Производство проволоки: как и из чего ее делают

Проволока – металлический шнур с круглым или иным сечением и диаметром от долей миллиметра до 1,7 сантиметра. Изделие более 17 мм уже называется прутком. Длинномерный металлопрокат изготавливают из нержавеющей стали, алюминия, меди и других материалов. Проволока используется для изготовления проводов, сварочных электродов, пружин, канатов. В зависимости от сплава, из которого она произведена, меняются физические свойства проката. 

Технология производства проволоки

Название металлопроката отсылает нас к основному используемому на производстве методу – волочению. Оно происходит в несколько этапов:

• Отливка заготовки – прута. Сплав нагревается до температуры плавления, затем отливается с помощью специальных форм в прут. 
• Травление заготовки. Для снятия окалины на промежуточном этапе производства заготовку помещают в раствор серной кислоты, нагретой примерно до 50 градусов. Затем травильный раствор нейтрализуется, а прутья промываются. Это нужно, в первую очередь, для сохранения срока службы матрицы волочильного станка. 
• Отжиг сплава. С помощью термообработки у прутка повышается вязкость, а его зернистость уменьшается. 
• Обработка концов у заготовок. Кромки можно либо срезать, либо отбить молотом – в обоих случаях в результате должен получиться конец, который легко входит в станок. 
• Пропуск заготовки через фильера. Это сужающееся отверстие, которое как раз и уменьшает диаметр прутка, параллельно увеличивая длину изделия.

После производят дополнительный отжиг или закалку и последующие работы уже с готовой проволокой. Отжиг повышает пластичность проволоки, а закалка – ее прочность. Термообработка готового металлопроката зависит от его назначения. Часто производится не на этапе производства, а уже перед непосредственным применением.

Особенность производства путем волочения в том, что деформирующая способность у волочильного станка не высокая. Иными словами, невозможно резко из крупной заготовки сделать тончайшую металлическую нить. Из-за этого иногда приходится повторять процесс волочения дважды с последовательным уменьшением фильеров. 

Иногда используют еще один промежуточный этап – патентирование. Хотя это технология достаточно трудоемкая и по этой причине используется редко. При патентировании металл нагревается до температуры аустенизации, для стали это более 1050°С с последующей высокотемпературной выдержкой в солевом или свинцовом расплаве. Такая процедура меняет микроструктуру материала. 

Сейчас преимущественно используются более современные станки, оснащенные водно-воздушной системой охлаждения. С их помощью получается проволока с нужной микроструктурой без этапа патентирования. 

Особенности волочильного станка

Основные детали станка: 

• приводной механизм;
• последовательно сужающиеся фильеры;
• бухты для намотки проволоки;
• система подачи охлаждающей жидкости и смазки. 

По принципу действия станки могут быть однократными или многократными, то есть протяжка проволоки происходит за один или несколько циклов. По подаче смазки станки различаются на механизмы со скольжением и без скольжения. Они могут комбинироваться на одной линии, чередоваться. Смазочные материалы не только оптимизируют процесс волочения, но и совершенствуют качество готового проката: увеличивается коррозионная стойкость, повышается адгезия с другими покрытиями. 

Конструкционно станок подразумевает накрутку проволоки на барабан. Однако если протяжка осуществляется для проката более 17 мм, то готовый материал перемещается по прямой. 

Фильеры последовательно сужаются. Это значит, что на одной линии может быть несколько «глазков» с разным диаметром. Фильеры изготовлены из наиболее твердых и невосприимчивых к механическому истиранию металлов, например, из карбида вольфрама, термокорунда – у них очень высокая теплостойкость, что важно, так как при волочении возникает большая сила трения с высвобождением тепловой энергии. 

Еще один важный аспект наладки производственной линии – это отсутствие или минимизация вибраций. Особенно это важно при производстве тонкой проволоки с диаметром 0,3 мм или 0,5 мм.

Дополнительная обработка проволоки

Кроме самого процесса волочения, на производстве существует еще ряд процессов, связанных с предварительной и последующей обработкой металлопроката. Мы уже рассказали, что перед волочением с заготовки в обязательном порядке снимают окалину, то есть окислы железа. Они появляются на стальных заготовках. Но этот же процесс производят повторно уже после изготовления стальной проволоки. И существует три способа снятия окалины: 

• Механический. Осуществляется с помощью перегиба проволоки между двумя роликами. Сама обработка производится щетками со стальной щетиной. Метод отличается экономической выгодностью.
• Химический. С помощью погружения проволоки в соляную и серную кислоты достигается высокий уровень очистки стали от окислов железа. Однако метод сопряжен с опасностью для сотрудников производства, поэтому применяется преимущественно на крупных металлургических заводах, где есть все условия для сохранения безопасности труда.
• Электрохимический. Заготовка погружается в электролит, затем пропускается электричество. Сама проволока обычно выступает в роли анода. Процесс эффективный, однако имеет много нюансов. Например, важно не допустить появления травильной хрупкости из-за неконтролируемого отрыва окалины.

Также в качестве дополнительной процедуры выделяют термообработку – отжиг или закалку. При продаже производители указывают в маркировке товар, который прошел термическую обработку.

Другой способ улучшения свойств проволоки – покрытие поверхности разными составами. Очень популярно цинкование. Защитный слой цинка обеспечивает механическую прочность и электрохимическую невосприимчивость. Цинкование бывает горячим и гальваническим. В первом случае проволока погружается в расплавленный цинк, а затем охлаждается. Во втором – заряженные ионы цинка формируют пленку вокруг проволоки посредством тока в электролитном растворе. Кроме цинкования, встречается меднение, латунирование, бронзирование и плакирование.

Из чего делают проволоку

Наиболее популярные проволоки: 

• Стальная – ее используют как материал для других конструкций и деталей, а также как самостоятельный прокат. Она отличается прочностью, невосприимчивостью к коррозии, хорошей свариваемостью. Часто применяется для армирования – в таком случае лучше всего себя показывает оцинкованная проволока. 
• Алюминиевая – мягкая, пластичная, но менее прочная, по сравнению со стальной. Хорошо проводит электричество и достаточно устойчива к агрессивной среде. Часто используется при строительстве и проводке. Сварочная алюминиевая проволока, соответственно, применяется для сварки алюминия.
• Медная – чаще других металлов продается не только с круглым, но и с прямоугольным сечением. При выборе стоит ориентироваться на марку сплава, так как его чистота отвечает за электропроводность. 
• Никелевая –  идеально подходит для заварки трещин в изделиях из чугуна.
• Титановая – имеет максимальную прочность при относительно малом удельном весе и высокой пластичности.
• Цинковая – используется в производстве конденсаторов, теплообменников и кондиционеров, активно применяется в радиотехнике, а также при сварке.
• Бронзовая – имеет хорошую электро- и теплопроводность, отличается прочностью на растяжение и хорошей ковкостью. 
• Латунная – среди ее характеристик: отличная стойкость к механическим воздействиям, электропроводность и антикоррозийная устойчивость.

Проволоку изготавливают и из других металлов и сплавов. Можно встретить биметаллические изделия с усовершенствованными характеристиками, а также стальную проволоку с покрытиями из цветных металлов.

Проволока, катанка и пруток – в чем отличие?

Все три типа металлопроката – это длинномерный металлопрокат с заданным диаметром сечения. В отличии от трубы, проволока, катанка, пруток и круг не полые внутри, то есть они имеют цельное сечение. Все эти материалы могут иметь не только круг в разрезе, но и прямоугольник, квадрат, шестигранник. Если для проволоки и прутка название не меняется в зависимости от формы сечения, то круг уже начинает носить иные наименования, например, шестигранник или квадрат.

Отличается же весь этот прокат диаметром. Проволока – до 17 мм; а пруток и круг – больше. Причем нет строгого ГОСТа, который бы разграничивал диаметры прутка и круга, название больше носит инициативный и субъективный характер. Просто принято, что пруты с большим диаметром называют кругом. Второе отличие: проволока наматывается на бухты, а прутки продаются прямыми отрезками. 

Проволоку также можно спутать с катанкой. Это тоже тонкий круглый прокат, который наматывается на бухты. Но в отличие от проволоки, катанка – это не готовое изделие, а заготовка под последующую металлообработку. 

Еще иногда проволоку, например, свинцовую, можно визуально спутать с припоем. Оба материала могут продаваться в катушках, иметь схожий внешний вид использоваться для соединения металлических поверхностей. Однако у припоя, в отличие от проволоки, в составе несколько металлов, а его устойчивость к нагреву значительно ниже. Иными словами, припой быстрее плавится. 

В статье мы разобрались, из чего делают проволоку, как ее производят и чем она отличается от другого металлопроката – прутков и катанок.