книги из ГПНТБ / Зимин, В. С. Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физико-химического эксперимента

обкатке. Ступеньки должны соответствовать развернутым tкраям спаянных трубок (а и <3). Другой конец внешней трубки обре­ зают.

Внутрь ступенчатой заготовки (на насадке) вставляют ранее спаянные между собой три трубки так, чтобы их развернутые края расположились напротив вогнутых частей ступенек. Сначала простым внутренним спаем соединяют внешнюю трубку с первой вставленной и таким образом получают нижнюю часть термостатируемой рубашки (рис. 46, е). После отжига в печи и охлажде­ ния продолжают работу. На узком резком пламени последова­ тельно пропаивают тарельчатыми спаями все три верхние трубки и припаивают боковые отводы. Все изделие подвергают отжигу. Этим способом изготавливают некоторые диффузионные насосы,

озонаторы, головки ректификационных колонн и т. д.

§ 34. Дьюаровский спай

Дьюаровский спай — это соединение внутренней и наружной трубок по торцам. Нагляднее всего разобрать получение дьюаров-

ского спая на примере изготовления цилиндрического стеклян­

ного сосуда Дьюара.

Сосуд Дьюара состоит из двух цилиндрических круглодонных стаканов (или двух колб), вставленных один в другой и спаянных по торцам. (Внутренняя стенка наружного стакана и наружная стейка внутреннего стакана обычно посеребрены.)

Для изготовления такого сосуда прежде всего подбирают трубки заданных диаметров. Из одной, более узкой, делают ци­ линдр с округленным дном—это заготовка для внутреннего ста­

кана. Из второй, более широкой, трубки делают цилиндр той же формы, но к центру округленного дна припаивают трубку, кото­ рая будет служить державой, через которую будет проводиться дутье (а впоследствии серебрение и откачка воздуха из простран­

ства между стенками стаканов). Край заготовок отрезают на электрорезке по месту, отмеченному в соответствии с заданным размером сосуда. Внутренний стакан всегда немного короче на­ ружного. Обрезанные края должны быть очень ровными, от этого зависит прочность и красота будущего спая.

Затем с помощью развертки (конусообразной или плоской)

развертывают край обрезанного торца внутреннего цилиндра так, чтобы развернутый край доходил до половины зазора между стен­ ками цилиндров. После остывания внутренний цилиндр, сцентри­ ровав, закрепляют в наружном. Развернутый край внутреннего цилиндра должен расположиться ниже края наружного цилиндра на величину зазора между стенками последнего и развернутым краем первого. Разогрев в пламени край наружного цилиндра до размягчения, его завертывают на обкатке до соединения с краем внутреннего цилиндра. Место соединения должно быть плотным, без отверстий. На резком узком пламени место соединения краев

100

цилиндров тщательно пропаивают, поддувая вне пламени го­ релки. Пропаивать можно вкруговую, вращая в пламени, а также по частям (если сосуд большой).

Толщина стенок дьюаровского спая должна быть равной или чуть больше толщины стенок заготовок. Деформированные при пропаивании стенки внутреннего цилиндра исправляют с помощью цилиндрических разверток (деревянных или текстолитовых), а стенки наружного цилиндра — обкаткой.

Основной ошибкой в работе многих стеклодувов при изготов­ лении дыоаровских спаев является неправильное дутье в момент пропаивания. Во время интенсивного размягчения в месте со­ единения краев стекло быстро наплавляется; многие стеклодувы,

стараясь избавиться от наплывов, торопятся поддувать, не давая затвердеть тонким стенкам, и тем самым портят спай. Важно по­

мнить, что наплавленная масса стекла в месте спая остывает

медленнее, чем более тонкие стенки цилиндров, а поэтому, сняв заготовку с пламени, необходимо дать остыть тонким стенкам и

только потом поддувать.

В данном параграфе разобран метод изготовления дьюаров­ ского спая на широких трубках. Для дьюаровского спая узких

ренние спаи). Иногда спаивают по краю торца внешнего ци­ линдра, развертывая край внутреннего цилиндра так, чтобы он касался внутренней стенки наружного цилиндра. Пропаивание осу­ ществляют по частям.

Изготовление, сосудов Дьюара с несколькими стенками, дыоа­ ровских трубок и т. д. описано в гл. VIlI.

§ 35. Крепление внутренних трубок

Выше неоднократно указывалось, что качество большинства внутренних спаев зависит от того, насколько надежно укреплена

и сцентрирована внутренняя трубка. Приемов крепления суще­ ствует множество, причем в каждом отдельном случае при мон­ таже определенного прибора приходится пользоваться особым способом крепления. Ниже будут разобраны лишь наиболее рас­ пространенные приемы.

Материалы для крепления. Самым распространенным материа­ лом для крепления трубок является асбест — листовой, шнуровой, ленточный, тканевый и др. Перед употреблением асбест (незави­ симо от вида) необходимо прокалить в муфельной печи при тем­

пературе 400—5000C; при этом из него удаляются органические примеси. Если использовать необожженный асбест, при пропаива­

нии спаев возможно образование едких газов и смолистых веществ, оседающих на стенках; все это, безусловно, сказывается на каче­ стве прибора, а, кроме того, выделяющиеся газы могут оказать вредное действие на здоровье стеклодува, Не следует закреплять

101

трубки только что обожженным асбестом, так как сильно обезво­ женный асбест очень ломок. После прокаливания в печи асбесту дают сутки полежать на воздухе, тогда он увлажнится и станет эластичным.

Для крепления применяют также медную проволоку и тонкую листовую медь (сечением от 0,1 до 1 мм). Перед креплением мед­ ные приспособления прокаливают в пламени горелки и очищают

от окалины. Если после изготовления прибора нельзя извлечь

называют, хваток, представляет собой широкую трубку (цилин­ дрической, конической и другой формы), открытую с одного конца и с припаянной узкой державой с другой. Изготовить насадку можно из материала, не поддающегося горению и выдерживаю­ щего высокую температуру. Чаще всего стеклодувы применяют насадки из стекла.

Разберем пример использования насадки при изготовлении дна вблизи шлифованной поверхности керна. Прежде всего обертывают шлифованную поверхность керна асбестовыми шнуром, бумагой

или лентой, а затем плотно вставляют в муфту — насадку. Теперь

держава муфты — насадки служит державой и для керна, на ко­ тором любым из известных способов делают дно. Насадку с успе­ хом можно применять и для любой другой операции.

В разобранном случае насадкой служила муфта шлифа, точно так же ею может быть и керн шлифа.

Разберем приемы изготовления заливного шлифа.

Первый прием. Закрепляют керн в муфте — насадке и под­ готавливают торец трубки керна для впаивания. Подбирают труб­ ку диаметром, превышающим в два — три раза диаметр керна, и готовят пульку. C одной стороны пульки припаивают трубку — державу, внутренний диаметр которой должен быть на 7—8 мм больше наружного диаметра державы муфты — насадки. Трубку разрезают около оттянутой державы. Обертывают державу у на­ садки— муфты асбестовым шнуром (сечение шнура 4—5 мм) и плотно вставляют ее через открытое отверстие широкой трубки в державу последней, предварительно сцентрировав. Для улучше­

ния дутья внутрь широкой трубки в державе муфты — насадки заранее делают отверстие (рис. 47,Л). Оттянув открытый конец широкой трубки, внутренним спаем (через стенку дна) впаивают керн и припаивают трубку. После остывания разрезают наружную трубку на одной линии с более узкой частью шлифа и снимают муфту — насадку вместе с остатком наружной трубки.

Второй прием. Этот прием используют при пропаивании

внутренних спаев на широких трубках в тех случаях, когда керн шлифа еще не пришлифован. Тогда нет необходимости пользо­ ваться муфтой — насадкой, державу просто припаивают к узкой части керна. Пропаяв спай, отжигают заготовку и охлажденный

102

керн пришлифовывают. Хорошо промыв керн — заготовку и вы­ сушив, обертывают его державу асбестовым шнуром и плотно вставляют в державу широкой трубки (рис. 47, Б). Далее точно

так же, как и в первом приеме, внутренним спаем впаивают трубку

керна в широкую трубку. После отжига и охлаждения отрезают

обе державы и часть широкой трубки на уровне шлифа керна (см. линию отреза К на рис. 47, Б).

Иногда державы внутренней и наружной трубок не только за­

крепляют асбестом, но и временно спаивают стеклянной палочкой или внутренним спаем. При этом трубки фиксируются в опреде­ ленном положении.

Часто требуется пропаять через дно или стенки трубки не­ сколько проходящих внутри нее узких трубок. Тогда на каждую внутреннюю трубку либо надевают насадку, либо спаивают их между собой стеклянными палочками. Затем все насадки или спаянные палочками трубки припаивают к единой трубке — дер­ жаве и закрепляют в державе широкой трубки. Пропаивают

Обратная насадка. Обратная насадка — это конусообразная трубка, у которой трубка — держава припаяна к вершине конуса,

а основание конуса имеет форму плоского дна. Такие насадки применяют при впаивании конусообразных трубок и шлифов дьюаровским спаем (рис. 48). После пропаивания такую насадку легко выталкивают из наружной трубки — державы.

Крепление внутреннего цилиндра сосуда Дьюара. В качестве материала для крепления внутреннего цилиндра при изготовлении сосуда Дьюара чаще всего используют волнообразную полоску —

103

ленту из медной фольги или спираль из медной проволоки. Иногда применяют асбестовый шнур, свитый с медной проволокой, а так­

же спрессованные асбестовые шайбы.

Крепление медной полоской — лентой. Из медной

фольги (толщиной 0,5—0,7 мм) вырезают три полоски. Ширина их

Рис. 48. Обратная насадка.

Рис. 49. Крепление внутренней трубки при помощи бокового спая.

может колебаться от 5 до 30 мм в зависимости от диаметров ци­

линдров и расстояния между их стенками. Каждую полоску по всей длине сгибают в виде волнообразной ленты так, чтобы высота из­ гибов была чуть больше (на 0,5—1 мм) расстояния между стен­ ками цилиндров. Длина полосок должна равняться 2∕3 длины внутреннего цилиндра. К одному из концов каждой полоски прочно прикрепляют медную проволоку (диаметр проволоки 1,5—2 мм,

длина 100—120 мм).

заготовок) по внутренней окружности наружного цилиндра, акку­ ратно с небольшим нажимом вводят внутренний цилиндр в на­

ружный. При этом волнообразные медные полоски несколько раз­

двинутся и плотно охватят цилиндр. Полоски должны не доходить до места будущего дьюаровского спая на 1∕3 длины внутреннего цилиндра (во избежание расплавления). После изготовления и отжига сосуда в муфельной печи отрезают державу вблизи дна

сосуда и вытягивают полоски поочередно за припаянную к ним проволоку.

Крепление медной проволокой. Для крепления внут­ реннего цилиндра иногда применяют спираль из медной проволоки (сечение проволоки 1,5—2 мм). Диаметр спирали должен рав­ няться расстоянию между стенками цилиндров. Длина спирали определяется длиной и диаметрами цилиндров. Внутренний ци­ линдр обматывают спиралью и вставляют его в наружный. Далее все операции проводят в той же последовательности, что и при креплении цилиндра полосками.

Наиболее часто медную спираль применяют для крепления

внутренних трубок при монтаже длинных стеклянных колонок

104

(З—4 м), особенно если зазоры между стенками трубок велики. При этом внутренняя трубка при вращении испытывает сильное колебание, что не позволяет впаять ее надежным внутренним спаем. Чтобы зафиксировать внутреннюю трубку, ее в 2—3 местах

по длине закрепляют медной спиралью, а один из концов либо временно спаивают с наружной трубкой, либо жестко закрепляют на асбесте. После этого трубки пропаивают внутренним спаем на свободном от крепления конце.

При малых зазорах между стенками трубок для крепления применяют тонкую медную проволоку, которой обматывают внут­ реннюю трубку. Если же требуется сохранить точно заданное рас­ стояние между трубками по всей длине, то на внутреннюю трубку надевают две — три медные шайбы заданного размера с таким расчетом, чтобы при обработке в пламени медные шайбы не на­ гревались, и вставляют внутреннюю трубку с шайбами в наруж­ ную трубку. После того как прибор пропаян и отожжен, медные крепления (при малых зазорах) растворяют в азотной кислоте.

Крепление трубок с помощью насадки. В особых случаях внутренний цилиндр крепят в наружном, применяя вто­ рой прием, рекомендованный для изготовления заливного шлифа.

Для этого ко дну внутреннего цилиндра подпаивают глухим спаем

(без отверстия) трубку — державу. Закрепив державу внутреннего цилиндра в державе наружного (асбестом), их спаивают между собой по открытым торцам стеклянной палочкой или внутренним

спаем, оставив отверстия для дутья. Затем пропаивают дьюаров-

ский спай и весь сосуд отжигают в муфельной печи.

Насадив на насадку отожженный сосуд, нагретой стеклянной палочкой делают кольцевую трещину на наружной державе рядом

сместом припайки ко дну цилиндра. Далее державы разрезают

вместе их спайки и снимают верхнюю державу. Внутреннюю дер­ жаву оттягивают от дна внутреннего цилиндра на узком пламени

через отверстие в центре дна наружного цилиндра, предварительно

развернув края отверстия.

Выравнивают дно внутреннего цилиндра на узком пламени, из­

редка поддувая через насадку, и крановой лепкой припаивают узкую трубку в требуемом месте дна наружного цилиндра. Затем

запаивают отверстие в дне наружного цилиндра, поддувая через

припаянную трубку. Вторичный отжиг сосуда обязателен.

Крепление трубок при помощи бокового спая. Существуют при­

боры, в которых внутренние спаи расположены на разном расстоя­ нии друг от друга вдоль стенок наружной трубки и по ее окружно­ сти (рис. 49). В этом случае использовать крепления, описанные выше, можно только при пропаивании одного, первого бокового

спая. Закрепив оба конца внутренней заготовки в наружной (асбе­ стом), тщательно спаивают один из боковых отводов внутренней трубки со стенкой наружной трубки. После остывания асбест вы­ нимают, промывают трубки и, просушив, пропаивают все осталь­ ные спаи.

1Q5

При этом необходимо помнить, что для лучшего пропаивания первого впая (и поочередного пропаивания следующих) концы всех боковых отводов перед введением внутренней трубки в на­ ружную заготовку следует запаять. Запаянные концы отводов должны как можно плотнее прилегать к внутренним стенкам на­ ружной заготовки. Место запайки отводов («донышко») должно быть тонкостенное, чтобы в дальнейшем (при пропайке) исключить наплывы стекла. При этом обеспечивается наиболее спокойное и

надежное пропаивание спаев. Поддув производят через внутрен­ нюю и наружную заготовки поочередно. Безусловно, можно про­

паивать через стенку наружной трубки и незапаянные боковые от­ воды внутренней заготовки, но это гораздо сложнее.

§ 36. Примеры изготовления приборов,

имеющих большое число внутренних спаев

Выше были описаны способы «изготовления внутренних спаев каждого в отдельности. Однако большинство приборов имеет мно­ жество внутренних спаев самых разных видов. Даже очень опыт­ ный стеклодув, прежде чем найти правильный путь изготовления прибора, долго обдумывает порядок работы, экспериментирует и моделирует. При этом особенно важно владеть не только общими, но и некоторыми специальными приемами работы.

В основном приборы, изготовляемые на пламени горелки, со­ ставляются из заготовок (цилиндров, колб, трубок, капилляров,

штабиков), поэтому форма сложных приборов является как бы

своеобразной комбинацией форм используемых заготовок. Правда, нередки случаи, когда стеклодуву приходится видоизменять форму заготовок в соответствии с требованием заказчика. Но во всех

приборах, и особенно в сложных, имеются внутренние спаи, рас­ положенные в разных местах и различающиеся по виду (простые, дьюаровские и т. д.). В работе все спаи — и самые простые, и наиболее сложные — должны быть изготовлены с одинаковой тща­ тельностью. Один плохо пропаянный спай влечет за собой выход из строя всего прибора.

При монтаже сложных приборов нужно учитывать сильные на­ тяжения и напряжения, возникающие в стекле, и во-время снимать

их постоянным обогревом в пламени. После окончания всех опе­

раций по пропаиванию следует тотчас тщательно отжечь места, подвергавшиеся размягчению, и соседние с ними участки. Неотож­ женный в пламени прибор может треснуть даже после отжига в муфельной печи.

Практически почти во всех приборах большинство внутренних спаев сконцентрировано в верхней или нижней части его и лишь

редко в средней части или по всей длине. Но во всех случаях не­ зависимо от сложности прибора в первую очередь отделывают и

отжигают в печи ту его часть, которая имеет наименьшее число

внутренних спаев. Самые сложные спаи или места, в которых

106

сконцентрированы спаи, отделывают в последнюю очередь, после

чего весь прибор помещают в муфельную печь, нагретую до тем­ пературы отжига данного стекла.

Там, где больше сконцентрировано спаев, в стекле возникают более сильные напряжения. Если сначала пропаивать более слож­

ную часть, а при окончательной отделке — менее сложную, то вероятность растрескивания прибора возрастает как при обра­ ботке на горелке, так и при резкой смене температур в момент помещения в горячую печь.

Если по своим габаритам прибор не умещается в печи для от­

о них речь пойдет ниже.

Холодильник Либиха. Холодильник Либиха состоит из двух со­ осных трубок: широкой наружной трубки — рубашки и прямой узкой трубки — форштосса, пропаянной внутренними спаями через округленные концы рубашки и выходящей за ее пределы с обеих сторон. Вблизи внутренних спаев к боковой стенке рубашки при­ паяны узкие трубки с оливками, служащие для подачи в рубашку

газа или жидкости (рис. 50).

Начинают изготовление холодильника с подбора трубок на­ ружного диаметра для рубашки и для форштосса. Отрезают узкую

трубку так, чтобы длина отрезка превышала длину холодильника на 5—6 мм. Края отрезанной трубки выравнивают шлифовкой на планшайбе и, оплавив на пламени, поочередно развертывают. Диа­ метр развернутой части должен быть больше диаметра исходной трубки на 3—4 мм и иметь форму воронки. Взятый вначале при­ пуск длины трубки как раз и необходим для оплавления и раз­ вертывания ее краев. Полученную узкую трубку закрепляют внут­ ри наружной на насадке (см. § 35) и пропаивают свободный от крепления конец внутренним спаем через стенку дна. После этого, постоянно обогревая в пламени полученный спай, к наружной трубке — рубашке тройниковым спаем припаивают трубку с олив­

107

ками и после тщательного обогрева дают спаям остыть до ком­ натной температуры.

Аналогично пропаивают другой конец холодильника, предвари­ тельно освободив от креплений.

Прежде чем пропаивать второй конец, первый снаружи плотно обертывают асбестом, предохраняющим стекло от резкой смены температуры при помещении холодильника в печь. При пропаива­ нии первого спая дутье производят через державу насадки; при этом одновременно раздуваются и наружная, и внутренняя трубки.

При пропаивании второго конца поддувают раздельно: в рубашку через отросток, а во внутреннюю трубку — либо через державу (продолжение ее), либо через припаиваемую с внешней сто­ роны трубку. Поддувать следует осторожно и очень внима­ тельно.

При отделке обоих концов нужно размягчать небольшой уча­ сток наружной трубки, только ее торцовую часть. Отделку плечи­

ков производят после полного пропаивания внутреннего спая.

Плечики у холодильников должны быть округленными.

Наплывы стекла в торцовых частях наружной трубки недопу­ стимы, так как если размягченная масса стекла в этом месте будет больше массы внутренней трубки, то при сильном и долгом нагреве произойдет утончение стенок внутренней трубки вблизи

спая, особенно при дутье (в момент пропаивания) в наружную

трубку. При этом раздувается наружная трубка и стекло из раз­ мягченных стенок внутренней трубки «перетекает» в наружную.

Такой спай недолговечен.

По окончании всех операций на горелке холодильник обяза­ тельно помещают в печь для отжига, разогретую до температуры отжига данного стекла.

Применяют и другой прием отделывания второго конца холо­ дильника. Перед тем как укрепить внутреннюю трубку в наруж­ ную, на внутренней трубке в месте будущего второго внутреннего спая делают конусообразное раздутье с утолщенными стенками диаметром, равным диаметру развернутого края первого конца узкой трубки. Закрепив внутреннюю трубку в державе наружной,

отделывают первый конец описанным выше способом. Затем раз­ мягчают второй конец наружной трубки и, сняв с пламени, подре­ зают на подрезке края ее до слипания с раздутием внутренней трубки. Державу с остатком внутренней трубки оттягивают. Далее проделывают те же операции, что и в первом приеме. Вторым приемом особенно часто пользуются при изготовлении холодиль­

ников с узкой внутренней трубкой диаметром 20—50 мм. Избирают метод изготовления холодильника в зависимости от

размера трубок и, главное, от разности диаметров наружной и

внутренней трубок: чем она больше, тем легче изготовить холо­ дильник. При малой разности диаметров концы внутренней трубки

не нужно развертывать, достаточно их только оплавить. Толщина стенок обеих трубок должна быть одинаковой; допустимо, чтобы

108

толщина стенок внутренней трубки была меньше. Если холодиль­ ник большой, то после отделки первого конца всю заготовку лучше отжечь в муфельной печи и только потом продолжить работу.

Холодильник с фланцами по торцам. Сначала подбирают трубку

заданного размера для внешней рубашки холодильника. C одного

Рис. 51. Последовательность изготовления холодильника с фланцами по торцам:

а—внутренняя трубка с наплывами для фланца, укрепленная в наружной трубке; б—фла­ нец левой торцовой части, спаянный с рубашкой холодильника; в—-заготовка для отделки правой части холодильника; а —готовый холодильник; /(--линия отреза.

конца припаивают трубку — державу, другой конец обрезают и шлифуют. На внутренней трубке, предназначенной для впаивания, с обоих концов накапливают в пламени горелки стекло, необходи­

мое для изготовления фланцев заданного размера (рис. 51). К од­

ному из концов припаивают трубку — державу. Державу внутрен­ ней трубки закрепляют в державе рубашки. При этом большая часть конца трубки, на котором накоплено стекло (будущий фла­ нец), должна выходить за пределы рубашки (рис. 51,а). Накоп­ ленное стекло разогревают в пламени горелки и на развертке раз­ вертывают под заданный диаметр фланца с таким расчетом, чтобы фланец плотно прилип к обрезанной части рубашки холодильни­ ка (б). Место соединения фланца с рубашкой тщательно пропаи­ вают на узком горячем пламени с поддуванием.

После отжига и охлаждения обрезают рубашку (линия /С) и внутреннюю трубку так, чтобы утолщенная часть узкой трубки выходила за край рубашки (в). После этого развертывают внут­ реннюю трубку и спаивают с внешней. Отводные трубки припаи­ вают до того, как отделанный фланец остынет. Готовое изделие обязательно отжигают.

109