Нагревание стекла пламенем газовых горелок
Строение и температура пламени горелки. Стеклодув обрабатывает стекло, нагревая его до температуры размягчения голым пламенем. Температура обработки стекла разного состава разная. Температура пламени, которую можно получить на газовой стеклодувной горелке, также может быть разной и зависит она как от состава горючей газовой смеси, так и от условий горения. В таблице 4 приведены основные характеристики применяемых горючих газов для сжигания в настольных газовых горелках.
Чем выше теплотворная способность газа, тем большую температуру пламени при прочих равных условиях можно получить.
При смешении горючего газа с воздухом улучшается полнота сгорания газа, увеличивается скорость горения, а при этом повышается и температура пламени. Еще более улучшаются эти показатели при использовании для дутья воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода. Так, если максимальная температура пламени светильного газа без дутья составляет 1500–1600 С, то при дутье кислородом ее можно поднять до 2200 С. Температура пламени ацетиленовой горелки составляет 2500 С, а ацетилено-кислородного пламени – 3500 С.
Естественно, что на пламени, развивающем более высокую температуру, обрабатывают более тугоплавкие стекла.
Факел пламени неоднороден. Легко различить в нем три зоны: внутреннюю – наиболее короткую, среднюю–светлую, окаймляющую – обычно самую яркую.
Температура внутренней зоны наиболее низкая. В этой зоне происходит нагревание газа, но горения практически не происходит. Самая высокая температура достигается в средней! части второй зоны. Здесь происходит горение, но неполное ввиду! недостатка кислорода. В этой зоне присутствуют углеродистые продукты распада молекул газа, она является восстановительной зоной. Температура третьей зоны тоже достаточно высока. Здесь имеется избыток кислорода и происходит полное сгорание. Третья зона является окислительной.
При обработке почти все стекла как «длинные», так и «короткие» нагревают во второй зоне пламени, в зоне с наиболее высокой температурой. Однако свинцовые и эмалевые стекла обрабатывают только в окислительной зоне, так как при разогреве в других зонах свинцовые стекла чернеют, происходит частичное восстановление окиси металла на поверхности изделия. Аналогичное явление происходит и с эмалевыми стеклами, которые при этом меняют свой цвет.
Пламя может быть мягким и жестким. Мягкое пламя имеет высокую температуру, оно не коптит, и для его получения в горючий газ подают больше кислорода. Воздух подают в пламя при небольшом давлении в основном лишь для того, чтобы приять пламени устойчивую направленность. Такое пламя плавит стекло, но не «мнет» его.
Жесткое пламя получают при подаче в горелку кислорода п воздуха под большим давлением. Такое пламя обычно бываеттоньше, более резкое. Стекло этим пламенем проминается и даже прорывается. На жестком пламени стекла обрабатывают значительно реже.
При общем недостатке кислорода, когда в горелку совсем не подается воздух, горение делается неполным, температура пламени снижается и пламя становится ярким и коптящим, так как газ при этом разлагается, и мелкие частицы продуктов разложения накаляются, что является причиной свечения пламени. Остывая, они оседают на поверхности стекла в виде сажи.
На горелке стеклодуву приходится не только обрабатывать стекло, но спаивать стекло с металлом, сваривать стержни, проволоку из различных металлов и проводить другие операции. Эти приемы будут описаны в последующих главах, посвященных этим вопросам.
Отжиг стекла в пламени горелки. Обрабатывая стеклянную деталь на горелке, работающему часто приходится менять величину и температуру пламени. Из-за разности температуры нагрева отдельных частей в стекле возникают внутренние напряжения. Для частичного снятия этих напряжений применяют обязательный тщательный отжиг изделия в пламени горелки. Для этого, не снимая изготовленную деталь с пламени горелки, устанавливают широкое мягкое пламя. Обогревают деталь таким пламенем до тех пор, пока пламя, охватывающее все обогреваемые части детали, не станет равномернымжелтым. Обычно для полного прогрева необходимо 2–5 мин в зависимости от размера детали. Затем температуру пламени постепенно снижают, уменьшая дутье и подачу кислорода вплоть до образования коптящего пламени.
Особенно тщательно следует отжигать в пламени горелки стекла, обладающие большой вязкостью. Напряжения исчезают тем быстрее, чем меньше вязкость стекла. При плохом обогреве после остывания изделия стекло часто растрескивается. Изготовленные в пламени горелки изделия из любого стекла тщательно отжигают в специальных печах.
Резка стекла
Резка трубок занимает важное место во всех стеклодувных операциях. В данном параграфе разбираются наиболее распространенные способы резки стекол.
Резка трубок стеклодувным ножом на излом. Почти во всех случаях резку трубок начинают с нанесения метки – надреза стеклодувным ножом. Надрез должен быть глубоким, перпендикулярным к оси трубки и занимать 1/5 часть длины ее окружности. Произведя надрез, трубку берут руками так, чтобы надрез оказался между ними с внешней стороны трубки. После этого трубку стараются одновременно растянуть и согнуть в месте надреза, при небольшом усилии она ломается точно по надрезу. Так разрезают трубки диаметром до 15 мм.
Трубку диаметром 20–25 мм надрезают так же, но ломают не руками, а положив ее на край стола. Надрез при этом должен находиться на верхней стороне трубки, а острая кромка стола должна приходиться с другой стороны. Одной рукой придерживают конец трубки, лежащей на столе, другой берут второй ее конец и, одновременно оттягивая и изгибая, ломают трубку.
При резке трубок на излом метку – надрез лучше смачивать водой, тогда край излома получается более ровным.
Резка трубок раскаленной стеклянной палочкой. Надрезав трубку, прижимают разогретый добела на горелке оттянутый конец стеклянной палочки к надрезу, силу нажима постепенно увеличивают; пока конец разогретой палочки горячий, нажим должен быть легким, но по мере ее остывания нажим увеличивают до образования трещины в месте надреза.
Если трещина не прошла по всей окружности трубки, а осталась только на надрезе, то конец палочки опять разогревают и прикладывают на 2–3 мм дальше от трещины по линии надреза. Трещина обязательно пойдет к нагретой палочке.
Этот способ применяют при резке стеклянных цельнопаяных мтановок, ремонте дорогостоящих приборов, когда другие способы резки не подходят.
Резка трубок при помощи асбестового шнура. Два асбестовых шнура одинаковой длины смачивают в воде и обматывают ими трубку с двух сторон на одинаковом расстоянии от места надреза. Обматывать нужно аккуратно, соблюдая параллельность между полосками шнура, в противном случае разрез получится неровным. Проделав эту операцию, трубку помещают и «игольчатое» пламя горелки так, чтобы острие пламени приходилось на надрез, далее трубку равномерно вращают в пламени до образования кольцевой трещины. Этим способом разрезают стеклянные трубки любого диаметра из стекла любой термостойкости.
При резке кварцевых и фарфоровых трубок диаметром 40 мм и более лучше использовать узкое пламя кварцедувной горелки, вращая трубку на острие пламени до легкого потемнения асбестового шнура; после этого место нагрева следует быстро охладить, облив трубку водой.
Электрорезка стекла. Электрорезка несколько напоминает резку трубок металлическим крючком, нагретым на горелке. Режущим приспособлением электрорезки служит нихромовая лента, накаляющаяся при пропускании электротока. Она укреплена на двух кронштейнах. Надрезанную трубку вращают на нагретой нихромовой ленте до образования трещины. Если трещина не образуется, то трубку, сняв с электрорезки, быстро охлаждают, например, направив на нагретую ее часть струю воздуха. Кольцевая трещина образуется по надрезу. На электрорезке можно очень быстро резать термостойкие трубки, изменяя реостатом температуру нагрева нити.
Резка алмазными отрезными кругами. В последние годы большое распространение получила резка стекла алмазными отрезными кругами. Работу выполнить довольно просто. К вращающемуся алмазному кругу подводят трубку, вращая ее в противоположном направлении и слегка прижимая к кругу. Вращать трубку следует до полного разрезания. Алмазные круги в основном используют для кварцевых и фарфоровых трубок. Можно резать и стеклянные трубки, но обычно от этого воздерживаются ввиду большой ценности алмазного диска. Станок для резки стекла алмазными отрезными кругами описан в § 14.
Резка капилляров и палочек. Толстостенные капилляры и палочки диаметром от 3 до 10 мм разрезают обычным способом на излом, если их длина превышает 5–10 см. Чтобы отрезать от капилляра небольшую часть размером 10 мм и менее, применяют специальное приспособление – треугольную металлическую призму. Капилляр кладут на одну из острых граней призмы надрезом вверх так, чтобы грань находилась точно под надрезом.
Затем, придерживая рукой длинную часть капилляра, резко ударяют ножом по той части его, которую нужно отрезать. Капилляр откалывается точно по надрезу.
Капилляры можно резать алмазным кругом, но предварительно отверстие капилляра следует заполнить воском или парафином, иначе во время резки в отверстие набивается много мелкой стеклянной пыли, промыть капилляр очень трудно, а в большинстве случаев невозможно.
Резка трубок в нагретом состоянии. При изготовлении прибора часто требуется быстро отрезать какую-нибудь трубку, не снимая прибор с пламени горелки. В этом случае участок трубки, где нужно произвести разрез, нагревают в пламени горелки, а затем, вне пламени проведя по нагретой поверхности холодным предметом, получают небольшую трещину. При небольшом нажиме или ударе по одному из концов трубки получают ровный разрез.