы применения
- Медная проволока для обмотки различных трансформаторов и генераторов энергии. Для таких целей обычно используется проволока небольшого или среднего диаметра с высоким удельным содержание меди (более 99,5%). Благодаря этому электрический ток проходит по проводнику свободно и без задержек, что улучшает технико-эксплуатационные характеристики трансформаторов и генераторов.
- Создание кабелей и проводников электрического тока. Также медная проволока широко используется для создания проводников, поскольку медь очень хорошо пропускает электрических ток и слабо нагревается во время работы.
- Для рукоделия и создания каркасных конструкций декоративного назначения. Можно делать различные декоративные изделия — кольца, каркасные изделия в виде животных, плетеные игрушки и так далее. В этой области большое распространение получила медная проволока для рукоделия марок M3 и выше. Удельное содержание меди в данном случае не слишком важно.
Также проволоку используют для проведения сварки медных и латунных изделий. Подбирать марку меди нужно в зависимости от состава оригинальных деталей, которые будут подлежать сварке. Если исходные детали и сварочная проволока будут иметь разный состав, то в таком случае качество шва будет не слишком высоким, что может привести к растрескиванию и порче материала.
Сварка медной проволокой
Применяется для сварки изделий и листов на основе медных или латунных сплавов. Медная проволока в данном случае используется в качестве субстрата, из которого будет формироваться сварной шов. Рассмотрим критические моменты основных способов сварки:
Газовая сварка
Для проведения газовой сварки меди рекомендуется использовать флюсовые растворы на основе бора для оперативного удаления оксидов, чтобы улучшить качество шва и минимизировать образование пузырьков воздуха внутри сварного шва.
Нужно следить за расходом газа в зависимости от толщины сплава. Если толщина объекта составляет менее 1 см, то расход газа будет 150-160 л/час. Если же толщина объекта будет более 1 см, то расход будет порядка 200-250 л.
Сварку рекомендуется проводить быстрыми, но точными движениями. Распавку нужно делать так: сперва расплавляется присадочная проволока — потом расплавляются края медных объектов.
Сварка полуавтоматом
Сварку полуавтоматом рекомендуется делать во флюсовой среде для минимизации риска образования пузырьков воздуха. Оптимальная проволока для проведения сварки — M2, хотя можно также использовать марки M1 и M3.
Для сварки полуавтоматом рекомендуется использовать напряжение 30 вольт, а силу тока — 300 ампер. Сварку рекомендуется делать поперечными движениями, но без резких колебаний. Иначе могут образоваться пузырьки воздуха и вредоносные оксиды, что плохо скажется на качестве сварного шва.
Аргонодуговая сварка
Этот способ сварки — оптимальный. За счет применения аргона снижается риск образования оксидов и пузырьков воздуха, что делает шов ровным и твердым. Для сварки нужно использовать электроды на основе вольфрамовых сплавов. Электроды на другой основе быстро разрушаются и могут загрязнять шов. Для проведения сварки рекомендуется использовать ток обратной полярности. Если медное изделие обладает большой и средней толщиной, то в таком случае перед сваркой необходимо выполнить небольшой нагрев. При работе с тонкими изделиями предварительный нагрев можно не выполнять.
Особенности
Современная медная проволока выглядит, как и такие же изделия из других металлов, похожие на тонкую струну. Технологи говорят в таких случаях про очень малое поперечное сечение. Чаще всего промышленное производство медной проволоки ведется методом горячей или холодной деформации. В ее составе почти отсутствуют примеси, там должна быть медь исключительно чистых сортов. Действующий ГОСТ на проволоку из меди введен в действие 1 января 1992 года.
Согласно стандарту, производство должно вестись по принципам актуального технологического регламента. Нормируются диаметры, уровень отклонений, близость проволоки и прутков к форме овала. Поверхностная плоскость изделий неизменно должна быть чиста и гладка. Недопустимы по стандарту:
- трещины;
- такой вид дефектов, как закаты;
- разрывы;
- плены прокатные (если глубина превышает штатные отклонения от диаметра).
А вот что вполне может присутствовать, не нарушая установленных норм:
- покрасневшие зоны, оставшиеся после протравливания;
- окраска побежалых тонов;
- небольшие включения технологических смазок.
Обязательно требуется убирать остающиеся напряжения растяжного типа. Достигается это при помощи отжига при малых температурах либо механической обработки. Удаление таких дефектов — важнейшая составляющая при проектировании технологии. Перепутывание проволочных рядов и появление изгибов не рекомендуется. Увязка идет так, чтобы плотность рядов не нарушалась.
На 100% мотков, барабанной или иной упаковки нужно использовать только один проволочный отрезок.
