PL189408B1

PL189408B1 - Sposób czyszczenia i fosforanowania powierzchni spawanych brył wydrążonych

Info

Publication number: PL189408B1
Application number: PL98334945A
Authority: PL
Inventors: Joachim Marx
Original assignee: Joachim Marx
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2005-08-31
Also published as: EP0968320B1; ATE217364T1; DE19703641A1; CZ293090B6; DE19703641B4; PL334945A1; DE59804062D1; WO1998033952A1; CZ266599A3; EP0968320A1

Abstract

1. Sposób czyszczenia i fosforanowania powierzchni spawanych bryl wydrazonych, wytwarzanych przez: 1) ksztaltowanie wydrazonych bryl z tasmy stalowej, ze smarowaniem, 2) laczenie wydrazonych bryl, przez spawanie, w szczelne bryly wydrazone, 3) sprawdzanie szczelnosci otrzymanych bryl wydrazonych i ich czyszczenie, 4) fosforanowanie, znamienny tym, ze czyszczenie oraz fosforanowanie powierzchni ksztaltek metalo- wych prowadzi sie za pomoca koncentratu srodków czyszczacych, stanowiacego mieszanine zlozona z: a) 10-20% wag. kwasu cytrynowego, b) 10-20% wag. monoestru kwasu fosforowego, oraz c) 0,5-5% wag. niejonowego srodka powierzchniowo czynnego i/lub kationowego srodka powierzchniowo czynnego w wodzie, przy czym w kapieli do fosforanowania nieprzerwanie mierzy sie i zapisuje wartosc pH, a przy odchyleniu wartosci pH od wartosci zadanej 0±0,2 przeprowadza sie kompensa- cje do wartosci zadanej, nakladajac warstwy fosforanowe o grubosci mniejszej niz 1 µm, a ponadto, korzystnie, mierzy sie stezenie w roztworze czynnika smarowego w etapie ksztaltowania tasmy stalowej. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób czyszczenia i fosforanowania powierzchni spawanych brył wydrążonych, w którym w oddzielnych etapach tego sposobu nieprzerwanie zapisuje się stężenie istotnego składnika aktywnego lub składników w stosowanych wodnych roztworach, a w razie odchyleń stężeń poza zadane granice tolerancji przeprowadza się kompensację.

Wynalazek dotyczy zwłaszcza czyszczenia spawanych brył wydrążonych z elektronicznym sterowaniem i pomiarem, oraz z dokumentacją według normy ISO 900off.

W stanie techniki, ogólnie, znane są urządzenia, w których przebieg procesu jest nadzorowany elektronicznie. Urządzenia takie wymagają z reguły znacznych inwestycji i w efekcie

189 408 są stosowane tylko wtedy, gdy wymaga tego prawo i/lub gdy nadzorowanie nie może być prowadzone przez pracownika. Decyzja o poniesieniu kosztów potrzebnych do wytworzenia urządzeń sterowanych całkowicie elektronicznie jest jednak uwarunkowana nie tylko wymaganiami prawnymi, ale również ekonomicznymi. Fachowiec zdecyduje się na elektroniczne środki sterowania, tylko wtedy, gdy przewidywany skutek techniczny będzie usprawiedliwiał znaczny koszt poniesiony przy zastosowaniu takich urządzeń. Z tego to powodu w stanie techniki nie ma wielu urządzeń, w których przeprowadza się zarówno zapisywanie danych pomiarowych, jak również kompensację w wypadku stwierdzenia odchylenia poza tolerancję. Najczęściej zadanie takich urządzeń kończy się na nadzorowaniu, a w każdym razie na wysyłaniu sygnałów alarmowych w połączeniu z wyłączeniem.

Spawane bryły wydrążone otrzymuje się zwykle za pomocą następujących etapów procesu:

1. Kształtowanie taśmy stalowej w kształtki wstępne,

2. Spawanie kształtek wstępnych z utworzeniem szczelnych brył wydrążonych,

3. Ciśnieniowe sprawdzanie szczelności i czyszczenie otrzymanych brył,

4. Fosforanowanie tych brył.

Ostatni etap procesu służy zasadniczo do wytworzenia wydrążonych brył z antykorozyjnym podkładem reaktywnym. Ewentualnie po fosforanowaniu przeprowadza się dalsze etapy, aby polepszyć ochronę przed korozją i wygląd wydrążonych brył. W szczególności wydrążone bryły, gdy chodzi o grzejniki, otrzymuje się przez lakierowanie i/lub pokrywanie proszkiem jednej lub kilku dalszych warstw ochronnych.

Przy wytwarzaniu grzejników stwierdzono teraz, że zwykłe środki (patrz etapy 1-4 powyżej) nie zawsze wystarczają do zapewnienia dobrego zabezpieczenia grzejników przed korozją. Między innymi było więc konieczne nakładanie grubszej warstwy ochronnej wraz z warstwą lakieru, aby uzyskać zadowalającą ochronę przed korozją. Istnieje jednak potrzeba zmniejszenia grubości przykładowo warstwy lakieru koniecznej do ochrony przed korozją Grubsza warstwa lakieru wymaga nie tylko stosowania większych ilości lakieru (w metodach znanych ze stanu techniki są większe koszty), ale hamuje również przebieg całego procesu produkcyjnego, ponieważ prędkość końcowego etapu lakierowania ma wpływ na całą wydajność produkcyjną.

W niemieckim opisie patentowym 2 113 854 opisano sposób i urządzenie do ciągłego nadzorowania i regulowania roztworów stosowanych w procesie. W szczególności wspomniano o roztworze do fosforanowania przyspieszanego azotynami. Stosowane zwyczajowo składy kąpieli w tym rozwiązaniu są następujące: 5-25 g/l PO₄ oraz 0,08 do 0,1 g/l NO 2. Sterowanie kąpieli do fosforanowania powinno według tego opisu następować przez a) pomiar przewodności i b) miareczkowanie próbek kąpieli za pomocą jonoczułych elektrod. W tym celu roztwór stosowany w procesie jest nieprzerwanie próbkowany. Roztwór próbki podaje się do urządzenia filtrującego, potem określa się przewodność roztworu próbki, a następnie roztwór próbki miesza się ze specyficznym roztworem odczynnika, zaś na zakończenie mieszaninę próbki z odczynnikiem podaje się do dalszej komórki pomiarowej, w której mierzy się określony rodzaj jonów. Zależnie od zmierzonych, tym dość kosztownym sposobem odchyleń, przeprowadza się potem ustawienia wartości zadanej. Z tego opisu nie wynika bezpośrednie przetwarzanie wartości zmierzonych, otrzymanych w pojedynczej komórce pomiarowej lub bezpośrednio w roztworze do fosforanowania ani przetwarzanie tych danych pomiarowych w środkach sterowania.

Fachowiec, zajmujący się tym zagadnieniem, poszukując ulepszonego kompleksowego sposobu wytwarzania wydrążonych brył zabezpieczonych przed korozją, znajduje wiele pomysłowych układów, które w pierwszym rzędzie zajmują się ulepszeniami poszczególnych etapów procesu. Takie ulepszenia mogą przykładowo polegać na stosowaniu kąpieli do fosforanowania lub na nowych warstwach ochronnych lub lakierniczych.

W stanie techniki nie ma jednak żadnej wskazówki, by fachowiec zajmował się w przedmiotowej dziedzinie elektronicznym zapisem wartości zmierzonych w połączeniu ze środkami sterowania, które ingerują w proces technologiczny. Jest to spowodowane tym, że nie rozpoznano ogólnej zależności pomiędzy stężeniami składników w roztworach stosowanych w tym procesie, a zabezpieczeniem przed korozją.

189 408

Zadaniem wynalazku jest, zatem opracowanie sposobu postępowania przy wytwarzaniu spawanych brył wydrążonych, który w wyniku daje wydrążone bryły o lepszym zabezpieczeniu przed korozją lub umożliwia ich wytwarzanie z większą prędkością. Ulepszenie to polega na tym, że w porównaniu z wydrążonymi bryłami według stanu techniki przy jednakowej grubości ochronnej warstwy lakieru wydrążona bryła jest dłużej odporna na korozję. Zaletą jest jednak również to, że wydrążone bryły wytworzone według wynalazku mogą mieć cieńszą warstwę lakieru niż wydrążone bryły według stanu techniki, przy czym jednak ochrona przed korozją jest taka sama. Tym samym, jeżeli wystarczy cieńsze lakierowanie, można przy takiej samej ochronie osiągnąć większą wydajność produkcyjną.

Zadanie to zostało rozwiązane przez opracowanie sposobu według wynalazku.

Sposób czyszczenia i fosforanowania powierzchni spawanych brył wydrążonych, wytwarzanych przez:

1) kształtowanie wydrążonych brył z taśmy stalowej, ze smarowaniem,

2) łączenie wydrążonych brył, przez spawanie, w szczelne bryły wydrążone,

3) sprawdzanie szczelności otrzymanych brył wydrążonych i ich czyszczenie,

4) fosforanowanie, według wynalazku polega na tym, że czyszczenie oraz fosforanowanie powierzchni kształtek metalowych prowadzi się za pomocą koncentratu środków czyszczących, stanowiącego mieszaninę złożoną z:

a) 10-20% wag. kwasu cytrynowego,

b) 10-20% wag. monoestru kwasu fosforowego, oraz

c) 0,5-5% wag. niejonowego środka powierzchniowo czynnego i/lub kationowego środka powierzchniowo czynnego w wodzie, przy czym w kąpieli do fosforanowania nieprzerwanie mierzy się i zapisuje wartość pH, a przy odchyleniu wartości pH od wartości zadanej 0±0,2 przeprowadza się kompensację do wartości zadanej, nakładając warstwy fosforanowe o grubości mniejszej niż 1 pm, a ponadto, korzystnie, mierzy się stężenie w roztworze czynnika smarowego w etapie kształtowania taśmy stalowej.

W sposobie według wynalazku, korzystnie, przy odchyleniu wartości pH od wartości zadanej 0±0,1 przeprowadza się kompensację do wartości zadanej.

W sposobie według wynalazku, korzystnie, w kąpieli do fosforanowania utrzymuje się stałą temperaturę w granicach tolerancji ±2,5°C.

W sposobie według wynalazku, korzystnie, w kąpieli do fosforanowania nakłada się warstwę fosforanowania o grubości 0,4-0,8 pm.

W sposobie według wynalazku, korzystnie, stężenie istotnego aktywnego składnika/składników zapisuje się nieprzerwanie za pomocą czujnika pomiarowego:

a) w roztworze środka smarowego w etapie kształtowania taśmy stalowej,

b) w roztworze do czyszczenia w etapie czyszczenia, dane pomiarowe przekazuje się do centralnego zespołu nadzorowania, a odchylenia stężenia poza zadane granice tolerancji kompensuje się.

W sposobie według wynalazku, korzystnie, na wydrążoną bryłę po zakończeniu etapu fosforanowania, dodatkowo nakłada się co najmniej jedną warstwę ochronną i warstwę lakieru.

W sposobie według wynalazku, korzystnie, stężenie w roztworze czynnika smarowego w etapie kształtowania taśmy stalowej, mierzy się przez pomiar przewodności.

W sposobie według wynalazku, korzystnie, w etapie czyszczenia stosuje się środek czyszczący o kwaśnym pH, zawierający kationowy środek powierzchniowo czynny.

Jako monoester kwasu fosforowego stosuje się korzystnie jego estry metylowe, etylowe, n-propylowe, i-propylowe, n-butylowe oraz trzeciorzędowe estry butylowe.

Kwas cytrynowy może być stosowany w każdej postaci dostępnej w handlu. Może być krystaliczny lub w postaci proszku. Szczególnie korzystny jest jednowodzian.

Odpowiednimi niejonowymi środkami powierzchniowo czynnymi są etery alkilopoli-glikolowe, zwłaszcza etoksylany alkoholi tłuszczowych.

Jako kationowe środki powierzchniowo czynne stosuje się korzystnie etoksylan alkilo-aminowy (Cg-Cig) zawierający 5-10 grup etoksy oraz takie z grupy czwartorzędowych związków amonowych, jak chlorek dialkilotłuszczowoalkiloamonowy.

189 408

Przy roztworach do fosforanowania chodzi na ogół o słabo kwaśne roztwory, które mają wartość pH 4,7-5,4. Optymalną wartość pH danego roztworu do fosforanowania można ustalić w tym zakresie na podstawie prostych prób. Korzystne jest również, kiedy utrzymuje się stałą temperaturę w zakresie ±2,5°C.

Ponadto korzystne jest przekazywanie wartości pH mierzonej nieprzerwanie w kąpieli do fosforanowania do centralnego zespołu nadzorowania i przy stwierdzeniu odchyleń w zadanych zakresach tolerancji sterowanie sprowadzania do żądanej wartości pH również przez centralny zespół nadzorowania. Sprowadzanie wartości pH do wartości zadanej można osiągnąć różnymi sposobami. W najprostszym przypadku dodaje się kwasów lub zasad. W razie odchylenia wartości pH w kąpieli do fosforanowania do zakresu alkalicznego do skompensowania do wartości zadanej nadaje się kwaśny koncentrat mieszaniny do fosforanowania.

Jeżeli sposobem według wynalazku obrabia się stal w zakresie od około 50°C przez czas oddziaływania 0,5-1,0 min, wówczas otrzymuje się regularnie cienkie warstwy fosforanowe (określenie „fosforanowania moim zdaniem też było do przyjęcia) o grubości 0,5-2,5 pm, korzystnie 0,4-0,8 pm, które oprócz tymczasowej ochrony przed korozją stanowią podstawę do dobrej przyczepności lakieru (warstwa fosforanu żelaza).

Nieoczekiwanie, w sposobie według wynalazku stwierdzono, że proste i ciągłe mierzenie wartości pH zapewnia powodzenie zastrzeganego sposobu.

Szczególnie korzystnie, w sposobie według wynalazku, stężenie istotnego aktywnego składnika/ składników

a) w roztworze środka smarowego przy kształtowaniu taśmy stalowej,

b) w roztworze czyszczącym przy czyszczeniu spawanych i zasadniczo szczelnych brył wydrążonych, oraz mierzy się i zapisuje nieprzerwanie przez czujnik pomiarowy, dane pomiarowe podaje się do centralnego zespołu nadzorowania, a odchylenia stężeń poza określonymi granicami tolerancji kompensuje się.

Zapisywanie stężenia aktywnych składników oznacza tu, że na drodze bezpośredniej lub pośredniej za pomocą elektronicznego czujnika pomiarowego w roztworach stosowanych w poszczególnych etapach procesu zapisuje się składniki decydujące dla działania tych roztworów. Przykładowo w przypadku roztworu czynnika smarowego zapisuje się stężenie środka smarowego, a w przypadku roztworu czyszczącego stężenie środka powierzchniowo czynnego. Centralnym zespołem nadzorowania w niniejszym wynalazku jest przykładowo komputer, który poprzez łącze (na przykład telefoniczne) jest połączony z urządzeniem produkcyjnym i służy do przyjmowania elektronicznie określonych danych pomiarowych i do ich przetwarzania oraz przedstawiania. Takie przedstawienie danych pomiarowych może być realizowane przez wydruk albo na ekranie. Ponadto przewidziano, że z zespołu nadzorowania możliwa jest ingerencja w przebieg procesu, aby przy odchyleniach w roztworach stosowanych według procesu umożliwić sprowadzanie stężeń do wartości w zakresie pożądanych tolerancji. Fachowiec może bez dużych kosztów ustalić tolerancje, które mają być utrzymywane. Do ustawiania wartości pH i przewodności sprawdziły się zwłaszcza następujące granice tolerancji:

- dla wartości pH: ± 0,15

- dla przewodności: ±250 mS

Ponadto temperatura w zbiornikach procesu technologicznego powinna być ustawiana lub regulowana w granicach tolerancji ±2,5°C.

Według wynalazku można przykładowo otrzymać odporne na korozję wydrążone bryły, które mają wystarczającą ochronę przeciwkorozyjną już przy bardzo cienkich warstwach fosforanowych, rzędu wielkości poniżej 1 pm. W tym celu w ramach wynalazku potrzeba tylko kilku orientacyjnych prób, przy czym z reguły wystarczy przestrzeganie stosunkowo wąskich tolerancji stężeń w roztworze środka smarowego i w roztworze czyszczącym. Nieoczekiwanym efektem wynalazku nie jest to, że samo utrzymywanie określonych granic tolerancji wystarczy do osiągnięcia powodzenia w całym procesie. Na pierwszym planie jest spostrzeżenie, że ciągłe zapisywanie i połączone z tym sterowanie określonych, podanych tu etapów procesu, niespodziewanie powoduje polepszenie uzyskanej ochrony przed korozją. Znając wynalazek fachowiec może łatwo przygotować poszczególne potrzebne urządzenia, przykładowo: czujniki

189 408 pomiarowe, centralny zespół nadzorowania i środki do kompensowania stwierdzonych odchyleń. Urządzenia takie są na ogól znane i dostępne w handlu.

Wynalazek niniejszy przedstawiając postępy w procesach technologicznych, oprócz walorów ekonomicznych i ekologicznych, zaskakuje zdolnością przestrzegania obowiązujących przepisów i nakazów normy ISO 900off, przez wyraźnie odgraniczone etapy procesu, przez technikę pomiarową i związane z tym możliwości dokumentacyjne i jako cały proces produkcyjny nadaje się do atestowania.

Wytwarzanie wydrążonych brył, opisane na przykładzie produkcji grzejników odbywa się w kolejno po sobie następujących etapach, przy czym każdy etap procesu wymaga dokładnego i pozbawionego zakłóceń prowadzenia poprzedniego etapu. Obok sterowania maszyn roboczych, takich jak prasy, urządzenia spawalnicze, urządzenia do fosforanowania aż do lakierowania i ewentualnie powlekania proszkowego, nadzorowane są za pomocą wybranej techniki pomiarowej wszystkie materiały pomocnicze, takie jak środki smarowe, roztwory czyszczące Iub mieszaniny do fosforanowania, a dane pomiarowe są podawane ilościowo i równocześnie wpisywane do dokumentacji. Korzystnie obowiązuje to również wobec obróbki końcowej, np. przy lakierowaniu lub gruntowaniu w urządzeniu KTL z końcowym powlekaniem proszkowym.

Według przedstawionego sposobu wyniki pomiaru i wynikające z pomiarów wymuszone dawkowania środków pomocniczych lub chemicznych środków powlekających są przekazywane z centralnego komputera, a wartości pomiarowe są przesyłane do pracowników nadzorujących urządzenia dozujące, przez przyłącza ISDN lub przez Telekom. Pracownicy nadzorujący są w stanie w każdej chwili skontrolować działanie urządzeń, np. na ekranie monitora lub nawet w przeciwnym kierunku przez elektroniczne przesyłanie zdalne, mogą wpływać na sterowanie urządzeń dozujących. Wszystko to w odniesieniu do zwiększania lub zmniejszania wydajności zależnie od przekazywanych wyników pomiarów w trybie bezpośrednim w czasie rzeczywistym.

Dalsze zwiększenie prędkości transmisji, a przez to szybsze ingerowanie w proces, umożliwia przesyłanie danych za pośrednictwem satelity. Postęp ekonomiczny dzięki oszczędności materiałów i kosztów robocizny jest bardzo duży. Dotyczy to również szczególnie personelu konserwującego oraz pracowników nadzorujących.

Przez środki smarowe rozumie się zwykle takie materiały, które zmniejszają tarcie i obciążenie, przykładowo części maszyn poruszających się tam i z powrotem. Zmniejszają one dzięki temu pobór energii i zużycie materiału, a ponadto działają jak czynnik chłodzący. Syntetyczne środki smarowe są znane od wielu lat i są między innymi stosowane przy kształtowaniu, ale do dziś nie zdobyły sobie pełnego uznania. Jest to spowodowane często złą ochroną przeciwkorozyjną a ponadto szeregiem innych problemów, jak np. przeważnie duża lepkość oraz często mała kompatybilność biologiczna (wobec środowiska).

Po wykrawaniu, tłoczeniu, prasowaniu i przycinaniu otrzymane kształtki można zestawiać i spawać. Ważne jest przy tym to, że przy spawaniu resztki środka smarowego przyczepione do części metalowych powinny się w miarę możliwości wypalić bez pozostawiania osadu węglowego tak, że na kształtkach nie mogą tworzyć się żadne niepożądane osady. Równocześnie niewielka rezystancja przy elektrodach krążkowych i osiągana prędkość spawania całkowicie decydują o opłacalności etapu procesu obejmującego kształtowanie i spawanie kształtek.

Pierwszy etap wytwarzania wydrążonych brył, takich jak grzejniki promieniujące lub konwekcyjne, obejmuje kształtowanie stali ze zwoju przez prasowanie, tłoczenie, wykrawanie, głębokie ciągnienie. Podczas tych operacji konieczne jest smarowanie. W tym celu środek smarowy jest nakładany przykładowo przez przeciąganie taśmy ze zwoju przez wannę, która jest napełniona środkiem smarowym, przez nanoszenie walcami lub przez natryskiwanie. Według wynalazku korzystnie dla dalszych operacji roboczych stosuje się tylko rozcieńczone wodą, przezroczyste środki smarowe pozbawione olejów i tłuszczów. Stężenie określa się przez pomiar przewodności, nadzoruje się oraz rejestruje, aby móc określić zużycie. Rozcieńczane wodą, z reguły nietworzące emulsji mieszaniny materiałów smarowych mają zbyt małą przewodność, nie nadającą się do wykorzystania przy pomiarach. Konieczne są dodatki, aby mieszaninom w wodzie nadać wartość przewodności nadającą się do wykorzystania w pomiarach technicznych. Wchodzą tu w grę dobrze rozpuszczalne, określone sole, a jako przykład może służyć siarczan sodowy. Według wynalazku korzystnie stosuje się kwas fosforowy zobojętniony

189 408 etanoloaminą, który ma niespodziewanie korzystne działanie zabezpieczające przed korozją, co ma pozytywny wpływ na całą produkcję. Korzystnie działają też sole etanoloaminy jak również alkaliczne fosfoniany.

W celu zmniejszenia powstawania zgorzeliny przy dalszych operacjach roboczych, z reguły przy spawaniu kształtek, korzystny jest dodatek 5-10% związku boru, według wynalazku w postaci soli etanoloaminowej, przy czym zasadniczo stosuje się tylko etanoloaminy, które nie tworzą rakotwórczych związków nitrozaminowych (jak aminy drugorzędowe).

Według wynalazku do tego sposobu przygotowuje się koncentrat środka smarowego, zawierający mieszaninę złożoną z:

a) 10-30°% wag. co najmniej jednego nie powodującego korozji, kompatybilnego wobec środowiska, podstawowego oleju polialkilenoglikolowego,

b) 2-10% wag. co najmniej jednego środka antykorozyjnego, oraz

c) 2,5-10% wag. co najmniej jednego rozpuszczalnika wybranego z grupy złożonej z alkanoli C2-C5 i niskich eterów glikolowych, jak przykładowo eter dwupropylenoglikolometylowy,

d) monoetanoloaminową sól kwasu fosfonowego w wodzie.

Korzystnie koncentrat środków smarowych stanowi mieszaninę złożoną z:

a) 2-27% wag. co najmniej jednego, antykorozyjnego, kompatybilnego wobec środowiska, oleju polietylenoglikolowego,

b) 5,0-10% wag. związku boru, oraz

c) 2,5-10% wag. co najmniej jednego środka ułatwiającego rozpuszczanie, wybranego z grupy obejmującej alkanole C2-C5 i niskie etery glikolowe,

d) 2,5-5% soli kwasu fosfonowego, korzystnie soli cynkowej, buforowanej dostępnymi w handlu polimerami kwasu akrylowego i/lub maleinowego (nazwy handlowe Sokalan (BASF)).

W sposobie według wynalazku polieter alkilenoglikolowy został wybrany ze względu na swą biologiczną kompatybilność wobec środowiska, dobre działanie smarne przy różnych temperaturach, zwłaszcza przy temperaturach 200-350°C, odparowywanie bez pozostawiania resztek przy obróbce cieplnej i możliwie niewielkie działanie korozyjne. Korzystnymi poliglikolami alkilenowymi są polimery z tlenku etylenu i tlenku propylenu, korzystnie w stosunku 4:1 oraz PEG:PPG 20.000 (Rozprowadzane przez firmę HOECHST Ag pod nazwą Poliglikole P41, BIl, B01).

Koncentrat środków smarowych stosowany w sposobie według wynalazku przed użyciem rozcieńcza się wodą do stężenia 5-20%, korzystnie 3-10%. W tym stężeniu środek smarowy może rozwijać w pełni swe działanie smarne przy zastosowaniach takich jak wiercenie, frezowanie, prasowanie, ciągnienie Iub inne. Przy pracy ciągłej, na przykład przy produkcji grzejników, taśma stalowa ze zwoju przed wprowadzeniem w prasę może przechodzić przez wannę, która zawiera rozcieńczony środek smarowy. Taśma stalowa jest wtedy bez problemu zwilżana przez środek smarowy. Koncentrat środka smarowego stosowany w sposobie według wynalazku nadaje się również zwłaszcza do wytwarzania skorup na grzejniki. Ma on ponadto tę zaletę, że ułatwia proces spawania po tłoczeniu, przy czym zmniejsza do minimum powstawanie zgorzeliny. Resztki środka smarnego stosowanego w sposobie według wynalazku odparowują bez większego obciążenia nieprzyjemnym zapachem i wspomagają spawanie przez dobrą przewodność i przez działanie dodatków powstrzymujących utlenianie.

Jako składniki antykorozyjne dla zwiększonej ochrony podczas magazynowania przejściowego, jakie jeszcze występuje przy starszych produkcjach, pracujących nieciągłe, zaleca się etanoloaminowe sole zmodyfikowanych kwasów ftalowych, przykładowo imid (numer rejestru Chemical Abstracts Service) CAS nr 94109-17-8 albo alkiloaminę pierwszorzędową Cg-Ci6 jako etoksylan zawierający korzystnie 2-5 grup etoksy. Synergistyczne działania inhibitorów we współdziałaniu z boranami są nieoczekiwanie duże. Amina czwartorzędowa, polidichlorek (oksyetyleno(dimetyloimino)etyleno(dimetyloimino)etylenowy okazał się niespodziewanie szczególnie słabo pieniącym się aktywatorem.

Po kształtowaniu stali dwie Iub więcej części łączy się ze sobą przez zgrzewanie oporowe i punktowe. Do tej operacji nie potrzeba żadnych dodatków chemicznych, jeżeli pominąć materiały pomocnicze przy wprowadzaniu części gwintowanych i innego wyposażenia.

189 408

Części stalowe połączone w wydrążone bryły z reguły sprawdza się na szczelność sprężonym powietrzem w zbiorniku z wodą. Obrobione przedmioty otrzymują od środków pomocniczych przy kształtowaniu przeważnie wystarczającą ochronę przed korozją, aby również w wodzie przez krótki czas pozostać bez korozji. Jeżeli tak nie jest, wówczas do wody dodaje się takie same dodatki antykorozyjne, jakie są stosowane w procesie kształtowania, np. kwas borowy i wymienione wyżej imidy ftalowe.

W następnej operacji zgrzane na gotowo przedmioty obrabiane czyści się, to znaczy pozbawia się je przyczepionych resztek tłuszczów (pochodzących ze zwoju), środków wspomagających zgrzewanie, wymienionych powyżej, oraz pyłu itd. Na ogół do czyszczenia powierzchni metalowych stosuje się wodne środki piorące (mydła, środki powierzchniowo czynne), rozpuszczalniki, takie jak lekkie oleje mineralne, etery o niskiej temperaturze wrzenia, eter glikolowy lub chlorowcowane węglowodory. Te środki czyszczące do powierzchni metalowych oraz pewne inhibitory stosowane nawet w małych ilościach mają jednak znaczne wady ekologiczne, ponieważ w większości nie podlegają degradacji biologicznej, a ich toksyczne działanie zwiększa się poprzez wzrost nasycenia w wodzie np. po przejściu przez łańcuch pokarmowy. Opracowano, zatem nieszkodliwe dla środowiska środki czyszczące, które przynajmniej częściowo ulegają degradacji biologicznej lub przynajmniej można je usuwać ze ścieków. Tego rodzaju środki czyszczące są przykładowo opisane w niemieckim opisie patentowym 41 02 709. Znane środki czyszczące ulegające rozkładowi biologicznemu nie nadają się jednak do spełniania wszystkich wymagań stawianych aktywowanym powierzchniom metalowym o wysokiej czystości, które są przygotowane do fosforanowania i lakierowania. Według wynalazku stosuje się kwaśne produkty zawierające środki powierzchniowo czynne, które mają pH w zakresie 4-6.

Do czyszczenia powierzchni kształtek metalowych według wynalazku przygotowano koncentrat środków czyszczących, stanowiący mieszaninę złożoną z:

a) 10-20% wag. kwasu cytrynowego,

b) 10-20% wag. monoestru kwasu fosforowego, oraz

c) 0,5-5% wag. niejonowego środka powierzchniowo czynnego i/lub kationowego środka powierzchniowo czynnego w wodzie.

Odpowiednimi niejonowymi środkami powierzchniowo czynnymi są etery alkilopoli-glikolowe, zwłaszcza etoksylany alkoholi tłuszczowych. Szczególnie korzystne są addukty tlenków etylenu do alkoholi tłuszczowych, przy czym udział tlenków etylenu zwykle wynosi 6-20, a alkohole tłuszczowe są otrzymywane z naturalnych surowców odnawialnych. Korzystnie alkohol tłuszczowy ma 12-18 atomów węgla. Szczególnie korzystnymi środkami powierzchniowo czynnymi są alkilo(Cj₂-Cu)polietylenoglikolo-polibutylenoglikoloeter (zawierający powyżej 8 grup BuO-), o wartości HLB mniejszej niż 9.

Jako kationowe środki powierzchniowo czynne stosuje się korzystnie etoksylan alkilami-nowy (Cg-Cie) zawierający 5-10 grup etoksy oraz takie wybrane z grupy czwartorzędowych związków amoniowych, jak chlorek dwualkilotłuszczowoalkiloamoniowy. Spośród tych ostatnich korzystny jest zwłaszcza chlorek dwumetylotluszczowoalkiloamoniowy i polidwu-chlorek hydroksyetyleno(dwumetyloimino)etyleno(dwumetyloimino)metylenowy, albo jego pochodna polidichlorek 2-hydroksyetyleno(dwumetyloimino)-2-hydroksypropyleno(dwumetylo-imino)metylenowy.

Stosowanymi według wynalazku amfoterycznymi związkami powierzchniowo czynnymi są: 1 -hydroksyetylo-2-alkilo-imidazolin (otrzymywany z firmy Rewo) lub też amfoteryczny propioninan kaprylowy albo amfoteryczny propionian kokosowy jako sól alkaliczna, (te związki powierzchniowo czynne rozprowadzane są przez firmę Mona z oznaczeniem Monaferic Surfactans).

Te amfoteryczne związki powierzchniowo czynne stosuje się w ilościach 0,5-2,5% wag., korzystnie 0,5-2% wag., w stosunku do koncentratu środków czyszczących.

189 408

Koncentrat środków czyszczących według wynalazku może ponadto zawierać środek regulujący wartość pH. W szczególności jako środek regulujący wartość pH dodaje się 45% wodorotlenek potasowy, aby uzyskać wartość pH w przybliżeniu 2-6.

Tę mieszaninę według wynalazku do stosowania rozcieńcza się wodą do stężenia 0,5-3, korzystnie 1-2%.

Czyszczenie można przeprowadzić każdym konwencjonalnym sposobem. Korzystnie czyszczenie przeprowadza się w zbiorniku zanurzeniowym lub przez natryskiwanie koncentratem środków czyszczących rozcieńczonym do stężenia użytkowego.

Taki sposób czyszczenia nadaje się zarówno do czyszczenia na gorąco jak i do czyszczenia na ciepło. Korzystny jest zakres temperatur 35-60°C.

Za pomocą koncentratu środków czyszczących można niezwykle skutecznie uwalniać powierzchnie metalowych kształtek od szkodliwych osadów, takich jak zgorzelina lub rdza, jak również pył i brud z czasu składowania. Właśnie to jest decydujące, jeżeli pożądana jest dalsza obróbka, taka jak fosforanowanie i/lub lakierowanie. Działanie czyszczące jest lepsze niż w przypadku znanych produktów.

Dalszą zaletą jest aktywowanie powierzchni metalu przez środek czyszczący. Można dzięki temu wytwarzać potem bardzo cienkie warstwy fosforanowe o grubości mniejszej niż 1 pm. Przy stosowaniu sposobu według wynalazku i wskazanego koncentratu środka czyszczącego, przy przeprowadzanym po czyszczeniu, cienkowarstwowym fosforanowaniu żelaza osiąga się zabezpieczenie antykorozyjne, które dotychczas było możliwe tylko przy fosforanowaniu cynkowym. Takie aktywowanie powierzchni przez środek czyszczący stosowany w sposobie według wynalazku jest tym bardziej zaskakujące, że kwas cytrynowy i estry kwasu fosforowego, które działają jak słabe kwasy, pozwalają oczekiwać działania trawiącego i związanej z tym straty materiału.

Zależnie od zastosowania kształtki po oczyszczeniu można pokryć jedną lub kilkoma warstwami ochronnymi. Zwykle w tym celu nakłada się na powierzchnię metalową warstwę fosforanów i/lub warstwę lakieru. Takie powlekanie można przeprowadzać każdym znanym sposobem. Korzystnie stosuje się lakierowanie KTL z późniejszym powlekaniem proszkiem lub bez niego.

Według wynalazku fosforanowanie powierzchni stalowych wydrążonych brył, wytworzonych przedstawionym sposobem, realizuje się dostępnymi w handlu roztworami do cienkowarstwowego fosforanowania żelaza. Cechą wynalazku oprócz stosowania kationowych, a zwłaszcza niejonowych środków powierzchniowo czynnych i soli manganowej, jest elektronicznie sterowane i nadzorowane urządzenie do fosforanowania. Zarówno temperatura jak i stężenie kąpieli do fosforanowania w powiązaniu z czasem przebywania części stalowych w celu utworzenia jednakowo grubej i szczelnej warstwy fosforanowej, są sterowane w wąskich granicach tolerancji. Zależność pomiędzy zwykłym pomiarem wartości pH, a zapewnianiem grubych i szczelnych warstw fosforanowych, nigdy nie wystąpiła w stanie techniki.

Chociaż to sterowanie przebiega całkowicie automatycznie, urządzenia te nie tylko są ciągle nadzorowane w miejscach produkcji, a wyniki pomiarów są zapisywane, ale poprzez bezpośrednie przesyłanie zdalne, są zapisywane również u dostawców składników systemu, czyniąc ich współodpowiedzialnymi za wynikową jakość, czyli przyczepność i ochronę antykorozyjną kształtek. Według wynalazku korzystnie, z reguły, stosuje się zobrazowanie graficzne na ekranie monitora ze względu na plastyczną przejrzystość, chociaż wszystkie dane pomiarowe są podawane również w postaci tabelarycznej.

Po samym fosforanowaniu następuje zwykle płukanie wodą o różnej czystości, a następnie powlekanie przez lakierowanie, np. metodą KTL. Okazało się, że pomiędzy fosforanowaniem wykonanym dokładnie według wynalazku a starannym powlekaniem istnieje zależność. Grubość warstwy lakieru konieczna do osiągnięcia czasowo określonej ochrony przed korozją, może być znacznie mniejsza i przez to tańsza.

Niezależnie od tego, jakim sposobem pracuje się, również zbiorniki lakieru można łatwo nadzorować elektronicznie, np. przez pomiar przewodności, i ewentualnie sterować.

Na zakończenie całego procesu i niezależnie od poszczególnych etapów według wynalazku automatycznie mierzy się uzyskaną grubość warstwy, zapamiętuje się dane i przedstawia się je graficznie na ekranie monitora, jeśli trzeba. Przykładowo po zakończeniu całego procesu,

189 408 a więc po lakierowaniu, wynikową całkowitą grubość mierzy się na zasadzie indukcji magnetycznej, a uzyskane przez to dane są przenoszone na (centralny) komputer.

Jak już wyżej wspomniano, elektroniczne nadzorowanie, sterowanie, zapisywanie danych dotyczących produkcji oraz zdalne ingerencje ze strony nadzorujących i dostawców składników systemu, umożliwiają nie tylko niską cenę jednostkową produkowanych wyrobów, ale również osiągnięcie przez nie jakości według ISO 900off.

Poniżej przedstawiono przykład wykonania wynalazku.

Najpierw, w znany sposób, wytworzono element grzejny. Następnie element ten sprawdzono pod kątem szczelności oraz oczyszczono. Do czyszczenia użyto koncentratu środka czyszczącego, zawierającego 3% wag. kwasu cytrynowego, 8% wag. kwasu fosforowego z mieszanymi grupami estrowymi (estry metylowe i izopropylowe) oraz 3% wag. tensydów amfoterycznych (Plurafac®/BASF). Koncentrat ten przed zastosowaniem rozcieńczono wodą, uzyskując stężenie na poziomie 1,2%. W trakcie procesu czyszczenia temperaturę roztworu czyszczącego utrzymywano na poziomie około 50°C. W trakcie procesu czyszczenia z elementu grzejnego usunięto zgorzelinę, rdzę, jak również pył i brud. Następnie element grzejny krótko opłukiwano wodą, po czym poddano procesowi fosforanowania cienkowarstwowego z wykorzystaniem fosforanu żelaza. W tym celu zastosowano roztwór zawierający 92% orto-fosforanu, 5% kwasu m-nitrobemzemosulfonowego i 1,4% wody. W kąpieli fosforanowej w sposób ciągły zapisywano wartość pH przy wykorzystaniu elektrody pH-metrycznej (przykładowo firmy M. K. Juchheim GmbH). W trakcie kąpieli fosforanowej ustalono wartość roboczą pH ma poziomie 4,5-5 (temperatura > 50°C). W niniejszym przykładzie między kolejnymi pomiarami w odstępie 1 minuty nie stwierdzono odchylenia wartości pH od wartości roboczej przekraczającego ±0,1. Po około 60 sekundach uzyskano warstwę fosforanową grubości około 0,8 pm, co stwierdzono z wykorzystaniem magnetyczno-indukcyjnej metody pomiarowej. Po wysuszeniu element grzejny polakierowano. Warstwa lakieru charakteryzowała się szczególnie wysoką przyczepnością, o jakiej mówić można poza tym jedynie w przypadku fosforanowania cynkowego.

Powyższy przykład pokazuje, że zastosowanie w ramach sposobu będącego przedmiotem niniejszego wynalazku, roztworu czyszczącego tego rodzaju, wiąże się z korzyściami porównywalnymi do tych, jakie uzyskać można w procesie fosforanowania cynkowego.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1) kształtowanie wydrążonych brył z taśmy stalowej, ze smarowaniem,

1. Sposób czyszczenia i fosforanowania powierzchni spawanych brył wydrążonych, wytwarzanych przez:

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy odchyleniu wartości pH od wartości zadanej 0±0,1 przeprowadza się kompensację do wartości zadanej.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w kąpieli do fosforanowania utrzymuje się stałą temperaturę w granicach tolerancji ±2,5°C.

3) sprawdzanie szczelności otrzymanych brył wydrążonych i ich czyszczenie,

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że w kąpieli do fosforanowania nakłada się warstwę fosforanowania o grubości 0,4-0,8 pm.

4) fosforanowanie, znamienny tym, że czyszczenie oraz fosforanowanie powierzchni kształtek metalowych prowadzi się za pomocą koncentratu środków czyszczących, stanowiącego mieszaninę złożoną z:

a) 10-20% wag. kwasu cytrynowego,

b) 10-20% wag. monoestru kwasu fosforowego, oraz

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie istotnego aktywnego składnika/składników zapisuje się nieprzerwanie za pomocą czujnika pomiarowego

a) w roztworze środka smarowego w etapie kształtowania taśmy stalowej

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na wydrążoną bryłę po zakończeniu etapu fosforanowania, dodatkowo nakłada się co najmniej jedną warstwę ochronną i warstwę lakieru.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie w roztworze czynnika smarowego w etapie kształtowania taśmy stalowej, mierzy się przez pomiar przewodności.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie czyszczenia stosuje się środek czyszczący o kwaśnym pH, zawierający kationowy środek powierzchniowo czynny.