Плавка металла вольтовой дугой

Способ «Электрогефест»

Сообщение об ошибке

Способ «Электрогефест»

(Заявка на привилегию России)

Заявки на охранные свидетельства (привилегия Рсссии и патент Франции) публикуются по рукописям Н. Н. Бенардоса, патент Германии (так же, как и другие патенты> отличается от рукописи заявок сокращениями, выполненными экспертами. Конструкции электрододержателей, электродов, сварных соединений и технологии выполнения сварки, резки, наплавки и напыления, описанные в материалах заявок и патентов, защищавших изобретение H. H. Бенардоса в промышленно развитых странах Европы и США, в основном сходны. Они, очевидно, были разработаны H. H. Бенардосом до момента подачи заявок, благодаря чему он смог выполнить требования патентных законов и в кратчайшие сроки реализовать изобретение.

Изобретение мое состоит в непосредственном приложении электрического тока для производства следующих работ:

  • 1) соединение частей между собою;
  • 2) разъединение или разрезывание частей;
  • 3) сверление или производство отверстий полостей;
  • 4) наплавление слоями.

Способ мой состоит в возбуждении вольтовой дуги в месте, где должна быть произведена одна из вышеупомянутых работ.

Вольтова дуга возбуждается приближением угля (или другого проводящего тела, на то пригодного) к обрабатываемой части, причем он будет положительным или отрицательным полюсом, а другим полюсом будет обрабатываемая часть.

Угли или тела, заменяющие его, могут иметь различные формы.

В большинстве случаев уголь употребляется в форме цилиндрического стержня, который укрепляется в особые приборы, служащие для удобства обращения с ним.

Приборы эти могут быть различных конструкций, сообразно специальному их назначению.

Фиг. 1. Изображает простейший прибор, существенные части которого суть: А – деревянная ручка, в полости одного конца которой помещается борна В, служащая для укрепления проводника С, что показано на рисунке в продольном разрезе. Уголь D укреплен в оправу Е посредством зажимного винта F. Оправа Е может принимать различные уклоны относительно стержня G, соединяющего проводник С с углем D посредством шарнира Н.

Фиг. 2. Представляет прибор во время его действия, части которого суть: I – деревянная рукоятка, составляющая вместе с тем и подставку; J – рычаг, служащий для приближения угля к месту образования вольтовой дуги, что достигается прижатием его к рукоятке I, К пружина, находящаяся между рукояткой I и рычагом J; служит для прекращения вольтовой дуги при отводе рычага J; L – проводник, ,укрепленный в борну M, находящуюся внутри рукоятки I; N – стержень, соединяющий проводник с рычагом J; O муфта; R шарнир, служит для установления угля в различных положениях.

Прибор установлен на металлических листах r, r’, показанных в разрезе по шву их соединения. D, В проводники, идущие от источника тока S (аккумулятор, батарея или динамомашина) В положительный к углю и D отрицательный к соединяемым металлическим листам.

Фиг. 3. Изображает вид сбоку сложного прибора на зубчатом рельсе.

Фиг. 4. Представляет разрез по линии a – b.

Фиг. 5. Представляет разрез по линии c – d.

Прибор, изображенный на фиг. 3, 4 и 5, состоит из следующих частей: V деревянная ручка, соединенная с двумя боковинками W, W, W, W, составляющими вместе с ручкой V тележку прибора; Х – рычаг, служащий для приближения угля к месту возбуждения вольтовой дуги. Боковинки W, W, W, W имеют четыре ролика у, у, у, y, на которых аппарат катится по рельсам z, z, z, z, А – проводник, укрепленный в борну B (фиг. 3), соединяющийся с рычагом Х металлической полосой D, обозначенной пунктиром на фиг. 3 и прикрепленной винтами к боковинкам W, W. Полоса D служит вместе с тем оправой, в которой укреплен рычаг Х винтом Е, служащим ему осью, как представлено на фиг. 3 и 5; F’ – ширма с цветным стеклом G, состоящая из штатива, могущего принимать всевозможные положения посредством шарнира Н’, зажимного болта I’ и стержня J’ (фиг. 3 и 4); K — уголь; L’ – угольный зажим; M’ – шарнир и N’ – муфта, служащие для установки угля; О’ – секундомер, укрепленный на ручке V и соединенный с рычагом Х рычажком Р’ (фиг. 3 и 4) таким образом, что, приближая рычаг Х к ручке V, секундомер пускается в ход, что совершается одновременно с возбуждением вольтовой дуги, ибо тем же движением рычага X уголь приближается к металлической части, где должна быть возбужденная вольтова дуга.

Прекращение вольтовой дуги и остановка секундомера совершаются также единовременно опусканием рычага Х вниз пружиной Q’. Поступая таким образом, время действия вольтовой дуги измеряем секундами, оно может быть поддерживаемо по желанию.

Фиг. 6. Изображает рамку с укрепленными на ней двумя парами рельсов z’, z’ и z, z. Зубчатые рельсы z’, z’ служат для точечного соединения или образования вольтовой дуги в известных точках, относящихся одна от другой на расстояниях, равных величине зубцов рельса. Гладкие рельсы z, z служат для сплошного соединения. Каждый из упомянутых выше аппаратов соединен с одним из проводников тока, другой же проводник прикрепляется прямо к части, где возбуждается вольтова дуга, или же соединяется с металлическим столиком, служащим для помещения на него обрабатываемых частей.

Фиг. 7. Представляет металлическую плиту, служащую рабочим столом, где R представляет борну с укрепленным в нее проводником тока.

Соединение металлов. Спаивание частей одного или нескольких металлов производится двумя способами:

  • 1) точечным способом,
  • 2) непрерывно.

Спайка будет точечная, если вольтова дуга направлена на одну точку в продолжении некоторого времени, после чего ток прекращается. Непрерывно, если вольтова дуга не прекращается вследствие одновременной или почти одновременной плавки двух соединяемых частей, расплавленная масса, остывая, соединяется с обоими частями и образует однородное тело. Первый способ спаивание точечное выгодно заменяет клепку; второй способ непрерывного спаивания заменяет собой одновременно клепку и чеканку швов, а равно и сварку, он применим ко всем металлам, встречающимся в практике. На фиг. 8 – 15 заметна разница между спаиванием точечным и непрерывным. Фиг. 8 показывает способ соединения металлов, заменяющий заклепки с потайными головками. Фиг. 9 представляет сечение стыка, в котором верхний лист имеет отверстия, края которых спаяны с нижним листом, фиг. 10 изображает двухрядовую спайку, фиг. 11 спайку встык с заклепкою; фиг. 12 спайку встык с накладкою и т. д.

Читайте также:  Мелки тальковые по металлу

Преимущество этого изобретения сравнительно с ныне употребляемыми способами следующие: 1) скорость изготовления; 2) дешевизна; 3) уменьшение веса вследствие отсутствия накладок и заклепочных головок; 4) увеличение сопротивления стыка до сопротивления предмета из одной штуки; 5) непроницаемость стыка, что особенно важно для котлов, судов, гидравлических приборов и т. п., в которых непроницаемость составляет одно из существенных условий. Этот способ при всем своем совершенстве очень прост и дешев. Кроме того, он применим тогда, когда ни один из известных до сего времени способов не мог быть употреблен на месте без разборки аппаратов, так, например, ремонт частей машин после поломок и прочее.

Разъединение металлов. Разъединение металлов состоит в их разрезке, вырезке и вообще разделении на части посредством вольтовой дуги. Металл под влиянием вольтовой дуги немедленно расплавляется, и его части могут быть разъединены (фиг. 16). В показанном на чертеже примере операция производится посредством ручного прибора. По этому способу можно разделять металлические части значительных размеров во всех положениях и направлениях.

С увеличением измерений подвергаемого работе предмета должно увеличивать соответственно и напряжение тока. В практике встречается много таких случаев, в которых разъединение металла невозможно посредством употребляемых по сие время способов и в которых мое изобретение оказывает все свои преимущества.

Образование отверстий. Это пробивка дыр в металлах по этому же способу. Фиг. 17 представляет пример этой операции, преимущества которой такие же, как и в описанных выше операциях.

Наплавление слоями. Под наплавлением слоями я подразумеваю покрытие поверхности какого-либо металла другим металлом, расплавленным посредством вольтовой дуги. В вольтову дугу вводится тогда брусок расплавляемого тела, которое и покрывает требуемую поверхность, падая по каплям или же непрерывной струею (фиг. 18); этот брусок должен быть изолирован.

Мой способ применим во многих случаях: для сварки, для заливки трещин, раковин и прочего, для осталения инструментов (фиг. 19), для прикрепления хомутов, ребер и т. п., в судостроении для постройки непроницаемых перегородок, в артиллерии для снарядов с герметической оболочкою и т. д., во многих других отраслях производства.

Фиг. 20 представляет ферму из листов волнистого железа, соединение которых видно на чертеже. Фиг. 21 соединение листов волнистого железа с крестообразным наложением. Фиг. 23 полый параллелепипед из волнистого железа, который может быть наполнен смолою (цементом). Такое соединение листов волнистого железа дает новый материал, легкий, прочный и представляющий большое сопротивление. Для соединения этих листов преимущественно употребляется сложный прибор (фиг. 2). Получаемый таким образом материал может быть применяем при постройке мостов, арок, сводов, потолков, перегородок, крыш и прочего. Фиг. 25 представляет судовую броню из листовой стали, спаянной точками и непрерывно; эти листы могут быть наложены один на другой или же пространство между ними заполняется каучуком, толем, деревом или другим материалом. Такие плиты могут служить бронею для кораблей и применяются во многих других обстоятельствах. Они очень легки, представляют большое сопротивление, и их очень легко производить на месте употребления, можно их делать по частям, соединяя листы по мере надобности. Фиг. 24 представляет рельефную надпись на металлической плитке, полученную. наплавлением по каплям того или другого металла. Металлическая плита при этом нагревается до точки плавления только в местах, на кои падает наплавляемый металл, который таким образом сплавляется с плиткой, вследствие чего рельефный рисунок составляет одно целое с нею. Этот способ применим к статуям, барельефам, надписям и всякого рода орнаментам, в которых плавка металла по каплям или струею дает оригинальные и разнообразные рисунки, причем могут быть употребляемы даже гранит, фарфор и прочее. Изобретение мое состоит в совершенно новом употреблении электрического тока в непосредственном его применении к выше переименованным работам, относящимся ко всем металлам.

До сих пор теплотою, производимой электрическим током, пользовались уже для многих целей, как, например, для плавления металлов (Siemens electrischer Schmelzofen) и накаливания металлических частей (Apparat zum Gluhen von Mettalstaben mit Hulfe des electrischen Stromes Walluer in Eurenfeld). Но как то, так и другое изобретение отличается даже по основным принципам своего действия от предлагаемого мною способа, а именно: в моем способе ток прилагается к самому обрабатываемому предмету, который и составляет собой непосредственно один из полюсов, где возбуждается вольтова дуга приближением угля другого полюса цепи, так что вольтова дуга может быть возбуждена в каждом из желаемых мест обрабатываемой части, поэтому, например, можно сплавить (соединить две части), разъединить, просверлить или наплавить, не употребляя никаких промежуточных приборов, это-то и составляет особенность изобретенного мною способа, существенно отличающегося от изобретений г. Вальнера и Сименса. В способе Вальнера производится только накаливание металлических частей посредством контакта двух углей, помещенных в особо специальный прибор, в котором можно только накаливать предмет известных форм и размеров; в изобретении же Сименса накаливание металлов, хотя и производится вольтовой дугой, но при посредстве промежуточного прибора (тигля), который представляет собой один из полюсов. Из сего следует, что оба приведенные выше изобретения не имеют ничего общего с изобретенным мною способом, отличающимся как по простоте своей и обширности применения, так и по самому принципу, который заключается у меня в образовании вольтовой дуги на самом обрабатываемом предмете, в каждом желаемом месте на нем, при приближении только одного полюса цепи без всяких промежуточных приборов.

Читайте также:  Найдите максимальную длину волны излучения которым могут выбиваться электроны с поверхности металла

Особенности изобретения, на которых основывается ходатайство о выдаче привилегии.

1. Способ, названный «Электрогефест», состоящий в непосредственном применении тока для:

  • а) соединения частей между собою;
  • b) разъединения, разрезывания частей;
  • с) сверления или образования отверстий и полостей;
  • d) наплавления слоями.

2. Прибор, обозначенный на фиг. 1, существенные части которого суть: ручка А с укрепленной в ней борною В и угольный зажим Е.

3. Прибор, обозначенный на фиг. 2, существенные части которого суть: ручка I, рычаг J, служащий для приближения угля к обрабатываемой части и угольного зажима О.

4. Прибор, обозначенный на фиг. 3, 4, 5 и 6, существенные части которого суть: ручка V, секундомер О’, находящийся в связи с рычагом Х при помощи рычажка р; ширма F’ и зубчатые и гладкие рельсы z, z 1 .

Привилегия М 11982 от 31 декабря 1886 г. на способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока

31 декабря 1886 г. Департамент торговли и мануфактур выдал Н. Н. Бенардосу привилегию № 11982 на способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока на десятилетний срок. В привилегии, в частности, подчеркивалось: «Предмет изобретения составляет способ соединения и разъединения металлов действием электрического тока, названный «Электрогефест» и основанный на непосредственном образовании вольтовой дуги между местом обработки металла, составляющим один электрод, и подводимого к этому месту рукояткою, содержащею другой электрод, соединенный с соответственным полюсом электрического тока. С помощью этого способа могут быть выполнены следующие работы: соединение частей между собой, разъединение или разрезывание металлов на части, сверление или производство отверстий и полостей и наплавление слоями». Далее в привилегии приводится описание сущности изобретения, приборов и работ, которые могут быть выполнены с помощью этого способа. В заключение отмечалось, что: «По рассмотрении изобретения сего в Совете Торговли и Мануфактур Министр Финансов, на основании 94 ст. Устава Промыш. Свода Законов т. XI, предваряя, что правительство не ручается ни в точной принадлежности изобретения предъявителю, ни в успехах оного, и удостоверяя, что на сие изобретение прежде всего никому другому в России привилегии выдано не было, дает дворянину Николаю Бенардосу сию привилегию на десятилетие от нижнеписанного числа исключительное право, вышеозначенное изобретение, по представленным описанию и чертежу, во всей Российской Империи употреблять, продавать, дарить, завещать и иным образом уступать другому на законном основании но с тем, чтобы изобретение сие, по ст. 97 того же устава, было приведено в полное действие не позже как в продолжении четверти срочного времени, на которое выдана привилегия, и затем, в течение 6 месяцев после сего, было представлено в Департамент Торговли и Мануфактур удостоверение местного Начальства о том, что привилегия приведена в существенное действие, т. е. что привилегированное изобретение внедрено в употребление.

В противном случае право оной, на основании 103 ст. прекращается.

Источник

Электрическая дуга: сила разряда в действии

Наш сайт сварак.ру публикует сатью по данной теме. Впервые явление вольтовой дуги наблюдал русский академик Петров, получив искровой разряд.

Вольтова дуга характеризуется двумя свойствами:

  • выделением большого количества теплоты
  • сильным лучеиспусканием.

И то и другое свойство электрической дуги использовано в технике.

Для сварочной техники первое свойство является- положи-тельным фактором, второе — отрицательным.

В качестве электропроводов для электрического разряда могут служить любые электропроводные материалы. Чаще всего в качестве проводников употребляют угольные и графитные стержни круглого сечения (дуговые фонари).

Типичный вариант между двумя углями изображена на рисунке.

Верхний электрод присоединен к положительному полюсу машины (анод). Второй уголь соединен с отрицательным полюсом (катод).

Электрическая сварочная дуга

Температура электрической дуги, ее воздействие .

Выделение теплоты неодинаково в различных точках дуги. У положительного электрода выделяется 43% всего количества, у отрицательного 36% и в самой дуге (между электродами) остальные 21%.

Схема зон и их температуры в сварочной дуге

В связи с этим и температура на электродах неодинакова. Анод имеет около 4000° С, а катод 3400°. В среднем считают температуру электрической дуги 3500° С.

Благодаря различной температуре на полюсах вольтовой дуги угольные проводники

берутся различной толщины. Положительный уголь берется толще, отрицательный —

тоньше. Стержень дуги (средняя часть) состоит из потока электронов, выбрасываемых катодом, которые с огромной скоростью несутся к аноду. Обладая большой кинетической энергией, они ударяются о поверхность анода, преобразуя кинетическую энергию в тепловую.

Окружающий его зеленоватый ореол является местом химических реакций, происходящих между парами вещества электродов и атмосферой, в которой горит вольтова дуга.

Процесс возникновения сварочной дуги

Возникновение электрической дуги

Процесс образования вольтовой дуги представляется в следующем виде. В момент соприкосновения электродов проходящий ток выделяет большое количество тепла в месте стыка, так как здесь имеется большое электрическое сопротивление (закон Джоуля).

Благодаря этому концы проводников раскаляются до светлого накала, и после разъединения электродов катод начинает испускать электроны, которые, пролетая через воздушный промежуток между электродами, расщепляют молекулы воздуха на положительно и отрицательно заряженные частички (катионы и» а н и о н ы).

Вследствие этого воздух становится электропроводным.

В сварочной технике наибольшее применение имеет разряд между металлическими электродами, причем одним электродом являйся металлический стержень, который в то же время служит и присадочным материалом, а вторым электродом является сама свариваемая деталь.

Процесс остается тот же, что и в случае угольных электродов, но здесь появляется новый фактор. Если в угольной дуге проводники постепенно испарялись (сгорали), то в металлической дуге электроды весьма интенсивно плавятся и частично испаряются. Благодаря наличию металлических паров между электродами сопротивление (электрическое) металлической дуги ниже, чем угольной.

Угольный разряд горит при напряжении в среднем 40—60 в, тогда как напряжение металлической дуги в среднем 18—22 в (при длине 3 мм).

Длина дуги, кратер, провар.

Сам процесс дуговой электросварки протекает следующим образом.

Читайте также:  Расчет площади наплавленного металла швов

Как только мы коснемся находящимся под напряжением электродом изделия и тотчас же отведем его на некоторое расстояние, образуется вольтова дуга и сейчас же начинается плавление основного металла и металла проводника. Следовательно, конец электрода все время находится в расплавленном состоянии, и жидкий металл с него в виде капель переходит на свариваемый шов, где металл электрода смешивается с расплавленным металлом свариваемого изделия.

Исследования показали, что таких капель переходит, с электрода около 20—30 в секунду, т. е. процесс этот совершается очень быстро.

Хотя вольтова дуга и развивает очень высокую температуру, выделение тепла ею производится на очень небольшом пространстве как раз под дугой.

Схема длинны дуги

Если мы будем рассматривать через темные стекла дугу, возбужденную металлическим электродом, то убедимся, что в месте образования дуги между электродом и основным металлом на основном металле выделяется добела нагретая поверхность, которая непосредственно под дутой имеет вид углубления, заполненного жидким металлом. Получается такое впечатление, что это углубление образовано как бы выдуванием жидкого металла дугой. Это углубление называется сварочной ванной. Она окружена металлом, нагретым до белого каления, причем температура нагрева области, прилегающей, быстро падает до красного цвета и уже на небольшом расстоянии, величина которой колеблется в зависимости от диаметра электрода и силы тока, температура сравнивается с температурой самого свариваемого предмета.

Хорошая и плохая сварочная дуга, как отличить? Полезные советы.

Расстояние между концом электрода и дном ванны, т. е. поверхностью расплавленного металла, называется длиной дуги. Эта величина имеет очень большое значение в технике сварки. Для получения хорошей сварки необходимо длину дуги брать как можно меньше, т. е. держать дугу короче, причем длина ее не должна превосходить 3—4 мм. Конечно, длина дуги не является величиной постоянной, так как конец электрода все время плавится и, следовательно, расстояние между ним и кратером увеличивалось бы; если бы электрод держать неподвижно до тех пор, пока связь не оборвалась. Поэтому при сварке необходимо все время электрод приближать по мере его плавления к основному металлу, чтобы поддержать длину дуги приблизительно постоянной в пределах 2—4 мм.

Необходимость поддержать короткую дугу (т. е. не длиннее 3—4 мм) вызывается тем, что расплавленный металл электрода поглощает при своем переходе с электрода в кратер кислород и азот из окружающего дугу воздуха, что ухудшает его механические качества (относительное удлинение и сопротивление удару). Понятно, что вредное действие воздуха будет тем меньше, чем меньше времени жидкий металл будет проходить через воздух.

Короткая:

При короткой дуге это время будет меньше, чем при длинной и, следовательно, металл электрода не успеет поглотить столько кислорода и азота, сколько могли бы, проходя большой путь из-за длинной дуги. Так как стремление каждого сварщика должно всегда заключаться в том, чтобы получить наилучший по своим качествам шов, то поэтому подержанно короткой дуги является Обязательным условием хорошей сварки. Короткую дугу можно отличить не только по виду, но также и по слуху, так как короткая дуга издает характерное сухое потрескивание, напоминающее по звуку треск масла, вылитого на раскаленную сковороду. Этот звук короткой дуги каждый сварщик должен хорошо знать.

Длинная:

При длинной дуге (т. е. при длине больше 4 мм) мы никогда не получим хорошего шва. Не говоря уже о том, что при длинной дуге будет происходить сильное окисление металла шва, сам шов также имеет очень неровный вид. Происходит это оттого, что длинный разряд является менее устойчивым, чем короткий, искра имеет стремление как бы блуждать и отклоняться в стороны от места сварки, вследствие чего нагрев от нее создается не такой, как при короткой дуге, а распространяется на большую площадь. Благодаря этому тепло, излучаемое дугой, не все идет на расплавление металла в месте сварки, а рассеивается частично напрасно по большой поверхности.

При длинной дуге получается поэтому плохой провар, и, кроме того, капли с электрода, : падая на плохо прогретое место, не сплавляются с основным металлом, а разбрызгиваются в стороны.

По внешнему виду всегда можно сразу отличить шов, сваренной короткой или длинной дугой. Правильно проваренный короткой дугой шов имеет правильные очертания, гладкую выпуклую поверхность и чистый, блестящий вид. Шов, сваренный длинной дугой, имеет неровный бесформенный вид и окружен многочисленными каплями и брызгами застывшего металла с электрода. Такой шов, конечно, совершенно негоден.

Защита от электрической дуги

Примеры защитных костюмов против электрической дуги

Если сварочные аппараты применяют дугу, то многие другие аппараты и кроме того человек должен ее избегать. Риск появления дуги на оборудовании зависит от не скольких параграфов:

  • частотностью использования оборудования работником;
  • опыт и знаниями работников имеющих дело с аппаратной частью
  • уровень износа оборудования;

Если на человеке нет необходимого индивидуально-защитного костюма и он попадает в зону действия электрической дуги, шансы выжить довольно резко уменьшаются. Возможность получить тяжелые ожоги крайне высока.

Таблица: степень воздействия электрической дуги

Какие возможности защиты от эл. Дуги?

  1. соблюдайте все необходимые правила и нормы безопасности;
  2. в случае длительного использования защитного материала, частых стирок, костюм не должен ухудшаться; (все зависит от модели);
  3. ткань должна иметь максимум 2 секунды остаточного возгорания;
  4. вы должны надевать специальную обувь, обладающих антистатическим действием а также иметь костюм для защиты от электрической дуги.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector