Газоэлектрическая и электродуговая сварка

В основу газоэлектрической и электродуговой сварки заложена способность нагретого стекла проводить электрический ток. При электрической сварке стеклянных деталей для размягчения стекла используют джоулеву теплоту, выделяющуюся при прохождении через стекло электрического тока.

Электросварка имеет следующие преимущества по сравнению с газовоздушной: обеспечивает быстрый и локальный нагрев именно того участка стекла, который подвергается сварке (без значительного повышения температуры близлежащих участков стекла),— это уменьшает вероятность перегрева, деформации, ухудшения механических свойств и окисления металлических деталей, покрытий и других элементов, находящихся внутри свариваемых деталей; устраняет возможность проникновения внутрь свариваемой оболочки продуктов неполного сгорания газа и паров воды, что позволяет резко снизить браки видов «затеки на люминесцентном экране», «посерение» и «отслаивание аквада-гового покрытия», «налеты на катодных подложках фотоэлектронных приборов», «загрязнение внутренней арматуры прибора»; теплота выделяется в объеме, а не поступает к поверхности изделий, тем самым предотвращается разрушение — эрозия поверхностных слоев стекла (эрозия возникает при перегреве поверхности стекла в результате испарения легколетучих компонентов стекла).

Поэтому применение электросварки особенно целесообразно для соединения толстостенных деталей (при газовой сварке толстостенных деталей к моменту размягчения внутренних слоев поверхностные слои стекла перегреваются до недопустимо высоких температур).

Принципиальная технологическая схема газоэлектрической и электродуговой сварки состоит из трех основных процессов:

• 1) предварительный разогрев стекла до температуры, при которой стекло становится проводником электрического тока;

• 2) размягчение всей толщи стекла и соединение стеклянных изделий путем пропускания электрического тока через предварительно нагретое стекло (формование стекла);

• 3) отжиг заваренной стеклооболочки.

При нагреве стекла до 450—600°С (в зависимости от марки и физико-химических свойств стекла) подвижность ионов значительно увеличивается, удельное электрическое сопротивление стекла снижается до 10 —10⁴ Ом • см¹ и стекло начинает проводить электрический ток. Зависимость удельного электрического сопротивления стекла от температуры выражается формулой

где р — удельное электрическое сопротивление стекла, Ом • см; А и В — константы, зависящие от состава стекла.

При подведении к месту сварки двух электродов (подсоединенных к высоковольтному источнику тока) по предварительно разогретому стеклу начинает протекать электрический ток.

Выделяющаяся теплота вызывает дополнительный разогрев стекла в месте сварки, а это способствует дальнейшему повышению температуры, снижению электрического сопротивления стекла и увеличению силы тока. В свою очередь, увеличение силы тока сопровождается дополнительным выделением джоулевой теплоты и постепенным прогревом все более внутренних слоев стекла (до более высоких температур). При этом ток начинает проходить не только по поверхности, но и по всей толще стекла — происходит размягчение стекла в месте сварки и образование сварочного шва.

На рис. 26.9 представлена схема установки газоэлектрической сварки.

Пламя газовых горелок-электродов 1 служит: для предварительного нагрева стекла в месте сварки до температуры, при которой стекло становится проводником электрического тока; «подвижным проводником», по которому контактным способом к месту сварки подается электрическое напряжение (горелки электрически изолированы друг от друга и подсоединены к высоковольтному источнику переменного тока промышленной частоты); последовательно включенным электрическим сопротивлением, которое позволяет регулировать силу тока, проходящего через стекло.

Ток проходит по всему периметру сварочного шва от одного электрода-горелки к другому. В результате прохождения электрического тока весь объем стекла в зоне сварки быстро нагревается до температуры, превышающей 1000°С.

К недостаткам газоэлектрической сварки относятся необходимость предварительного прогрева стеклянных деталей до сравнительно высоких температур и неизбежность использования газового пламени.

При электродуговой сварке электроды, подводимые к месту соединения стеклянных деталей, подсоединяются к источнику тока высокой частоты порядка 10^э—10⁷ Гц. Увеличение частоты тока, применяемого для сварки, позволяет снизить продолжительность и температуру предварительного нагрева стеклянных изделий (до 200—250°С). Это связано с тем, что электрическое сопротивление стекла для токов высокой частоты меньше, чем для токов низкой частоты. Температура, при которой стекло становится проводником токов высокой частоты, меньше температуры, при которой стекло становится проводником токов низкой частоты.

В последнее время широкое распространение получил метод соединения стеклянных, слюдяных, керамических и металлических деталей склеиванием их специальными кристаллизующимися стеклами — стеклоцементами.

Стеклоцементы позволяют соединить детали друг с другом при температурах более низких, чем температуры размягчения соединяемых деталей. Они характеризуются газонепроницаемостью, механической прочностью, высокой температурой деформации и хорошей термостойкостью.

Применение стеклоцементов особенно целесообразно, когда сварка деталей при высоких температурах (с использованием газового пламени или токов высокой частоты) может привести к оксидированию и деформации деталей, изменению геометрии -и расстояния между отдельными узлами, изменению состава и структуры внутренних покрытий или их отравлению газами и парами, выделяющимися при сварке.

При склейке стеклоцементами ножек с оболочками миниатюрных ПУЛ температура оксидного катода не превышает 230°С, в то время как при обычных способах заварки оксидный катод подвергается перегревам до 500—600°С.

При соединении деталей в процессе термической обработки стеклоцементы образуют однородную мелкокристаллическую структуру, ориентированную в пространстве и создающую жесткий прочный каркас — шов склейки.

Как известно, некоторые стекла под воздействием внешних факторов склонны к кристаллизации. Однако процесс кристаллизации обычных стекол неуправляем, он протекает неравномерно и преимущественно на поверхности стекла. При этом на поверхности стекла образуется неоднородная крупнокристаллическая структура, которая ведет к снижению его механической и термической прочности.