книги / Научно-технические изобретения и проекты

объекта, который затем перемещается на наковальню для ковки. Рукоятки клещей должны быть изолированы для того, чтобы рука рабочего не подвергалась воздействию тока во время горения дуги. С помощью аппарата (фиг. 33 и 34) нагревается удерживаемый кле­ щами предмет, который не подключен ни к одному из полюсов цепи, для чего предмет просто приближается или вводится в воль­ тову дугу, образованную между двумя вертикальными угольными электродами, укрепленными в двух зажимах и составляющими два полюса цепи переменного тока. На фиг. 33 и 34 угольные электро­ ды установлены параллельно один другому, но они могут при­ нимать различное положение в зависимости от требуемой ра­ боты.

На фиг. 35 представлен аппарат для плавления и сварки, который мы назвали «электрический сварщик». На фигуре пред­ ставлен аппарат в тот момент, когда по нему не проходит ток. Он состоит из двух угольных электродов, каждый из которых за­ креплен зажимом. Наконечники этих зажимов удерживаются дву­ мя небольшими консолями в виде вилки, а их концы, имеющие ро­ лики, прижаты к стержню, конец которого сделан в виде конуса. Этот стержень, установленный в центре катушки, удерживается в определенном положении с помощью винтовой пружины. Это положение является нерабочим положением аппарата, так как оно определяет контакт двух полюсов. Катушка включена в элек­ трическую цепь, от которой она питается и в которую вставляют электрический магнит, служащий рабочим столом. Стержень втягивается в катушку, как только по ней проходит ток; обе пру­ жины, установленные на вышеупомянутых консолях, оказывают непрерывное давление на концы зажимов, а ролики, продвигаясь к вершине конуса, осуществляют сближение этих концов, что в свою очередь вызывает отдаление концов угольных электродов; между этими последними мгновенно образуется вольтова дуга, притягиваемая полюсом электрического магнита к рабочему объек­ ту, ‘ установленному на рабочем столе. Аппарат сконструирован таким образом, что можно по желанию приближать или удалять вольтову дугу от стола и благодаря этому увеличивать или умень­ шать ее воздействие на рабочий объект. В зависимости от случаев аппарат может перемещаться в различных направлениях.

Этот аппарат без электромагнита, используемый в переверну­ том положении, может служить для освещения как электрическая лампа, автоматически зажигающаяся и регулирующая вольтову дугу. Такими аппаратами пользуются для сварки металлов, ко­ торые легко плавятся, а иногда они могут применяться как вспомо­ гательное средство для полировки поверхности соединений, вы­ полненных одним из вышеперечисленных аппаратов.

Можно также применять подобные аппараты, но простые без подставки, где сближение и удаление угольных электродов про­ изводят вручную нажимом рычага, который находится в рукоятке электрического сварщика.

21

Этими аппаратами пользуются в сочетании с газовыми аппа­ ратами, где газ или газовые смеси вводятся в одну или несколько труб или патрубков в виде горелки; пройдя через заслонку, они выпускаются с помощью тока около места приложения вольтовой дуги и, направленные в сферу воздействия этой дуги, они увели­ чивают интенсивность воздействия этой дуги. Вводя в эти газы распыленный углерод и направляя их в сферу вольтовой дуги, создают для этой дуги окружающую атмосферу, хорошо проводя­ щую электричество; частицы углерода, находящиеся в непрерывном колебании, увеличивают электропроводность воздуха и вследствие этого температуру дуги и ее интенсивность. Распыленный угле­ род в некоторых случаях может быть заменен другими вещества­ ми, способствующими выделению тепла для того, чтобы образо­ вать соединение с телом, на котором производится операция.

Аппарат, представленный на фиг. 36 и 37,— это наиболее про­ стой вариант, но его можно использовать в сочетании с другими вы­ шеуказанными аппаратами или же с подставками, которые могут по желанию перемещаться. Именно аппаратами такого типа осу­ ществляются операции, которые требуют предварительного нагре­ ва обрабатываемого объекта. Они могут также служить для выпол­ нения операций на телах, являющихся плохими проводниками электричества, так как область нашего способа распространяется непосредственно на металлы и металлоиды; для последних исполь­ зуют предпочтительно аппараты с двумя электродами, подклю­ ченными к полюсам; если все же пользуются аппаратами с одним полюсом, то на металлоиды накладывают слой материалов, явля­ ющихся хорошими проводниками, которые определяют образова­ ние вольтовой дуги.

В заключение можно сказать, что это изобретение, основанное на самом интенсивном источнике тепла, может быть применено

внебольшом цехе или даже одним рабочим в комнате при неболь­ ших затратах сил и без дорогостоящих печей, сконструированных

вспециальных учреждениях, оно расширяет возможности техно­ логии и, таким образом, приближает решение социальных проб­ лем, волнующих современное общество 1.

10 октября 1885 г. Париж.

Обработка металлов с помощью электрического тока

(Немецкий патент М 38011 от 31.10.1885 г.)

Данное изобретение касается нового способа обработки металлов электрическим током, который в противоположность применяв­ шимся ранее подобным электрическим способам отличается тем, что вольтову дугу получают в нужном месте обрабатываемого металлического изделия, приближая к нему тот же самый элек­ трический проводник, который образует один полюс, в то время

1 См. [78].

22

как это обрабатываемое место образует противоположный проводни­ ку полюс, так что вольтова дуга создается в любом месте обраба­ тываемого объекта без применения каких-либо вспомогательных приспособлений, тогда как при прежних способах металл раска­ ляется или расплавляется контактом двух установленных в спе­ циальном аппарате углей (Вальнер) или двумя контактами (Си­ менс), причем объект с помощью промежуточного приспособления (тигеля) вводят между обоими полюсами цепи.

Новый способ отличается от прежних не только такими тех­ ническими эффектами, как относительная простота и большие воз­ можности применения благодаря тому, что вольтова дуга возника­ ет на самом изделии в любом месте, но и тем, что для его образова­ ния не требуется каких-либо дополнительных устройств.

Единственными приспособлениями, необходимыми для прак­ тического осуществления этого способа, являются средства за­ крепления и приведения в движение приближающегося к полюсу изделия проводника, для которого на практике лучше всего вы­ бирать цилиндрической формы угольный стержень, форма кото­ рого и материал не имеют никакого значения для осуществления способа. На приложенном чертеже приведены некоторые виды конструкций таких приспособлений, описанных ниже для более подробного пояснения практического применения способа обра­ ботки металлов (железа, стали, меди, олова, свинца и пр. черных и цветных металлов и сплавов) электрическим током.

На фиг. 1 1 — аппарат, состоящий из деревянной ручки А , в полом отверстии которого с одного конца находится клеммный болт В , служащий для закрепления проволоки-проводника С. Уголь Ъ закрепляется в обойме Е винтом Р; Е может принимать различное наклонное положение относительно штанги О, которая соединяет проводник С с углем Б с помощью шарнира Н.

Показанный на фиг. 2 в действии аппарат состоит также из деревянной ручки I (одновременно суппорт) и рычага / , служащего для приближения угля к месту, где должна возникнуть вольтова дуга, что достигается его прижатием к ручке I. Между ручкой I и рычагом 3 расположена пружина К , чтобы с помощью отжатия рычага / оборвать вольтову дугу; на клеммном винте М внутри ручки I закреплен проводник Ь, связанный штангой N с рычагом / . Для установки угля служит муфта О и шарнир Д. Аппарат уста­ новлен на металлических пластинах гг'; Е В — выходящие от ис­ точника тока 5 (аккумуляторы, батареи или динамомашины) про­ водники; из них Ъ — положительный, ведущий к углю, а — отри­ цательный, ведущий к металлическим пластинам гг'.

На фиг. 3 дан вид сбоку всего аппарата с зубчатой рейкой, на фиг. 4 — сечение по а ~ 6, на фиг. 5 — то же по с — й. Этот аппарат также состоит из деревянной ручки V, соединенной с двумя

23

ручкой тележку аппарата. X — рычаг, служащий для приближе­ ния угля к месту, где должна образоваться вольтова дуга. Боко­ вые детали IV снабжены четырьмя роликами г/, с помощью которых аппарат перемещается по рейкам г.

Проводник А (фиг. 3) соединяется клеммным винтом с металли­ ческой штангой Ъ (показана пунктиром), закрепленной винтами на боковых деталях И7"и от нее с пружиной () ручки, опирающейся на рычаг. Последний удерживается осью 7?, укрепленной в штанге IV' (фиг. 3 и 5). Г — экран с цветным стеклом 6?', состоящий из штатива, который благодаря шарниру Я ', барашковой гайке Г и штанге / ' (фиг. 3 и 4) может принимать любое наклонное поло­

движению рычагаХ уголь приближается к металлическому изде­ лию в том месте, где должна образоваться вольтова дуга.

Обрыв вольтовой дуги и остановка секундомера происходят одновременно при отпускании рычага X пружиной (?'. Тем самым можно регулировать длительность действия вольтовой дуги по секундомеру и по желанию.

Фиг. 6 показывает раму с двумя парами закрепленных на ней реек ъ'ъ. Зубчатые рейки служат для точечного соединения или образования вольтовой дуги в определенных точках, расстояние между которыми равно промежутку между зубьями; гладкие шины г служат для непрерывного соединения.

Каждый из упомянутых выше аппаратов соединен с одним из проводников, в то время как другой проводник соединен непосред­ ственно с изделием, на котором образуется вольтова дуга, или с металлическим столиком, на котором лежит изделие.

На фиг. 7 показана металлическая пластина, служащая изде­ лием, причем Е — клеммный винт с закрепленным на нем про­ водником.

Если при обработке металлов по данному способу вольтова дуга отклоняется вначале в одну точку, затем прерывается, затем направляется в другую точку и т. д., то производится точечная прошивка или проплавление изделия и, как видноАрасплавленная масса металла прочно соединяет два изделия.

Тот же эффект достигается, если вести вольтову дугу непре­ рывной линией по металлу, с той лишь разницей, что в этом слу­ чае вместо точечного получается линейный разрез или соединение. На фиг. 8—24 на разных примерах показан принцип выполнения способа таким образом, рез и соединение можно получить с по­ мощью вольтовой дуги, как описано выше.

24

Предмет изобретения

1. Способ обработки металла электрическим током, который харак­ теризуется тем, что вольтову дугу создают в требуемом месте об­ рабатываемого металлического изделия приближаемым электри­ ческим проводником, который образует один полюс, в то время как это обрабатываемое место само образует полюс, противопо­ ложный полюсу проводника.

2. Для осуществления способа по п. 1:

а) показанный на фиг. 1 аппарат характеризуется соедине­ нием ручки А с закрепленным на ней клеммным винтом В и дер­ жателем угля Е ;

в) аппарат на фиг. 2 характеризуется соединением ручки I с рычагом / , служащим для подведения угля к обрабатываемому из­

Электрододержатель с четырьмя электродами с присадочным стержнем

25

чае неплавящиеся электроды соединены с потенциалами ис­ точника питания попарно, и при обгорании одной пары элек­ тродов дуга перебрасывается на другую. Во втором случае все четыре электрода соединены с одним потенциалом источника, а изделие — с другим. Конструкция держателя позволяет под­ ключить к источнику питания и плавящийся электрод при

чаях предусмотрена возможность подачи (вручную) электродов. Наличие четырех неплавящихся электродов увеличивает дли­ тельность ведения процесса в пределах заданного режима без изменения их положения.

На рисунке показан электрододержатель для ведения дуговой сварки с присадочным стержнем. Как видно из чертежа, метал­ лический стержень А помещается среди четырех сходящихся угольных электродов В , между которыми образуются электри­ ческие дуги, плавящие металлический стержень, не включенный в сварочную цепь. В данном электрододержателе подача металли­ ческого стержня по мере расплавления его производится вручную.

Устройства для магнитного управления процессом сварки

Н. Н. Бенардос использовал воздействие внешнего магнитного поля как с целью стабилизации и концентрации энергии дуги, так и с целью повышения качества металла шва.

26

Идея была реализована с помощью специальных электромагни­ тов, подключаемых к отдельным источникам питания и распола­ гаемых на поверхности свариваемого изделия, в том числе и при сварке в потолочном положении (фиг. 1), а также для исключе­ ния магнитного дутья при сварке угловых соединений (фиг. 2). Н. Н. Бенардос разработал также конструкцию электромагнит­ ного сварочного стола, называемого (по аналогии с приспособле­ нием для кузнечной обработки) наковальней (фиг. 3).

Впоследствии многочисленными исследованиями было доказано, что применение управляемых магнитных полей способствует де­ газации жидкого металла и улучшению структуры металла шва.

При наблюдении данных опытов было заметно очень важное воздействие электромагнитов не только на дугу, но и на расплав­ ленный металл. Дуга полностью спокойна, сконцентрированна, ее отклоняется в сторону и не прерывается. Вследствие концент­ рированного действия дуги металл плавится значительно энер­ гичнее, быстрее и равномернее. Непрерывность дуги упрощает рабочему работу с ней. При применении электромагнитов металл выбрасывает лишь немного пузырьков, становится более жидким и поверхность шва намного глаже, чем при работе на обычной наковальне Ч

Устройства для автоматического регулирования длины дуги

Электрододержатель с неплавящимся (угольным) электродом (ручного типа) установлен в опорной стойке с возможностью качания на оси в плоскости, проходящей перпендикулярно по­ верхности изделия (рис. 1). Рукоятка держателя соединена со

штоком соленоида, обмотка которого включена в сварочную цепь последовательно с дугой. Шток удерживается пружиной, натяжение которой регулируется вращением гайки.

См. [87].

27

V

Устройство для сварки плавящимся электродом состоит из те­ лежки, перемещающейся по изделию (рис. 2). На раме тележки установлен соленоид и имеется направляющий канал для про­ хода электрода. Шток соленоида соединен аммортизатором с ро­ ликами, через которые подается электродная проволока, и удер­ живается на соленоиде пружиной с регулируемым натяжением. Обмотка соленоида включена последовательно с дугой в свароч­ ную цепь.

Тяга соленоидов в обоих устройствах пропорциональна силе тока (сварочного), протекающего в цепи, и уравновешивается силой натяжения пружин. При настройке устройств на заданные параметры режима горения дуги тяга соленоида уравновешивает­ ся силой натяжения пружины.

Устройства обеспечивают поддержание постоянного напряжения (длины) дуги при падающей вольт-амперной характеристике сварочной цепи. В случае удлинения дугового промежутка (на­ пример, при обгорании электрода) увеличивается напряжение дуги и уменьшается сила сварочного тока, что приводит к нару­ шению равновесия тяги и силы натяжения пружины. Перемеще­ ние штока соленоида изменит положение электрода, дуговой промежуток сократится, восстановит заданные напряжение дуги и силу тока.

Приспособление для вырезки отверстий

Чтобы сделать отверстие в листе, его помещают над особым штати­ вом и снизу подводят уголь. От приближения угля получается вольтова дуга, металл плавится и капает вниз; чтобы он не портил паяльник, у угля последнего прикрепляют асбестовый кружок. В листе железа менее 1/8" толщины, отверстие можно делать, при­ касаясь углем сверху. Чтобы паяльщик видел, как надо управ-

28

лять углем, внизу к стойке штатива прикрепляется зеркало, в котором и отразится освещаемое пламенем вольтовой дуги про­ делываемое отверстие *.

Формирующее устройство для сварки вертикальных швов

А в представляет вертикальный шов. Уголь особой пружиной прижимается к спаиваемым листам и задерживает, как видно на чертеже, расплавленный металл. Через несколько слоев пайки производят легкую проковку. Когда расплавленный металл дости­ гает верхней поверхности угля, пружину с углем поднимают выше и опять продолжают пайку, пока расплавленный металл опять не достигнет верхней поверхности угля, после чего пружину опять поднимают, и т. д., пока не будет запаян весь шов. Система сталь­ ных полос прижимается к листам винтом с барашком. Чтобы руки рабочего были свободны, перед спаиваемыми листами можно ста­ вить на штатив рамки с цветными стеклами 21.

Приспособление для сварки продольных швов цилиндрических и конических обечаек

Кроме описанных приемов сварки тонких листов с помощью же­ лезных полосок или при зажиме листов между двумя раскален­ ными углями употребляется еще особый прием, а именно: сварива­ емые листы А х В (как видно на рисунке) прижимают плотно один

1 См. [62].

2 См. там же.

29

А В

к другому в месте соединения по ребру. Затем оба они особо'устроенной рамой с помощью хомута с маховичком К прижимаются плотно к нижнему бруску, служащему наковальней.

Подготовив таким образом соединяемые листы, можно присту­ пить к их сварке. На ребро (место соединения) кладут маленькие кусочки железа и подводят к ним уголь. Получается вольтова дуга, и положенные кусочки плавятся. Потом расплавленный металл

ВО