книги / Научно-технические изобретения и проекты

Рис. 2. Схема свароч­ ного поста «Электрогефест»на заводе Стру­ на, С.-Петербург.

Возьмем серию аккумуляторов, соединенных последовательно (рис. 3, черт. 2). Обозначим условно толстой, короткой чертой положительную пластину, тонкой, длинной — отрицательную пластину аккумулятора. Взяв батарею аккумуляторов А В , вве­ дем коммутатор так, чтобы проводники й шли через каждые 5 аккумуляторов от отрицательных пластин. Поставив штепсель 1, получим в цепи СВ ток от 5 аккумуляторов, последовательно со­ единенных. Оставив штепсель 1 и поставив 2, вводим в цепь 10 последовательно соединенных аккумуляторов и т. д. Поставив все штепселя 1, 2, 3 ..., получим ток всей батареи из Ьп элементов, соединенных параллельно. При подобном устройстве ток усили­ вается приблизительно пропорционально числу штепселей, т. е. в 1, 2, 3, ..., п раз, если принять ток 5 аккумуляторов за единицу. Если потребуется ток 5 аккумуляторов, соединенных параллель­ но, а затем ток 10, соединенных параллельно, словом, ток от п групп по 5 соединенных параллельно аккумуляторов, то в этом

203

^^4

Черт.22

Рис. 3. Техника дуговой сварки и некоторые типы сварных сое­ динений, разработанные Н. Бенардосом.

204

случае вместо предыдущей батареи АВ нужно вообразить бата­ рею аккумуляторов А 'В ' параллельного соединения и, оставив то же расположение проводов (т. е. через каждые 5 аккумуляторов отрицательный полюс проводником й соединен с пластинкой коммутаторами Л/7У), поставить столько штепселей, сколько групп параллельного соединения необходимо для искомой силы тока.

Определим теперь коэффициент полезного действия. Мы будем предполагать, что аккумуляторы готовы, т. е. станция «Электрогефест» отпускает их вполне сформированными, или, иначе, при устройстве мастерской для обработки металлов общество «Электрогефест» принимает на себя расходы первого заряжения аккумуля­ торов, причем заряжение продолжается в течение 500 ч от динамомашины в 100 X 200 в • а. Примем, что аккумуляторы способны возвратить 60% электрической энергии, затраченной на их заря­

намо-машины в 100 а и 120 в и что разряжение их идет до конца пропорционально времени, т. е. что сила тока и напряжение ос­ таются постоянными до конца разряда, отчего за все время разряда аккумуляторы выделяют одно и то же количество электричества в каждый промежуток времени. Предположим, что через х ч ба­ тарея аккумуляторов с зарядом () количества электричества, по­ лучающая от динамо-машин д а-ч и отдающая дг а-ч, вполне разряжается. Найти х при этих условиях.

в 100 X 120 в • а. Следовательно, за эти 75 ч работы динамо-ма­ шины и аккумуляторов можно определить коэффициент полезного действия, он будет

Е1

1 1 ~ Е ~\>\ ’

где Е — электровозбудительная сила; I — сила тока батареи ак­ кумуляторов при их разряжении; Ё1 — электровозбудительная сила; 1г — сила тока динамо-машины, питающей аккумуляторы; Е1 — полученная энергия; Ег1г — затраченная энергия. Для на­

шего случая Е = -у^-; I = 500 • 75; Ех = 120; 1Х = 0,60 (500 +

+ 75) • 100; следовательно, ц = 0,453. Этот коэффициент на

205

самом деле будет меньше, так как сила и напряжение'тока внешней цепи с расходом энергии из аккумуляторов убывают. Допуская коэффициент мотора ^ = 0,90, коэффициент динамо-машины г)2 = = 0,85, получим коэффициент для преобразования по способу «электрогефест» тока из 100 а в ток силою в 500 а:

ц = = 0,453 • 0,90 • 0,85 == 0,346.

Необходимым инструментом при работе по способу «электро­ гефест» служит паяльник, который состоит из стержня красной меди, на конце которого укреплен уголь для образования вольто­ вой дуги. В зависимости от силы тока изменяется круглый цилинд­ рический уголь, а с ним и паяльник; чем ток сильнее, тем диаметр угля больше и паяльник массивнее.

Имея ток и уголь надлежащего размера, можно приступить к самому процессу электрической обработки металлов. Обработка металлов по способу Бенардоса сводится к соединению, резанию, сверлению и наращиванию металлов. Согласно привилегии, вы­ данной Н. Н. Бенардосу, положительный полюс заканчивается обрабатываемым предметом, а отрицательный — углем; при за­ мыкании цепи и образовании вольтовой дуги между металлом и углем последний раскаляется, а металл плавится, чем пользуются для соединения, резания, сверления, наращивания и других ра­ бот. Отличие этого способа от всех предшествующих попыток обработки металлов электричеством состоит в оригинальном упо­ треблении одного угля и положении металла на положительном полюсе вольтовой дуги.

Положим, желательно соединить встык куски А жВ однород­ ных или разнородных металлов. Поместив куски А и В на провод­ нике абсолютно неплавком, например на коксе (рис. 3, черт. 3), и оставив расстояние ей между нимй, равным приблизительно толщине кусков А жВ, соединим коксовую подкладку С с поло­ жительным электродом, а отрицательный — закончим паяльни­ ком. Черт. 4 представляет разрез вертикальной плоскостью, пер­ пендикулярной к линии спая. Паяльнику В в начале работы ста­ раются дать такое положение, чтобы ось угля проходила через ребро одного куска А. Вызвав вольтову дугу, стараются от куска А сплавить немного металла, придавая ему форму, показанную на черт. 5, при этом ось паяльника перемещают из положения 1 в положение 2. Затем, переместив быстро паяльник в положение тп (черт. 6) и не давая погаснуть вольтовой дуге, сплавляют с куска В , как и с куска А , небольшую часть металла, как показано на черт. 7, перемещая паяльник от положения 1 к положению 2. Теперь имеем сечение вида, представленного на черт. 8, с разделом тп; поста­ вив уголь паяльника вертикально (2) над плоскостью тп, расплав­ ляют накалившиеся части тп до полного их сплавления. Жела­ тельно, чтобы вольтова дуга во все время описанной работы непрерывалась. С удалением угля вольтова дуга гаснет, и если ра­ бота производилась опытной рукой, то два куска оказываются со

206

единенными в один при помощи тонкого небольшого слоя одно­ родного металла. Вид на этот кусок сверху указан на черт. 9, где заштрихованная часть а есть тонкий слой, соединяющий куски А и В в одно целое. Разрез этого соединения по линии МЛГ дает черт. 10. Если желательно, чтобы выступ а (черт. 9) отсутствовал, то предохраняют угольком С± расплывание жидкого металла. Работа далее ведется совершенно аналогично предыдущему.

Удостоверившись, что куски А, В хорошо соединились, продол­ жают работу следующим образом. На место соединения (черт. 11) кладут мелкие кусочки р металла, которым хотят соединить два куска (припой); средние размеры этих кусочков р в 10 X 8 X X 0,15 мм, они могут быть однородными с, А, В или другого ме­ талла. Надо стараться возможно быстро и равномерно набрасы­ вать куски р, чтобы, не давая нижнему слою остыть, продолжить плавление. Уложив куски припоя р и возбудив вольтову дугу, стараются перемещением паяльника раскалить металл под ку­ сочками р ; затем переносят вольтову дугу на кусочек сверху, расплавляя его совершенно; после этого переходят последователь­ но на следующие кусочки и повторяют то же самое; таким образом, куски А жВ будут соединены толстым слоем. Края кусков А жВ (черт. И) будут все более и более сплавляться после каждого подкладывания и расплавления нового слоя кусочков р и, в по­ следний раз исчезнув, будут иметь вид, показанный на черт. 12. Наложив в последний раз кусочки д и раскалив их основания, стараются равномерно заплавить впадину и сравнять поверхность МТУ" куска АВ. Вид на такой кусок сверху дает черт. 13, из кото­ рого видно, что куски АВ соединены между собой перехватом В, не широким, но одной толщины с кусками А, В . Желая совершен­ но заполнить промежуток ВЕЕ, продолжают, как и в предыдущем случае, накладывать кусочки р, ^ на наклонную площадку В Е и, приваривая их к АВВЕ, заполняют весь промежуток; таким об­ разом получат два куска А жВ, сваренные встык.

Если куски А жВ имеют фигурное сечение, то, приготовив кок­ совые угольные изложницы, обхватывающие хотя бы половину сечения спая, закладывают в них свариваемые куски и ведут ра­ боту по половине спая, после чего необходимо повернуть свари­ ваемую вещь около ее оси на небольшой угол, чтобы иметь воз­ можность заполнять промежутки между кусками. Повернув со­ единенные куски в первоначальное положение, заканчивают сварку.

Соединение внакладку более просто и не требует угольных под­ кладок. Поместив куски А, В на чугунную плиту или кузнечную наковальню в надлежащем положении, соединяют их с положи­ тельным полюсом, паяльник — с отрицательным. Дают направ­ ление тп паяльнику (черт. 14), чтобы лучше получилась сварка в углу; положив куски мелкого металла, приваривают их к кус­ кам АВ, придавая (черт. 15) желаемую форму сечения соединения. Чтобы придать большую крепость соединению, делают подобно С

207

наварку с другой стороны Сх\ расстояние I в этом соединении не­ определенно. Подобные соединения удобны при толстых ме­ таллах и в тех случаях, где требуются крепость и герметичность.

При значительной крепости в отсутствии герметичности в со­ единениях пользовались расчеканкой, которую возможно произ­

и возбудив вольтову дугу, пройдем ею вдоль шва, перемещая па­

цепи такое же. Уголь должен быть по возможности крепким и не­ сколько меньше назначенного отверстия и иметь правильную фор­ му, соответствующую форме отверстия. Предмет А , в котором должно быть отверстие, укрепляют навесно (черт. 17), паяльник подносят снизу, давая оси угля направление тп, по оси требуемого отверстия. Из образовавшейся вольтовой дуги будет вытекать рас­ плавленный металл, оставляя за собой отверстие требуемого се­ чения и направления. Для предохранения паяльника от расплав­ ленного металла защищают его асбестовой прокладкой д.

Давая движение паяльнику по какой-нибудь линии в гори­ зонтальном направлении, можно вырезать или разрезать по жела­ емому направлению металл независимо от формы и размеров. Вы­ резав подобным образом два куска А , В металла (черт. 18), сделав в одном из них А отверстие О, соединим их заклепкой при помощи вольтовой дуги. Соединение проводников прежнее. Угол паяль­ ника нужно выбрать так, чтобы он, заняв положение тп, дал воль­ тову дугу в тп, а не в С. Приваривают А жВ по окружности от­ верстия 73. Затем постепенно заполняют всю дыру, приваривая небольшие куски ко дну и стенкам отверстия. Для большей проч­ ности, а главное — для герметичности, производят расчеканку д вольтовой дугой. В заклепках этого рода нет выступающих за­ клепочных головок и необходимо одно отверстие 73.

При желании нарастить, увеличить прочность какого-либо предмета металлом, однородным с ним или каким-либо другим, то, оставляя то же соединение проводников, поступают следующим образом. Положим, что предмет МЫ (черт. 19) независимо от его формы должен быть равномерно покрыт слоем какого-либо метал­ ла. Поместим его или часть его 73 по возможности горизонтально и разложим равномерно кусочки р металла, которым наращи­ вают предмет МЫ. Раскалив почти до плавления под каждым кусочком предмет МЫ, расплавляют один кусочекр, затем перехо­ дят ко второму, третьему и т. д., наблюдая, чтобы не было взду­ тий, прогаров металла и, главное, чтобы хорошо соединялись рас­

208

плавившиеся кусочки р с предметом М/У. Нарастив часть I) предме­ та МN, переходят к следующей его грани; не следует упускать из виду, что для сохранения ребер, граней и форм необходимо в требуемом месте ставить несгораемый шаблон.

Тонкий материал (листы) встык не сваривают. В этом случае применяют следующее соединение: черт. 20 представляет приго­ товленные к сварке предметы, где агаг и а2а2 — тонкие листы с отогнутыми краями, вдоль которых проложены пластинки Ъг, Ь2 какого-либо металла (отгиб аг, а2 и пластины Ъъ Ъ2 не более 8— 10 мм листового железа). Проведя вольтову дугу сверху шва, сварим все четыре ребра на незначительную глубину. Это соеди­ нение выдерживает до 3 атм гидравлического давления постоян­ ного направления (ниже это вычислено). Разрез такого соедине­ ния перпендикулярно к длине шва ясен из черт. 2 1, где в увели­

котельные, медные, жестяные соединения и, как видно, все они могут быть выполнены вольтовой дугой по способу Бенардоса. Применяют этот способ пока завод Струве и некоторые железные дороги. Что касается применения этого способа, то, как оказыва­ ется, неизбежны следующие затраты, примерно на 500 а:

1. Единовременные затраты:

Паровая машина в 25 сил, с котлом и установкой 6000 руб. Динамо-машина 8Ьип1 на 750 в и 120 а 1500 руб. Приспособления и приводы различного рода 800 руб.

500 аккумуляторов по 10 руб. за штуку 5000 руб.

600 м изолированной медной проволоки по 2 марки эа метр

480 руб.

Устройство помещений для аккумуляторов 100 руб, 50 паяльников разного калибра 200 руб.

4 рабочих стола с плитами и вентиляцией 160 руб*

2 кузнечные наковальни 80 руб.

И коммутаторов с 4 реостатами 300 руб. Запас паяльных углей 200 руб.

Запас металла для спайки (припой) 200 руб. Итого 15 020 руб.

2. Годовой расход

Проценты с затраченного капитала (5%) 751 руб.

Проценты с капитала, затраченного на проводы (3%), 14 р. 40 к.

Проценты с капитала, затраченного на мотор, динамо-машину, аккумуляторы (7%) 855 руб.

Проценты на разные приспособления, уголь, припой (6%) 72 руб.

Проценты с затраченного капитала на остальное (4%) 33 р. 60 к. Наем помещений за 100 м2 (фабричное здание) 1200 руб.

Топливо по 8 ф. на силу в час, считая 200 рабочих дней по 10 ч ра- ’ ^ 25. 8. 25200. 100_ боты, цена пуда топлива 25 коп., для 25 сил------- 40 ГТ00----------

= 2500 руб.

Годовое содержание заведующему мастерскими 2100 руб*

»» 4 паяльщикам, каждому 900 руб. 3600 руб.

Возобновление свинца, 2 раза в год 2625 руб. Расход на паяльный уголь в год 500 руб.

»» ремонт 500 руб.

»» улучшение 600 руб.

»» отопление и освещение 96 руб.

Часовой расход при 200 рабочих днях, 10-часовой денной работе и

18 187

4 паяльщиках будет 4.200.10"5=52,271 руб. В такую сумму обойдется

содержание одного паяльного стола в час, т. е. за час работы од­ ним углем необходимо взять 2,271 руб., чтобы возвратить годовую затрату. Допустим, что работают непрерывно только двумя угля­ ми, часовой расход йри этом будет 2 • 2,271 = 4,54 руб. Этот неблагоприятный расчет возьмем из видов безопасности эксплуа­ тации самого способа. Как оказывается, один паяльник в час мо­ жет сварить в среднем 8—9 кв. дюймов встык.

Чтобы видеть, насколько экономичен способ «электрогефест», сравним цены работ, произведенных обычными приемами и спо­ собом электрическим. Возьмем для этого работы, выполненные

вала не требуется, так как он совершенно правильно сварен и не употреблено лишнего материала. За сварку в кузнечном горне 4-коленчатого вала заводы назначают 10 руб., за обрезку и вы­ верку 20 руб.; всего 30 руб. Для обыкновенного ремонта потре­ буется не менее 1*/2 — 2 дней при непрерывной работе, тогда как,

Возьмем литую вещь. Требуется вследствие трещины сменить квадрант махового колеса. Вес махового колеса 1600 кг (около 100 пудов), сечение обода 2,5 см, или 40 кв. дюймов. При 8 кв.

При заводском ремонте отливка с формовкой, при цене 1 р. 50 к. за пуд чугуна, обойдутся в 37 р. 50 к.; обделка обода за дюйм ши­ рины 1 р. 50 к., ширина обода 20, всего 20-Х 1,50 = 30 руб. Новый квадрант стоит 37,50 + 30 = 67,50 к. Время изготовле­ ния квадранта маховика можно считать 5—6 дней при выгодных условиях.

Положим, что в простом цилиндрическом котле необходимо сменить лист 12 мм толщиной с размерами 1,25 X 2,5 м, вслед­ ствие явившихся трех скважин а, Ь, с (рис. 3, черт. 22); допустим для простоты, что все они одинаковой длины — 600 мм. Электри-

210

ческая обработка обойдется при 8 кв. дюймов продуктивности

сверление дыр (по 2 коп. за штуку, 150 шт.) 3 руб.; за 150 заклепок

вода, нужно считать 2—21/2 дня, так как одна вырубка займет З1/.—5 ч.

Заметим, что расходы на потерю времени при остановке работ излишне определять; да притом хорошо известно, чем окупаются стоянки и прогулы всякого производства, и всякий, близко озна­ комившийся с подобными расходами, будет стоять на стороне электрической сварки, дающей экономию во времени и в стоимос­ ти работы. Вообще же убыток вследствие остановок можно в за­ висимости от рода и вида производства считать от 3 до 25 руб. на каждую лошадь-час. Следует упомянуть, что при электриче­ ской работе, особенно ремонте, всегда можно произвести работу на месте, стало быть, избегнуть расходов на разборку, перевозку и установку и меньше потерять времени.

Из выдающихся работ, исполненных способом «электрогефест», укажем на ремонт котла завода Струка. Котел вертикальный, мощностью 10 л. с., трубчатый, с внутренней топкой. Подержан­ ный котел дал три трещины, находившиеся не более х/2 фута от колосниковой решетки. Наибольшая из трещин, по словам Струка, имела 2—21/2дюйма длины, 0,2—0,5 мм ширины, две другие — значи­ тельно меньшего размера, три эти трещины были в средине листа железа. Котел, отправленный на станцию «Электрогефест», был отремонтирован чуть не за 1 ч. Трещина была заплавлена, и для большей прочности место спая покрыли слоем красной меди. На дворе «Электрогефест» котел пробыл окбло 3 ч, считая 3 ч работы электричеством, ремонт обошелся в 2 руб. х 3 руб. X 4 р. 54 к .= = 27 р. 24 к., тогда как представители котельного завода после осмотра котла объявили цену и ремонт в 300 руб. и 3-недельный срок для ремонта, что для фабрики Струка составляет убыток

локомобиля, давший течь в наружных швах и трещину в пламен­ ной топке на боковом листе. Швы запаяны с первого раза, тогда как трещину пришлось дважды ремонтировать, так как после первой сварки оказалась течь.

211

Опытная станция для ознакомления публики со способом «электрогефест» 2 дня в неделю, на протяжении 11/2—2 я показы­ вала и разъясняла сварку встык, накладку, наращивание одного металла на другой, резание и сверление (прожигание) отверстий. Посетителям показывались образцы работ в разнообразном виде, как в черном, так и в отделке. Наблюдение за работами по способу «электрогефест» возможно через стекло, сильно поглощающее лучи света вольтовой дуги.

При употреблении способа «электрогефест» соединение метал­ лов происходит вследствие их жидкого состояния без посторонней силы, через одно только сплавление и притом при источнике тепла, столь быстро плавящем одну почти точку предмета, что окружаю­ щая масса вне вольтовой дуги не только не плавится, но . даже почти не нагревается, отчего с погасанием вольтовой дуги неболь­ шое количество жидкого металла моментально отвердевает и за­ каливается. Соединение двух кусков получается при помощи ли­ того металла, способного выдерживать одно только статическое напряжение, хотя значительно большей силы, чем сваренные кус­ ки, но зато для динамических сопротивлений подобное соединение невыгодно, так как литые металлы этого сопротивления не выдер­ живают. Равномерности нагревания, а следовательно, однород­ ности шва соединения при нагревании до 4000° С в одной точке достигнуть затруднительно. Вследствие быстроты плавления и отсутствия регулирования силы и сопротивления цепи нельзя быть уверенным в полном сплавлении металлов. При сварке или сплавлении больших кусков необходимо нагреть предметы, вопервых, для избежания потери электрической энергии, идущей для нагревания, а во-вторых, чтобы дать возможность равномерно расширяться и сжиматься телу, чем предупреждается трещина в работе. Для более прочного соединения и во избежание раковин в нем предлагают делать проковку тотчас после удаления воль­ товой дуги. Способ «электрогефест» затруднителен вне завода, осо­ бенно в зимнее время. Громоздкость, вес, объем, выделение газов, тщательный уход и солидные затраты на возобновление аккумуля­ торов сильно стесняют употребление этих последних. Интенсив­ ный источник света (вольтовой дуги) вредно влияет на зрение рабочих, почему место пайки должно быть ограждено непроницае­ мой для света ширмой. Помещение для пайки по способу «электро­ гефест» требует хорошей вентиляции для удаления разных вред­ ных газов, развивающихся при окислении металлов.

В этом случае, когда соединение литым металлом двух тел допустимо, способ «электрогефест» по своей простоте и удобству можно считать самым рациональным, особенно нужно не забывать, что этим способом можно обрабатывать бесформенные массы, вы­ зывая вольтову дугу между углем и телом и устраняя различные приспособления и аппараты. При употреблении способа «электро­ гефест», как видно из предыдущего, получается экономия во вре­ мени и заработной плате, он является универсальным в различ­

212