книги / Научно-технические изобретения и проекты
..pdfобъекта, 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
деревянными |
боковыми |
деталями И^, образующими вместе с |
Фиг. 1—7 см. |
на рисунке |
стр. 8. |
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
жение. К ' — уголь, V |
— держатель угля, М ' — шарнир и Я ' — |
||
муфта для установки |
угля. На ручке |
V находится секундомер |
|
О', связанный с рычагом X маленьким рычагом р' (фиг. 3 и 4) |
|||
таким образом, что, если рычаг X приближается к ручке V, се |
|||
кундомер приводится в действие, что |
происходит |
одновременно |
|
с образованием вольтовой дуги, так как |
благодаря |
этому самому |
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
делию держателя О с углем; |
|
|
|
||
с) |
аппарат на фиг. 3, 4, 5 и 6 характеризуется ручкой V с ры |
||||
чагом |
X, |
соединенным секундомером О с другим рычагом р \ |
|||
экраном Р' |
и зубчатыми и гладкими шинами ъъ' |
|
|
||
|
Электрододержатель |
с газовыми соплами |
|
||
|
На рисунке изображен |
комбинированный электрододержатель, |
|||
|
в котором вокруг токоведущего угольного стержня А |
распо |
|||
|
ложены газовые горелки В. |
|
|
||
|
В одни горелки подается светильный газ, в другие — кислород. |
||||
|
При выходе из горелок эти газы смешиваются |
и создают при |
|||
|
горении высокую температуру. Такую конструкцию электродо- |
||||
|
держателя можно также использовать для |
газовой |
защиты |
||
|
вокруг электрической дуги12. |
|
|
Электрододержатель с четырьмя электродами с присадочным стержнем
|
Электрододержатель с |
четырьмя |
неплавящимися электродами |
|
|
и плавящимся металлическим стержнем предназначен для свар |
|||
|
ки дугами косвенного |
и прямого действия. |
В первом слу |
|
1 |
См. [79]. |
|
сохранились, |
здесь и далее |
2 |
Так как описания к некоторым чертежам не |
|||
эти чертежи комментируют составители. |
|
|
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
сварке как косвенной дугой |
(между угольными |
электродами |
и металлическим), так и дугой |
прямого действия. |
Во всех слу |
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
I.........1 |
I |
Рис. 2. |
|
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