книги / Научно-технические изобретения и проекты

Рис. 4. Чугунная плита, сваренная по способу Н. Бенардоса. Рис. 5. Деталь из чугуна.

1см

а

Рис. 8. Сварка тонких листов.

184

Этот способ можно применять для пайки и разъединения ме­ таллов под водой, что можно с успехом использовать в мореход­ стве. Все это хорошо видно на образцах, которые сваривались по новому способу.

Рассмотрим два образца, припаянных к чугуну. Чугунную пли­ ту и деталь, изготовленную из этого же материала (рис. 4 и 5), обрабатывают молотком и с помощью небольших кусков катаного железа и песка паяют дугой. Соединение приобретает одинако­ вую форму, и паяные места не имеют хрупкости. Именно тот факт, что чугунное изделие можно быстро соединять простым, методом, имеет большое значение для практики. Железные листы и листы других металлов можно соединять этим методом без пайки и без заклепок, что имеет большое значение в производстве котлов, тор­ пед, военных кораблей и т. д. Можно привести целый ряд таких примеров, особенно интересны детали, показанные на рис. 6 и 7 (сварка стенок железной лодки). На рис. 8 показана сварка тон­ ких листов, на рис. 9 — сварка маленьких напорных котлов. Прямоугольный кусок металла можно запаять в цилиндрический корпус, а потом приварить днище. Как можно соединить листы друг с другом, показано на рис. 10, а—г. На рис. 10, а представ­ лено клепаное соединение. В обоих листах делают отверстия для заклепки, которая заваривается. Вероятно, целесообразно эти отверстия сверлить и только сами заклепки приварить. На рис. И , а, б видно клепаное соединение, изготовленное электри­ ческим методом.

Большое преимущество имеют электрические полузаклепки. Для этой цели (рис. 12) только в одном листе Л сверлится отверс­ тие, которое заполняется расплавленным металлом. Из рис. 13, а, б видно, что железо, расплавленное дуговым методом, имеет нехрупкую структуру. Железо, расплавленное дугой, после из­ гиба в холодном или горячем состоянии имеет требуемую струк­ туру, а также прочность, которую имеет мягкая сталь.

На рис. 13, б представлена железная деталь, сваренная дуго­ вым методом, которая после охлаждения подвергалась испытанию на изгиб и не была разрушена. На рис. 14 показана ось диаметром 7,5 см, которая сварена из 3 отдельных частей. На рис. 15 пред­ ставлена железная труба, которая предназначена для соединения с фланцами с помощью пайки, на рис. 15 — медная труба. Методы Бенардоса позволяют соединять различные металлы без приме­ нения припоя. Испытания показали, что можно соединять различ­ ные металлы: железо с железом, железо с медью, железо с чугу­ ном, железо с латунью, железо с английской инструментальной сталью, медь с медью, медь с латунью, медь с чугуном, латунь с ла­ тунью, железо, покрытое слоем меди, железо, покрытое оловом и свинцом.

Всякий раз между обоими металлами возникает слой, кото­ рый представляет собой сплав, в котором происходит переход од­ ного металла в другой.

185

Рис. 9. Сварка небольших напорных котлов. Рис. 10. Различные виды соединений листов.

Рис. 12. Соединение двух листов с помощью полузаклепки.

Рис. 13. Испытание прочности сваренного железного стержня на изгиб.

186

З м м

®Ш®

Рис. 16. Медная труба, сваренная по способу Н. Бенардоса.

414

4мм

Рис. 18. Соединение провода с помощью сварки.

187

В химической промышленности требуется, чтобы железные котлы внутри покрывались платиновым слоем. С помощью дуги можно паять сталь с менее качественным железом, не опасаясь сгорания стали (рис. 17). Для нас имеет большое значение воз­ можность соединения электропроводящих материалов. Соединение провода с помощью дуги также имеет большое значение, так как изгиб концов и смещение конца, а также припаивание концов к кольцу (рис. 18) осуществляются очень быстро. Метод Бенардоса можно сравнить с методами Элью Томсона. Не располагая временем, я не могу писать об этом более подробно, скажу только, что соединение металлов дугой позволяет осуществлять сварку металлов, используя силу тока. Соединение деталей большого сечения по методу Томсона практически невозможно, в то время как метод Бенардоса позволяет это делать. Соединение очень тон­ ких листов (менее 1 мм) также возможно с помощью дуги.

Вероятно, методы Томсона применительно к методу Бенардоса можно использовать для регулирования напряжения и токаг.

МЕТОД БЕНАРДОСА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

Е. Михаэлис

Проф. Р. Рюльман, возвратившийся из Петербурга, сделал сооб­ щение об электрической обработке металлов по способу Бенардоса. В Петербург он отправился с единственной целью — изучить новый способ непосредственно у изобретателя. Свое интересное сообщение он проиллюстрировал выставкой коллекции металли­ ческих изделий, выполненных с помощью вышеназванного спо­ соба.

Читатели этого журнала припоминают, что принцип способа был уже описан в этом журнале, поэтому я ограничусь только несколькими интересными деталями.

Для получения тока г-н Бенардос использует аккумуляторы особой конструкции. Пластины формируются в свинцовые рамки (высота 20 см, ширина 16 см, толщина 0,5 см), в которых плавятся электрическим путем рифленые свинцовые ленты, чередующиеся с прямыми свинцовыми лентами. Эта волнистая форма облегчает подъем и выделение газовых пузырей, которые появляются на электроде во время зарядки. Каждый аккумулятор состоит из 9 таких пластин, 4 из которых положительные, а 5 — отрицатель­ ные. Вес каждого аккумулятора около 16 кг; активная поверх­ ность свинца, контактирующая с кислотой, 1,25 м2. Внутрен­ нее сопротивление элемента 0,002 ом, напряжение 2,5 в, аккуму­ ляторы заряжаются непрерывно в процессе их применения.

1 Статья Р. Рюльмана дается с некоторыми сокращениями (см. работу [109]).

188

Твердые угольные электроды, применяемые для плавления, имеют сечение от 1,5 мм до 6 см в зависимости от толщины обра­ батываемого металла. Значительным применением способа Бенардоса является соединение железных проводов телеграфных и телефонных линий. Оба конца проводов изгибаются и захваты­ ваются железным кольцом, затем оплавляют кольцо и оба конца провода.

Способ Бенардоса можно использовать при работе под водой, что имеет большое значение при ремонте судов и т. д., его также можно использовать не только для соединения металлов, но и для их разделения. В производстве инструментов для обработки железа новый метод дает возможность использовать металл низ­ шего качества для всех частей инструмента, которые не касаются обрабатываемой поверхности; только режущие рабочие части де­ лаются из стали и привариваются электрическим путем к другим частям.

Способ был куплен в Германии обществом, во главе которого находился банк Дрезде.

Вскоре в Берлине будет открыт демонстрационный завод и за­ интересованные лица смогут изучить там все подробности спосо­ ба [95].

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПАЯНИЕ МЕТАЛЛОВ ПО СПОСОБУ «ЭЛЕКТРОГЕФЕСТ» Д. Лачинов

Вольтова дуга, как известно, обладает необычайно высокой тем­ пературой, далеко превосходящей температуру всех прочих источ­ ников жара. Внесенные в нее металлы быстро плавятся и заки­ пают, даже сам уголь размягчается и испаряется. Этим-то свой­ ством. и воспользовался г-н Бенардос для непосредственного соединения металлов без всякого припоя.

На днях мы присутствовали на опытах электрического паяния в мастерской г-на Бенардоса, в сообществе нескольких техников и ученых, которые были чрезвычайно заинтересованы новым изо­ бретением и по окончании опытов долго продолжали обсуждать все виденное.

Постараемся объяснить, каким образом производятся разно­ образные работы, свидетелями которых мы были. Начнем с элек­ трических средств мастерской.

Двигателем служит двадцатисильная паровая машина, приво­ дящая в действие большую динамо-машину Сименса новейшей кон­ струкции, работающую в настоящее время на 70 а при 115 в, но могущую развить, в случае нужды, значительно большую энергию. Ток этой машины употребляется не прямо в дело, но заряжает большую батарею из двухсот аккумуляторов, расположенных в четыре параллельных ряда, и уже от этой батареи идут провода

189

к рабочему столу. Сила рабочего тока при нас не определялась но, по теоретическим соображениям, она должна достигать 150— 200 а. Этот избыток над силою зарядного тока покрывается тем, что паровой двигатель накачивает электричество в аккумуляторы непрерывно и притом пускается в ход утром, раньше начала ра­ бот, между тем как паяние ведется с перерывами, обусловливаемы­ ми сущностью дела. Переходим теперь к описанию работ.

Рабочий стол покрыт большой чугунной плитой, соединенной обыкновенно с отрицательным полюсом батареи; вследствие этого всякий положенный на стол предмет уже находится в сообщении с батареей. Положительный полюс этой последней соединен с электрическим паяльником, который состоит из рукоятки, снаб­ женной щитом для защиты руки, и темным стеклом — для защиты лица; в рукоятку плотно вставлен толстый цилиндрический уголь около 18 мм (8 линий) в диаметре. Достаточно прикоснуться кон­ цом этого угля к любой точке обрабатываемого предмета, чтобы замкнуть ток и вызвать образование вольтовой дуги между пред­ метом и углем.

Сам опыт производит необычайное впечатление на неподготов­ ленного зрителя. Допустим, что спаиваются два железных листа встык: сложив их краями, мастер берет паяльник в руку и при­ касается им ко шву. В то же мгновение из угля со взрывом вы­ рывается голубоватая вольтова дуга более сантиметра толщиной, окруженная широким желтым пламенем и по временам достигаю­ щая 5—6 см длины (21/2 дюйма). Управляемая рукою мастера, дуга начинает лизать линию спайки; то место, к которому она при­ коснулась, мгновенно плавится, испуская ослепительный свет и разбрасывая снопы мелких искр, причем жидкое железо проте­ кает в скважину между листами и соединяет их. Таким образом

яльником по изнанке шва, потому что жидкое железо не может сразу проникнуть через глубокую щель. При пайке еще более тол­ стых полос приходится предварительно стачивать вкось их края, чтобы, сложенные вместе, они образовали род желоба. В этот желоб вкладывается железный стержень, который, будучи рас­ плавлен вольтовой дугой, заполняет собой как щель, так и желоб и соединяет оба куска в одно целое. После очищения окалины са­ мое внимательное исследование не позволяет открыть ни малей­ шего следа спайки: железо представляется сплошным. Если пая­ ние продолжается довольно долго, например минуты три, то уголь успевает накалиться добела и тогда необходимо погрузить паяль­ ник на несколько минут в воду, что нисколько не вредит углю.

Не следует думать, что расплавленное железо представляет густую жидкость, подобную патоке,— нет: плавление происходит полное, и жидкое железо может быть сравнено по своей подвиж­

190

ности только со ртутью. Поэтому мы не можем согласиться с тер­ мином «электрическое сваривание», употребляемым некоторыми техниками; по нашему мнению, это есть электрическое паяние без припоя. Замечательно свойство света, испускаемого вольто­ вой дугой электрогефеста; он чрезвычайно богат химическими лучами и действует необыкновенно энергично не только на глаза, но и на кожу. В несколько минут он производит сильный загар, а на другой день кожа краснеет, болит и начинает лупиться. По­ этому необходимо тщательно защищать лицо и руки от прямых лучей вольтовой дуги.

Мы придаем особенное значение тому обстоятельству, что в способе г-на Бенардоса вольтова дуга возбуждается между об­ рабатываемым металлом и углем. Этим он существенно отличается, например, от способа Жамена, который предлагал употреблять для паяния пламя своей электрической свечи. Постараемся же объ­ яснить, в чем заключается выгода электрогефеста.

Исследования русских и иностранных ученых показали, что тепловой и световой эффекты сосредоточены на концах обоих элек­ тродов в тех точках, между которыми образуется вольтова дуга. Эти точки накаляются до необычайной степени и испускают из себя ослепительный свет; даже уголь в них размягчается, и час­ тицы его переносятся с одного электрода на другой. При этом сле­ дует заметить, что положительный электрод накаляется значи­ тельно сильнее отрицательного. Сама же дуга остается сравни­ тельно темною и в ней отделяется сравнительно мало теплоты. Это подтверждается еще тем обстоятельством, что можно в несколько раз увеличить или уменьшить длину дуги почти без изменения работы двигателя или батареи.

После сказанного ясно, что в электрогефесте утилизируется та главная часть энергии батареи, которая пропадает в способе Жамена. Но в таком случае является вопрос, отчего же г-н Бенардос не соединяет обрабатываемый металл с более горячим по­ ложительным полюсом. Он и делает это в некоторых случаях, например при прожигании дыр или при разрезании металлов, но пользоваться положительным полюсом для пайки железа неудобно, потому что металл слишком сильно горит и искрится.

Мы привели выше только один пример пайки, но само собой понятно, что электрогефест приложим и к другим родам скрепле­ ний, употребляемых в слесарном и машинном деле: можно паять листы внахлест и под углом, спаивать трубки вдоль и поперек и т. д. Все, что сказано о железе, применимо к стали и чугуну, но эти материалы плавятся легче и более слабым током. Медь па­ яется так же хорошо, как и железо, но требует, напротив, более сильного тока по причине своей громадной теплопроводности. Медь с железом спаивается весьма прочно и может быть, в случае нужды, наплавлена на него толстым слоем. Платиновая монета, пожертвованная одним из посетителей, была расплавлена мгно­ венно и припаялась к железной пластинке.

191

Из других виденных нами опытов считаем необходимым оста­ новиться на проплавлении дыр в толстых металлических листах. Для этой цели лист кладется не на рабочий стол, но на особый пт. тив и соединяется с положительным полюсом батареи, затем под­ водят под него отрицательный уголь и держат на одном месте; железо плавится и стекает вниз; через каких-нибудь 5—6 сек двой­ ной лист в 16 мм толщины проплавлен насквозь и пламя проби­ вается через него наружу. Теперь переносят уголь наверх и, вста­ вив его в отверстие, сглаживают верхний край этого последнего. Если требуется склепать два листа (как было в данном случае), то в отверстие вставляется железный цилиндр, выступающий при­ мерно на 2 см с обеих сторон; под влиянием вольтовой дуги вы­ ступающая часть в 3—4 сек тает, как сальный огарок, и расплы­ вается грибом по листу, образуя головку заклепки; несколько ударов молотом придают последней правильную форму; то же повторяется и с другой стороны. Понятно, что если вести уголь под железным листом, то в месте круглого отверстия будет полу­ чаться длинная щель и лист будет разрезан надвое. Таким способом г-н Бенардос в бытность свою в Париже отрезал куски от рельсов.

Весьма интересно также плавление металлов под водой, на возможность которого мы указали изобретателю еще в прошлом году на основании личного опыта. Для этой цели в большой чан с водой погружают металл и уголь, соединенные с батареей. При их соприкосновении образуется вольтова дуга менее яркая, чем на воздухе, но вполне достаточная, чтобы продырявить или разре­ зать железо. Кто знает, какое применение может найти этот опыт в морском деле?! Вообще, что касается применений электрогефеста, то они так разнообразны, что трудно высказать о них даже догадки. На первый раз, по-видимому, напрашивается при­ менение этого способа к изготовлению паровых котлов не клепа­ ных, а паяных, к починке котлов и частей машин на месте1, далее

ксоединению между собой судовых частей, наконец, быть может,

кустройству орудийных станков, если не самих орудий. В настоя­ щую минуту завод изготовляет в большом количестве железные

бочки, предназначенные для развозки керосина, двух величин: на 12 пудов и на 9 пудов керосина. Бочки выделываются из же­ лезного листа около 2 мм толщины, свернутого в цилиндр, и из двух днищ, впаянных в цилиндр. Паяние идет со скоростью около 5—6 дюймов в минуту: вся пайка бочки продолжается менее часа. В настоящее время идет речь о том, нельзя ли изготовить кавказ­ ский нефтепровод при помощи электрогефеста.

Самый важный для дальнейшей судьбы нового изобретения вопрос заключается в прочности пайки. До сих пор в этом направ­ лении было проведено весьма мало исследований. Перед нами лежат таблицы парижских испытаний на разрыв в девяти случаях.

1 Для многих починок достаточна батарея из 50 аккумуляторов, которая может перевозиться в фургоне.

192