Метод горячего нанесения защитного металлического покрытия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Горячий способ покрытия является самым старым и благодаря своей простоте, а также большой скорости процесса получил широкое распространение в промышленности. Суть процесса заключается в том, что покрываемое изделие из металла с высокой точкой плавления, после надлежащей предварительной обработки, на короткое время (несколько секунд) погружают в ванну с расплавленным металлом с более низкой точкой плавления, например цинк, олово и его сплавы.. При этом расплавленный металл взаимодействует с погруженным в него изделием и путем диффузии внедряется в него до некоторого предела, образуя внутренний соединяющий слой. Процесс внедрения расплавленного металла в покрываемое изделие в основном зависит от времени нахождения изделия (или конструкции) в ванне. При длительном введении процесса на поверхности покрываемого изделия может образоваться ряд слоев, различающихся по составу и физическим свойствам. Толщина отдельных слоев и покрытия в целом зависит от природы расплавленного металла, температуры ванны и времени выдержки изделия в ванне. Например, при покрытии железа оловом покрытие получается очень тонким - 0,03 мм, а при оцинковании толщина покрытия достигает 0,25 мм. Толщина покрытия может расти лишь до некоторого предела, выше которого покрытие делается настолько хрупким, что становится непригодным. Толщина покрытия с помощью метода горячего покрытия относительно выше, чем при использовании других методов.

Метод горячего нанесения защитного металлического покрытия обладает следующими недостатками:

1) Невозможность получить равномерных по толщине покрытий на изделиях сложной геометрической формы и изделия с узкими отверстиями;

2) Сравнительно большой расход цветных металлов;

3) Ограниченность способа, так как он практически применим в промышленности только к металлам с низкой точкой плавления.

Способ горячего нанесения не применяется для защиты от коррозии поверхностей крупных металлоконструкций в связи с необходимостью использования в этом случае больших ванн, а также сложного оборудования для их обслуживания.

Цинкование горячим способом широко распространено - свыше 80% потребляемого на покрытие цинка расходуется на горячее цинкование. Цинкованию подвергают листовую сталь ( кровельное железо), проволоку, изделия бытового назначения. Процесс заключается в выполнении подготовительных операций, флюсовании и цинковании.

Флюсование предназначено для обезвоживания изделий, удаления с их поверхности окислов, а также для улучшения смачиваемости поверхности расплавленным цинком. Операции флюсования и цинкования совмещаются в одной ванне таким образом, что изделие при погружении его в ванну с расплавленным цинком проходит через слой флюса, находящегося на поверхности цинка. Флюсом служит смесь хлористого цинка и нашатыря, которая приготовляется растворение 3-5 кг нашатыря в 8-10 л жидкого хлористого цинка.

Раствор флюса тонкой струей осторожно по желобу подают в флюсовую коробку. После испарения воды к слою флюса дополнительно добавляют нашатыря до тех пор, пока толщина слоя не составит 150-180 мм. На рисунке 1 схематично представленно устройство ванны цинкования. Температуру ванны цинкования поддерживают в пределах 430-460 С.

Рисунок 1 Устройство ванны горячего цинкования

Горячее лужение применяется в производстве белой жести для консервной тары, а также в приборостроении для покрытия деталей,так как оно обеспечивает возможность более длительного хранения деталей перед операцией пайки по сравнению с электролическим лужением.

Для облуживания используют чистое олово, используемое при получении белой жести, и сплава олова со свинцом для других целей.

Сплав, содержащий 40% свинца и 60% олова (ПОС-60), обладает самаой низкой по сравнению с другими сплавами температурой плавления (183 С). По этой причине слав ПОС-60 получил наибольшее распространение. Технология горячего облуживания аналогична технологиии горячего цинкования. В качестве флюсующих добавок применяют хлористый цинк, нашатырь, канифоль.

После горячего нанесения металлического покрытия изделия проходят этапы промывки и сушки.

1. Анализ целей проектирования и выбор целей проектирования технологической системы

В работе будет спроектирован технологический процесс нанесения горячего металлического покрытия.

1) Подготовка поверхности изделия состоит из операций: механическая обработка, обезжиривание, травление и обработка поверхности флюсом.

а) Механическая обработка изделия с целью удаления неровностей, забоин, продуктов коррозии.

б) Обезжиривание. Для удаления жиров с поверхности детали применяют следующие способы: промывку в органических растворителях (бензине, керосине); обезжиривание известью; обработку в горячих щелочных растворителях (химическим или электрохимическим способом)

в) Травление применяется для удаления с поверхности обезжиренных и промытых деталей пленок окислов. Производится травление обычно в растворах серной, соляной и азотной кислот.

г) Обработка поверхности флюсом. Обработка флюсом удаляет оставшиеся на поверхности изделия после травления соли, оксиды, шлаковые включения. При этом удаляется влага, которая при последующем погружении изделия может вызвать разбрызгивание расплавленного металла, а также поверхность предохраняется от окисления в момент погружения изделия в расплавленный металл, что способствует лучшему смачиванию поверхности в расплаве. В качестве флюса используют концентрированный раствор хлорида цинка. Пройдя через слой флюса, изделие нагревается, влага с его поверхности испаряется, и сухое изделие погружается в расплавленный металл.

2) Загрузка обработанного изделия в специальную ванну с расплавленным металлом с более низкой точкой плавления (например цинк, олово и его сплавы), контролирую заданные режимы (температуру и время).

3) Изделие промыть в воде

4) Сушка выполняется в сушильных шкафах при 110…120°С в течение 5…10 мин или обдувкой чистым сухим воздухом.

На современных заводах для горячего металлического покрытия изделий используют ряд ванн, заполненных определенными химическими растворами, в которые последовательно отпускают металлоконструкции.

Все ванны, кроме ванны охлаждения, оснащены автоматической системой нагрева с бойлером. Автоматическая система включает в себя систему контроля температуры, в том числе контроллер температуры, термопары с корпусами, теплообменники.

1) Навеска металлоизделий на траверсу. Для того чтобы навестить изделия используют проволоки различной толщины. Соответственно изделия должны иметь технологические отверстия, которые используют для навешивания.

2) Обезжиривание. На этом этапе с поверхности изделия удаляются различные загрязнения и масляные пленки.

3) Травление. На поверхности металла, всегда присутствуют в определенных долях различные окислы (в том числе и ржавчина). Вот от них и очищается заготовка. Это делается с использованием серной, соляной или азотной кислоты при комнатной температуре.

4) Промывка. Удаляет с поверхности остатков травильных растворов.

5) Флюсование. Необходимо для удалении влаги, которая при последующем погружении изделия может вызвать разбрызгивание расплавленного металла, а также поверхность предохраняется от окисления в момент погружения изделия в расплавленный металл, что способствует лучшему смачиванию поверхности в расплаве. В качестве флюса используют концентрированный раствор хлорида цинка. Пройдя через слой флюса, изделие нагревается, влага с его поверхности испаряется, и сухое изделие погружается в расплавленный металл.

6) Сушка. Металлоконструкция помещается в сушильную камеру, где происходит высушивание флюса и нагрев металла до температуры 120 С.

7) Покрытие горячими металлами. Изделия попадает в специальную ванну с расплавленным металлом. Температура поддерживается в зависимости от используемого металла.

8) Охлаждение. Металлоконструкцию после горячего покрытия охлаждают либо в ваннах с чистой водой, либо на открытом воздухе.

9) Съем металлоизделий с траверсы. Изделие снимается и при необходимости доставляется на склад.

На этом уровне идет контроль хода производства: обеспечивается связь с нижними уровнями, откуда осуществляется сбор данных, визуализациия и диспетчеризациия (мониторинг) хода технилогического процесса. Это уровень HMI, SCADA. На этом уровне задействован человек, т.е. оператор (диспетчер). Он осуществляет локальный контроль технологического оборудования через так называемый человеко-машинный интерфейс (HMI - Human Machine Interface). К нему относятся: мониторы, графические панели, которые устанавливаются локально на пультах управления и шкафах автоматики. Для осуществления контроля за распределенной системой машин, механизмов и агрегатов применяется SCADA (Supervisory Control And Data Acqusition - диспетчерское управление и сбор данных) система. Эта система представляет собой порграммное обеспечение, которое настраивается и устанавливается на диспетчерских компьютерах. Она обеспечивает сбор, архивацию, визуализацию, важнейших данных от ПЛК. При получении данных система самостоятельно сравнивает их с заданными значениями управляемых параметров (уставками) и при отклонении от задания уведомляет оператора с помощью тревог(Alarms), позволяя ему предпринять необходимые действия. При этом система записывает все происходящее, включая действия оператора, обеспечивая контроль действий оператора в случае аварии или другой нештатной ситуации. Таким образом, обеспечивается персональная ответственность управляющего оператора.

Все ванны оснащены датчиками и автоматической системой нагрева. Автоматическая система включает в себя систему контроля температуры, в том числе контроллер температуры, термопары с корпусами, теплообменники.

Технологический процесс подготовки поверхности перед горячим покрытием автоматизирован. Заданные программой режимы отражаются на дисплее и автоматически регулируются. В технологическом процессе горячего покрытия используется автоматическая система управления для контроля и восстановления заданных температур в ванне горячего покрытия и сушильной печи. Система имеет соответствующие дисплеи для управления печью горячего покрытия, системой восстановления тепла и системой нагрева ванн.

Для расплава горячего металла в ванне предусмотрена программа для управления горелками печи.

Обеспечение постоянной заданной технологическим процессом температуры в ваннах химической подготовки осуществляется автоматической системой регулирования. Заданные и фактические температуры отображаются на дисплее и регулируются.

Для непрерывного удаления железа из ванны флюсования и поддержания уровня рН в заданном режиме применяется установка автоматической очистки флюса.

Поддержание заданной температуры (100-120°С) в сушильной камере автоматически регулируется системой управления автономной газовой горелкой.

Для осуществления общего временного контроля за процессами предварительной подготовки в ваннах линии горячего покрытия, предусмотрена установка сенсорного дисплея, на который выводится текущие показания от ванн.

В случае возникновения внештатной ситуации предусмотрена подача звукового и светового сигналов на каждом участке, а так же вывод на сенсорный дисплей информации о месте возникновения внештатной ситуации и алфавитно-цифрового кода внештатной ситуации.

Для соблюдения технологического процесса горячего покрытия на участке необходимо осуществлять контроль за:

- температурой растворов в ваннах;

- уровнем растворов в ваннах;

- концентрацией растворов.

Контроль и регулировка температур растворов выполняется автоматической системой управления в пределах определенных параметров. Измерение осуществляется с помощью термопар. В случае возникновения каких либо ошибок система выдает сообщение на дисплей дежурного поста.

2. Разработка структуры автоматизированной технологической системы

металлический покрытие технологический горячий

Провести анализ и выбрать базовую структуру из типовых структур. Выбрать автоматизируемые функции, составить и обосновать полную структуру ТС из основных и вспомогательных (обеспечивающих) системных элементов

3. Разработка элементов интегрированной информационной среды

Поставить задачи системе управления проектом. Составить перечни информации для внесения в БД об изделии, операциях, ресурсах

Размещено на Allbest.ru