книги / Научно-технические изобретения и проекты

Из них видно, что при спайке круглого железа встык прочность спайки оказалась от 75 до 99% сравнительно с прочностью цель­ ней куска, а в одном случае разрыв произошел даже по цельному месту. Прочность пайки плоского железа встык оказалась около 80%. Конечно, приведенных чисел недостаточно, чтобы вполне судить о достоинстве способа, но на этих днях проф. Белелюбский, заинтересовавшийся электрогефестом, обещал провести в своей лаборатории ряд исследований над прочностью электрической пайки, так что в скором времени мы получим возможность сделать гораздо более точную оценку этого способа.

Электрогефест, конечно, не остановится на теперешней точке, но будет совершенствоваться. Ближайший путь к усовершенство­ ваниям уже намечен изобретателем; он заключается в предвари­ тельном подогревании спаиваемых предметов, благодаря кото­ рому будет избегнута непомерная разность температур соседних мест, следствием чего должно явиться увеличение прочности.

Пожелаем же г-ну Бенардосу всякого успеха на избранном им поприще [32].

ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПАЯНИИ И НАПЛАВКЕ МЕТАЛЛОВ ПО СПОСОБУ Г-НА БЕНАРДОСА

А. И. Вознесенский

Вопытной мастерской г-на Бенардоса (С.-Петербург, по Большой Невке, дом № 41) 9-го октября 1887 г. производились некоторые опытные работы электрического паяния по изобретенному г-ном Бенардосом способу. При этих работах присутствовали, между прочим, из числа принимавших участие в состоявшемся непосред­ ственно перед тем в Москве X Совещательном съезде инженеров по­ движного состава русских железных дорог представители Москов- ско-Нижнегородской, Донецкой и Моршанско-Сызранской же­ лезных* дорог, гг. Величко, Рождественский и Вознесенский.

Работы производилась под руководством изобретателя и час­ тью им самим. Они заключались в следующем:

1.Спайка железных листов встык. Спаивался шов на неболь­ шом цилиндре, свернутом из железного листа. Для уплотнения шва присыпались на него мелкие куски железа, которые расплав­ лялись вольтовой дугою.

2. Спайка железных полос внахлестку с образованием так называемой электрической заклепки с одной стороны. В верхней полосе образовано было вольтовою дугою отверстие, которое было заполнено мелкими кусками железа и последние были рас­ плавлены.

3. Впайка концов прогарных трубок в конец железной решетки (трубчатой стенки) и затем на высоту, на которую концы трубок выступали, произведена была наплавка красной меди. Изобрета­ тель предполагает, что подобные работы можно будет применять

к танкам котлов с наплавкою медью с огневой стороны. На куске решетки сделаны были закраины из брусков кокса и в промежутки между концами трубок и закраинами были положены мелкие кус­ ки красной меди, которые были расплавлены вольтовой дугой.

4.Утолщение железной оси. Без особой подготовки поверхнос­ ти железной оси на ней были устроены закраины из брусков кокса, а в образованный ими ящик были положены мелкие куски железа и расплавлены. Таким образом, образовывался призмати­ ческий выступ («шип»). Устраивая последовательно подобные вы­ ступы, можно утолстить ось по всей окружности. В мастерской находилась колесная ось (вагонная) с утолщенной таким образом шейкой.

5.Спайка круглого железа встык. Два куска, соприкасающие­ ся концами, были зажаты на токарном станке так, что составили продолжение один одного. При действии вольтовою дугою, одно­ временно с нажатием бабкою, достигнуто было спаивание обоих концов. Работа производилась вручную, но изобретатель предпо­ лагает устроить специальный станок с автоматическим нажатием бабкою и автоматическим же действием углем с вольтовою дугою.

6.Припайка инструментальной английской стали к куску железа. Электрической дугой расплавлялись оба металла со всех сторон стыка. Изобретатель предполагает, что этим способом мож­ но удешевить резцы.

7.Впайка дна в железную бочку. Края дна были загнуты наружу и на щель между закраинами дна и краями стенки накла­ дывались куски железа. Последние расплавлялись вольтовою ду­ гою и, заполнив щель, спаяли дно со стенками. Работа эта про­ изводилась по заказу.

8.Продырявливание и перерезывание железных полос как на воздухе, так равно и под водой. На местах прикасания вольтовой дуги с металлом последний расплавляется. При работе под водой поднимались пузырьки пара, преимущественно же газов, образую­ щихся при разложении воды.

9.Вырезывание круга из середины железного листа. В местах соприкасания вольтовой дуги с железом, как и в предыдущем при­

мере, железо расплавлялось и одна часть отделялась от другой.- 10. Припайка шпангоута к стенке в носовой части судна. Воль­ товою дугою расплавлялся край шпангоута из углового железа, прилегающий к стенке. Верхняя часть шпангоута была почти вер­ тикальна, но расплавляемое железо не стекало. Во избежание расплавления стенки с наружной стороны у раскаленного места прикладывался кусок кокса. Изобретатель предполагает, что с вве­ дением его способа спайки не представится надобности в предва­ рительной сборке болтами железных корпусов судов и при других котельных работах, так как можно предварительно скреплять части местными спайками, а также что прилегающие к стенкам части уголков не надо будет иметь такими широкими, как теперь,

пока соединение производится обыкновенными заклепками.

194

И . Спайка медных полос встык. На шов просыпались мелкие куски меди и расплавлялись электрической дугой. Когда работа производилась несколько минут подряд, то уголь накалялся до­ бела и его погружали в воду для охлаждения. Для растворения окалины при спайке железа присыпался морской песок, при спаи­ вании же и расплавлении меди присыпалась бура; можно присы­ пать также нашатырь. Работа с медью производилась под венти­ ляционным колпаком для удаления вредных для здоровья газов. Под этим колпаком помещен рабочий стол, т. е. чугунная плита, соединенная с отрицательным полюсом аккумуляторной батареи, так что металлический предмет, положенный на эту плиту, на­ ходится при ее посредстве в соединении с батареей.

Для работ, производимых не на рабочем столе, к проводнику от отрицательного* полюса аккумуляторной батареи были приде­ ланы ручные тиски, которые укреплялись в каком бы то ни было месте обрабатываемого предмета, лишь бы было металлическое соединение с местом спайки или расплавления. Проводник от положительного полюса аккумуляторной батареи приделан к мед­ ному угледержателю с деревянной ручкой. Уголь был искусствен­ ный — Каре, употребляемый в лампах с вольтовой дугой. Сна­ чала уголь прикладывался концом к месту, в котором требовалось расплавить металл, затем немедленно отводился уголь, причем образовывалась вольтова дуга. При перемещении угля вольтова дуга сохранялась между углем и металлом и расплавляла последний. По заявлениям г-на Бенардоса, при проведении вольтовою дугою по краю места, положенного на другой лист (внахлестку), спаива­ ние распространяется внутри шва на ширину 3 мм. При наплавле­ нии металла на поверхности другого или того же самого металла, по-видимому, спаивание происходит по всей поверхности.

В опытной мастерской имеются отшлифованные образцы спаек различных металлов встык при различных комбинациях: красной меди, латуни, чугуна и стали, а также отшлифованные образцы наплавки олова на железе и свинца на железе. Судя по краям этих двойных пластинок, соединение обоих металлов происходит по всей плоскости соприкосновения.

При вертикальном спаивании железа оно после расплавления, охлаждаясь, настолько густеет, что не успевает стекать. По заяв­ лению г-на Бенардоса, возможно даже спаивание железа на гори­ зонтальной стенке снизу при помощи особого прибора, существен­ ную часть которого составляет электромагнит, поставленный с верхней стороны стенки, притягивающий расплавленное железо; медь же оказывается настолько жидкою под влиянием вольтовой дуги, что обработка последней возможна только сверху при гори­ зонтальном или слабо наклонном положении меди.

При произведенных работах края металлов, к которым прика­ салась вольтова дуга, получались неровные, но, вероятно, при надлежащей сноровке может быть достигнута большая чистота в работе.

Температура у отрицательного провода на конце вольтовой дуги ниже, чем у положительного провода, а потому казалось бы, что на обрабатываемом металле должен быть положительный полюс, а на угле отрицательный, но опыт показал, что удобнее наоборот, чтобы на угле был положительный полюс, а на металле отрицательный, как потому, что у отрицательного полюса оказы­ вается настолько достаточно высокая температура, что даже пла­ стина расплавляется, так и потому, что при истечении электриче­ ства из угля вольтова дуга не прерывается и ею можно удобно водить по обрабатываемому предмету, тогда как при противопо­ ложном направлении тока вольтова дуга появляется из обраба­ тываемого предмета отдельными вспышками, что затрудняет ра­ боту.

Вследствие сильного света от вольтовой дуги следует смотреть на работу через темное стекло и такое приделано также к угледержателю. К последнему прикреплен также небольшой щит для предохранения руки паяльщика от действия тепловых лучей воль­ товой дуги.

Применения способа спайки г-на Бенардоса, без сомнения, могут быть многоразличны, и не только при котельных, но и при других работах, например для прикрепления колесных шин к ободьям, заплавке трещин в чугуне и других металлах, утолще­ ния изношенных трущихся частей, покрытия одних металлов дру­ гими и прочего, но для того, чтобы способ этот получил распро­ странение, которое он заслуживает,-желательно, чтобы дальней­ шей разработкой его было достигнуто такое удешевление его при­ менения, при котором оказывалось бы выгодным применять его даже и при сравнительно небольших работах в железнодорожных мастерских

ЭЛЕКТРОГЕФЕСТ

( опытная станция электрической обработки металлов по способу Я. Я. Бенардоса)

С. Э. Кордес

Из многих опытов применения электричества для обработки ме­ таллов обращает на себя внимание в настоящее время способ рус­ ского изобретателя Н. Н. Бенардоса. Способ Бенардоса, извест­ ный под названием «электрогефест», был изучен профессором Р. Рюльманом в Петербурге, который описал его в статье «Способ Бенардоса электрического спаивания и сваривания», помещенной в «Журнале Общества немецких инженеров» (Берлин, 1887, с. 863). Ривс, приезжавший специально для изучения способа «электро­ гефест» в Петербург и Париж, дает о нем заметку «Сварка электри-

1 Сообщение А. М. Вознесенского приводится в сокращенном виде (см. ра­ боту [9]).

196

чеством» в журнале «Электрик» (Лондон, т. 20, с. 87). Дерр по­ местил статью «Пайка с помощью электричества» в «Журнале для электротехника» (Вена, 1887, с. 524).

Получив привилегию на свой способ и составив компанию, Бенардос открыл опытную станцию в Петербурге, на Выборгской стороне. Эта опытная станция предназначена отчасти для обуче­ ния электрической обработке металлов лиц, приобретших приви­ легию, но главное — для изготовления приспособлений при ра­ ботах этим способом. Главный фасад здания опытной станции «Электрогефест» выходит на берег реки Большой Невки и пред­ ставляет двухэтажное каменное здание заводской архитектуры. Стены здания остались те же, но внутри устроено три этажа с вместительным чердаком; в результате такого расположения из-за отсутствия окон с, главного фасада средний этаж остался почти без освещения (рис. 1 ).

Внижнем этаже (рис. 1 и черт. 1) расположены: А — контора;

В— прихожая; С — мастерская, где помещены: а — слесарный верстак; Ъ — токарный ножной станок; с — винтовая железная

лестница через все этажи; Л — деревянная лестница на 2-й этаж;

О — паровой котел; Е — паровая машина; В7 — динамо-машина; К — слесарный верстак машинного отделения; Р — деревянная

Рис. 1. Схема мастерской «Электрогефест».

Черт 2

Черт.З

197

пристройка, в которой помещены: р — локомобиль, ю — динамомашина в 6 л. с.

Лестница й ведет из 1-го этажа во 2-й, едва освещенный, где помещаются (черт. 2): а — столы для набивки аккумуляторных

пластин; е — вальцы для тонкого листового железа; Р — столяр­ ная мастерская; N — пространство 2-го этажа без пола над кот­ лом, паровой машиной и динамо-машиной.

Железная лестница йг ведет на 3-й этаж, где производят сборку, упаковку и отправку готовых изделий. Здесь имеются (черт. 3):

в свинце; / — два стола для запайки рам и ящиков свинцом для аккумуляторов; д — столы для набора аккумуляторных рам гоф­ рированным свинцом; В — электрический мотор для токарного станка 5 и для гофрировального вальца З^; т — прокатный стан для рольного свинца; п — нож для резания рольного свинца.

Отсюда винтовая лестница введет на чердак, где расположены (черт. 4): Т — серии работающих аккумуляторов; а — резервуар чистой воды; у — чаны с жидкостью для аккумуляторов.

По фасаду здание станции имеет около 13—14 м, и окна распо­ ложены в двух рядах по 4 окна; в ширину здание имеет 7—8 м, высоту 7—8 м.

Измерительные приборы при работе не используются, если не считать вольтметра, который дает напряжение тока, питающего аккумуляторы. Паровая машина, развивая 18 л. с., приводит в движение динамо-машину (ЗЬип!) завода Сименса и Гальске. Ра­ ботая безостановочно в рабочие часы, динамо-машина питает непрерывно аккумуляторы, расположенные над 3-м этажом.

Аккумуляторы, применяемые в электрогефесте, представляют призматический четырехугольный стеклянный сосуд с жидкостью, в которую погружено 9 свинцовых пластин.

Наполняющая жидкость состоит из воды и серной кислоты с удельным весом 1,25; вес всей жидкости 3,5 кг; вес стеклянной посуды 1,8 кг; вес свинца 10,5 кг, рабочая поверхность 1,25 м2, вес аккумулятора в сборе 15,8 кг, т. е. около пуда. Свинцовые пластины одинаковые. Каждая пластина представляет свинцовую раму, размеры которой 16 X 20 X 0,5 см; в эту раму набраны и впаяны косо гофрированные пластинки рольного свинца сечением 1 x 5 мм. Таким образом составляется одна пластина или, как ее называют, лямма. Разъединение лямм достигается прокладкой по углам резиновых кусочков.

Аккумулятор Бенардоса не отличается ни новизной идеи, ни деталями от известных, каковы аккумуляторы Планте и де-Ка- бата. В этих типах аккумуляторов стараются уменьшить их вес и объем и увеличить рабочую поверхность свинца, т. е. поверх­ ность соприкосновения свинца с жидкостью. Через серию новых

198

аккумуляторов пропускают ток для заряжения их, пока не про­ изойдет выделение кислорода на положительных пластинках, затем разряжают аккумуляторы, наблюдая, однако, чтобы не­ большое количество электричества в них осталось. После этого вновь заряжают аккумуляторы, пуская ток в направлении, обрат­ ном предыдущему,— следует разряд. Эта операция, называемая формированием аккумуляторов, продолжается несколько дней (около 500 ч), пока на положительных ляммах не получится зна­ чительный слой темно-бурого цвета (перекись свинца); тогда ак­ кумуляторы вполне сформированы и годны для работы.

По опытам профессора Р. Рюльмана, внутреннее сопротивле­ ние аккумулятора — 0,02 ом, электровозбудительная сила в сред­ нем — около 2 в. Если внешнее сопротивление мало (что имеет место при пайке, сплавлении и в других случаях, когда сечение проводника большое), а внутреннее — 0,02 ом, то аккумулятор разряжается очень быстро; так, например, расходуется почти весь запас электрической энергии в 5—10 мин, после чего ток настолько слаб, что не имеет смысла вести разряд далее. При заряжении ак­ кумуляторов располагают их в ряды, в которых аккумуляторы соединяют последовательно, а ряды между собой — параллельно; таким образом, динамо-машина питает одновременно и непрерыв­ но все аккумуляторы. При разных поделках употребляют ток раз­ ного напряжения и силы: следовательно, надо иметь возможность получать подобный ток от системы постоянно заряжающихся ак­ кумуляторов.

Допустив, что аккумуляторы не истощаются, наполняясь по­ стоянно от динамо-машины, будем рассматривать аккумуляторы как гальванические элементы, так как при таком условии первые не отличаются от последних. Известно, что, имея п элементов с электровозбудительной силой е каждый при внутреннем сопро­ тивлении г, при внешнем сопротивлении Н и соединяя х элементов

есть общее сопротивление батареи, следовательно, максимум силы тока получается тогда, когда общее сопротивление батареи равно внешнему.

199

Известно далее, что разности потенциалов пропорциональны сопротивлениям; поэтому когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению батареи или половине общего сопротивления, то разность потенциалов у зажимов внешней цепи равна половине электровозбудительной силы, и при этом полу­ чается максимум силы тока. В случае, когда число элементов ба­ тареи не дано, то можно определить, сколько следует взять эле­ ментов, электровозбудительная сила которых е и внутреннее со­ противление г, и так их расположить, чтобы получить ток силой I во внешней цепи при сопротивлении К. Пусть х — число после­ довательно соединенных элементов в группе, а у — число групп, параллельно соединенных. Общее число элементов п — ху. Для силы тока имеем прежнее выражение:

/ = п Е + гх2

Из этого выражения по заданной силе тока I надо отыскать минимум п. Для этого определим п из предыдущего выражения:

и приравняем нулю производную его по переменному х, получим:

21гх (ех — I В) — е!гх2 = О,

откуда

но выражение - у - есть общее сопротивление цепи, т. е., подобно

предыдущему, внутреннее сопротивление равно внешнему и элек­ тровозбудительная сила батареи должна быть вдвое больше раз­ ности потенциалов у зажимов внешней цепи.

Пример. Имея батарею, желают получить в цепи ток силой в 100 а при сопротивлении в 2 ом, употребляя элемент (аккуму­ лятор) электровозбудительной силой в 2 в, с сопротивлением в 0,02 ом.

Приравниваем внутреннее сопротивление внешнему:

х * 0 ,0 2

У

= 2.

Разность потенциалов у зажимов равна Я1 = 2 • 100 — 200; выразим, что разность потенциалов равна половине электровоз­

в 100 а надо составить 2 группы по 200 элементов последователь­ ного соединения, группы же ввести параллельно.

200

Рассмотрим, какую наибольшую силу тока даст батарея из 500 аккумуляторов, если внешнее сопротивление цепи К = 0,1 ом, внутреннее сопротивление элемента г = 0,02 ом и электровозбудительная сила элемента е = 2 в; точно так же укажем наивыгод­ нейшее введение элементов в цепь.

Найдено, что для наибольшей силы тока надо взять/? = “V ’’*

откуда х = ± | / " ( з н а к не имеет значения), вставим В = 0,1,

П = 500, г = 0,02; тогда * = ] / 5°°02°Д- = ^ 2 5 0 Г = 50, т. е.

500 элементов нужно вводить в каждой группе последовательно.

имеем возможность получить ток в 500 а, заряжая аккумуляторы динамо-машиной в 100 а и 120 в.

Это одно из ценных условий способа «электрогефест», где при 100 а и 120 в имеют возможность дать силу тока в 500 а; вторым необходимым и выгодным условием употребления аккумуляторов будет то, что в промежутки отсутствия работы ток динамо-машины не тратится на нагревание проводов, если цепь замкнута, или, в противном случае, не расходуется бесполезно сила двигателя, приводящего динамо-машину в движение; останавливать же и пускать двигатель с динамо-машиной в ход пришлось бы почти непрерывно, что сопряжено с большими непроизводительными рас­ ходами.

На рис. 2 представлена схема расположения всех приборов и проводов для применения способа «электрогефест» на заводе Струве. Здесь 500 аккумуляторов поставлены в 10 рядов; в каждом ряду аккумуляторы соединены последовательно; 10 ря­ дов или групп введены в цепь параллельно. Динамо-машина пи­ тает одновременно все 500 аккумуляторов. На чертеже приняты следующие обозначения: для отрицательных проводников — штри­ ховая линия; для положительных — штрихпунктирная.

На том же эскизе помещены коммутаторы для двух целей:

1)коммутаторы, расположенные вертикально (А), служат для увеличения рядов параллельного соединения;

2)коммутаторы горизонтальные (В) вводят в цепь последова­ тельно аккумуляторы из каждого ряда. За один раз можно ввести

спомощью одного штепселя коммутаторами А или В только по

201

а

5 аккумуляторов. Коммутатором А (при введении о помощью его 5 аккумуляторов) изменяют силу тока из 1а в / а *.

1а = -7ТШ ~ ’ 1а = г+”(1+5)Д (параллельно).

Коммутатор В (при введении им 5 аккумуляторов) изменяет силу тока из 1в в 1в:

1 в = пг + Н ’ 1в = '\п /+ ^ } + в (последовательно).

Устройство коммутаторов А и В аналогично. На мраморной доске МN (рис. 3, черт. 1) укреплены медные пластинки аъ Ъи а2, &2>аз> Ь3, а4> &4, которые разрезаны слегка коническими отверс­ тиями 1, 2, 3, 4 в эти отверстия хорошо приточены конические пробки С. Пластинки аг, а2, а3, а4 соединены порознь с проводни­ ками й2, й3, й4; пластинки же &1? Ъ2, &3, 64 соединены между собой проводниками с19 с2, с3, с4, отводящими ток через В .

202