תהליך ייצור אלקטרודה לריתוך 

תהליך ייצור אלקטרודה לריתוך  
מאת: מהנדס, אלי אלבלינגר -זיקה תעשיות בע"מ

הרכב האלקטרודה אלקטרודה מצופה לריתוך מורכבת מליבה העשויה מחוט מתכת ומשכבת ציפוי קרמי שמצפה את חוט הליבה.
עבור אלקטרודות ברזליות משתמשים בחוט שהרכבו הכימי הינו:

C=0.05%, Mn=0.45%, Si=0.07%max, P=0.015%max, S=0.020%m

בהרכב זה משתמשים בעבור כל סוגי האלקטרודות הברזליות כאשר את שינוי ההרכב הכימי של חומר הרתך מבצעים ע"י הכנסת מסגסגים שונים לשכבת הציפוי כגון Mn, Cr, Mo ועוד.

באלקטרודות נירוסטה חוט הליבה העיקרי הינו חוט מסוג של L308 שהרכבו הכימי הינו:
C=0.020max, Mn=1.8%, Ni=10%, Cr=20%.
בחוט זה משתמשים לאלקטרודות כגון 308, 316, 309, 317 ועוד.
כמו כן משתמשים בחוטים מסוג 320, 316, 312, 310 בעקרון ככל שכמות המסגסגים בציפוי קטנה.
כלומר: קיימת התאמה בין הרכב החוט להרכב הכימי של חומר הרתך הדרוש.
האלקטרודה יותר ידידותית לרתך ונוחה יותר לעבודה.
בנוסף משתמשים בחוטים על בסיס ניקל בעיקר NI99 שמכיל 99% ניקל וחוט FeNi שמכיל 55% ניקל, בחוטי מונל מהסוגים שמכילים 32% נחושת ו 66% ניקל וכן חוטי ברונזה. 

ייצור חוטי הפלדה
חוטי הפלדה מיוצרים במפעלי ערגול בהם מערגלים את הפלדה לקוטר של 5.5 מ"מ וסוללים לחבילות חוט במשקל של כ 1.5 טון.
את החוט הגולמי שמגיע למפעל יש להפוך לחוט שמתאים להיות חוט ליבה.
חוטי הליבה שבהם משתמשים לייצור אלקטרודות הינם בקטרים של:
6.0, 5.0, 4.0, 3.25, 2.5, 2.0 1.6 מ"מ
ובאורכים של: 300, 350, 450 מ"מ.
על החוטים להיות ישרים ללא כיפופים וללא גליות.
את חוטי הפלדה מושכים בקו למשיכה יבשה.
קו זה כולל יחידה לפריקת חבילת החוט הגולמי, שובר סקיל (תחמוצת) מכאני להורדת שכבת התחמוצת שנמצאת על פני החוט,
ראשי מתיחה להקטנת הקוטר, אמבט שטיפה במים חמים, מכונת יישור וקיצוץ ומערכת לאיסוף החוטים הקצוצים.
יחידת פריקת החוט כוללת שתי במות שמתהפכות באמצעות בוכנה הידראולית.
על הבמות מניחים שני גלילי חוט כאשר גליל אחד נמצא בתהליך המתיחה וקצה הגליל הזה מחובר לתחילת הגליל השני,
כך שמתאפשרת עבודה רצופה של מכונת המתיחה.
מן הבמה החוט עולה מספר מטרים כלפי מעלה,
עובר סביב גלגל מוביל וחוזר למטה לכניסה לשלב הבא.
הרמת החוט כלפי מעלה דרושה בכדי למנוע את הסתבכות החוט בזמן שחרורו מהגליל. 
שכבת התחמוצת בהמשך נכנס החוט לשובר סקיל מכאני, מכשיר שתפקידו להוריד את שכבת התחמוצת שנמצאת על החוט כתוצאה מתהליך הערגול שמבוצע בחום.
במכשיר הנ"ל ישנם סדרה של גלגלים שמובילים את החוט ומכופפים אותו בשני מישורים.
היות והתחמוצת אינה גמישה כמו הפלדה, הכיפוף גורם לשבירת התחמוצת והפרדתה מהחוט.
לא כל התחמוצת יורדת מהחוט בשיטה זו.
יורדת שכבת התחמוצת העבה ונשארת שכבה דקה וגמישה שצמודה לחוט. בתהליך הייצור בזיקה אנו לא מורידים את השכבה הדקה והיא אינה מפריעה להמשך תהליך הייצור.

במקרים בהם יש צורך להוריד שכבה זו, למשל בתהליך הייצור של חוטי MIG לריתוך, תהליך שבו יש צורך לצפות את חוט הפלדה בשכבת נחושת,
מורידים את שכבת התחמוצת הדקה באמצעות טבילת גליל החוט הגולמי בחומצה.
בדרך כלל משתמשים בחומצה מלחית.ישנן שיטות נוספות להורדה באמצעות מברשות פלדה וכן באמצעות בד שמיר.

שיטות אלה אינן מורידות את שכבת התחמוצת במלואה כמו בתהליך הניקוי באמצעות חומצה. 
על ראשי המתיחה והדיזה בהמשך התהליך החוט נכנס אל שורת ראשי המתיחה. ראש מתיחה כולל תוף מסתובב בקוטר של כחצי מטר.
החוט מתלפף סביב התוף ונמשך דרך מערכת שכוללת דיזה ממתק"ש ומיכל לחומר סיכה.
קוטר החור בדיזה קטן מקוטר החוט ובזמן מעבר החוט דרכו החוט עובר שינוי פלסטי.
קוטרו קטן לקוטר הדיזה ואורכו גדל.

מתכננים את הדיזה כך ששטח החתך של החוט ביציאה מהדיזה קטן ב - 25%משטח החוט בכניסה.
לדוגמא: חוט בקוטר 5.5 מ"מ קטן לקוטר של 4.9 מ"מ לאחר מעבר בדיזה אחת.

בכדי להקטין את החיכוך בין החוט לדיזה ולמנוע קריעה של החוט, יש חשיבות לתכנון זויות הכניסה של הדיזה ואורך הקטע הצילינדרי שקובע את קוטר החוט.
כמו כן משתמשים בחומר סיכה דומה לפתיתי סבון שכולל תערובת של פתיתים של סטארט על בסיס סידן וסטארט על בסיס נתרן.
במקרים שבהם השתמשו בחומצה לניקוי החוט מתקבל חוט עם פני שטח חלקים שאינם מתחברים כראוי לחומר הסיכה
ולכן במקרים אלה מצפים את החוט בשכבה שנדבקת לפני השטח של החוט ומאפשרת לחומר הסיכה להתחבר.
משתמשים לצורך כך בבורקס או מעבירים את החוט פוספטיזציה.מעבר החוט בדיזה גורם לחמום החוט.
את החוט מקררים ע"י כך שמקררים את תוף המשיכה באמצעות התזת מים על חלקו הפנימי של התוף.
על התוף ישנם מספר רב של ליפופים של חוט הברזל כך שזמן השהייה של החוט על התוף מאפשר לחוט להתקרר לטמפרטורה שלא מפריעה לפעולת הסיכה של פתיתי חומר הסיכה בכניסה לראש הבא.
כל מעבר דרך דיזה מקטין את קוטר החוט.

קוטר החוט הסופי הדרוש קובע את כמות ראשי המתיחה.
לדוגמא: לרדת מקוטר 5.5 מ"מ ל - 2.5 מ"מ דרושים ששה ראשים. השטיפה לאחר גמר תהליך המתיחה כאשר החוט מגיע לקוטרו הסופי הדרוש החוט עובר דרך אמבט שטיפה שכולל מים חמים.
מטרת השטיפה הינה הורדת שכבת חומר הסיכה שנצמדה לחוט בזמן המעבר בדיזות.
לאחר השטיפה החוט עובר למכונה שמיישרת ומקצצת את החוט לאורכו הדרוש.
יישור החוט מתבצע בתוף יישור שכולל שבע דיזות שגורמות לחוט לעבור כיפופים מבוקרים. התוף הנ"ל מסתובב במהירות של כ - 10,000 סיבובים לדקה והחוט מתקדם במכונה במהירות של כ - 4 מטר לשניה.

בהמשך ישנה סכין מסתובבת שקוצצת את החוט לאורך המתאים, תוך כדי ריצת החוט במכונה.המכונה מסוגלת לחתוך כ 800 חיתוכים בדקה.

אבטחת איכות
בתהליך הייצור מבחינת אבטחת האיכות נבדקים גלילי החוט הגולמי לגבי התאמתם להרכב הכימי הנדרש. נבדקים קוטר החוט והאובליות,
איכות סלילת החבילה ובאם אין פגמים שנוצרים בתהליך הערגול כגון קיפולים.
כמו כן נבדקת באופן ויזואלי כמות חומר הסיכה שנותרה על החוט, נבדקות התכונות המכאניות של החוט, חוזק למתיחה, נקודת הכניעה ואחוז התארכות.
בחוט הגמור נבדק הקוטר הסופי, האורך, גליות החוט וישרותו.במחלקה אחרת מכינים את תערובת האבקות שתצפה את האלקטרודה.

איכות האלקטרודה נקבעת בעיקר ע"י הרכב שכבת הציפוי.
שכבת הציפוי קובעת את ההרכב הכימי של חומר הרתך, יציבות הקשת החשמלית, הזרמים הדרושים לריתוך, מהירות ההתמצקות של אמבט הריתוך, נוחות הורדת השלקה ועוד. 
השימוש באבקות ישנן מספר קבוצות עיקריות של אבקות בהם משתמשים לייצור האלקטרודות:
קבוצת FERRO ALLOYS שכוללת Fe Mn, FeV, FeMo, Fe Cr, ועוד,
עם אחוזים שונים של פחמן באבקה.
קבוצת החומרים הבסיסיים שהרכבם העיקרי הינו: CaCO3 כגון דולומיט והם מופיעים בכל האלקטרודות הבסיסיות.
קבוצה של אבקות על בסיס רוטיל שהרכבם העיקרי הינו תחמוצת טיטניום והם מופיעים בכל האלקטרודות שמוגדרות רוטיליות ומשמשות לריתוך פלדות פחמן.
קבוצה של אבקות ברזל בהרכבים כימיים שונים ופיזור שונה של גודל גרגרים.
קבוצת אבקות הכוללות בעיקר CaF2 קבוצה הכוללת סוגים שונים של אבקות גרפיטקבוצה של אבקות שמשמשות בעיקר ליצירת השלקה כגון מיקה ו CHINA CLAY.
קבוצת אבקות מתכת כגון. Cu, Ni, Cr, Mn
וקבוצה של חומרים על בסיס של צלולוזה.
מערכת מינון האבקות כוללת כ -40 סילוסים לאבקות, עגלת שקילה ממונעת ומיקסר לערבוב תערובות האבקה.

המערכת מפוקדת ע"י מחשב שבו נמצאות כל הפורמולות הדרושות וכן הסטיה המותרת לכל סוג אבקה בכל פורמולה.
בתהליך הכנת מנת אבקה העגלה נעה אל הסילו הדרוש, לאחר התייצבותה מתחת לסילו מופעל חילזון שמקושר לסילו ומוביל את האבקה למיכל.

כאשר כמות האבקה במיכל מתקרבת למשקל הדרוש החילזון מאיט את קצב זרימת האבקה וזאת בכדי לשפר את דיוק השקילה.
כמו כן נלקחת בחשבון כמות האבקה שיצאה מהחילזון ועדיין לא הגיע למיכל השקילה בכדי לקבוע את הנקודה בה יפסיק החילזון לפעול.
בגמר שקילת כל סוג של אבקה נבדק המשקל ובמידה והסטיה נמצאת בתחום המותר העגלה ממשיכה לסילו הבא בהתאם לפורמולה.

הסטיה המותרת במשקל לכל מרכיב הינה בסדר גודל של עד 300 גרם.
משקל מנת אבקה נע בין 50 ק"ג ל 300 ק"ג ונקבע בהתאם לכמות הדרושה לייצור.
בגמר הכנסת כל סוגי האבקות, מתבצעת בדיקה באם סה"כ המשקל מתאים לדרישה והאבקה עוברת לערבול במיקסר יבש.

לאחר גמר הערבול האבקה עוברת למיכל אכסון שנשקל מחדש לוודא שכל האבקה יצאה מהמיקסר.
למיכל מוצמד פתק עם פרטים לגבי המנה וכן לאיזה אלקטרודה וקוטר היא מתאימה למיכל גם מצרפים שקית ניילון עם הדפסת מחשב של כל הפרטים שדרושים לזיהוי המנה.
בנוסף למערכת השקילה הראשית קיימת מערכת ממוחשבת נוספת לשקילות של חומרים בהם המשקל הדרוש הינו קטן בסדר גודל של כ 500 גרם למרכיב.
התערובות שמוכנות במערכת הזו מתווספות למנות האבקה שהוכנו במערכת המרכזית.
מפעיל המערכת מכניס למחשב את מספר המנה של התערובת שהוכנה במערכת לשקילות קטנות כדי לקשר בין המנה הגדולה לקטנה ולאפשר בדיקה במידת הצורך של כל מרכיבי אותה המנה.
בכדי להקטין את הסיכוי לקבלת טעות בהכנסת האבקה לסילו כל פתח מילוי של סילו סגור באמצעות שני מנעולים כאשר מפתח אחד מגיע ממפעיל המערכת שהזמין את החומר למילוי ומפתח שני מהמחסנאי שהביא את האבקה למערכת, כאשר שני המפתחות מתאמים אפשר לפתוח את פתח הכניסה לסילו לצורך מילוי באבקה. כל מילוי של סילו נרשם לגבי הכמות שהוכנסה ומספר מנת האבקה שהוכנסה.כל האבקות עוברות בדיקות קבלה שכוללות בדיקות של הרכבם הכימי וכן פיזור גודל הגרגרים.

האבקות נבדקות בהשוואה לסטנדרטים של אבקות שנשמרות במפעל.
מכל אבקה שמגיעה למפעל נשמרת דוגמא בכדי שאם יתעוררו בעיות בעתיד באלקטרודות, אפשר יהיה לבדוק מחדש את מרכיבי האלקטרודה הבעייתית.
לבדיקות של האבקות ולמערכת הרכש של האבקות יש חשיבות רבה בקביעת איכות האלקטרודות.
כל שינוי בפרמטרים של אבקה יכול לגרום לשינוי מהותי בהתנהגות האלקטרודה בזמן הריתוך.
החלפת ספק של חומר יכולה להיות בעייתית והתנהגות האלקטרודה יכולה להשתנות.
היות ופורמולה של תערובת אבקות לאלקטרודה אחת יכולה לכלול כחמש עשרה מרכיבי אבקה שונים ובעיה באחד מהם יכולה להשפיע על תפקוד האלקטרודות והיות וחומרים מזיקים לאלקטרודה כגון גופרית נמצאים באחוזים מסוימים באבקות השונות והכמות המצטברת שלהם יכולה לעבור את התחום הבטוח,
בהרבה מקרים הבדיקות של חומרי הגלם כוללות ייצור מנה קטנה של אלקטרודת ובדיקת תיפקודם בריתוך והרכב הכימי של חומר הרתך.
לכן כדי לקבל אלקטרודות ברמת איכות טובה ובעיקר אחידה,
יש להקפיד ולעבוד עם ספקים קבועים שאיכות החומר שהם מספקים נבדקה לאורך זמן וכן לבצע בדיקות לגבי כל משלוח חדש שנכנס למפעל.
 
תערובת הנוזלים
השלב הבא בייצור האלקטרודות הינו השלב שבו מכינים את תערובת הנוזלים שישמשו כדבק לחיבור האבקה לחוט הליבה.

משתמשים בשלושה נוזלים עיקריים:
SODIUM SILICATE,
POTASSIUM SILICATE,
POTASSIUM LITHIUM SILICATE

נמצא שתוספת הליתיום מקטינה את יכולת הספיגה של אדי מים מהאויר של שכבת הצפוי של האלקטרודה.

אדי המים בציפוי הנם אחד הגורמים להכנסת מימן לחומר הרתך.
הקטנת כמות אדי המים בציפוי מקטינה את כמות המימן ברתך וכתוצאה את הסכנה לסדקים בריתוך.

לכל סוג של אלקטרודה ובחלק מהמקרים גם לכל קוטר באותו הסוג דרושה תערובת שונה שמורכבת מהנוזלים הנ"ל.

את תערובת הנוזלים שכוללת בנוסף לשלושת המרכיבים גם מים מכינה מערכת מפוקדת מחשב שכוללת מיכל עם מערבל ואפשרות לחימום או קרור של מנת הנוזלים.אנו שומרים על טמפרטורה אחידה של כ 230C
לתערובת הנוזלים וזאת כדי לקבל צמיגות אחידה.

יש חשיבות לצמיגות תערובת הנוזלים שקובעת את איכות ההתחברות בין גרגרי האבקות לנוזלים וכתוצאה את חוזק ההדבקה של שכבת הציפוי.
לסיליקטים הנוזליים שמגיעים מהספקים מתבצעות בדיקות קבלה שכוללות בדיקה של משקל סגולי וצמיגות. לאחר גמר הכנת תערובת הנוזלים מערבבים את הנוזלים עם מנת האבקה המתאימה במיקסר רטוב.
בזיקה משתמשים בעיקר במיקסר מסוג Z עם קרור מים שמצאנו שהנו מתאים למירב סוגי האבקות.

צורת העבודה במיקסר הרטוב כוללת שלב של הפעלת המיקסר עם תערובת האבקות לפני הכנסת תערובת הנוזלים, ולאחר מכן הכנסת התערובת והפעלה לפרק זמן קצוב.
התערובת המוכנה מועברת למכבש הידראולי שיש לו שני צילינדרים עבור תערובת האבקות.
צילינדר אחד נמצא בעבודה וצילינדר שני בתהליך מלוי.
ממלאים את הצילינדר בתערובת של האבקה והנוזלים ודוחסים את החומר דחיסה ראשונית באמצעות חילזון מסתובב שדוחס את האבקה ומונע היווצרות של חללי אויר באבקה הדחוסה.

הצילינדר עם האבקה הדחוסה עובר למכבש ההידראולי שממשיך לדחוס את התערובת וכאשר הלחץ מגיע ללחץ שכוון מראש מתחילים להזרים את חוטי הליבה בניצב לכיוון זרימת תערובת האבקה.
מתבצעת פעולה של אקסטרוזיה כאשר תערובת האבקה מצפה את חוט הליבה, קוטר שכבת הציפוי נקבע ע"י דיזת מתק"ש ביציאה של האלקטרודה מהמכבש.

מפעיל המכבש בודק באופן שוטף את קוטר שכבת הציפוי, את איכות ההדבקה של הציפוי וכן את מרכזיות חוט הליבה בתוך שכבת הציפוי.
הסטיה המותרת מהמרכז הינה 0.1 מ"מ.
במידה ומרתכים עם אלקטרודה שבה חוט הליבה אינו מרכזי, הקשת החשמלית סוטה הצידה ומקשה עם ביצוע ריתוך איכותי. 

תהליכי הגימור לאחר גמר ציפוי חוט הליבה ע"י תערובת האבקות והנוזלים, האלקטרודות עוברות למסוע רצועות ועוברות דרך מערכת עם מברשות פלדה שמקלפת את שכבת הציפוי בקצה האלקטרודה וזאת כדי שאפשר יהיה לחבר את האלקטרודה לידית הרתוך.

בשלב זה על חלק מהאלקטרודות מדפיסים את השם המסחרי והתקן של האלקטרודה. יבוש ואפייה בהמשך האלקטרודות מועברות למגשים שעליהם הן ממתינות ומתייבשות בין 24 ל 76 שעות (תלוי בסוג האלקטרודה ובעונת השנה).

לאחר שלב הייבוש המוקדם עוברות האלקטרודות ייבוש בתנורים חשמליים.טמפרטורות הייבוש נעות בין C800ל C5000 תלוי בסוג האלקטרודה.

את האפייה מבצעים בדרך כלל בלילה כדי לחסוך בעלויות החשמל.
כל התנורים מחוברים לרשם והרישום נבדק כל בוקר לוודא שתהליכי האפיה בוצעו כנדרש.
לכל אלקטרודה ישנה תוכנית אפיה משלה שכוללת את הטמפרטורות הדרושות, זמני השהייה בטמפרטורות הנ"ל וכן קצבי עליה וירידה של הטמפרטורה.

לפני הכניסה לתנור בחלק מהמקרים נבדקת כמות הלחות בציפוי.
במידה והלחות גבוהה מהדרוש, יש סכנה לקבלת סדקים כתוצאה מיציאה מהירה מדי של אדי המים מהציפוי.

לאחר גמר תהליך הייבוש נבדקות האלקטרודות לצורך אישורן הסופי. הבדיקות כוללות בדיקת ההרכב הכימי של חומר הרתך,
בדיקה בריתוך שמתבצעת ע"י רתך בעל נסיון רב, שבה נבדקים כל הפרמטרים של הריתוך ומתבצעת השוואה לסטנדרט. 

בקרת איכות בדיקת קוטר האלקטרודה האפויה, בדיקה חזותית למציאת פגמים בציפוי,
בדיקת אחוז הלחות בציפוי (בעיקר לאלקטרודות דלות מימן), בדיקת קושי (בדרך כלל לאלקטרודות המיועדות לציפוי קשה).


לאחר אישור האלקטרודות הן עוברות למחלקת האריזה ומשם למחסן תוצרת גמורה.
תוך כדי האריזה מפעילי מכונות האריזה ממשיכים לבדוק חזותית את האלקטרודות שהם אורזים. 

בנוסף לבדיקות השוטפות שמתבצעות עבור כל מנת ייצור, מתבצעות גם בדיקות תקופתיות.

הבדיקות הללו כוללות:

• בדיקת חוזק למתיחה

• בדיקת הולם (אימפקט)

• בדיקת ריתוך מילאת

• בדיקת כמות מימן ברתך

הבדיקות מתבצעות בהתאם לדרישות התקן הישראלי ותקן AWSהאמריקני.

בחלק מהמקרים הבדיקות נעשות בשיתוף עם מכון התקנים הישראלי ועם חברת ההשגחה ABS.
לזיקה  יש תקן ISO 9001 והאלקטרודות שהיא מייצרת נמצאות בהשגחת מכון התקנים הישראלי ובעלות אישורים בינלאומיים מהמובילים בעולם.