Оглавление Видео опыты по химии На главную страницу


Химия и Химики № 1 2008





Руководство по основам стеклодувного дела

М. М. Голь

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Глава 3. ОСНОВНЫЕ СТЕКЛОДУВНЫЕ ОПЕРАЦИИ

Зажигание газа. Вся обработка стекла при стеклодувных работах производится в пламени горелки. В качестве горючего применяется в настоящее время почти повсеместно смесь природного и сланцевого газов от городской газовой сети, подающаяся с избыточным давлением в 130-150 мм вод. ст. Состав газа следующий (в %):


Калорийность газа — 8000 кал/м3; горит слегка голубоватым, некоптящим пламенем. Сжигание газа происходит с применением воздушного дутья, подаваемого по сети сжатого воздуха от компрессоров и воздуходувок с избыточным давлением 150-180 мм вод. ст. Газ и воздух подаются к горелкам через отростки и Шланги от газопровода и воздуховода. Отростки вмонтированы в основные трубы и имеют краны для регулирования доступа газа и воздуха [1].

Зажигание стеклодувной горелки является простой операцией, но, учитывая, что в практике бывали серьезные ошибки, которые приводили к ожогам, взрывам и другим несчастным случаям, следует строго придерживаться следующего порядка. Сперва надо убедиться, что все краны на основных газопроводе и воздуховоде, а также у горелок закрыты. Открывают полностью кран воздуха у горелки, затем кран газопровода. Спичку подносят к устью горелки сбоку (не наклоняясь). Газ вспыхнет широким коптящим пламенем вверх (дутья нет, так как кран воздуховода закрыт), (рис.35); поворотом газового крана уменьшают доступ газа. Затем плавным поворотом пробки крана у воздуховода устанавливается нормальное дутье (без отрыва пламени), факел приобретает вытянутый вид, непригодный для стеклодувных работ. Поворачивая поочередно краны для воздуха и газа у горелки, производят регулировку факела до тех пор, пока установится ровный несколько голубоватый острый факел без признаков копоти. При подаче излишнего дутья пламя будет отрываться от устья горелки. Если пламя проскакивает внутрь горелки, то следует немедленно закрыть кран для газа и через некоторое время (1-1,5 мин) зажечь снова.

Различают обычно три зоны факела (рис.36). Пламя, начинающееся непосредственно у устья горелки, называют первой или восстановительной зоной. Эта зона характеризуется самой низкой температурой (300-520°С), и проводить нагревание стекла до рабочего состояния здесь, конечно, невозможно. За ней следует вторая зона — полного сгорания, имеющая наиболее высокую температуру (1540-1560°С). Третья зона — окислительная, соприкасается непосредственно с кислородом воздуха, имеет также высокую температуру 1540°С. Тепловую обработку стекла надо вести на границе второй и третьей зон. Если необходимо получить более высокую температуру — 1800°С и выше, к воздушному дутью добавляют кислород, а иногда воздух полностью заменяют кислородом. Работать с кислородным пламенем можно только после прохождения специального инструктажа. Кислородное пламя быстро разогревает стекло, что во многих случаях не требуется. Стекла химико-лабораторных составов в кислородном пламени быстро становятся почти текучими и не поддаются обработке. Размер и характер пламени горелки очень важны при выполнении всех стеклодувных работ. Правильное регулирование пламени горелки способствует выполнению самых сложных операций. Рекомендуется работать всегда на относительно среднем пламени. Лишь в некоторых случаях, например для разогревания крайне малого участка, где намечается сделать отверстие, употребляют острое пламя. Широкое сильное пламя применяют для обогревания значительного участка трубки большого диаметра или шара. До начала опытных работ с трубками следует научиться управлять пламенем и уметь, быстро регулируя доступ воздуха, газа, а иногда кислорода, получать различные виды пламени: большое, широкое, среднее, а также узкое, тонкое и острое.

1 Раньше в качестве горючего для стеклодувных горелок применяли керосин, бензин и их пары, светильный газ, газ коксовых печей и т.п. Дутье осуществляли накачиванием воздуха через меха. Накачивание производилось непосредственно работающим одновременно с выполнением основной стеклодувной операции.



Гашение пламени производят следующим образом. Сначала перекрывают кран воздуховода (пламя при этом устремится вверх), затем — кран газопровода. После этого остаток газа в шланге и в корпусе горелки спокойно догорит и горелка погаснет; потом закрывают краны газа и воздуха у горелки. Нельзя закрывать сначала кран газа, так как в этом случае пламя сразу погаснет, а оставшийся в шланге и в камере горелки газ пойдет в помещение, что очень опасно.

Размягчение стекла. Известно, что стекло не имеет точно установленной точки размягчения, но для каждого сорта стекла опытным путем находится температура размягчения.

На рис.37 показан простейший прием по размягчению стекла. Стеклянная палочка вводится под углом в пламя горелки и постепенно нагревается. Основное нагревание проводят в Пламени на границе окислительной зоны и зоны полного сгорания. Стекло начинает размягчаться, вязкость снижается, оно приобретает текучесть и, подчиняясь законам жидких тел, стекает в виде капли. Вязкость размягченного стекла составляет 1011 пз.

В лабораторных условиях температуру размягчения стекла определяют на специальных установках, где основным прибором является трубчатая электрическая печь (рис.38). Две стеклянные нити толщиной 0,6-0,7 мм, длиной около 600 мм, вытянутые из кусочка испытуемого стекла, помещают в трубчатую печь. Один конец стеклянных нитей закрепляется к стойке-держателю, а другой конец, соединенный с хлопчатобумажной нитью, перебрасывается через блок с грузом, который снабжен стрелкой, передвигающейся по угловой шкале. Температуру замеряют термопарой с гальванометром и отмечают размягчение нити по ее удлинению и отклонению стрелки. Нагревание печи осуществляют через автотрансформатор. Точку размягчения определяют графически. Для обычных промышленных стекол начало размягчения наступает при 400-500°С в зависимости от сорта стекла.


Простейшие операции. Выполнение всего многообразия стеклодувных работ сводится, в основном, к ряду простейших, сравнительно немногочисленных операций. Надежное освоение этих простейших операций является лучшей гарантией того, что стеклодувное дело будет успешно освоено в целом. С самого начала не следует пренебрегать мелочами, необходимо учитывать накопленный десятилетиями опыт многих стеклодувов и придерживаться рекомендаций руководств. Следует предостеречь от широко распространенной ошибки браться за последующие операции, предполагая их простоту, не освоив полностью предыдущей. Основными операциями являются:

• резка трубок и палочек;

• вращение трубок и заготовок в пламени горелки;

• оплавление концов трубок;

• растягивание размягченных трубок;

• развертывание концов трубок;

• осаживание стекла;

• формирование круглого и плоского дна;

• выдувание шара;

• сгибание трубок и палочек;

• спаивание (простое, тройниковое и внутреннее) и припаивание, получение отверстий;

• спаивание стекла с металлом и т. д.

Чтобы избежать порезов рук на первоначальной стадии освоения, рекомендуется для экспериментов брать отрезки трубок с оплавленными концами диаметром 6-8 мм, толщиной стенок 0,7-1,0 мм и длиной 250-300 мм.

Резка трубок. В зависимости от диаметра, толщины стенок и длины отрезка выбирают один из принятых способов резки трубок. От качества резки зависит успех дальнейших операций. Сечение правильно отрезанной трубки должно быть строго перпендикулярно к ее длине, края отрезанной трубки — блестящими, чистыми, ровными, без зазубрин или трещин. При правильной резке и дальнейшем спаивании шов получится гладким и незаметным; в случае необходимости дальнейшего оплавления края последний при нормальной резке получится чистым, блестящим, полукруглым. Особенно недопустимо начинать работу с отрезком трубки, имеющем на торцевом конце даже небольшие трещины от неправильной резки. Такие трещины при нагревании растрескиваются еще больше и почти никогда не удается их заплавить. Вся затраченная энергия не дает никакого результата. Первой операцией при резке, независимо от способа, является нанесение метки (ножевой надрез). Метка наносится «ножом» или напильником с очень мелкой насечкой. Трубку, намеченную к резке, берут в левую руку, опирают на передний край стола, который для этой цели имеет специально сделанную полукруглую выемку, и инструментом наносят метку. Нанесение метки производят не посредством «пиления», а надавливанием правой рукой с ножом или напильником на трубку, при этом последнюю левой рукой поворачивают на некоторый угол (на 1/5-1/6 диаметра трубки). Этого достаточно, чтобы получить метку, вполне ощутимую, если по ней провести пальцем. Для точности рекомендуется большой палец левой руки поместить у места наносимой метки. Таким образом, палец служит как бы направляющим для инструмента.

При нанесении ножевой метки не следует делать глубоких и широких царапин, они могут впоследствии вызвать лишь снижение /качества оплавления и спаивания, а процесс резания от этого нисколько не улучшится.

Различают три способа резки: холодный (на излом), горячий, механизированный. Холодный способ применяют для резки трубок с диаметром не более 25 мм. Этим же способом режут капиллярные, барометрические трубки и стеклянные палочки. После нанесения метки трубку берут двумя руками, причем метка остается в середине, и, прилагая постепенно увеличивающиеся усилия изгиба и растяжения, производят излом. При нормальном отжиге трубки и четкой метке излом произойдет точно по намеченной черте. Усилия по излому делаются в направлении, противоположном нанесенной метке, рис.39, а.


Удобно производить резку с помощью трехгранной призмы. Трубку с нанесенной меткой кладут на вершину призмы (меткой вверх) и быстрым ударом ножа по короткому концу производят излом трубки.

Горячий способ резки подразделяется на несколько видов.

1. Резка горячим концом стеклянной палочки или трубки. Горячим способом режут обычно трубки диаметром >25 мм.

При диаметре 40 мм и более следует на трубку наносить не одну, а три-четыре метки по окружности, на равном расстоянии друг от друга.

Резку горячим концом стеклянной трубки или палочки осуществляют так: конец трубки или палочки сперва нагревают в пламени горелки до размягчения и пинцетом или щипцами оформляют конец в виде «лопаточки»; эта лопаточка разогревается в пламени до появления признаков красного каления. Раскаленную лопаточку прикладывают к метке до тех пор, пока не произойдет характерный треск и появится круговая трещина. Если трещина не будет круговой, то производить излома не следует, а лучше передвигать горячую палочку по окружности; трещина в этом случае как бы бежит за лопаточкой до соединения с началом, т.е. до замыкания круговой трещины. По круговой трещине трубка легко и ровно отламывается. Прикладывать раскаленную лопаточку к трещине следует осторожно и ненадолго: могут появиться несколько мелких трещин в различных направлениях и отрезанный край получится неровным и волнистым.

2. Резка крючком или раскаленной нихромовой проволокой. Крючком разрезаются трубки диаметром до 60 мм (рис.39, б). Полуокружность металлического крючка нагревается до красного каления, трубка с нанесенными метками помещается в нагретую полуокружность так, чтобы метка соприкасалась с раскаленным металлом крючка. Вращение трубки производят левой рукой и неравномерно. Сперва два-три оборота проводят быстро, чтобы стекло успело равномерно разогреться, а затем вращение производят медленно до появления характерного треска и образования трещины. Медленный нагрев по окружности обеспечивает распространение ровной трещины.

Трубки диаметром >60 мм, цилиндры, широкие сосуды удобно резать с помощью раскаленной нихромовой проволоки (см. рис.25). Проволока раскаляется электрическим током и на нее помещают предмет, подготовленный к резке (рис.39, в). При вращении предмета в петле плоскость меток разогревается и в результате также получается круговая трещина. Иногда на место разогрева наносят несколько капель холодной воды, что ускоряет образование трещины.

3. Резка острым пламенем. Этот способ применяется довольно часто для трубок большого диаметра. На малой горелке получают очень острое иглообразное пламя. Трубку с метками вносят в пламя и поворачивают сперва (два-три оборота) довольно быстро, а затем вращение замедляется. Когда стекло достаточно разогреется, произойдет растрескивание по окружности. Если трещина не появляется, полезно коснуться холодной палочкой, смоченной в воде, или даже сильно подуть на это место и появится правильная круговая трещина.

Часто приходится обрезать неровные концы трубки. Делать это изломом довольно трудно даже при небольшом диаметре трубки (<25 мм). В таких случаях пользуются разогретым концом стеклянной палочки.

Резку трубок можно производить и путем разогрева самой трубки. Для образования трещин трубку прогревают в пламени горелки и к нанесенной метке прикладывают холодную, слегка смоченную водой стеклянную трубку или палочку. Этой трубкой или палочкой проводят движение, напоминающее надрез, но никакого усилия не прилагают. При резке узких трубок такой способ дает хороший эффект. Край трубки получается ровный и гладкий.

Применяется иногда и резка размягченного стекла обыкновенными ножницами. Это делается только в тех случаях, когда требуется фигурная резка и габариты трубки, цилиндра или сосуда позволяют осуществить такую резку. В этом случае надо особо строго соблюдать меры предосторожности и следить, чтобы стекло было достаточно размягчено, так как при охлаждении стекло становится хрупким, не режется, ломается и может привести к несчастным случаям (порезы, ожоги и т.п.).

Механизированный способ. При проведении резки трубок заданного размера в массовых количествах пользуются специальными механизированными пилами (см. рис.25).

При резке трубок большого диаметра не следует делать сплошной прорези, а последовательным передвижением по окружности надо нанести прорези, отделенные друг от друга на расстоянии 5-6 мм. После этого можно прорезать и промежуточные участки, а затем нужный отрезок отломается ровно и легко. Можно над диском установить воронку с абразивной кашицей и с помощью проволочки, идущей от спускного отверстия воронки, подавать абразив к месту резки. Резка при этом пойдет успешнее. В качестве абразива применяют карборунд №100-120. Тонкостенные кварцевые трубки разрезают, используя наждак 325-230.


Вращение трубок и заготовок в пламени горелки. Все стеклодувные работы связаны с предварительным разогреванием и размягчением стекла, так как только в таком состоянии можно производить необходимый вид формования: раздувание, изгиб, растяжение, прокол, спаивание и другие операции. Размягчение осуществляется путем равномерного нагревания трубки или изделия в пламени стеклодувной горелки, а достигается это равномерным вращением предмета в пламени. Равномерность вращения при нагревании необходима для того, чтобы не было случаев растрескивания и перегрева. Положение пальцев рук при вращении трубок небольшого диаметра (до 25 мм) видно из рис.40. Трубку берут пальцами обеих рук, причем для удобства равномерного вращения ее сначала помещают между большими и указательными пальцами, на средние она опирается, но затем средние и безымянные пальцы также оказывают помощь при вращении; мизинец, как правило, в приемах вращения не участвует. Вращение производят от себя, как указано стрелкой на рис.40. Некоторые очень опытные мастера (С. Веселовский) рекомендуют производить переменное вращение, при котором делается пол-оборота трубки от себя и пол-оборота на себя. При всех приемах вращения надо следить за тем, чтобы один конец трубки был бы открытым. Равномерность вращения, на первый взгляд, кажется весьма простой, несложной операцией. Однако при первых же попытках ее выполнения в пламени горелки начинающий убеждается, что это не так просто и, как правило, при удалении трубки из пламени получается либо недогрев, либо перегрев, повлекший слипание, «перекручивание» и другие дефекты. Для развития навыков вращения трубок некоторые мастера рекомендуют начинать освоение с вращения вне пламени, при этом лучше брать отрезки двух одинаковых трубок, соединив их плотной тканью. Вращение трубок и заготовок больших диаметров отличается от приемов, описанных выше. В этих случаях приходится трубку брать правой рукой, которая служит как бы втулкой. Вращение проводится в одну сторону — от себя (рис.41).

Когда приходится проводить стеклодувные работы с тяжелыми изделиями (сосуд, цилиндр), то для облегчения работы изделие помещают на ролики (рис.32, а), в пазы которых укладывают асбестовые прокладки. К сосуду для удобства вращения припаивают временно трубку малого диаметра — державу (рис.42).


Оплавление концов трубок. До того, как приступить к приемам размягчения стекла, полезно провести ряд упражнений по оплавлению концов трубок. Для этого целесообразно использовать трубки и палочки диаметром 5-6 мм, которые надо держать под углом примерно 15° к факелу. Трубка или палочка сперва подогревается вблизи пламени, а затем вносится постепенно в пламя, причем помещается на границе второй и третьей зон, т.е. на расстоянии Уз от верха пламени. Надо строго придерживаться основного правила равномерности — во время обогревания трубку или палочку необходимо вращать вокруг своей оси.

В зависимости от размера изделия следует регулировать и пламя горелки. Разогревать участок надо на протяжении 2-3 диаметров трубки или палочки. Когда конец палочки или край трубки округлится и не будут заметны резкие грани, оплавление считается законченным (рис.43). После оплавления надо торцы отжечь на горелке в первой зоне пламени.

Оплавленное изделие помещают на подставку, ни в коем случае не оставляют под рукой на столе, так как это очень часто ведет к ожогам. Участок, подлежащий размягчению, до начала разогревания надо тщательно очистить от пыли, жира, ниток и других посторонних предметов. Холодное стекло вводить в пламя следует осторожно сначала в нижнюю часть пламени и постепенно, при обязательном непрерывном вращении, разогревать до нужной степени вязкости или до рабочего состояния, при котором производятся все стеклодувные операции.

Рабочее состояние определяют по цвету. Разные составы стекла имеют при нагревании и различные цветовые оттенки: от ярко-белого — для кварца до темно-красного — для молибденового стекла. Наиболее распространенное для химико-лабораторной аппаратуры стекло № 23 имеет в рабочем состоянии красноватый цвет. Описать все оттенки свечения различных стекол не представляется возможным. При некотором навыке в работе отличить рабочее состояние, т.е. установить момент, когда можно приступать к манипуляциям со стеклом, не представляет особого труда. При введении стекла в пламя горелки голубоватый цвет факела начинает меняться. В частности, при обработке стекла № 23, имеющего в своем составе ~10% окиси натрия, пламя приобретает ярко-желтое свечение, характерное для паров натрия. При длительном свечении рекомендуется трубку перенести в окислительную зону, конечно, при постоянном вращении.

Толстостенные трубки и. заготовки следует вводить в пламя с особой осторожностью и после некоторого подогревания поместить их в восстановительной зоне (у самого устья горелки), выключив при этом воздух. Для доведения стекла до размягченного состояния требуется время, которое зависит от состава стекла, толщины стенок, диаметра трубки, температуры факела и других факторов. Доведение до размягчения трубки из стекла № 23 диаметром 10 мм при толщине стенок 1,0 мм на горелке, сжигающей газ городской сети, при воздушном дутье, требует примерно 40-50 сек.

Растягивание размягченных трубок. В практике стеклодувных, работ растягивание является очень распространенной операцией, а потому ее освоению надо уделить особое внимание.

Нагревание следует вести на участке длиной 10-15 мм, т.е. примерно на 1-1,5 диаметра трубки. Предполагается, что упражнения ведутся с отрезками трубок диаметром 6-8 мм, как указывалось выше. На начальной стадии освоения не рекомендуется растягивать трубку близко от края. Это неизбежно поведет к растрескиванию или отскакиванию отдельных осколков стекла. На конце трубки всегда имеются микроскопические, невидимые трещинки, которые, попадая в нагреваемую зону, стремятся к расширению. Весьма полезно при освоении операции растягивания пользоваться отрезками трубок, имеющих долевую полоску цветного стекла (в продаже они называются «для бюреток»). Цветная полоска как бы сигнализирует о том, какие допущены ошибки при растягивании, насколько произошло смещение от центра, «закручивание» и т.п.

Как уже указывалось, до внесения в пламя трубку следует очистить, протереть мягкой тряпкой, особенно в холодную погоду. Это предохранит трубку от растрескивания. Трубку надлежит взять обеими руками, совершенно симметрично, ладони обращены к работающему. Локтями или несколько ближе к кистям опираются на край стола. Прогревая, трубку вращают некоторое время перед пламенем, а затем при появлении желтого свечения вносят в пламя на границе второй и третьей зон, продолжая ее вращать. Очень важно, чтобы вращение производилось одновременно обеими руками, абсолютно симметрично, иначе неизбежно появление дефектов — «перекручивание», слипание и др.


Размягчение нагретого участка становится заметно не только по характерной окраске, но и по тому, как трубка в этот момент, под влиянием собственного веса, стремится к прогибанию. Это очень опасный момент и если упустить его, то неминуем брак. Если слишком долго держать трубку в пламени и удерживать от прогибания, то разогретое место в силу сцепления частиц начнет утолщаться и возможен полный заплыв просвета трубки. На практике редко требуется такое уничтожение просвета, а при растягивании следует в момент размягчения, т.е. когда появятся признаки утолщения стекла в месте разогревания, вывести трубку из пламени и, продолжая вращение вокруг оси, легко и плавно растянуть ее. Растягивание следует вести спокойно, без рывков, но и не очень медленно, так как тонкостенная трубка может быстро остыть и растянуть ее не удается. При правильном растягивании «плечики» перехода трубки от широкого диаметра к узкому получаются вполне симметричные (рис.44). При рывке или неравномерном вращении «плечики» получаются неправильной формы, заготовка непригодна для дальнейшей работы.

При растягивании на каждой части трубки появляется конусообразное удлинение небольшого диаметра. Длина и диаметр растянутой части зависят от скорости растягивания. Чем медленнее растягивать, тем короче будет растянутая часть и тем больше диаметр. Растянутую часть нагревают посередине на пламени горелки; стекло в этом месте расплавляется, отверстия запаиваются и получаются два одинаковых отрезка с конусообразными «хвостиками», называемыми державами. Растянув трубку, некоторое время (5-6 сек) надо продолжать вращать и слегка подтягивать ее, иначе державы будут косыми вследствие стремления стекла к провисанию.

На рис.45 показан прием переплавления растянутой трубки для получения двух частей трубок с державами. Если подержать очень недолго растянутую часть в пламени, то происходит размягчение узкой части трубки и запаивание концов. После переплавления в каждой руке оказывается кусок трубки с державой. Заплавлять острые концы рекомендуется для того, чтобы избежать порезов, уколов п других неприятных явлений.

Державы при стеклодувных работах играют существенную роль и имеют несколько назначений. Во-первых, ими пользуются как ручками для проведения всех дальнейших операций, во-вторых, через державу, открыв запаянный конец, производят требующееся поддувание, в-третьих, часто держава служит для ускорения оформления дна, как, например, у пробирки. Держава должна быть прочной, достаточно длинной и симметричной.

При работе с трубками пли заготовками больших диаметров пользуются двухсторонним нагреванием. Такой способ сокращает время нагревания, повышает производительность труда и обеспечивает более равномерное нагревание (рис.46). Иногда по условиям работы требуется оттянуть державу на конце трубки. Для этого пользуются стеклянной палочкой или трубкой, которую после нагревания припаивают к подогретому концу трубки. Схема оттягивания державы на конце трубки с помощью стеклянной палочки приведена на рис.47.

У капиллярных (с очень узким просветом) и барометрических трубок оттянуть державы описанным способом не удается. В этих случаях пользуются приемом предварительного раздувания шара. В том месте, где предполагается произвести растягивание и получить державу, трубку при вращении нагревают, в результате происходит накапливание некоторого количества стекломассы. Затем раздувают небольшой шарик. Поддувание надо вести без напряжения, не прекращая нормального дыхания. Шарик этот вторично разогревают и растягивают с получением держав (рис.48). Вытягивание узкой трубки из трубки большего диаметра производят с помощью «пульки». Пулька — короткий отрезок трубки с двумя державами. На широкой трубке образуют сперва пульку длиной 70-80 мм. Пульку разогревают на широком пламени и выдувают небольшой шарик (рис.49). На узком пламени в местах перехода шарика в державы стекло нагревают и доводят до диаметра требуемой узкой трубки. Шарик снова нагревают и при непрерывном вращении растягивают в трубку заданного размера, концы держав обрезают.

Иногда трубка в процессе вытягивания прогибается. В этом случае следует еще раз нагреть ее и продолжать вращение; трубку выравнивают, а для полного затвердевания укладывают ее на ровную горизонтальную поверхность. Иногда нужно вытянуть очень тонкую трубку — «соломку». Эту работу выполняют два человека. Один нагревает пульку описанным способом, а другой — вытягивает ее, при этом он держит одну из держав в руках и удаляется на значительное расстояние от удерживающего первую державу. Во время вытягивания надо производить равномерное вращение, а иногда и легкое поддувание, чтобы не получались сползания или закручивания стекла.


Развертывание концов трубки. В качестве инструмента при этой операции употребляют деревянные, графитовые и металлические развертки (см. рис.27). Известны два приема развертывания: 1) с помощью плоской развертки и 2) с помощью конусной развертки. Как при первом, так и при втором приемах конец ровно обрезанной заготовки с державой нагревают при вращении в пламени. Прогревается участок заготовки, равный 1,5-2 диаметрам трубки, торец размягчается на 2-3 мм. После этого в заготовку, которая продолжает оставаться в пламени, вводят горизонтально расположенную развертку и, вращая заготовку за державу, достигают нужной ширины ранта или разбортовки. Постепенно приподнимая заготовку вверх (рис.50, а), получают правильно развернутый край. Давления на развертку оказывать не следует, так как стекло в размягченном состоянии легко принимает любую форму. Если же стекло успело остыть, то приложение силы приведет только к растрескиванию и порче заготовки. При неудавшейся почему-либо операции развертывания можно процесс повторить.

При проведении развертывания с помощью конусной развертки разогревание ведут таким же образом, но поднимать заготовку уже не следует. В этом случае заготовку и развертку нужно вращать (рис.50, б). Развернутый край необходимо отжечь, выдержав его недолго (около 40-50 сек) в средней зоне пламени до появления желтого свечения. При нагревании и размягчении слишком большого участка трубки развертывание проходит неудачно, полу чаются большие развернутые поля. Это можно устранить повторным нагреванием и последующим повторением развертывания.

Осаживание стекла. Стекло в размягченном состоянии под действием силы тяжести и поверхностного натяжения стремится изменить свою форму. В практике часто обращаются к операции по перемещению части стекла, что и называют осаживанием. Примерами осаживания являются приемы по утолщению стенки, уменьшению диаметра шара или трубки, заплавлению конца трубки и т.п.


Осваивать процесс осаживания следует начинать с шариков небольшого диаметра (15-20 мм). Шарик с обычными предосторожностями при постоянном вращении вносят в широкое пламя горелки. Когда стенки шарика достаточно разогреются и начнут размягчаться, на поверхности его появятся как бы морщинки п, если не принять своевременных мер, то эти морщинки перейдут в складки и изделие будет испорчено. Избежать этого можно, если использовать находящийся внутри шарика воздух, который во многих случаях является надежным помощником при стеклодувных работах. При нагревании шара или трубки нагревается и находящийся внутри воздух, поэтому, регулируя давление воздуха, можно избежать порчи изделия. Когда стенки нагретого шарика начинают хотя бы немножко морщиниться, надо пальцем руки закрыть отверстие в трубке. Нагретый воздух повышает свою упругость и препятствует образованию складок, благодаря чему шарик все время уменьшается в объеме, а стенки становятся толще. Это характерный пример осаживания.

При осаживании часто пользуются несложными деревянными или графитовыми приспособлениями (канавки, обкатки, колодки) (см. рис.31), которые облегчают и ускоряют осаживание стекла. На рис.51 показано, как пользуются обкаткой при необходимости набрать больше стекла на одном участке изделия.

При сильном разогревании и горизонтальном положении трубок масса стекла иногда скапливается в месте разогревания, что может привести к неровности, заливам и другим дефектам. В таком случае необходимо время от времени менять положение трубок, попеременно перемещая их вверх, вниз, вправо, влево, тогда стекло, вследствие его текучести, равномерно распределится по всей поверхности. Прием осаживания играет большую роль в стеклодувном деле. Очень часто на определенном участке надо накопить достаточную массу стекла, без чего успешное выполнение дальнейших операций невозможно. Кроме того, при осаживании наглядно видна роль большого или малого пламени, поэтому над процессами осаживания надо упорно поработать и полностью освоить эту операцию.


Очень часто концы отдельных трубок должны быть надежно соединены с резиновыми гибкими шлангами. Для этого на их концах формируются переходные утолщения, кольцевые выпуклости (оливки). Острые режущие кромки трубок оплавляются. Оливки получают путем нагревания небольшого участка трубки на малом огне до размягчения. При достаточном размягчении трубки просвет на узком участке делается еще уже. Дальнейшим нагреванием узкого места и осаживанием собирают стекло, а затем легким подталкиванием (как бы стремясь сблизить руки) размягченное стекло, поддающееся расширению, формируется в виде кольцевых утолщений (оливок) (рис.52).

Формирование круглого и плоского дна. Убедившись, что стекло при достаточном разогревании под влиянием силы тяжести и поверхностного натяжения стремится к стеканию, начинающий осваивать стеклодувные работы пытается получить дно путем запаивания. Для этого трубку нагревают, отчего ее края сначала начинают оплавляться, затем все более сближаются. Просвет трубки становится все уже, а потом совсем закрывается и на конце образуется утолщение, подобное дну. Такое дно очень непрочно. Даже если его подвергнуть отжигу, оно при первом же случае резкого изменения температуры растрескается или вообще отскочит.

При правильном формировании дна толщина его должна быть равна толщине стенок самой трубки и только в самом центре дно будет несколько толще. Последовательность получения круглого дна приведена на рис.53.

Там, где намечается получение дна, оттягивают державу; место начала образования державы вновь нагревают и сокращают державу; нагреванием удаляют державу и производят утолщение дна; наплыв стекла разогревают и легким поддуванием выравнивают дно, которое должно иметь сферическую форму. Дно и ближайшие к нему плечики надо отжечь в первой зоне пламени горелки. Отжиг, как уже отмечалось, проводят до появления желтого свечения пламени. Охлаждение изделия проходит на подставке.

При утолщенных стенках для образования дна пользуются несколько иным приемом. Сначала также оттягивают державу, затем место перехода толстостенной трубки в державу нагревают и державой собирают излишнее стекло (рис.54). Державу с собранным на ней стеклом оттягивают и удаляют.


Далее производят выравнивание залива стекла и формирование сферического дна путем поддувания. Размер дна обычно равен диаметру трубки. Трубку держат при нагревании под углом 45° к пламени.

Сформировать дно на трубках и цилиндрах с диаметром >40 мм сложнее и выполняется это следующим образом. Оттягивают державу, которую сразу же отделяют, так как нет необходимости удалять излишнее стекло; напротив, часто стекла для дна явно не хватает. Поэтому конец трубки или цилиндра вновь нагревают и держат под углом 45° таким образом, чтобы размягченное стекло стекало вниз до накопления достаточного количества для образования дна (это можно определить в результате наблюдений и навыков). После этого трубку или цилиндр переводят в положение дном кверху и устанавливают под острым углом к пламени. Стекло размягчают и при легком поддувании формируют правильное дно. При больших диаметрах трубки или цилиндра пламя горелки должно быть широким, что достигается регулированием кранов для газа и воздуха. После образования дна необходим отжиг дна и плечиков.

Иногда для получения дна на широких трубках и цилиндрах полезно вначале сократить их диаметр. Это делается с помощью обкатки или колодки. Полудиаметр обкатки должен быть меньше диаметра трубки.

При формировании плоского дна поступают следующим образом. Сначала получают круглое дно, которое затем вносят в пламя горелки, заботясь о том, чтобы плечики лишний раз не прогревались. Достаточно размягченное дно быстрым движением выносят из пламени и приводят в соприкосновение с подготовленной горизонтальной плоскостью (обугленная доска, графитовая плитка и т.п.). Дно следует слегка вращать на плоскости при легком поддувании (рис.55, а). У толстостенных изделий плоское дно формируется с помощью обкатки или колодки (рис.55, б).


Выдувание шара. Для первоначальных упражнений берут тонкостенные трубки диаметром 15-20 мм. Выдувание начинают с шаров диаметром, равным примерно 2-3 диаметрам трубки. Конец трубки размягчают на пламени, формируют дно и накапливают на конце излишек стекла (рис.56). Участок трубки на расстоянии примерно двух диаметров продолжают обогревать для собирания стекломассы. Как только стекло достигнет нужной степени размягчения, что заметно по его цвету, трубку выводят из пламени и, не прекращая вращения, производят легкое поддувание. Получится небольшой шарик с утолщенными стенками, а затем шар совершенно правильной формы с толщиной стенок, равной толщине основной трубки. Поддувание следует усилить к концу операции, так как стекло успевает частично остыть и с трудом поддается раздуванию.

Частыми ошибками при выдувании шара являются: излишнее нагревание заготовки, прекращение вращения, сильное дутье. При излишнем нагревании стекло стекает в одну сторону и получается не шар, а кривобокая фигура. При прекращении вращения стекло также стечет в одну сторону, что исправить потом бывает очень трудно. Сильное дутье приводит к тому, что шар раздувается неравномерно, часто лопается с треском, а стенки его разлетаются в разные стороны в виде тончайших пленок.

Выдувание шара диаметром, во много раз превосходящим диаметр исходной трубки, выполняется более сложными приемами. На концах трубки оттягивают две державы, из которых одну оплавляют. Вблизи этой державы раздувают небольшой шар (рис.57, а), а затем почти вплотную к нему раздувают второй шар (рис.57, б), рядом со вторым — третий (рис.57, в). Общая длина заготовки после выдувания шаров сократится. Затем производят на широком пламени разогревание до размягчения всех трех шаров. Через открытую державу вдувают осторожно воздух и постепенно все три шара образуют как бы единую форму эллипсоида (рис.57, г). Дальнейшее поддувание с вращением, а при необходимости и подогревание приведут к образованию правильного шара (рис.57, д). Нельзя допустить, чтобы шар был слишком тонкостенным; в этом случае он будет крайне непрочным. Определение диаметра шара при заданном объеме см. Приложение 1.

Сгибание трубок и палочек. Сгибание трубок надо начинать с заготовками-отрезками диаметром 6-8 мм, длиной ~200 мм и толщиной стенок 0,8-1,0 мм. До начала поддувания во избежание порезов губ один конец заготовки оплавляют, второй — закрывают резиновой или другой пробкой. При сгибании трубок большое значение имеет не только их диаметр, но и толщина стенок: чем толще стенка, тем легче сгибать трубки. Барометрические трубки, имеющие относительно толстые стенки, сгибаются легко. Однако нагревание толстостенных трубок следует вести крайне осторожно, так как они легко растрескиваются. Совсем легко сгибаются стеклянные палочки.


Место, намеченное для сгиба, после первоначального подогрева разогревают на большом пламени. Равномерное вращение, конечно, обязательно. Слегка согнув трубку после первого разогревания, надо одну из сторон (которая окажется наружной) нагреть несколько сильнее, так как она подвергается более сильному растяжению (рис.58). Когда трубка начнет размягчаться, что ощущается в руках при вращении, ее выносят из пламени и, повернув разогретую сторону вниз легким движением руки, сгибают под нужным углом, время от времени поддувая воздух для сохранения диаметра в месте изгиба (рис.59, а). При сгибании следует обязательно проверить, в одной ли плоскости лежат прямые участки трубок, что делается простым просмотром на глаз. При необходимости внести исправление трубку вновь надо слегка подогреть до размягчения и осторожно исправить допущенную неточность.

Часто при сгибании во внутренней части изгиба образовываются складки и неровности (рис.59, б), что портит вид изделия. Устранение этих дефектов производится также вторичным подогревом на узком и сильном пламени горелки с постепенным поддуванием воздуха. Работа по сгибанию завершается отжигом изделия в пламени горелки до появления желтого свечения. После этого следует некоторое время (30-40 сек) выдержать изделие в пламени без дутья воздуха.

Сгибание описанным приемом при диаметре трубок 15 мм и выше значительно труднее. Сгибание таких трубок производится более сложным путем. У заготовки-отрезка длиной ~300 мм сначала оттягивают державы, из которых одну запаивают, а вторую оставляют открытой для вдувания воздуха. Место, намечаемое к изгибу, нагревают до размягчения на участке, равном 1,5-2,0 диаметрам трубки, и в этом месте производят осаживание для накопления стекла. Когда стенки на этом участке станут толще почти вдвое, выдувают шар объемом 1,5-2 диаметра трубки. Шар этот вторично нагревают до размягчения, растягивают до основного диаметра трубки, и в этот момент, не теряя времени, производят сгибание при поддувании воздуха. Надо следить за совпадением концов трубки. Выявленные дефекты исправляют описанными выше приемами. Отжиг производится обычным способом.


Часто приходится производить кольцевые изгибы трубок. Последовательность их изготовления следующая (рис.60): изготовление U-образного изгиба, размягчение участка одного из колен вблизи места изгиба, сдвиг колена параллельно осевой линии. Также поступают со вторым коленом. Для сохранения точности внутреннего кольца помещают в круг обугленную деревянную болванку соответствующего размера. Сдвиг колен проводится без поддувания. Полученное кольцо отжигают в пламени горелки без дутья.

В лабораторной практике часто встречаются спирали из стекла. Изготавливают их различными способами, но наиболее надежным до сих пор остается способ с применением деревянного приспособления в виде разборного вала, выполненного из крепких пород дерева (дуб, клен, ясень, груша и т.п.). Между двумя правильно проточенными, полукруглыми плоскостями брусков помещают клинообразную прокладку из такого же дерева. Все три части стягивают на концах металлическими кольцами, помещают упоры и ручку для вращения (рис.61). У стеклянной трубки нужного диаметра, рассчитанной длины, с толщиной стенок 1,5-2,0 мм сначала загибают на горелке почти под прямым углом один конец и вставляют его в отверстие, специально подготовленное в деревянном приспособлении. Затем пламенем горелки нагревают до размягчения соответствующие участки трубки и наматывают ее при медленном вращении вала. Вращение производит второй работающий. После получения нужного количества витков металлические кольца и клинообразную прокладку удаляют и затем легко снимают спираль.

Отжиг в этом случае необязателен, так как при переходе от одной спирали к другой предыдущая часть после размягчения частично также нагревалась и этим обеспечивался отжиг.

Если требуется спираль с большим количеством витков, то к одной трубке можно припаять другую и третью. В качестве оснастки применяют также трубку, изготовленную из полированного стального листа. Трубку делают с долевой щелью, которая при снятии спирали сжимается. При получении достаточных навыков можно спираль делать вручную без приспособления, применяя поддувание, но это требует значительной квалификации.

Профилированные изгибы мелких трубок (соломок) получают, используя профильные металлические формы. В канавки этой формы укладывают тонкие трубки, подлежащие изгибу, и формы вместе с трубками помещают в нагревательную печь. При достижении соответствующей температуры трубки размягчаются и принимают профиль формы (например, стеклянные перья для самопишущих приборов и др.).

Спаивание трубок — очень распространенная операция при любых стеклодувных работах. Надежно спаиваются трубки и отдельные детали, обладающие одинаковым коэффициентом термического расширения, и, конечно, детали из одной марки стекла. Установлено, что при расхождении значений коэффициентов термического расширения не более чем на 5-6%, спаивание осуществляется также удовлетворительно.


Влияние коэффициента расширения стекла на прочность спайки наглядно подтверждается следующим примером. На рис.62, а показана подготовка к спаиванию двух трубок, причем взяты отрезки трубок разных марок стекла, имеющие заведомо разные коэффициенты термического расширения; слева — трубка из стекла № 29 с коэффициентом термического расширения а = 75•10-7, справа — трубка из стекла пирекс с а = 35•10-7. Торцы трубок чистые, свежеотрезанные, подготовлены хорошо, разрезание выполнено точно, нет неровностей, пыли и посторонних веществ, диаметр трубок и толщина стенок одинаковы. При нагревании до размягчения удалось спаять такие трубки (рис.62, б), однако при остывании трубки лопнули по спайке с отрывом осколка стекла (рис.62, в). При охлаждении стекло № 29 сжалось более чем в два раза по сравнению со стеклом пирекс. В месте спая возникли напряжения, намного превосходящие силы сцепления, и последовал неизбежный в таких случаях разрыв.

Типы спаев бывают различные: простой, тройниковый, двойной или внутренний, с металлом, разных диаметров и т.п. Простым спаем называется соединение двух трубок, расположенных вдоль одной оси. До начала спаивания следует проверить состояние торцов, подлежащих спаиванию. Желательно, чтобы торцы были свежеотрезанными, ровными и чистыми. Один конец одного из отрезков закрывают пробкой или у него оттягивают державу, конец которой оплавляют. У второго отрезка оба торца свободны, так как один будут спаивать, а через второй надо производить поддувание воздуха. При спаивании трубок небольшого диаметра (до 15-18 мм) применяется небольшое пламя.


Положение рук при нагревании двух трубок хорошо видно на рис.63. Важно, чтобы вращение производилось равномерно и с одинаковой скоростью обеими руками. В каждую руку берут по отрезку трубки и концы начинают разогревать до появления признаков размягчения. По длине разогревается 2,0-2,5 диаметра трубки. Рекомендуется соединять торцы не всей поверхностью сразу, так как в этом случае достигнуть абсолютной точности соприкосновения очень трудно. Предпочитают соединить лишь одну точку, затем после легкого подогревания произвести соприкосновение торцов по всей окружности. Последовательность приемов при изготовлении простого спая приводится на рис.64. Берут отрезки трубок, предназначенных к спаиванию; размягченные торцы соединяют вместе, но еще не припаивают; затем при легком поддувании следует растянуть трубки, соблюдая строгую "горизонтальность; для устранения появившейся впадины место спая прогревается — на этом месте, после небольшого осаживания стекла, раздувается шарик диаметром, равным 1,5 диаметрам трубки; после этого следует дальнейшее нагревание шарика в широком пламени и растягивание его до диаметра трубок. Шов должен быть совершенно ровным, прозрачным и малозаметным. Иногда в месте спая остается едва заметная тонкая нить, не влияющая на его прочность. Спай отжигают в светящемся пламени горелки, и изделие кладут на подставку для охлаждения.

Спаивание трубок большого диаметра производится более сложным путем. Торцы трубок подготавливают так, как описывалось выше. У отрезков спаиваемых трубок на одном из концов оттягивают державы, причем одну из них запаивают для избегания удаления нагреваемого воздуха, а вторую оплавляют для обеспечения возможности поддувания. Вторые концы отрезков трубок оттягивают на конус и образовавшиеся концы конуса обрезают в том месте, где их диаметр равен примерно 18-20 мм, т.е. размеру, удобному для проведения спаивания.


Эти заново образовавшиеся концы трубок с диаметром меньше исходного спаивают обычным путем, а потом диаметр трубки приводят к прежним размерам. Последовательность операций по спаиванию трубок больших диаметров приводится на рис.65. Каждый отрезок с одного конца имеет оттянутые державы, а другие концы сведены на конус и соединены вместе. На месте будущего спая раздувается шарик, диаметром в 1,2-1,5 диаметра трубки; после вторичного нагревания шарик растягивается до диаметра спаиваемых трубок.

Спаивание широкой трубки с узкой производят следующим образом. Торцы трубок подготавливают, как обычно. На одном конце широкой трубки оттягивают конус, который обрезают в том месте, где диаметр его равен диаметру более узкой трубки. Открытый конец широкой трубки закрывают пробкой. Приемы спаивания те же, что и для трубок с одинаковыми диаметрами. Последовательность спаивания проводится на рис.66.

Тройниковым называют такой спай, когда оси трубок расположены друг к другу под углом. Разновидности тройниковых спаев широко распространены в различных изделиях. Для первоначальных упражнений рекомендуется брать трубки диаметром 10-12 мм, с толщиной стенок 0,7-1,0 мм. Один конец каждой трубки, подлежащей спаиванию, закрывают пробкой (рис.67). Конец, через который будет проводиться поддувание воздуха, оплавляют во избежание пореза губ. Сначала намечают место, где произойдет припайка под углом. В этом месте трубки надо получить отверстие. Для этого участок трубки разогревают до появления желтого свечения, а центр, где должно быть отверстие,— до размягчения (рис.67, а). Нагретой стеклянной палочкой оттягивают здесь небольшой выступ, который затем вновь нагревают и после сильного дутья в этом месте образуется пузырь, имеющий очень тонкую стеклянную оболочку пленочного типа (рис.67, б). Эта оболочка легко удаляется при помощи любого предмета: ножа, развертки и т.п. Образовавшееся круглое отверстие оплавляется в пламени горелки и получается выступ, называемый губкой тройника (рис.67, в). Для утолщения стенок губки и подгонки диаметра отверстия точно к диаметру подлежащей припайке трубки производят развертывание конца трубки и губок (рис.67, г); припаивать следует свежеотрезанный конец трубки. Пропайку ведут, разогревая губку и свежеотрезанный торец трубки.

Вращение в пламени ведут, как показано на рис.68. Надежный спай можно получить, чередуя приемы нагревания, осаживания и поддувания. Рекомендуется уже после того, как спай стал незаметным, раздуть в месте спая небольшой шарик, а затем оттянуть его до исходного диаметра, тогда переход станет гладким, без вмятин и неровностей. Отжиг производят в пламени горелки до желтого свечения. При получении достаточных навыков удается выполнить припаивание без вращения в пламени.

При необходимости получения тройникового спая на трубках с диаметром >40 мм нужно припаиваемую трубку свести на конус до 20-25 мм, а затем описанными выше способами выровнять диаметры.

Изготовление внутреннего спая на шарике. Иногда требуется трубку меньшего диаметра впаять в трубку более широкую. В этих случаях осуществляют внутренний спай на шарике, являющийся наиболее надежным. При выполнении внутреннего спая требования к коэффициенту термического расширения стекла повышаются. Если в случаях обыкновенного спая допустимо отклонение коэффициентов расширения на 5-6%, то для внутреннего спая это требование сводится к 1-2%. На трубке меньшего диаметра, назначенной к впаиванию в более широкую трубку, выдувают шарик диаметром, равным 1,5 диаметрам трубки (рис.69, а). У широкой трубки оформляют с одной стороны круглое дно, а с другой — оттягивают державу (рис.69, б). У круглого дна в центре после разогревания оттягивают стеклянной палочкой выступ-«усик», который после разогревания на остром огне раздувается в пузырь с очень тонкими стенками (рис.69, в). Стенки пузыря легко удаляют и после нагревания оформляют вокруг отверстия «губку», которую оплавляют и доводят разверткой до диаметра шарика, раздутого на узкой трубке (рис.69, г). После легкого подогревания губки и шарика последний вводят внутрь широкой трубки таким образом, чтобы он мог опираться на губки (рис.69, д). Место соединения сильно разогревают, последовательно осаживают с поддуванием. Державу широкой трубки запаивают. Требуются неоднократные нагревание и поддувание. Спай получается надежным и прочным (рис.69, е). Отжиг проводят тщательно, сначала при малом дутье воздуха на горелке, а затем и вовсе без дутья или в специальной печи.


Практикуются внутренние спаи через стенку и с применением тарелочки. Для выполнения спая через стенку подготавливают наружную и внутреннюю заготовки. У наружной заготовки большого диаметра оттягивают державу. У внутренней заготовки производят развертывание края. Через открытый конец широкой трубки вводят во внутрь заготовку с развернутым краем. Тогда у широкой трубки оттягивают вторую державу и формируют круглое дно (рис.70, а). Наружную заготовку поворачивают на 180° и находящаяся внутри трубка своим развернутым концом опускается на изготовленное круглое дно. Сильным размягчением стекла достигают того, что развернутая часть внутренней заготовки припаивается к дну. Разогрев следует продолжать, чтобы обеспечить надежную пропайку внутреннего спая. По месту спая появляется кольцо темного свечения. В центре дна оттягивают нагретой стеклянной палочкой выпуклость, а затем продувают отверстие(рис.70, б). Образовавшийся пузырь легко удаляют и у отверстия формируют разверткой «губку». К губке припаивают отрезок, трубки такого же диаметра, как и внутренняя заготовка (рис.70, в). Изготовленное изделие (рис.70, г) с внутренним спаем подлежит тщательному отжигу. Сразу после изготовления его следует поместить в прогретый асбестовый колпак, а затем в муфельную печь для отжига.

Для изготовления внутреннего спая с применением «тарелочки» развертывание на внутренней трубке делают более широким (рис.71, а). Заготовку после остывания вводят через открытый конец в широкую трубку, на другом конце которой уже заблаговременно оформлена держава, а затем оттягивают вторую державу. Место соприкосновения «тарелочки» со стенками наружной трубки сильно разогревают и, если требуется, наружную трубку частично после размягчения растягивают таким образом, чтобы ее диаметр точно совпал с диаметром «тарелочки» (рис.71, б). После надежного спаивания (рис.71, в) изделие также подлежит отжигу.

Дьюаровский спай используют в большинстве случаев, при изготовлении дьюаровских сосудов, выпускаемых в массовых количествах на специальных заводах. Там спаивание производят на сварочных станках. Схема сварочного станка типа А-320-01 приводится на рис.72. Заготовки помещают в трехкулачковые патроны неподвижной и подвижной бабки. Через сварочные горелки подводят в нужном месте пламя и при достижении размягчения края с помощью графитового инструмента и при вращении закатываются и сплавляются.


В практике лабораторной работы иногда приходится выполнять дьюаровский спай для получения сосуда с двойными стенками. Обе заготовки — наружная и внутренняя — должны быть из одной марки стекла. Длина и диаметр наружной заготовки превышают длину и диаметр внутренней заготовки на 15-20 мм (расстояние между стенками сосуда должно быть 7-10 мм). На наружной и внутренней заготовках формируют полукруглые днища (рис.73, а). На наружной заготовке для удобства обращения, поддувания и откачки воздуха припаивают к дну трубку. Край наружной заготовки разогревают до размягчения и с помощью деревянной, обугленной обкатки закатывают внутрь (рис.73, б). После легкого отжига заготовку откладывают для охлаждения, покрыв асбестовым колпачком. Внутреннюю заготовку помещают в наружную и удерживают при помощи асбестовой прокладки. В таком положении обогреваются края обоих цилиндров. Вращение надо производить осторожно, но постоянно. Когда края заготовок заметно начнут размягчаться, производят осторожное развертывани края внутренней заготовки и соединение краев. Всю операцию проводят без выноса деталей из пламени. Пропайку ведут частями, но необходимо, чтобы весь спай был в прогретом состоянии. До завершения работы весь спай следует довести до размягчения, слегка поддувая убедиться, что спаивание выполнено без щелей, с закругленной поверхностью. Вспомогательную трубку удаляют. Отжиг изделия проводят тщательно: помещают в прогретый асбестовый колпак, затем в муфельную отжигательную печь.

Припаивание. На крышках, например к стаканчикам для взвешивания, припаивают стеклянный костылек, которым пользуются при открывании и закрывании. Разогретый до размягчения конец стеклянной палочки с помощью пинцета формируют в виде костылька и после нагревания крышки припаивают его (рис.74).

Получение отверстий. Сверление отверстий в плоском стекле производят на любом сверлильном станке или ручной дрелью при помощи победитового четырехугольного сверла, заточенного «лопаточкой». Место сверления смачивают скипидаром, а для ускорения процесса сверления подают к этому месту абразивный материал. Марка материала зависит от размера отверстия, сорта стекла и его толщины. Обычно применяют наждак 230. В литых пробках можно таким же образом сверлить отверстия, помещая пробки в специальные деревянные подставки. Для получения отверстий в полых изделиях из стекла применяют латунные трубчатые сверла с прорезями. Прорези служат для прочистки и удаления высверленного стекла. При сверлении стекла не следует держать сверло все время плотно прижатым к стеклу, а надо совершать ритмичные движения подъема и опускания сверла, чтобы обеспечить доступ свежих порций абразива. Для точности работы полезно наклеить на стекло картонный шаблон с отверстиями в месте сверления.


Горячим способом получают отверстия в стекле разными приемами. На рис.75, а показан весьма распространенный прием оттяжки стекла стеклянной разогретой палочкой. Место, где следует получить отверстие, сильно прогревают острым пламенем горелки. Оттянутый палочкой «ус» легко обламывается и после небольшого обогревания получается ровное круглое отверстие.

В горячем стекле отверстия прокалывают вольфрамовой проволокой (иглой). Для работы имеется набор иголок различных диаметров от 0,1 до 7 мм. Один конец вольфрамовой проволоки затачивают на шлифовальном круге в виде иглы, второй закрепляют в стеклянную, пластмассовую или деревянную ручку. Для получения прокола надо стекло в требуемом месте нагреть до появления желтого свечения, но не до размягчения. Иглу также нужно нагреть до каления. Острие иглы надавливают на разогретое стекло и, поворачивая, получают отверстие, соответствующее толщине иглы. При получении отверстия на толстостенной трубке, на стеклянной палочке, либо в полых стеклянных пробках прокалывание можно также производить вольфрамовой иглой, но в этом случае нагревать приходится дважды или более (рис.75, б).

Можно получать отверстия также продувкой. Место будущего отверстия прогревают на остром пламени горелки и затем продувают. Получается бесформенный пузырь с очень тонкой оболочкой типа пленки (рис.75, в), которая легко удаляется.

Для получения очень тонких отверстий, менее 0,1 мм, применяют метод впаивания медной проволоки. Место будущего отверстия прогревают и в стекло впаивают медную проволоку требуемого диаметра. Изделие с впаянной проволокой отжигают и охлаждают, затем помещают в раствор соляной или азотной кислоты. Медная проволока растворится и останется нужное отверстие.


Фигурные отверстия (например, треугольные, квадратные) получают в настоящее время ультразвуковой обработкой.

Уместно отметить, что для прокола не следует пытаться применять любую металлическую проволоку (сталь, никель, хром, медь и т.п.). После прокола на стекле останутся следы окалины металла, что повлияет на дальнейшую обработку стекла.

Спаивание стекла с металлом. При введении металла внутрь стеклянного прибора или установки с целью создания ввода для прохождения тока требуется особая герметичность спая, а иногда — обеспечение вакуума. Бывают условия, когда металлический ввод надо только закрепить в стекле, что значительно проще. При всех условиях необходимо, чтобы коэффициенты термического расширения стекла и металла были бы близки друг к другу (см. табл.3 и 4).

Для надежного соединения металла со стеклом требуется, чтобы поверхность металла не имела окалины, так как при этом спай будет непрочным. Поверхность металла при нагревании перед спаиванием должна лишь слегка окислиться.

Как видно из табл.4. коэффициент термического расширения платины близок к коэффициентам наиболее распространенных марок химико-лабораторного стекла (например, № 23, № 29).

Действительно, впаивание платины в стекло почти всех марок (кроме кварцевого) производится просто и вполне надежно. В кварцевое стекло впаять платину невозможно, так как температура размягчения кварцевого стекла выше температуры плавления платины. Чтобы впаять платиновую проволоку толщиной до 0,5 мм в стеклянную трубку, поступают следующим образом: сферическое дно трубки прогревают и разогретой стеклянной палочкой оттягивают «ус», который следует отломить. В дне трубки появится отверстие, диаметр которого должен быть близким к диаметру проволоки, намечаемой к впаиванию. С помощью пинцета платиновую проволоку вводят в отверстие и сильно разогревают это место. Осаживая и поддувая, собирают в месте спая некоторое количество стекла, которое равномерно распределяется вокруг проволоки," прочно ее облегая. Место спая затем раздувают до получения ровного сферического дна.

В целях экономии следует впаивать только самый короткий отрезок платиновой проволоки, а удлинять концы для монтажа посредством припайки других самых различных металлов и сплавов (медь, никель, алюминий и др.).

На схеме 1 приводится технологический процесс впаивания медной проволоки.

При необходимости впаивания в стекло более толстой платиновой проволоки (до 1,0 мм) применяют способ «обмазывания» проволоки стеклом. Заключается этот способ в том, что разогревают до размягчения стеклянную палочку из состава такого же стекла, в которое намечается впаивание проволоки, и размягченным стеклом как бы обмазывают проволоку (рис.76). Стекло прилипает к проволоке, а в месте спая количество стекла увеличивают и при разогревании оно примет форму шара, через центр которого проходит проволока. Отверстие в трубке открывают описанным уже способом, причем диаметр этого отверстия должен быть меньше диаметра шара. Проволоку с шаром вводят в полученное отверстие, при этом шар помещают на самом отверстии, как бы закрывая его. При прогревании в результате размягчения шара и трубки происходит спаивание. Легким поддуванием стекло разравнивают и получается гладкий спай, который как всегда подвергается отжигу.


В настоящее время вместо платины часто впаивают платинит (сплав из никелевого сердечника и медной обмотки). При небольшом перегревании платинит начинает ярко гореть в пламени горелки, поэтому его подвергать нагреванию рискованно. В этом случае надо на трубке оттянуть капилляр (рис.77), затем ввести в него проволоку из платинита и, разогревая капилляр (стараясь не задеть проволоки), оплавить его вокруг проволоки. Поддувание ведут со стороны открытого конца трубки. Спай также подлежит отжигу.

При впаивании никелевой проволоки следует во избежание выделения при нагревании мелких пузырьков воздуха обработать проволоку в вакууме при температуре выше 1000°С в течение 30 мин. На участок проволоки, подлежащий спаиванию, плотно надевают отрезок толстостенной стеклянной трубочки. Отрезок трубки нагревается до размягчения с одного конца и постепенным перемещением пламени достигают полного спаивания трубочки с проволокой. Примерно на середине прикрепившейся трубочки разогревают стекло и накапливают его для формирования ободка в виде тарелочки, которую впаивают в трубку (рис.78).


Молибденовую проволоку также необходимо до спаивания химически обработать. Проволоку погружают на несколько секунд в расплавленную селитру, потом споласкивают водой и просушивают. Цвет проволоки должен быть светло стальной. Свободные концы молибденовой проволоки во избежание распыления молибдена при нагревании хромируют. Хромирование выполняют гальваническим способом, при этом наносят очень тонкий слой, который затем растворяется в соляной кислоте. Обмазывание проволоки производят путем одевания трубочки или обработкой эмульсией из тонкоизмельченного молибденового стекла с амилацетатом (грушевая эссенция). Погружая проволоку в эту эмульсию, получают поверхность, покрытую порошкообразной массой молибденового стекла.

При впаивании проволоки из ковара (сплав железа, никеля и кобальта) также необходимо провести предварительную работу по очистке проволоки. Кусок проволоки опускают на 15 мин в щелочной раствор красной кровяной соли. После ополаскивания водой надо провести отжиг этой проволоки при 1100°С в течение 30 мин. Обмазывание стеклом производят либо размягченной палочкой, либо одеванием толстостенной трубки с последующим разогреванием ее до размягчения и плотного облегания всего контура. В средней части обмазки делается стеклянное кольцо в виде тарелочки для впайки в трубку. Ковар можно паять оловом, он сваривается почти со всеми металлами (железо, медь, никель, вольфрам, молибден, платинит и многие другие). Хорошо сцепляется со стеклом, гнется, не распыляется в пламени горелки.

Ликвидация неровностей. Иногда концы трубок, предназначенных к работе, имеют неровный срез. Работать с такими отрезками не следует, так как изделия выйдут плохими. Ликвидацию неровностей можно произвести разными способами. Проще всего это сделать на шлифовальном круге; если неровности незначительные, можно их снять с помощью круглого, мягкого напильника. Применяется также способ нагревания конца трубки до размягчения с последующим выравниванием на деревянном обугленном бруске или на металлической плитке, покрытой асбестом. Производят выравнивание края и с помощью стеклянной палочки: край трубки нагревают до размягчения; одновременно нагревают и стеклянную палочку из такого же состава стекла, затем палочкой легко снимают размягченные выступы. Край следует выровнять на бруске или плитке.

Запаивание трещин. При запаивании трещин надо тщательно проверить, чтобы на изделии не было никаких следов посторонних веществ (пыль, жир, соли и т.п.). После того как место будущего спаивания очищено, можно приступить к работе, причем запаивание следует начинать с торца трубки, там, где трещина начинается. Когда трубка или изделие постепенно разогреется, надо направить среднее пламя на торец трубки и одновременно обогревать сторону, противоположную трещине. Трубку или изделие держать в пламени таким образом, чтобы размягчающееся стекло частично стекало на место трещины — это способствует запаиванию. Когда начало трещины при размягчении и благодаря стекающему стеклу заплавится, пламя переводят на следующий участок вдоль трещины. Обогрев следует вести равномерно, все время вращая изделие или трубку с расчетом, чтобы часть стекла могла стекать на место трещины. После запаивания изделие необходимо отжечь.

При попытке запаивания трещин на шаровых деталях нельзя начинать обогревание в центре образования трещин, так как в этом случае лучеобразные трещины сразу же разбегаются дальше и изделие спасти нельзя. При лучевидных трещинах надо сперва стеклянной размягченной палочкой «замкнуть» их, т.е. провести палочкой от конца трещины к ее началу. Затем следует убедиться, что после нагревания трещина не сможет продолжать свой бег; тогда начинают прогревание и размягчение центра трещин. Надо и в этом случае стремиться держать изделие так, чтобы часть размягчающегося стекла могла стекать на трещину и тем самым содействовать запаиванию. При очень осторожном обращении иногда удается спасти изделие, поврежденное в результате удара, либо от слишком высокой температуры, либо от попадания холодной воды на горячую поверхность или по другим причинам.

Спаивание неподвижных деталей на месте. Ремонт, монтаж или совершенствование установки требуют иногда спаивания на месте. Эта операция выполняется с помощью ручной горелки, которая должна иметь достаточно длинные шланги для подачи горючего газа и воздуха. Важно предусмотреть возможность поддувания, так как спай, выполненный с поддуванием, всегда прочнее. Если габариты трубки не позволяют производить поддувание ртом, следует одеть на трубку отрезок резинового шланга. Спаивать неподвижную деталь значительно сложнее, чем производить такую же операцию на рабочем месте, где легко осуществить равномерное вращение, дать любое пламя, держать изделие под любым углом и направлять стекаемую при нагревании стекломассу в любое направление.

При спаивании на месте надо учитывать положение осей изделия. В случае вертикального положения полезно стекающее вниз стекло с помощью стеклянной палочки передвигать вверх, а при горизонтальном положении это стекло часто бывает излишним и его просто следует стеклянной палочкой собирать и удалять. Нельзя допускать излишнего размягчения. Важно, чтобы края трубок были ровно обрезаны и по возможности закреплены (мягкой проволокой, асбестом, полоской из жести и т.п.). Нагревание следует вести постепенно и не острым пламенем. В начале разогревания можно легким прижимом достигнуть соединения без щелей. Если щель все же образовалась, то следует размягчить имеющиеся выступы на торцах и с помощью стеклянной палочки заделать щель стеклом от выступов. При уверенности, что стеклянная палочка такого же состава, что и запаиваемое изделие, можно частичным разогревом палочки получить размягченное стекло для заделки щели.

Не следует разогревать торцы для заделки щели — от этого щель только увеличится. Место спая необходимо все время поддерживать в подогретом состоянии. Весьма полезно получить на месте спая путем поддувания небольшую выпуклость, а затем растянуть ее до требуемого диаметра. Такую операцию приходится повторять многократно до получения надежного кругового спая. Изделие надо подвергнуть отжигу.

Не рекомендуется приветить к наложению стеклянных заплаток: они быстро растрескиваются и не приносят пользы. Не следует применять способ натягивания стекла металлическим пинцетом, так как спай после такого приема ненадежен (в него попадает окалина).

Контроль размеров. В процессе работы нельзя полагаться на глаз. Изделия должны строго соответствовать заданным размерам и допускам. Точность размеров проверяется измерительным инструментом. Наиболее часто применяемые измерительные инструменты показаны на рис.79.


Для измерения толщины стенок, пластинок, нитей пользуются микрометром; малые внутренние отверстия (диаметром до 6-8 мм) определяют нутромером, а наружные и внутренние диаметры — штангенциркулем; длину измеряют обычной металлической линейкой (200-500 мм). Для грубого определения наружного и внутреннего диаметров пользуются кронциркулем.

Объем изделия обычно определяют путем заполнения его дистиллированной водой, которую выливают в мерный цилиндр или в мензурку с делениями.

Внутренний диаметр трубок с небольшим просветом находят путем заполнения части просвета жидкой ртутью. Взвесив эту ртуть и замерив высоту столбика ртути, можно легко подсчитать диаметр просвета, зная, что плотность ртути равна 13,6 г/см3:


К руководству прилагаются сокращенные таблицы для определения диаметра шара при заданном объеме (см. Приложение I) и высоты цилиндра при заданных объемах и диаметре (см. Приложение II).

Отжиг. Как уже указывалось, при' быстром нагревании или охлаждении стекла, ввиду его низкой теплопроводности, температура наружных и внутренних слоев будет разной. В связи с этим происходят различные объемные изменения отдельных слоев стекла. Так как слои стекла прочно связаны между собой, то и возникают температурные напряжения, которые часто приводят к разрушению изделия (растрескиванию). Для устранения напряжений в стекле применяют термическую обработку, называемую отжигом. Отжиг заключается в нагревании стекла до температуры на 20-40 град ниже начальной температуры размягчения, выдерживании при этой температуре от 1 до 10 ч, а затем в постепенном охлаждении со скоростью 1-6 град/мин до температуры термостойкости, после чего скорость охлаждения уже не имеет значения. Отжигу подлежат все изделия и заготовки из стекла различных марок, кроме кварцевого.


В случае температурных напряжений в стекле при рассматривании его через поляризованный свет заметны цветные полосы, возникающие вследствие различной скорости прохождения света через отдельные слои. Этим свойством стекла пользуются для проверки качества отжига. На рис.80 приводится схема поляриметра — прибора для определения температурных напряжений.

Проверяемое изделие помещают между поляризатором и анализатором. Передвигая и поворачивая изделие, просматривают его одним глазом через окуляр у призмы. Оценка качества отжига изделий производится по следующей шкале:


На этом же приборе можно с помощью набора пластинок-эталонов разности хода осуществлять и количественный контроль отжига.

Качество притирки и спая проверяют на вакуумной установке (рис.81, а). Если изготовленное изделие или деталь имеет некачественный спай или притирку, то вакуумметр выявит этот дефект, и изделие должно идти на исправление. Для грубой проверки качества спая и притирки можно пользоваться упрощенной установкой с помощью водоструйного насоса и склянки Тищенко (рис.81, б). Дефектное изделие при пробулькивании будет быстро обнаружено.



<Лаборатория> [Отправить сообщение об ошибке]

Оглавление < Топливные элементы: прошлое, настоящее, будущее >
< Мой опыт создания прототипа топливного элемента с окислением угля (УТЭ) > < Угольная батарея >
< Технология получения заменителя бензина из природного газа и воды >
 < Руководство по основам стеклодувного дела. Содержание >
 < ГЛАВА 1 > < ГЛАВА 2 > < ГЛАВА 4 > < ГЛАВА 5 > < ГЛАВА 6 >
 < Обход защиты StarForce (L) (копирование защищенных дисков) >