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

Г Л AB A V

ВНУТРЕННИЕ СПАИ

Внутренним называют спай широкой и узкой трубок, когда

узкая трубка расположена внутри широкой. Место спая может находиться как в торце широкой трубки, так и в ее боковой стенке.

Почти в каждом приборе имеется внутренний спай. Долговечность и надежность прибора часто определяются именно качеством внут­

ренних спаев, а определить его не всегда просто. Поэтому стекло­ дув должен в совершенстве овладеть мастерством изготовления таких спаев и строго соблюдать основные правила этой ра­ боты.

Во внутреннем спае всегда создаются значительные напряже­ ния, а следовательно, и опасность растрескивания его, поэтому особенно важно, чтобы спаивались стекла однородные, обладаю­ щие одинаковым значением коэффициента термического расши­ рения. Если по каким-либо причинам нельзя подобрать спаивае­ мые трубки из одного или подобного стекла, то перед спайкой

напаивают на конец узкой трубки переходные стекла, соответ­

ствующие составу первичных стекол (см. § 28).

Для изготовления внутренних спаев лучше всего подбирать трубки с одинаковой толщиной стенок, не превышающей 2 мм.

Толстостенные трубки пропаивать труднее, да и спай в этом слу­ чае получается не очень прочным, так как образуются невидимые «залипания». Трубки необходимо тщательно вымыть во избежание попадания в спай инородных включений.

Спай по всей окружности нужно тщательно пропаять, в нем не должно быть даже незначительных непропаянных участков и залипаний. Минимальные залипания могут вызвать растрескива­ ние, особенно если они находятся на границе спая.

Толщина стенок узкой и широкой трубок в месте спая и ря­ дом с ним (после пропаивания) должна соответствовать размеру стенок исходных трубок. Исключение составляют шайбовый спай и внутренний спай с фланцем.

Стекло широкой трубки снаружи и внутри должно плавно

переходить в узкую трубку на месте спая, как бы сливаясь с ней воедино. Диаметр впаянного торца узкой трубки всегда должен быть на 1—2 мм больше диаметра трубки.

Все внутренние спаи и участки трубок с обеих сторон от них после изготовления требуют тщательного отжига в пламени го­

релки с последующим отжигом в муфельной печи.

81

§30. Условия возникновения в стекле «натяжения»

инапряжений

Эти дза понятия часто соединяют воедино, неправильно назы­ вая натяжением. На самом деле это совершенно разные явления.

«Натяжение» возникает в том случае, если отдельные участки нагретого прибора остывают с разной скоростью, в ре­ зультате чего происходит механическое растягивание отдельных участков стекла. Такое неравномерное остывание наблюдается

довольно часто в приборах, имеющих внешнюю рубашку, через которую впаяно большое число трубок разного диамера с разной толщиной стенок. «Натяжение» возникает во время охлаждения прибора как непосредственно при его изготовлении (т. е. после

отжига), так и при эксплуатации.

Напряжение возникает во внутренних слоях стекла при нагревании до размягчения какого-либо отдельного участка стек­ лянного изделия с последующим охлаждением всего изделия.

Напряжение объясняется образованием структурно неоднородных участков, обладающих физико-химическими и механическими свой­ ствами, отличными от тех же свойств материала соседних участ­

ков. Напряжение в стекле можно полностью снять отжигом, так как при этом происходит выравнивание структуры материала. «Натяжение» же полностью снять отжигом в печи не всегда удается, поэтому в приборах, которые имеют большое число внут­ ренних спаев и часто используются при нагревании, в наиболее подверженных натяжению местах устанавливают компенсаторы снятия натяжений.

§ 31. Простейшие внутренние спаи

Внутренний спай через шарик или оливку. На узкой трубке,

предназначенной для впайки внутрь широкой трубки, в будущем месте впая делают оливку или раздувают шарик, диаметр кото­ рых должен в полтора раза превышать диаметр трубки (рис. 39,а). У пульки из широкой трубки отпаивают одну из дер­ жав и делают округленное дно (рис. 39,6). В центре дна проду­ вают отверстие, диаметр которого должен быть достаточным для того, чтобы через него свободно проходила узкая трубка, а оливка задерживалась на губках отверстия (рис. 39,г). После обогрева

обеих трубок в пламени узкую трубку вставляют в отверстие широкой и пропаивают место соединения оливки с губками отвер­ стия. Пропаивать следует на узком мягком пламени, размягчая

в основном место впая. Спай считается готовым, когда в месте

соединения губок отверстия и оливки будет четко обозначаться темное кольцо торца впаянной узкой трубки. Наружная и внут­ ренняя трубки в месте спая должны иметь толщину стенок исход­

ных трубок (рис. 39, д).

Пропаивание внутреннего спая через стенку дна. Оттянув с од­ ного конца державу у широкой трубки, внутрь нее помещают отре-

92

зок узкой трубки и делают округленное дно (рис. 40, а). Из центра дна вытягивают короткий тонкий «усик» — капилляр и, перевер­ нув заготовку державой вверх, размягчают «усик» до прилипания торца узкой трубки к центру дна широкой. Спай пропаивают до обозначения четкого торцевого кольца. Продув отверстие в его

центре (б), припаивают узкую трубку с внешней стороны (в, а).

tí

Рис. 39. Последовательность изготовления внутреннего спая через шарик или оливку на узких трубках.

Рис. 40. Последовательность изготовления внутреннего спая через стенку дна.

Оба способа чаще всего применяют при изготовлении внутрен­

них спаев на нешироких трубках, т. е. когда диаметр наружной трубки равен 40 мм. Для изготовления внутренних спаев на более

узкую трубку следует прочно закрепить внутри широкой.

Внутренний спай на боковой стенке (боковой спай). Описанные выше способы почти полностью применимы и к изготовлению бокового внутреннего спая. Первый способ применяют, если узкая трубка прямая и недалеко входит внутрь наружной. Пропаивание

спая ведут по частям до получения ровного торцового кольца.

Вторым способом пользуются, когда узкая трубка, закрепленная

внутри наружной, имеет какие-либо изгибы. Пропаивают, разо­ гревая наружную трубку в месте впая до размягчения. Размер разогретого участка должен соответствовать окружности торца узкой трубки, который перед впаиванием слегка развертывают.

Если боковым спаем надо впаять трубку, диаметр которой больше 20 мм, то перед впаиванием торец шлифуют, подгоняя

его профиль под размер внутреннего диаметра наружной трубки так, чтобы торец впаиваемой трубки плотно прилегал к внутрен­ ней стенке широкой трубки (рис. 41, А). Это позволяет предотвра­ тить образование наплывов стекла при впаивании.

Для изготовления внутреннего спая на стенке трубки приме­ няют и другой метод, заключающийся в припаивании обычным

93

тройниковым спаем в том месте, где трубка должна быть вве­ дена внутренним спаем, отводной трубки (рис. 41, В). Диаметр последней должен быть немного больше диаметра трубки, пред­

назначенной для внутреннего впаивания. Эту трубку впаивают

в отводную любым подходящим внутренним спаем.

і

S

Рис. 41. Пропаивание внутреннего спая через боковую стенку для широких трубок:

/!“Подготовка торца части трубки, впаиваемой изнутри;

Б —боковой спай; после припайки внешней части трубки; Bt Г—боковые спаи, полученные при помощи отвода.

Этот метод удобен, если требуется сделать много внутренних спаев через боковую стенку. Тогда к стенкам заготовки (цилиндр, колба, трубка и т. д.) подпаивают нужное число отводных трубок обычным тройниковым спаем и, проделав необходимые опе­ рации (отжиг в пламени и т. д.), дают ей остыть. Отдельно гото­ вят соответствующее число заготовок — трубок (диаметром, рав­

ным диаметру отводов), в которые внутренним спаем впаяны узкие трубки заданного диаметра. Эти заготовки поочередно при­ паивают к отводным трубкам прибора простым спаем трубки

с трубкой.

§ 32. Шайбовый спай

Спай, полученный предлагаемым методом, не отличается от

внутренних спаев, полученных одним из описанных выше методов. Иной лишь прием его изготовления.

Разберем пример впаивания трубки диаметром 15 мм в трубку диаметром 30 мм. Сначала готовят пульку из узкой трубки дли­ ной 150 мм (не считая длины держав) и обогревают середину ее до появления желтооокрашенного пламени. Установив узкое горячее пламя, пульку разогревают строго по окружности в од­ ном месте, вращая ее в одну сторону (от себя); одновременно по мере размягчения стекла сдавливают трубку вдоль ее оси с обеих

сторон. При этом трубку нельзя снимать с пламени во избежание образования воздушных пузырей в шайбе. Прекращают сдавли­

вание, когда размягченная часть стекла образует вокруг трубки монолитную плоскую шайбу. Торцовые части трубок с обеих сто­ рон шайбы должны быть соосны (рис. 42, а).

94

Диаметр шайбы должен соответствовать внешнему диаметру широкой трубки. Если полученная шайба больше диаметра на­ ружной трубки, то шайбу нужно осадить в пламени или на об­ катке. Если диаметр шайбы мал, ее увеличивают, либо расплю­ щивая щипцами, либо наращивая недостающую площадь стеклян-

Рис. 42. Получение шайбового спая (в разрезе):

а— шайба, полученная сдавливанием трубки в пламени; б —отделка вну­ тренней поверхности трубки по месту

шайбы; в — готовая шайба; г—готовый шайбовый спай.

ной палочкой. Лучше всего шайба получается на толстостенных трубках, капиллярах. Как правило, внутренний диаметр трубки в месте соприкосновения торцов немного искажается. Для ликвида­ ции искажения и обеспечения пропайки трубки у шайбы место обработки вновь разогревают до размягчения, направляя пламя только на шайбу. Затем, слегка поддувая в трубку, легким дви­ жением вытягивают искаженное место, сглаживая таким путем

в месте соединения торцов должна быть на ощупь ровной и глад­ кой, что никогда не удается получить при изготовлении обычного

внутреннего спая.

Затем одну державу у трубки с шайбой обрезают, оставляя

(рис. 42,г). Спаивать следует по частям в узком пламени, не доводя внутреннюю трубку до температуры размягчения стекла. Ширину пламени устанавливают в соответствии с размером шайбы.

Шайбовые спаи можно применять и при впаивании трубок через боковую стенку. Сначала к боковой стенке припаивают

трубку тройниковым спаем, а затем в нее впаивают трубку с шайбой.

Шайбовые спаи отличаются большой прочностью. Благодаря их гладкой и ровной внутренней поверхности непосредственно в месте спая изнутри можно производить притирку или шлифовку. Это позволяет монтировать приборы с впаянными шлифами (ко­ ническими и цилиндрическими), с калиброванными по внутрен­ нему диаметру трубками и т. д. Такие спаи незаменимы при мон­ таже стеклянных приборов, работающих под большим давле­ нием.

85

§ 33. Внутренние тарельчатые спай

Перед впаиванием торец внутренней трубки развертывают и придают краю форму, похожую на форму края обыкновенной

тарелки. Благодаря этому сходству спай и получил свое на-

Рис. 43. Изготовление тарельча­ того спая:

а—заготовка для обычного спая; б — обычный спай; в — угловой спай*

звание. Тарельчатые спаи находят большое применение в произ­ водстве крупногабаритных стеклянных приборов.

Простой тарельчатый спай. Изготовление простого тарельчато­ го спая особых трудностей не представляет, если зазор между стенками трубок достаточно велик (20 мм и более).

Сначала подготавливают внутреннюю трубку. Для этого с од­ ного конца трубки оттягивают державу, а второй конец очень ровно обрезают. Ровно отрезанная трубка — залог успеха изготов­ ления спая. На мягком пламени горелки разогревают торец и на развертке развертывают края в форме тарелочки. Развертывать края можно, только убедившись в равномерном размягчении всех частей торца. Особое внимание следует обратить на диаметр та­ релочки: он должен быть всегда меньше внутреннего диаметра наружной трубки на 3—10 мм (в зависимости ог диаметров тру­ бок), иначе спай получится непрочным и некрасивым (рис. 43, а).

Заготовленную трубку закрепляют на насадке внутри наружной.

Разогревают место будущего спая на наружной трубке и оса­ живают стекло в пламени или на обкатке до соединения с раз­ вернутыми краями тарелочки. Пропаивают на среднем мягком пламени по всей окружности тарелочки с частым поддуванием и равномерным вращением. Спай считают готовым, когда диаметр

тарелочки станет равен (или чуть меньше) диаметру наружной трубки (см. рис. 43, б).

Если требуется впаять внутреннюю трубку со срезанным под углом торцом (см. рис. 43, в), то предварительно сошлифовывают

торец под заданным углом; затем, развернув края и закрепив

трубку внутри наружной, пропаивают спай по частям.

Получение тарельчатого спая из простого внутреннего спая. При

монтаже некоторых крупногабаритных приборов требуется внут­ реннюю трубку впаять тарельчатым спаем так, чтобы зазор между

стенками трубок был не более 2—3 мм при наименьшей длине

98

Внутренней трубки и сохранении неизменными внутренних ДИЙметров впаиваемой и наружной трубок. Изготовить такой спай описанным выше способом практически невозможно из-за малого

зазора между стенками и опасности залипания трубок. В этом Случае пользуются следующим приемом. Допустим, такой спай

Рис. 44. Получение тарельчатого спая из простого внутреннего спая:

вания внутреннего отверстия.

необходимо изготовить на наружной трубке диаметром 60 мм. Тогда из этой трубки делают две пульки по 100 мм (без учета длины держав). На одном конце обеих пулек осаживанием на обкатке делают конус с вершиной в 60—65° (сохранив державу) и толщиной стенок, в полтора раза превосходящей толщину стенки исходной трубки. Отступя от вершины конуса на 30— 35 мм, стекло осаживают на обкатке (при этом необходимо со­ хранить толщину стенок) до образования трубки диаметром 15 мм и длиной 30—35 мм. На полученной трубке ближе к конусу де­

лают кольцеобразную оливку и на расстоянии 10—15 мм от нее конец узкой трубки с державой ровно обрезают (рис. 44, а). В вершине конуса другой пульки выдувают отверстие диаметром,

на 3—4 мм больше диаметра узкой (15 мм) трубки первой пульки. Одновременно обогрев в пламени конусы обеих пулек, вводят узкую трубку одной из них в отверстие конуса другой и пропаи­ вают спай (на оливке), не утончая стенок (рис. 44,6). После этого

жно остаться отверстие, диаметр которого может колебаться от 20 до 40 мм в зависимости от толщины стенок осаженной узкой

оптимальный диаметр отверстия 40—45 мм. Если отверстие полу­ чилось слишком маленьким, то его следует увеличить рассверли­ ванием на притирочном станке. Для этого трубку отжигают в

печи и после полного охлаждения разрезают на расстоянии 8— 10 мм от перегородки. Заготовку шлифуют, тщательно отмывают от наждака и сушат. Затем ее в месте перегородки вторично разо­ гревают в пламени до температуры начала размягчения и круглой

конусообразной разверткой в несколько приемов развертывают края отверстия внутрь наружной трубки так, чтобы стенки обра­

зуемой узкой трубки были параллельны стенкам широкой трубки и имели заданный размер (рис. 44, г). Не снимая с пламени, к за­

готовке подпаивают ранее отрезанную трубку.

локами; б—готовый спай после травления кислотой.

Тарельчатый спай с отверстиями по кольцу спая. Для изготов­

ления некоторых колонок, обеспечивающих равномерное распре­

деление жидкости по стенкам трубки, применяют тарельчатые спаи, по кольцу которых между краями тарелочки и внутренней

стенкой наружной трубки расположены отверстия. Величина каж­ дого отверстия обычно не превышает 0,15—0,2 мм. Трудность изготовления такого спая заключается в получении узких отвер­ стий, которые могут при пропаивании заплавиться. Чтобы избе­ жать этого, пользуются следующим приемом.

На развернутых краях тарелочки в размеченных заранее ме­ стах делают (алмазным кругом) пропилы глубиной примерно 0,3 мм. Промыв и просушив заготовку с пропилами, туго обма­

Нелуженая проволока быстро перегорает.

98

(рис. 45, а). Проволоку следует жестко закрепить. Укрепив на насадке полученную заготовку внутри наружной трубки, ее впаи­ вают известным способом. Пропаивая, нужно следить, чтобы про­

волока плотно впаялась в стекло и не пережглась. Закончив все операции по спайке, горячую заготовку помещают в заранее разо-

готовки а внутренним спаем через стенку дна; ж—готовый прибор; /С —линии отреза.

гретую печь для отжига стекла. После отжига проволоку раство­ ряют в азотной кислоте. Время травления 10—12 ч.

Если требуется получить большие отверстия (3,4 MM и т. д.)

по кольцу спая, то их высверливают по краю тарелочки на при­ тирочном станке, а затем впаивают тарелочку обычным спо­

собом.

Пропаивание тарельчатых спаев с использованием внешней сту­

пенчатой заготовки. Предположим, что нам нужно изготовить при­ бор, который схематично представлен на рис. 46, ж. Прежде всего в соответствии с числом внутренних трубок, их размерами и раз­

мерами зазоров между ними подбирают трубки (рис. 46, б, в).

Термостатируемая рубашка прибора будет образована широкой частью заготовки (а) и трубкой (б), диаметр которой должен быть меньше диаметра заготовки на 8—10 мм. Во вторую трубку (б) методом тарельчатого спая впаивают укрепленные на насадке две трубки (в). Затем все три спаянные трубки (г) обрезают в местах, соответствующих заданным размерам (линии К), и полу­ ченные после обреза края развертывают тарелочкой (д). Край

тарелочки должен быть не менее 4—5 мм. Один из концов внеш­ ней широкой трубки (рис. 46, а) осаживают ступеньками на