Вольфрамовая проволока

Вольфрамовая проволока

ВОЛЬФРАМОВАЯ ПРОВОЛОКА, проволока, получаемая из металлического вольфрама, который обладает следующими физическими и механическими свойствами (см. табл. 1 и 2).

Термоэлектрическая сила W|Pt (если один спай будет при 0°,а другой при 100°) достигает +0,9 mV (направление тока в холодном спае WàPt).

Температурный коэффициент электрического сопротивления между 0 и 100° равен (4,8±0,05)х10-3.

Физические свойства вольфрама

Механические свойства вольфрама

Удельное электрическое сопротивление в Ом-мм2/м:

Удельное электрическое сопротивление вольфрама

При температуре около 2000° сопротивление разрыву остается менее 0,001 той же величины при комнатной температуре; приблизительная температура рекристаллизации вольфрама - 1200°. Металлический вольфрам для вольфрамовой проволоки получается восстановлением из вольфрамовой кислоты струей водорода при температуре ~800—1100°. В зависимости от температуры газа и скорости его струи получается порошок металлического вольфрама в виде зерен различной величины от 0,5 до 15 микрон. Этот порошок превращается в проволоку следующими операциями.

Прессование порошка в палочки. Растертый и просеянный порошок под гидравлическим прессом обращают в палочки (инготы) (фиг. 1).

Прессование порошка в палочки

Операцией этой приводят металлический порошок в такое состояние, при котором сцепление частиц настолько велико, что возможны, с известной осторожностью, всякие манипуляции с такими палочками. Условия, при которых происходит наилучшее сцепление, формулируются так: 1) Каждой крупности зерна соответствует определенное давление, называемое критическим, при котором получается достаточное сцепление кристаллов. 2) Давление на порошок, плотность насыпания которого выражается числами 20—40, выражается в 450 кг/см2; при более высоком давлении качество бруска не улучшается, тогда как износ форм ускоряется. 3) Материалом для формы, в которой производят прессование (фиг. 1), служит сталь, которая предварительно цементируется и тщательно отполировывается (в настоящее время очень рекомендуется нитрированная сталь). 4) При выполнении операции прессования надлежит наблюдать за чистотой формы, ничем ее не смазывать и перед прессовкой тщательно очищать; время от времени полировать. 5) Не следует прикасаться руками к порошку и форме изнутри, т. к. пот рук чрезвычайно вредно отзывается на последующих результатах. 6) Штемпель пресса должен плотно входить в форму и выниматься из нее со звуком, т. е. должен быть тщательно притерт и передавать давление равномерно по всей поверхности во избежание получения слоистости в прессуемом бруске, которая делает невозможным приготовление из такого бруска проволоки. 7) Не следует спрессованные штабики держать в запасе; обычно в тот же день отпрессованные палочки должны подвергаться дальнейшей операции - спеканию.

Спекание имеет целью придать отпрессованной палочке большую прочность, что достигается обработкой палочки в восстановительной атмосфере водорода в трубчатой печи из кварца, нагреваемой электротоками до соответственной температуры. Операция происходит в течение 2 часов, остывание требует примерно того же времени. Температуру поднимают постепенно, доводя до максимума после одного часа. В печь палочки загружают по несколько штук и укладывают на шамотовые пластинки, покрытые вольфрамом. Выполняя процесс спекания, надо наблюдать, чтобы температура не переходила за пределы, при которых начинается энергичный рост кристаллов, т. е. для вольфрама 1300°; во все время операции должен протекать газ совершенно сухой, т. к. присутствие паров воды вызывает интенсивный рост кристаллов. После спекания палочки по внешнему виду отчасти напоминают уже плотный металл и приобретают такую прочность, что переносят давление зажимов и допускают обработку слесарными инструментами. После операции палочки могут лежать неограниченное время без вреда для хода дальнейшей обработки. Но все же кристаллы штабика после этой операции еще не настолько связаны между собой, чтобы их можно было обработать на проволоку; поэтому их подвергают следующей операции - формированию, или сварке.

Формирование (сварка) имеет целью придать строению штабиков такую плотность и характер структуры, чтобы можно было их обрабатывать ковкой и протяжкой. В виду малых размеров палочки, практически удобнее нагревать ее электротоком, включая ее как сопротивление в цепь. Для устранения окисления вся операция сварки ведется в атмосфере водорода. Водород должен быть достаточно сухим, чтобы не вызвать излишнего роста кристаллов, который и без того при этом процессе неизбежен. Явления, происходящие здесь, не тождественны с теми, которые происходят при накаливании электротоком плотного металла, вследствие того, что здесь металлические стержни состоят из прессованного порошка; т. к. химические и физические свойства этого порошка в разных партиях всегда различны, получение идентичных конечных результатов при сварке весьма затруднительно. На основании исследований над изменениями структуры в таких брусках операцию формирования для получения ковкого металла нужно вести при температурном режиме, наивыгоднейшем для порошкообразной смеси определенного объема встряхивания. Этот режим устанавливается эмпирически и соответствует 95—98% той нагрузки в амперах, при которой наблюдается плавление стержней; все спрессованные стержни подвергаются формированию под такой нагрузкой.

Сам процесс сварки ведут, руководствуясь практически выработанной схемой времени подъема силы тока в цепи, ее стационарного действия и снижения. Процесс сварки выполняется на аппарате, изображенном на фиг. 2 и 3.

Процесс сварки выполняется на аппарате

Колпак А с двойными стенками, между которыми течет холодная вода по стрелке, устанавливается на поддоне В, в котором проложено резиновое кольцо, благодаря чему получается несколько большая герметичность, чем если бы колпак А ставился непосредственно на чугун.

Процесс сварки выполняется на аппарате

К поддону В укреплено приспособление С, состоящее из медных трубок и пустотелой коробки М, в которой при посредстве клинообразного нажима зажимается вольфрамовая палочка W. Через приспособление С также протекает холодная вода. Кроме того к поддону прикреплен железный стакан 2, также двустенный, и через него протекает холодная вода; внутрь стакана наливается ртуть. Заправка аппарата производится так. Вольфрамовый стержень зажимается в верхнем зажиме М и на другом его конце защемляется в щипцы. Нижние концы щипцов погружаются в стакан с ртутью. Опускается колпак А, и через трубу О пускается водород, который, наполнив колпак, будет выходить через трубку наружу. После заполнения водородом колпака пускается ток от трансформатора, и вольфрамовый стержень начинает постепенно нагреваться вследствие постепенного увеличения силы тока, регулируемой реостатом в первичной цепи, питающей трансформатор. Выполнив нагрев вольфрамового стержня, выключают ток и, когда стержень остынет, прекращают приток водорода и воды. Подняв колпак, вынимают обработанный стержень. При переходе восстановленного вольфрама из одной стадии производства в другую его наружный вид постепенно меняется, а именно: спрессованный стержень имеет темно-серый землистый цвет; после спекания стержень отчасти напоминает металл, а после сварки имеет совершенно металлический вид и звонкость, обладая при этом в разломе металлической структурой. Перечисленными операциями заканчивается металлургическая подготовка вольфрама.

Дальнейшими операциями являются процессы механической обработки вольфрамовой палочки с целью получения проволоки разных диаметров. Отдельные стадии процесса механической обработки вольфрама таковы.

Ковка - преследует две цели: 1) удлинить сваренную палочку, превратив ее прямоугольное сечение в круглое, т. е. приготовить ее к волочению, и 2) придать такое строение, при котором механическая обработка м. б. успешно выполнена. Для ковки употребляют особой конструкции ковочные машины, схема которых изображена на фиг. 4.

Ковочные машины для палочек из вольфрама

В кольцеобразную станину А вставляется фасонная ось е со сквозным осевым каналом и с фасонной передней частью В, в которую вставляются плашки К, упирающиеся в свободно движущиеся пластинки. Внешняя поверхность части В, будучи вставлена в станину, опирается на ряд роликов О (числом 10), установленных с промежутками друг около друга. Средний цилиндрический канал в каждой последующей паре имеет соответственно меньший диаметр, чем в предыдущей. В часть В вставляются плашки, запирается крышка Р, удерживающая их от выпадения при вращении; пускается в ход электромотор, соединенный с ковочной машиной ремнем. При этом плашки совместно с частью В будут вращаться со скоростью 600 об/мин. Под действием центробежной силы плашки расходятся, попадая в промежуток между роликами О, и последними сближаются друг с другом. Таким образом, если между плашками продвигать отковываемый брусок, размеры которого несколько больше канала в плашке, то брусок будет подвергаться ударам плашек, и так как одновременно он продвигается вперед либо от руки, либо механически, то можно произвести изменения размеров бруска и его структуры. Число ударов плашек по бруску будет равно 600х10 = 6000 в 1 м. Брусок из вольфрама обрабатывают в нагретом состоянии; соблюдая необходимую температуру нагрева, при этом можно изменить и структуру металла. Это последнее обстоятельство вытекает из нижеследующего соображения: равноосная кристаллическая структура в бруске получается после сварки бруска; если же брусок подвергнуть ковке, то его структура изменится в волокнистую. Если структуру не подвергнуть изменению, которое возвратит ее к равноосной, то брусок не будет дальше коваться, а станет расслаиваться. Средством изменить структуру служит нагрев бруска до температуры рекристаллизации. Ковочная машина строится разных величин, например для завода ГЭТ в Москве были построены машины трех размеров: №1 - диаметр поперечника 8—2,5 мм; №2 - 2,5—1,75 мм; №3 - 1,75—0,95 мм. Пропускаемый через эти три машины вольфрамовый штабик из короткого (120 мм длиной), с поперечным сечением 7x7 мм, обращается в длинный (4600 мм), с сечением по кругу диаметром 0,95 мм. Пруток проходит через 26 плашек; температура нагрева на первой машине доводится до 1300°, на второй - до 1250° и на третьей - до 1150°. При машинах - трубчатые печи с электрическим нагревом, причем в печь у первой машины непрерывно течет водород, у следующих же машин нагрев происходит уже без водорода.

Протяжка. После отковки до диаметра 0,95 мм брусок подвергается протяжке на цепном станке, принцип устройства которого виден на фиг. 5.

Брусок подвергается протяжке на цепном станке

На скамье А из двух балок по ее концам установлены два барабана для цепи Галля. Левый барабан получает движение от электромотора М. Впереди правого конца скамьи установлено приспособление для нагрева волочильного глазка и печь. По полкам балок катается тележка П, на которой укреплены клещи с крючками, зацепляющимися за цепь Галля. Если крючок задел за звено цепи, то тележка будет двигаться, увлекаемая цепью. Пруток, который надо протянуть через глазок, заостряют и, пропустив через печь Д и глазок Б, захватывают клещами тележки, благодаря чему нагретый до определенной температуры пруток будет проходить через глазок (процесс волочения).

Средняя и тонкая протяжка. Принцип этой операции - тождественный с обычным, применяемым при протяжке в алмазных волочильных глазках, но с предварительным нагревом проволоки. Схема протяжки от 0,60 до 0,15 мм (фиг. 6) заключается в следующем: проволока, намотанная на катушку А, свободно насаживается на ось.

Схема протяжки

Конец проволоки, взятой из этой катушки, перекинут через блочек М, вращающийся на оси О в коробке Р, где налита графитовая смазка. Далее смазанная проволока идет через чугунную коробку В, сверху открытую, с отверстием в дне; в противоположном от входа проволоки конце имеется отгороженное стенками отделение, в которое вставляется волочильный глазок Д. На дне коробки В кладется закрытая с концов газовая трубка; посредине имеется отросток Г, выходящий через отверстие в дне коробки В наружу; при посредстве этого отростка вводится в трубку светильный газ, который и м. б. зажжен внутри коробки. Над этой горелкой вешается железный желоб Б, который, нагреваясь, образует муфель для нагрева проволоки К, проходящей через нее и далее через глазок Д и закрепляемой на катушке А. Если заставить катушку А вертеться по стрелке, то проволока с катушки А будет перематываться на катушку А1 и, проходя через глазок, получит соответственный отверстию размер диаметра. Отношение диаметров входящей в глазок и выходящей из него проволоки для разных металлов разное; для вольфрама оно находится в пределах 0,923—0,958.

Волочильные глазки. Волочильные глазки с диаметром 1—0,060 мм, через которые протягивается вольфрамовая проволока на цепном стане, обычно приготовляют из карбида вольфрама; их твердость (9,8 - по шкале Мооса) немного ниже твердости алмаза, но тверже всякой стали. Для дальнейших протяжек вольфрамовых проволок применяется наилучший сорт алмазных камней, так наз. Jogers (для диаметров до 0,011 мм). Для предохранения металла от окисления вольфрамовая проволока подвергается особой смазке коллоидальным графитом. Перечисленными операциями заканчивается производство проволоки из вольфрама.

Из приведенного краткого обзора видно, что производство проволок из вольфрама отличается от производства проволок из черных и красных металлов, особенно в металлургической части; болванки из плавленного металла, полученные лабораторным путем, совершенно негодны для механической обработки: они имели чрезвычайно крупную кристаллическую структуру и были хрупки, как стекло. Проволоки из вольфрама гл. обр. применяются в электроламповой промышленности, а также и в радиопромышленности. Электроламповая промышленность требует от проволок из вольфрама специфических технических условий, которые в общих чертах сводятся к следующему. Диаметр проволоки по всей ее длине д. б. одинаковым. Длина в одном конце - не менее 500 м, самых тонких размеров - диаметра 0,017 мм. Такое требование вытекает из необходимости иметь электрическое сопротивление по всей длине одинаковым, а это вызывает строгие требования в колебании диаметра проволоки по всей длине. Электроламповая промышленность стремится получить такую проволоку из вольфрама, которая во время накала в лампе не распыливалась бы, не меняла своей структуры и была бы механически прочной при ударах. С этой целью прибавляют к металлическому вольфраму трудно летучие окиси (окись тория), также кремнезем, или ведут рекристаллизацию. В СССР производство проволок из вольфрама организовано ГЭТ при электрозаводе в Москве. В настоящее время потребление вольфрамовой проволоки выражается в 28∙106 м в год.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.

Еще по теме: