Среднее профессиональное образование
ЭЛЕКТРОМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Введение
Разработка новых материалов необходима для решения той или иной электротехнической задачи и непрерывное совершенствование уже известных материалов шла одновременно с общим развитием электротехники и расширение требований электропромышленности к качеству материалов.
Первым случаем практического применения материалов для создания сравнительно мощного источника электрической энергии можно считать изготовление большой батареи, электродвижущая сила которой создавалась за счет контактной разности потенциалов между дисками из разных металлов. Эта батарея была собрана в 1802г академиком В.В. Петровым.
В батарее Петрова было использовано 8400 медных и цинковых дисков с прокладками из бумаги, пропитанной электролитом. С помощью этой батареи он впервые в мире получил электрическую дугу.
В 1832г в своих опытах по созданию электромагнитного телеграфа русский деятель науки и техники П.А. Шиллинг использовал в качестве изоляции пленку, пропитанную воском, невулканизированный каучук и шелковую пряжу.
В 1873г изобретатель А.Н. Лодыгин создал первую лампу накаливания; инженер П.Н. Яблочков в 1876г изобрел электрическую «свечу», положившую начало широкому применению электрического освещения.
В этих изобретениях наших соотечественников были использованы основные классы электротехнических материалов: проводники, магнитные материалы и электрическая изоляция.
По мере развития электротехники все большее значение приобретал правильный выбор материалов, помогавший электрикам успешно разрешать возникающие перед ними задачи.
Быстрый рост электропромышленности во всем мире и во всех ее многочисленных отраслях сопровождается непрерывным увеличением номенклатуры применяемых материалов, совершенствованием технологии их изготовления и все более широким использованием новых, ранее не применявшихся в техники видов сырья.
В свое время Владимир Ильич Ленин дал замечательное определение: «Коммунизм - это есть Советская власть плюс электрификация всей страны»,тем самым подчеркнул особую важность развития электротехники.И сегодня энергетика играет важнейшую роль в развитии любого государства.
Рост электротехники и отечественной электропромышленности выдвинул на одно из первых мест проблему быстрейшего развития промышленности электротехнических материалов высокого качества, полностью отвечающих новейшим техническим требованиям и изготовляемых из отечественного сырья по самой совершенной технологии.
В наше время новые электротехнические материалы редко могут появляться в результате удачного опыта. Необходимо предварительное глубокое изучение физических, механических и химических характеристик таких веществ, которые могли бы быть использованы в качестве технических материалов.
Для понимания электрических и магнитных свойств, механической прочности, старения материалов и других их особенностей необходимо исследовать структуру и химический состав материалов.
Изучение и дальнейшая разработка нужных промышленности электрических материалов входят в тематику наших специализированных научно-исследовательских институтов.
Новейшая технология изготовления материалов разрабатывается в опытных цехах институтов и заводов.
Сочетание научно обоснованных требований с реальными возможностями производства создало в нашей стране те благоприятные условия, при которых промышленность электроматериалов в последние годы сумела достигнуть больших успехов.
Серьезное значение качества материалов для современной электротехники потребовало включение в программу подготовки энергетиков специального курса «Электротехнические материалы». Этот курс ставит перед собой следующие основные задачи:
1 Рассмотрение теоретических основ, из которых надо исходить при изучении и испытании материалов, применяемых в электротехнике.
2 Установление классификации электротехнических материалов по их назначению, составу и свойствам.
3 Изучение основных характеристик, служащих для оценки пригодности материалов при их использовании в электротехнике.
4 Изложение основных особенностей технологии электротехнических материалов.
5 Показ наиболее характерных, технически и экономически обоснованных случаев применения электротехнических материалов в практике.
Для дальнейшего развития электрификации и автоматизации промышленности требуются многие виды электротехнических материалов, а в первую очередь новейшие гибкие высокомолекулярные диэлектрики с нагревостойкостью до 600-650°С,надежные в эксплуатации полупроводниковые элементы, материалы с высокими магнитными характеристиками.
Обозначение основных
Раздел I.
Классификация и маркировка углеродистой стали и чугунов.
Сталь является основным материалом, широко используемом в машино- и приборостроении, строительстве и для изготовления инструментов. Стали классифицируют по следующим признакам: химическому составу, назначению, качеству и степени раскисления.
По химическому составу различают: стали углеродистые и легированные. Углеродистые стали по содержанию в них углерода подразделяют на низкоуглеродистые (до 0.25 % С), среднеуглеродистые (0.25…0.6% С) и высокоуглеродистые (более 0.6 % С).
Легированной называют сталь, в состав которой кроме углерода дополнительно вводят элементы для придания стали тех или иных свойств.
По назначению стали делят на конструкционные, инструментальные и с особыми физическими и химическими свойствами – специальные. К последним относят нержавеющие, жаропрочные, жаростойкие, теплоустойчивые, электротехнические и др.
По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо-высококачественные. Различие между ними – в количестве вредных примесей (серы и фосфора) и неметаллических включений. Стали обыкновенного качества содержат до 0.06 % S и 0.07 % P, качественные – до 0.035 % S и 0.035 % Р; высококачественные – не более 0.025 % S и 0.025 % Р, а особо высококачественные – не более 0.015 % S и 0.015% Р.
Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются буквами и цифрами, например Ст0÷Ст6. Буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 – условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем больше число, тем больше содержание углерода в стали, выше прочность и ниже пластичность.
В зависимости от гарантируемых химического состава и свойств углеродистые стали обыкновенного качества делятся на три группы:А, Б, В (группа А в марке стали не указывается).Сталь группы А имеет гарантированные механические свойства и не подвергается горячей обработке. Для стали группы Б гарантируется химический состав; сталь подвергается обработке давлением; для стали группы В – химический состав и механические свойства; используется для сварных конструкций.
Степень раскисления обозначается индексами, стоящими справа от номера марки: кп – кипящая, пс - полуспокойная, сп – спокойная. Например, сталь Ст1кп – сталь группы А, кипящая;БСт3сп – сталь группы Б, спокойная; ВСт5пс – сталь группы В, полуспокойная и др.
К углеродистым качественным конструкционным сталям предъявляются повышенные требования по химическому составу и механическим свойствам. В зависимости от степени раскисления стали могут быть спокойными (сп) или кипящими (кп). Цифры в марке стали указывают на содержание углерода в стали в сотых долях процента.
Все углеродистые качественные конструкционные стали можно условно разделить на несколько групп.
Углеродистые качественные стали 05кп, 08, 08кп, 10, 10кп (без термической обработки) хорошо штампуются в следствие их высокой пластичности, а так же хорошо свариваются из-за малого содержания углерода. Они используются для производства малонагруженных деталей машин (крепежные изделия и др.) и сварных конструкций.
Стали 15, 20, 25, составляющие вторую группу низкоуглеродистых сталей, хорошо свариваются и обрабатываются резанием. Они используются для изготавления неответственных деталей машины (без термической обработки или в нормализованном состоянии), а также деталей с повышенной износостойкостью (после цементации и соответствующей термической обработки), но не подвергающихся высоким нагрузкам. Примерами цементированных деталей машин являются кулачковые валики, кронштейны, пальцы рессор и др.
Самой значительной является группа среднеуглеродистых сталей 30, 35, 40, 45, 50, подвергающихся термической обработке. Следует отметить их малую прокаливаемость. Эти стали хорошо обрабатываются на металлорежущих станках в отожженном состоянии. Благоприятные сочетания прочностных и пластических свойств позволяют применять эти стали при изготовлении ответственных деталей машин (шпиндели, распределительные валы и др.).
Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70, 75, 80,85, подвергаются различным видам термической обработки, в результате чего они получают высокую прочность, износостойкость и упругие свойства. Из них делают детали типа пружин, рессор, прокатных валов, замковых шайб и др.
Углеродистые инструментальные стали маркируют следующим образом: впереди ставят букву У, затем цифру, указывающую среднее содержание углерода в десятых долях процента, например сталь марки У12 содержит в среднем 1,2 % С. Для обозначения высококачественных сталей в конце марки ставится буква А, а особовысококачественных сталей (выплавленных, например, методом электрошлакового переплава с вакуумированием) – буква Ш. В марках некоторых специальных сталей буква впереди обозначения указывает на назначение: А – автоматная сталь (А30), Р – быстрорежущая сталь (Р12), Ш – шарикоподшипниковая (ШХ15), Э – электротехническая и тд.
Для улучшения обработки резанием применяют углеродистые так называемые автоматные стали с повышенным содержанием серы (0,08…0,3 %) и фосфора (0,06 %). Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, указывающими на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Наибольшее применение получили стали А12, А20, А30. Так из стали А12 изготавливают винты, болты, гайки и различные мелкие детали сложной конфигурации, а стали А20, А30 используют для изготовления ответственных деталей, работающих в условиях повышенных напряжений. На обработке автоматических сталей при повышенных и средних скоростях резание положительно сказывается микролегирование, свинцом, кальцием, селеном и теллуром. Легирование стали свинцом (0,15…0,3 %) повышает скорость резания в 1,5…2 раза.
В зависимости от состояния углерода чугуны делятся на белые, серые, высокопрочные и ковкие.
В белых чугунах весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде карбида железа поэтому они отличаются высокой твердостью, хрупкостью и практически не поддаются обработке резанием. Белый чугун не находит применение в качестве конструкционного материала. Обычно доэвтектические белые чугуны после специальной термической обработки превращаются в ковкие чугуны, а заэвтектические идут в переплавку. Для изготовления трущихся изделий (прокатные валки, колеса, шары для мельниц и т.д.) применяют так называемые отбеленные чугуны, в которых поверхностные слои имеют структуру белого чугуна. Высокая твердость поверхности отбеленного чугуна (НВ 400…500) обеспечивает сопротивляемость износу.
В машиностроении используются главным образом серые, высокопрочные и ковкие чугуны. В серых чугунах весь углерод находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Эти чугуны могут иметь структуру, состоящую из ферритной основы и включений графита (рис. 8,а). Такие чугуны содержат кроме углерода примеси кремния, марганца и фосфора. С уменьшением содержания кремния цементит, находящийся в составе перлита, частично распадается, при этом образуется так называемая ферритно – перлитная структура,с включениями графита (рис.8,б). При дальнейшем снижении содержания кремния образуется чугун с перлитной основой и с включениями графита.
Рис. 8. Структуры серых чугунов:
а – ферритных (Х100); б – ферритно – перлитных (Х300)
Серый чугун маркируется буквами СЧ с добавлением цифры, которая указывает предел прочности чугуна при растяжении. Например, марка СЧ15 показывает, что чугун имеет σв = 150 МПа. Путем модифицирования (в расплавленный чугун вводят до 0,6 % модификаторов – ферросилиция или силикокальция) повышают прочностные характеристики серых чугунов за счет образования более мелких графитных включений.
Из серых чугунов изготавливают детали простой конструкции (крышки, стойки, кожухи, шкивы, кронштейны, корпусы, коленчатые валы и др.)
Высокопрочный чугун получается присадкой в жидкий серый чугун добавок магния, церия и некоторых других элементов. Под влиянием добавок в чугуне образуется шаровидный графит. Такие имеют более высокие механические свойства, и они могут быть использованы вместо поковок и отливок из углеродистой стали для деталей машин, работающих в тяжелых условиях.
Обозначают высокопрочный чугун буквами ВЧ, затем следуют цифры, первые указывают предел прочности чугуна при растяжении, а вторые – относительное удлинение при растяжении.
Например, ВЧ45-5 высокопрочный чугун с σв = 450 МПа и δ = 5 %. На (рис.9, а) показана микроструктура высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.
а) б)
Рис. 9.Структура чугунов:
а – высокопрочного (Х200); б – ковкого (Х100)
Из высокопрочного чугуна изготавливают коленчатые валы и поршни автомобильных и тракторных двигателей, шестерни, тормозные диски, детали прокатных станов, корпуса насосов, вентили т.д. Некоторые высокопрочные чугуны используются в качестве антифрикционного материала в узлах трения с высокими окружными скоростями.
Ковкий чугун получают из белого чугуна путем длительного нагрева при высоких температурах (отжиг, томление). В результате получается графит хлопьевидной формы (рис. 9,б).
Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами. Первые две цифры указывают предел прочности чугуна при растяжении, a вторые – относительное удлинение.
Ковкий чугун широко используется в автомобильной, сельскохозяйственной, текстильной и других отраслях машиностроения. Из него изготовляют детали, работающие при средних и высоких статических и динамических нагрузках (подшипники, кронштейны, картеры редукторов, поршни, ступицы). Широкое применение ковкого чугуна в машиностроении связано с тем, что он дешевле стали и обладает высокой стойкостью против коррозии.
Классификация чугунов.
В зависимости от химического состава и назначения доменные чугуны делятся на передельные, специальные (ферросплавы) и литейные.
Передельный чугун (ГОСТ 805-69) предназначается для переработки на сталь в плавильных агрегатах, называемых конверторами, а также мартеновских и электрических печах. В зависимости от способа переработки он называется мартеновским (М), бессемеровским (Б), томасовским (Т).
Специальные чугуны (ферросплавы) (ГОСТ 4834-49) выплавляют с высоким процентом кремния или марганца, применяют в качестве специальных добавок при выплавлении стали.
Литейный чугун (ГОСТ 4832-58) предназначается главным образом для производства литых заготовок (литья). Он поступает в литейные цехи в виде не больших слитков (чушек) весом до 25кг.
В зависимости от того, в каком состоянии и форме находится углерод, чугуны разделяются на белые, серые, ковкие и высокопрочные.
Белые чугуны характеризуются тем, что у них весь углерод находится в химически связанном состоянии – в виде цементита. Излом такого чугуна имеет матово-белый цвет. Наличие большого количества цементита придает белому чугуну высокую твердость, хрупкость и очень плохую обрабатываемость режущим инструментом. Белый чугун применяют главным образом для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун.
Серый чугун. В сером чугуне весь углерод или большая его часть содержится в свободном состоянии – в виде отдельных включений графита различной формы. Наличие углерода в свободном состоянии придает излому чугуна серый цвет и крупнозернистое строение.
Серый чугун маркируется буквенно-цифровой системой. Например, серый чугун марки СЧ 18-36 расшифровывается так: СЧ – серый чугун, первые две цифры 18 указывают на придел прочности при растяжении в кг/мм2, следующие две цифры – предел прочности при изгибе в кг/мм2.
Серый чугун хорошо обрабатывается режущим инструментом, обладает высокой износоустойчивостью. Недостатком серого чугуна является значительная хрупкость и малая пластичность.
Прочность серого чугуна можно увеличить, вводя в его состав специальные присадки (модификаторы). Полученный таким образом чугун называется модифицированным или высокопрочным. В качестве модификаторов используют магний, церий, ферросилиций, силикокальций, алюминий и др. Модифицирование магнием, а затем ферросилицием позволяет получить магниевый чугун, обладающий прочностью литой стали и высокими литейными свойствами.
Из магниевого чугуна изготовляют детали, подвергаемые ударам, воздействию переменных напряжений и интенсивному износу, например коленчатые валы легковых автомобилей.
Модифицированный чугун обозначается буквами СМЧ, к которым добавляется два числа, указывающий предел прочности при растяжении и изгибе.
Высокопрочный чугун является важным конструкционным материалом в котором сочетаются многие ценные свойства стали и чугуна. Этот чугун получают из серого чугуна модифицированием: перед разливкой в жидкий металл добавляют специальные присадки – модификаторы в количестве 0,01-0,03% от веса жидкого метала. Модификаторы раскисляют чугун и создают искусственные центры кристаллизации.
Высокопрочный чугун маркируется буквами ВЧ – высокопрочный чугун, за которыми следует два числа. Первые из них указывают предел прочности при растяжении (кг/мм2), а второе (цифра) удлинение (%).
Ковкий чугун. Название «ковкий» условное, практически чугуны не куются. Ковкие чугуны получаются из отливок белого чугуна путем длительного отжига (томления) при высоких температурах.
Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении, не высокой пластичностью и высоким сопротивлением удару. По механическим свойствам он занимает промежуточное положение между сталью и серым чугуном.
Марки ковких чугунов: КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10, КЧ 37-12 и др. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первые две цифры указывают предел прочности при растяжении, последние цифры относительное удлинение при растяжении.
Из ковкого чугуна изготавливаются детали сложной формы: картеры заднего моста, чашки дифференциала, ступицы колес грузовых автомобилей, тормозные колодки и др.
Легированный чугун обладает улучшенными свойствами. Его получают, добавляя к серому или модифицированному чугуну небольшое количество никеля, хрома, молибдена и других элементов. Эти чугуны обладают повышенной механической прочностью, вязкостью и обрабатываемостью.
Чугуны со специальными свойствами обозначаются буквами СЧ, к которым добавляются два числа, указывающих предел прочности при растяжении и предел прочности при изгибе. Чугуны СЧ 32–52, СЧ 35–56, СЧ 38-60 применяются для изготовления деталей с высокой износоустойчивостью и твердостью (ковочные штампы, зубчатые колеса, тормозные барабаны, матрицы и др.).
Легированные стали.
Легирование стали получают путем введения различных элементов, в результате чего существенно изменяются механические, физические и химические свойства. Элементы, специально вводимые в сталь для получения требуемых свойств, называются легирующими.
Классификация и маркировка легированных сталей.
По назначению легированные стали делят на три группы:
Конструкционная-это сталь для изготовлению деталей машин и различных конструкций;
Инструментальная-это сталь для режущего измерительного, поверочного и ударно-штамповочного и другого инструмента;
Сталь с особыми физическими и механическими свойствами – для деталей специального назначения.
По содержанию легирующих элементов,легированные стали делят также на три группы:
низколегированные стали(ГОСТ 5058 – 65 ), содержащие легирующих элементов до 2,5%. По механическим свойствам эти стали превосходят углеродистую сталь, хорошо свариваются, лучше сопротивляются коррозии, широко применяются в машиностроении, судостроении, в строительстве гражданских и промышленных сооружений;
среднелегированные, содержащие легирующих элементов от 2,5 до 10%;
высоколегированные, содержащие легирующих элементов более 10%.
По химическому составу и механическим свойствам легированные стали делятся на качественные и высококачественные.
Принято обозначение легирующих элементов, входящих в состав стали, буквами русского алфавита:
А – азот Б – ниобий
В – вольфрам П - фосфор
Г – марганец Е - селен
Х – хром Р - бор
Н – никель Ф - ванадий
Т – титан Ю - алюминий
К – кобальт С - кремний
Д - медь Ц - цирконий
Химико-термическая обработка стали.
Химико-термической обработкой называется процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоёв стальных деталей. Такой обработке часто подвергают детали с целью повышения твёрдости, износоустойчивости и коррозионной стойкости поверхностного слоя при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины.
Наиболее распространёнными видами химико-термической обработки являются цементация, азотирование, цианирование, а также диффузионная металлизация.
Кроме указанных видов обработки, также применяют хромирование (насыщение поверхности слоя хромом), силицирование (насыщение кремнием), борирование (насыщение бором).
Цветные металлы и сплавы.
Общие понятия о цветных металлах и сплавах.
Раздел ІІ.
Проводниковые материалы и изделия.
Классификация проводниковых материалов.
В качестве проводниковых материалов используют чистые металлы, а также сплавы металлов. Наибольшей проводимостью обладают чистые металлы.
Чистые металлы составляют группу проводниковых материалов с малым удельным сопротивлением (ρ=0,0150÷0,0296 Ом·мм2/м). Из этих материалов изготовляют обмоточные, монтажные и установочные провода и кабели.
Кроме материалов с малым удельным сопротивлением, в электротехнике применяются материалы с большим удельным сопротивлением. Это преимущественно сплавы на основе меди, никеля, железа, хрома и других металлов. Эти сплавы называют проводниковыми материалами высокого удельного сопротивление. Изделия из этих сплавов применяются в реостатах, добавочных и эталонных сопротивлениях. Изготовлять эти приборы из медной или алюминиевой проволоки, обладающей малым удельным сопротивлением, было бы не рационально, так как получились бы очень большие по размерам реостаты и добавочные сопротивления. Кроме того, медь, алюминий и другие чистые металлы имеют сравнительно большой температурный коэффициент сопротивления (α=+0,0040÷0,00429 1/°С), вследствие чего реостаты резко изменили бы свое сопротивление при колебаниях температуры. Проводниковые же сплавы высокого электрического сопротивления(ρ=0,42÷2,0 Ом·мм2/м) обладают малыми значениями температурного коэффициента сопротивления (α=+0,00004÷0,00018 1/°С). Это обеспечивает большую стабильность электрического сопротивления изготовленных из них реостатов и других приборов при колебаниях температуры.
По сравнению с чистыми металлами сплавы отличаются повышенной твердостью, большей механической прочностью при растяжений (σρ), меньшим относительным удлинением (еρ). Кроме того, сплавы в меньшей степени окисляются на воздухе.
Большинство проводниковых сплавов могут длительно работать при температурах до 400 °С. В то же время отдельные области электротехники (электротермия) нуждаются в сплавах высокого электрического сопротивления, которые могли бы длительно работать при 900-1200°С. Такие сплавы называются жаростойкими сплавами. Изготовляемые из жаростойких сплавов проволока и ленты применяются в электронагревательных приборах, печах сопротивления и термостатах. К жаростойким проводниковым сплавам относятся: нихром, фехраль, хромаль и др.
На электропроводность всех металлических проводников оказывает влияние их механическая обработка (прокатка, волочение и др.), вызывающая остаточную деформация кристаллов. Это затрудняет перемещение электронов в металле и вызывает увеличение электрического сопротивления проводников. Чтобы возвратить деформированным кристаллам металла прежнюю форму, металл нагревают (отжигают) при оптимальной температуре, при которой происходит перекристаллизация в металле. В результате отжига проводимость металла повышается, а механическая прочность его снижается. Чтобы повысить его механическую прочность и твердость металлических проводников, прибегают к холодной прокатке их или к волочению металла без нагревания его.
Так, шины для электрических аппаратов изготавливают холодной прокаткой меди или алюминия. С целью повышения механической прочности проводов для линий электропередачи их изготавливают волочением проводниковой меди или алюминия в холодном состояний.
У твердых сортов проводниковых изделий (проводов, шины) удельное электрическое сопротивление, естественно, больше, чем у мягких (отожженных).
Высокотемпературные сверхпроводники.
В 1986 г. Было обнаружено, что такие вещества, как La M С и О ( М = Ва, Sr), переходят и сверхпроводящее состояние при температуре, близкой к температуре жидкого азота. Позже в сплавах YBa С и О переход сверхпроводящее состояние происходил при температуре - 173 С и выше. Такие вещества, названные высокотемпературными сверхпроводниками, обладают структурой типа перовскита ( природный минерал СаTiО ) и представляет собой керамику с характерным расположением атомов. Одна фаза изумрудно - зеленого цвета, прозрачная и содержит ионы иттрия, бария и мели в соотношении 2:1:1. Другая фаза черного цвета, непрозрачная, содержит боль количество мели. Соотношения иттрия, бария и мели и ней 1:2:3. Именно это фаза и обладает сверхпроводящими свойствами.
Сверхпроводящее свойства системы Y-Ba-Cu-О зависят от соотношения двухвалентной и трехвалентной мели, изменяя это отношения.
Проводниковые изделия.
1 2 3
Рис. 21. Шнур марки ШР: 1 — многопроволочная жила, 2 — изоляция из вулканизированное 3 — оплетка in хлопчатобумажной крученой пряжи
Провод марки ПР-500 состоит из медной жилы с резиновой изоляцией и может быть использован в установках с номинальным напряжением, не превышающим 500 В переменного тока. Провод марки АПР-500 отличаемся от провода ПР-500 только наличием алюминиевой жилы.
Высокая водостойкость, маслостойкость и негорючесть полихлорвинила обеспечили широкое применение проводов с полихлорвиниловой изоляцией. Они используются для открытой прокладки, а также для прокладки под штукатуркой и трубах.Провода с полихлорвиниловой изоляцией широко применяются для проводок к станкам и машинам, где возможно попадание на них смазочных масел и масляных эмульсий. Провода с полихлорвиниловой изоляцией могут работать при напряжении до 500 В переменного тока и 1000 В постоянного тока.
Основной сортамент установочных проводов и шнуров с резиновой изоляцией .
Таблица 14.
| Марка провода | Число жил и сечение, мм2 | Характеристика провода или шнура | Область применения |
| ПР | 0,75-400 | Провод медный с резиновой изоляцией в оплетке из хлопчатобумажной пряжи, пропитанной противогнилостным составом | Силовые и осветительные сети внутри помещений и вне зданий при напряжении до 500В переменного тока (ПР-500) и до 300В переменного тока (ПР-3000) |
| АПР | 2,5-400 | То же, но жила из алюминия | То же, но в установках с номинальным напряжением 500В переменного тока (АПР-500) |
| ПРГ | 0,75-400 | Провод медный гибкий с резиново изоляцией в оплетке из хлопчатобумажной пряжи, пропитано противогнилостным составом | Соединения электрических машин и аппаратов внутри и вне зданий в установках с номинальным напряжением до 500В (ПРГ-500) и до 300В переменного тока (ПРГ-300) |
| ПРД | 0,5-6,0 | Провод гибкий медный с резиновой изоляцией в непропитанной оплетке из хлопчатобумажной пряжи | Осветительные сети в сухих и отапливаемых помещениях – в установках с номинальным напряжением до 220в |
| ПРТО | от 1 до 3 1-2,5 | Провод, состоящий из медных жил с резиновой изоляцией, находящихся в общей оплетке из хлопчатобумажной пряжи, пропитано противогнилостным составом | Силовые и осветительные сети (прокладки в стальных трубках и металлических рукавах) при напряжении до 500В переменного тока |
| АПРТО | 2,5-400 | То же, но с одиночной жилой из алюминия | То же, но до 380В |
| РКГМ | 1 (жила из тонких проволок) 0,75-95 | Провод медный гибкий, жила изолирована нагревостойкой кремнийорганической резиной, поверх которой имеется обмотки, а затем оплетки из стекловолокна, пропитанные кремнийорганическим лаком | Выводы электродвигателей и аппаратов напряжением до 380Вс повышенным рабочими температурами (до 180° С) |
| ШР | 0,75-1,5 (жила из тонких проволок) | Шнур из двух гибких медных жил с резиновой изоляцией, поверх которой имеется непропитанная оплетка из хлопчатобумажной пряжи | Осветительные сети и для присоединения переносных токоприемников с номинальным напряжением до 220 В |
| ШРП | 0,75 | То же, но поверх скрученных изолированных жил имеется общая оплетка из лощено хлопчатобумажной нитки или капронового шелка | Блочные повесы в осветительных установках с номинальным напряжением до 220 В |
Основной сортамент установочных проводов с полихлорвиниловой изоляцией
Таблица 15.
| Марка проводов | Число жил и сечение, мм2 | Характеристика провода или шнура | Область применения |
| ПВ | 0,75-95 | Провод с медной жилой, изолированный полихлорвиниловым пластикатом | Осветительные и силовые сети внутри помещений при температуре не выше 40° С в сырых и особо сырых помещениях и для вторичных цепей |
| АПВ | 0,75-95 | То же, но с алюминиевой жилой | То же |
| ППВ | 2-30 75-2,5 | Провод ленточный с медными жилами, уложенными параллельно и заключенными в полихлорвиниловую изоляцию | Осветительные сети внутри помещений |
| АППВ | 2-30 75-2,5 | То же, но с алюминиевыми жилами | То же |
| ПГВ | Провод с гибкой медной жилой, состоящей из тонких проволок. Жила изолирована полихлорвиниловым пластикам | Осветительным и силовые сети, а также для вторичных цепей станков и механизмов | |
| ППГВ | 2-3 | То же, но с многопроволочным жилами высокой гибкости | Осветительным и силовые сети, а также для вторичных цепей станков и механизмов |
Конструкция
1. Медная однопроволочная жила (класс 1) *;
2. Изоляция из ПВХ пластиката, цветовая маркировка жил;
3. Оболочка из ПВХ пластиката.
по требованию потребителей кабели марки КВВГ могут поставляться с медной луженой и/или многопроволочной жилой.
Область применения
Контрольные кабели предназначены для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам, сборкам зажимов электрических распределительных устройств с номинальным переменным напряжением до 660 Вольт частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 Вольт.
Применяются для прокладки на открытом воздухе, в помещениях, каналах, туннелях, в условиях агрессивной среды, при отсутствии механических воздействий на кабели, так же допускается прокладка кабелей в земле (траншеях) при обеспечении защиты кабелей в местах выхода на поверхность. Не распространяет горение при одиночной прокладке(нормы МЭК 60332-1). Стойки к монтажным изгибам. В тропическом климатическом исполнении устойчивы к воздействию плесневых грибов.
Срок службы при прокладке в земле и открытой прокладке – 15 лет, при прокладке в помещениях, каналах и туннелях – 25лет.
Технические характеристики
Номинальное напряжение U, [кв.] 0,66
Испытательное переменное напряжение 50Гц, 5 мин., 2,5
Макс, рабочая температура жилы, [°С] 70
Температура окружающей среды, [°С] -50/+50
Влажность воздуха при 35°С, [%] 98
Монтаж при температуре, не ниже [°С] -15
Строительная длина, не менее [м] 150
Гарантийный срок эксплуатации, [год] 3
Рис.26
Стандарт: ГОСТ 1508-78
КодОКП: 35 6344 0100
Конструкция
1. Алюминиевая однопроволочная жила (класс 1);
2. Изоляция из ПВХ пластиката, цветовая маркировка жил;
3. Оболочка из ПВХ пластиката.
Кабели АКВВГ применяются для прокладки на открытом воздухе, в помещениях, каналах, туннелях, в условиях агрессивной среды, при отсутствии механических воздействий на кабели, а так же допускается прокладка кабелей в земле (траншеях) при обеспечении защиты кабелей в местах выхода на поверхность. Не распространяют горение при прокладке в пучках (нормы МЭК 60332-3 категории А и В). Стойки к монтажным изгибам. В тропическом климатическом исполнении устойчивы к воздействию плесневых грибов.
Срок службы при прокладке в земле и открытой прокладке – 15 лет, при прокладке в помещениях, каналах и туннелях – 25лет.
Технические характеристики
Номинальное напряжение U, [кв.] 0,66
Испытательное переменное напряжение 50Гц, 5 мин., [кВ.] 2,5
Макс, рабочая температура жилы, [°С] 70
Температура окружающей среды, [°С] -50/+50
Влажность воздуха при 35°С, [%] 98
Монтаж при температуре, не ниже [°С] -15
Строительная длина, не менее [м] 150
Гарантийный срок эксплуатации, [год] 3
Таблица 16
| Количество и сечение жил, шт. кв.мм | Масса алюминия, кг/км | Масса кабеля. кг/км | Наружный диаметр, мм | Сопротивление изоляции, не менее МОм х км | ||||
| 4x2,5 | 28,1 | 10,2 | 9,0 | |||||
| 5x2,5 | 35.1 | 11,1 | 9,0 | |||||
| 7x2,5 | 49,2 | 12,0 | 9,0 | |||||
| 10x2,5 | 68,3 | 15,0 | 9,0 | |||||
| 14x2,5 | 95,6 | 16,2 | 9,0 | |||||
| 19x2,5 | 129,7 | 18,4 | 9,0 | |||||
| 27x2,5 | 184,3 | 21,8 | 9,0 | |||||
| 37x2,5 | 252,5 | 24,7 | 9,0 | |||||
| 4x4,0 | 44.8 | 11,8 | 9,0 | |||||
| 7x4,0 | 78,4 | 14,0 | 9,0 | |||||
| 10x4,0 | 108,8 | 17,6 | 9,0 | |||||
| 4x6,0 | 65,4 | 13,0 | 6,0 | |||||
| 7x6,0 | 114,4 | 15,4 | 6,0 | |||||
| 10x6,0 | 158,8 | 19,9 | 6,0 | |||||
| 4x10 | 107,4 | 15,8 | 6,0 | |||||
| 7x10 | 188,0 | 19,3 | 6,0 |
Рис.27
Стандарт: ГОСТ 1508-78
КодОКП: 35 6345 0400
Конструкция
1.Алюминиевая однопроволочная жила (класс 1);
2. Изоляция из резины, цветовая маркировка жил;
3. Оболочка из ПВХ пластиката;
4. Броня из двух стальных лент.
Область применения
Кабель АКРВБГП предназначен для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам, сборкам зажимов электрических распределительных устройств с номинальным переменным напряжением до 660 Вольт, частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 Вольт.
Применяются для прокладки на открытом воздухе, в помещениях, каналах, туннелях, если кабели не подвергаются значительным растягивающим усилиям и при наличии опасности механических воздействий на кабели. Не распространяют горение при одиночной прокладке (нормы МЭК 60332-1). Стойки к монтажным изгибам. В тропическом климатическом исполнении устойчивы к воздействию плесневых грибов.
Срок службы при открытой прокладке - 15 лет, при прокладке в помещениях, каналах и туннелях - 25лет.
Технические характеристики
Номинальное напряжение U, [кв.] 0,66
Испытательное переменное напряжение 50Гц, 5 мин., [кВ.] 2,5
Макс, рабочая температура жилы, [°С] 70
Температура окружающей среды, [°С] -50/+50
Влажность воздуха при 35°С, [%] 98
Монтаж при температуре, не ниже [°С] -15
Строительная длина, не менее [м] 150
Гарантийный срок эксплуатации, [год] 3
Стандарт: ТУ 16-505.944-76
Код ОКП: 35 6744 6100, 35 6745 6100
Конструкция
1.Токопроводящая жила скрученная из проволок:
хромель и алюмель - "-ХА",
хромель и копель - "-ХК";
2. Изоляция:
обмотка из стеклонити,
обмотка из фторопластовых лент,
3. Обмотка из стеклонити, пропитанная кремнийорганическим лаком, расцветка в наружной обмотке стеклонитью: хромель - фиолетовая или черная; алюмель - серая или белая; копель -желтая или оранжевая;
4. Оплетка из стеклонити, пропитанная кремнийорганическим лаком;
5. Экран из медных луженых проволок.
Технические характеристики
Испытательное переменное напряжение частоты 50 Гц, [В] 1000
Электрическое сопротивление изоляции, [МОмхм]:
в нормальных климатических 5*103
Максимальная рабочая температура, [°С] 175
Температура окружающей среды, [°С] 60/+175
Влажность воздуха при температуре 35°С, [%] 98
Радиус изгиба, [наружных диаметров] 15
Строительная длина, не менее [м] 20
Таблица 17
| Количество и сечение жил, шт*кв.мм | Число и диаметр проволок в жиле, шт*мм | Наружный диаметр, не более мм | Масса провода, кг/км |
| 2*0,50 | 7*0,32 | 5,2*3,0 | 40,0 |
| 2*1,50 | 7*0,52 | 6,6*4,1 | 63,0 |
Рис.28
Стандарт: ГОСТ 1508-78
Код ОКП: 35 6344 0200
Конструкция
1.Медная однопроволочная жила (класс 1);
2. Изоляция из ПВХ пластиката, цветовая маркировка жил;
3. Разделительный слой из ПВХ пластиката;
4. Экран из алюминиевой или медной ленты;
5. Обмотка из полотна нетканого;
6. Оболочка из ПВХ пластиката.
Область применения
Кабель КВВГЭ предназначен для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам, сборкам зажимов электрических распределительных устройств с номинальным переменным напряжением до 660 В частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В.
Применяются для прокладки на открытом воздухе, в помещениях, каналах, туннелях, в условиях агрессивной среды, при отсутствии механических воздействий на кабели и необходимости защиты электрических цепей от влияния внешних электрических полей. Не распространяют горение при одиночной прокладке (нормы МЭК 60332-1). Стойки к монтажным изгибам. В тропическом климатическом исполнении устойчивы к воздействию плесневых грибов.
Срок службы при открытой прокладке - 15 лет, при прокладке в помещениях, каналах и туннелях - 25лет.
Технические характеристики
Номинальное напряжение U, [кв.] 0,66
Испытательное переменное напряжение 50Гц, 5 мин., [кВ.] 2,5
Макс, рабочая температура жилы, [°С] 70
Температура окружающей среды, [°С] 50/+50
Влажность воздуха при 35°С, [%] 98
Монтаж при температуре, не ниже [°С] -15
Строительная длина, не менее [м] 150
Гарантийный срок эксплуатации, [год] 3
Рис. 29
Стандарт: ГОСТ 1508-78
Код ОКП: 35 6344 0200
Конструкция
1. Алюминиевая однопроволочная жила (класс 1);
2. Изоляция из ПВХ пластиката, цветовая маркировка жил;
3. Разделительный слой из ПВХ пластиката;
4. Экран из алюминиевой или медной ленты;
5. Обмотка из полотна нетканого;
6. Оболочка из ПВХ пластиката.
Область применения
Предназначены для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам, сборкам зажимов электрических распределительных устройств с номинальным переменным напряжением до 660 В частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В.
Применяются для прокладки на открытом воздухе, в помещениях, каналах, туннелях, в условиях агрессивной среды, при отсутствии механических воздействий на кабели и необходимости защиты электрических цепей от влияния внешних электрических полей. Не распространяют горение при одиночной прокладке (нормы МЭК 60332-1). Стойки к монтажным изгибам. В тропическом климатическом исполнении устойчивы к воздействию плесневых грибов.
Срок службы при открытой прокладке - 15 лет, при прокладке в помещениях, каналах и туннелях - 25лет.
Технические характеристики
Номинальное напряжение U, [кв.] 0,66
Испытательное переменное напряжение 50Гц, 5 мин., [кВ.] 2,5
Макс, рабочая температура жилы, [°С] 70
Температура окружающей среды, [°С] -50/+50
Влажность воздуха при 35°С, [%] 98
Монтаж при температуре, не ниже [°С] -15
Строительная длина, не менее [м] 150
Гарантийный срок эксплуатации, [год] 3
Таблица 18
| Количество и сечение жил, шт. кв.мм | Масса алюминия, кг/км | . | Масса кабеля кг/км | й | Наружный диаметр, мм | Сопротивление изоляции, не менее МОм · км | |
| 4x2,5 | 28,1 | 10,2 | 9,0 | ||||
| 5x2,5 | 35.1 | 11,1 | 9,0 | ||||
| 7x2,5 | 49,2 | 12,0 | 9,0 | ||||
| 10x2,5 | 68,3 | 15,0 | 9,0 | ||||
| 14x2,5 | 95,6 | 16,2 | 9,0 | ||||
| 19x2,5 | 129,7 | 18,4 | 9,0 | ||||
| 27x2,5 | 184,3 | 21,8 | 9,0 | ||||
| 37x2,5 | 252,5 | 24,7 | 9,0 | ||||
| 4x4,0 | 44.8 | 11,8 | 9,0 | ||||
| 7x4,0 | 78,4 | 14,0 | 9,0 | ||||
| 10x4,0 | 108,8 | 17,6 | 9,0 | ||||
| 4x6,0 | 65,4 | 13,0 | 6,0 | ||||
| 7x6,0 | 114,4 | 15,4 | 6,0 | ||||
| 10x6,0 | 158,8 | 19,9 | 6,0 | ||||
| 4x10 | 107,4 | 15,8 | 6,0 | ||||
| 7x10 | 188,0 | 19,3 | 6,0 |
Раздел III
Жидкие диэлектрики. Классификация и назначение жидких диэлектриков.
В качестве жидких электроизоляционных материалов в электротехнических устройствах применяют электроизоляционные минеральные масла и синтетические жидкие диэлектрики: совол и кремнийорганические жидкости. Наибольшее применение имеют минеральные масла. По характеру использования в качестве жидких диэлектриков нефтяные масла могут быть разделены на три группы.
1) масла для высоковольтных трансформаторов и высоковольтных выключателей;
2) кабельные масла, используемые для пропитки бумажной изоляции высоковольтных кабелей;
3) конденсаторные масла, применяемые для пропитки бумажной изоляции конденсаторов. Для этой же цели в бумажно-масляных конденсаторах используют искусственную жидкость – совол.
Характерной особенностью всех жидкостей является то, что их молекулы обладают большей подвижностью по сравнению с молекулами твердого тела. Чем выше температура жидкостей, тем подвижность их молекул больше. Это свойство жидкостей определяется их вязкостью. Большая подвижность молекул жидкостей обеспечивает им возможность заполнять различные пустоты в твердой изоляции. Минеральные масла хорошо пропитывают такие пористые электроизоляционные материалы, как картоны, бумаги, дерево и др. Будучи хорошими диэлектриками, минеральные масла, проникнув в поры такой изоляции, улучшают их электрические характеристики. Так, например, у пропитанной минеральным маслом бумаги, резко возрастает по сравнению с непропитанной электрическая прочность Епр. Минеральные масла при температурах около 70-80оС обладают небольшой вязкостью, поэтому частицы масла приобретают большую подвижность. Это позволяет использовать нефтяные масла в трансформаторах для охлаждения обмоток.
Масло в трансформаторах нагревается у обмоток и, притекая к холодным частям бака трансформатора, отдает им полученное тепло. Масло, имеющее большую вязкость, не обеспечивает необходимого охлаждения трансформатора. На рис 93. приведена кривая вязкости трансформаторного масла в зависимости от температуры.
В высоковольтных трансформаторах нефтяное масло является не только теплопроводящей средой, но и главным электроизоляционным материалом. Оно заполняет пространство между обмотками трансформатора и тем самым усиливает изоляцию трансформатора.
Выполняя эту роль, масло должно обладать в первую очередь высокой электрической прочностью и малой величиной тангенса угла диэлектрических потерь.
В высоковольтных выключателях применяется то же самое масло, что и в трансформаторах. Здесь масло выполняет не только функцию диэлектрика, изолирующего части выключателя с высоким напряжением от стенок бака, но средой, гасящей электрическую дугу, возникающую дугу, между контактами выключателя при отключении им высоковольтных сетей.
Процесс гашения электрической дуги состоит в следующем: при высокой температуре электрической дуги масло разлагается с выделением газов (водорода, ацетилена, этилена и др.). Газы вытесняют масло из части объема около контактов выключателя и образует газовое пространство. Давление в этом газовом пространстве повышается, в результате чего дуга прекращает свое горение.
Рис.93. Вязкость трансформаторного масла в зависимости от температуры.
В электрических кабелях минеральное масло применяется в чистом виде без каких-либо растворенных в нем веществ или в виде пропиточного состава для пропитки бумажной изоляции. В последнем случае в минеральное масло вводят канифоль, которая растворяется в масле.
В результате этого вязкость масла повышается, что обеспечивает не перетекание масла в бумажной изоляции внутри кабеля.
Для масел, применяемых в бумажно-масляных конденсаторах, основными характеристиками являются: электрическая прочность, тангенс угла потерь и высокое удельное объемное сопротивление.
Твердые органические диэлектрики . Основные понятия о высокополимерных материалах.
Почти все твёрдые органические диэлектрики являются высокополимерными материалами. Название «высокополимерные материалы» или «полимеры» происходит от двух греческих слов: «поли» - много и «мерос» - часть. Действительно, молекулы полимеров состоят из большого количества частиц – десятков и сотен тысяч молекул исходных веществ – мономеров. Название «мономер» происходит от греческого слова «монос», что означает один.
Мономеры являются простыми химически активными веществами, легко вступающими в химические реакции. В результате этого образуется новое вещество – полимер с большим молекулярным весом. В молекулах полимера молекулы мономера прочно связаны друг с другом силами химической связи. Это условно изображают чёрточками, например молекулы исходного вещества А соединяются друг с другом, образуя большую молекулу нового полимерного вещества:
- А - А - А - А - А - А - А - А - А - .
Большие молекулы полимеров могут иметь форму вытянутых в длину нитей (как, например, приведенная), т.е. иметь линейное строение, или могут быть развиты по всем трем направлениям в пространстве (объемное) строение.
Высокополимерные материалы, состоящие из линейных молекул, называются линейными полимерами.Они, как правило, обладают гибкостью (каучуки, полиэтилен и др.) и способны размягчаться при нагреве. Пространственные полимеры, состоящие из молекул, развитых в пространстве, такими свойствами, как правило, не обладают.
К линейным полимерам относятся натуральный и синтетический каучуки, синтетические диэлектрики: полиэтилен, полистирол и др. К пространственным полимерам относятся синтетические смолы: бакелит, глифталь и др.
Написать полностью химические формулы больших молекул полимеров довольно трудно, поэтому прибегают к их сокращенному написанию. Так, химическую формулу приведенной ранее молекулы записывают сокращенно так:
- А - А - А - А - А - А - А - А - А - А - → (А)n.
В скобках записано одно звено молекулы полимера, повторяющееся n раз. Величина n называется степенью полимеризации. Она показывает, из скольких молекул исходного вещества (мономера) состоит молекула нового вещества (полимера). Чем больше молекул исходного вещества (мономера) содержит молекула полимера, тем выше его молекулярный вес.
Высокополимерные вещества могут быть природными (янтарь, натуральный каучук и др.) и синтетическими (полистирол, поливинилхлорид и многие другие). Большая часть полимеров является аморфными веществами, и их поэтому называют смолами. Некоторые из полимеров (фторопласт-4 и др.) имеют кристаллическое строение и не являются смолами.
Ввиду ограниченности свойств природных полимеров современная электротехника использует главным образом синтетические высокополимерные диэлектрики. Они могут быть получены в результате реакций полимеризации или поликонденсации.
Полимеризация - это процесс соединения молекул исходного (мономерного) вещества в большие молекулы высокополимерного вещества без изменения его элементарного состава.
Рассмотрим в качестве примера процесс получения синтетического диэлектрика - полистирола. Он получается в результате реакции полимеризации исходного вещества - стирола. Это прозрачная бесцветная жидкость, кипящая при температуре 145°C. Если в нее ввести перекисный катализатор, например перекись бензоила (0,1 - 0,5% от веса стирола), то при температуре 95°C - 110°C начинает протекать реакция полимеризации. При этом двойная химическая связь (обозначается двумя черточками) в молекулах стирола Н2С=СН-С6Н5 разрывается и переходит на соседнюю такую же молекулу. В результате этого молекулы стирола соединяются друг с другом, образуя большую молекулу высокополимерного вещества - полистирола.
Этот процесс полимеризации записывают в виде следующей схемы:
- СН2 - СН - СН2 - СН - → (СН2 - СН)n
| | |
С6Н5 С6Н5 С6Н5
Степень полимеризации полистирола n = 6000, а молекулярный вес его равен 300000-600000. Молекулярный же вес исходного вещества - стирола равен 104.
В начальной стадии полистирол представляет собой густую прозрачную жидкость. Ее разливают в стеклянные формы, в которых процесс полимеризации заканчивается. Из форм получают твердый прозрачный материал в виде пластин и стержней, т.е. изделия так называемого блочного полистирола, обладающего высокими электрическими характеристиками. Блочный полистирол получают также в гранулах, которые представляют собой частицы цилиндрической формы диаметром 3 - 5 мм и длиной 8 - 10 мм.
Поликонденсация- процесс соединения молекул исходных (мономерных) веществ в большие молекулы высокополимерного вещества с выделением побочных веществ: воды, кислот, газов и др. Часто реакция поликонденсации протекает в несколько этапов.
Диэлектрики, полученные в результате реакции поликонденсации, как правило, обладают несколько пониженными электроизоляционными свойствами по сравнению с диэлектриками, полученными в результате полимеризации. Основными причинами этого является наличие в поликонденсационных диэлектриках побочных веществ - воды, кислот, которые, разлагаясь на ионы увеличивают электропроводность материала.
Все высокополимерные материалы делят на две группы по их поведению при нагреве. При этом различают материалы термореактивные и термопластичные.
Термореактивными называются такие материалы, которые в своей конечной стадии производства, т.е. в готовом виде, не способны размягчаться при нагревании. К термореактивным диэлектрикам относятся бакелитовые смолы и пластмассы на их основе (гетинакс, текстолит), глифтали и другие материалы.
Термопластичныминазываются такие материалы, которые не могут быть переведены в неплавкое состояние. Все термопластичные материалы при нагревании размягчаются и постепенно превращаются в густые жидкости. Этим свойством термопластичных материалов пользуются при изготовлении из них гибких изделий: пленок, нитей, а также для производства деталей методом литья под давлением.
К термопластичным диэлектрикам относятся: полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид и др.
Электроизоляционные лаки.
Основные сведения о волокнистых
Электроизоляционные лакоткани и лакированные трубки Таблица 37
| Волокно | Предел прочности при растяжении кг/см2 |
| Стеклянное Капроновое Хлопковое Из натурального шелка | 200-400 55-60 40-60 35-45 |
Лакоткани представляют собой гибкие материалы, состоящие из какой-либо основы, пропитанной электроизоляционном лаком.
В качестве тканевых основприменяют хлопчатобумажные, шелковые, капроновые и стеклянные (из стеклянного волокна) ткани.
Лак, которым пропитываются тканевые основы, после отвердения образует на лакоткани гибкую пленку, которая обеспечивает материалу высокие электроизоляционные свойства. Тканевые же основы обеспечивает лакоткани высокую механическую прочность. Лакоткани находят широкое применение в качестве пазовой и межвитковой изоляции, в электрических машинах низкого напряжения, а также в трансформаторах. Кроме того, лакоткани применяют для наружной изоляции катушек и отдельных групп проводов (жгуты) в электрических аппаратах и приборах. В большинстве случаев лакоткани используются в виде лент, вырезаемых из лакоткани под углом 45° по отношению к ее основе. Такие лакотканевые ленты обеспечивают наибольшую эластичность.
В соответствие с примененной тканевой лакоткани делят на хлопчатобумажные, шелковые, капроновые и стеклянные (стеклокаоткани).
В качестве основ хлопчатобумажных лакотканей применяются тонкие прочные ткани (перкаль и др.). Основами шелковых лакотканей тонкие ткани (0,04-0,08 мм) из натурального шелка (эксцельсиора и др.). Для некоторых сортов ластичных лакотканей с повышенной механической прочностью используют капроновые ткани. Для лакотканей с повышенной нагревостойкостью применяют стеклянные ткани, изготовленные из электроизоляционных (бесщелочных) стекол. Нагревостойкие стеклянные ткани пропитывают кремнийорганическими лаками, пленки которых могут работать при температуре до180°С.
Хлопчатобумажные, шелковые и капроновые ткани пропитывают светлыми масляными лаками или (реже) черными маслянобитумными лаками.
Хлопчатобумажные, шелковые и капроновые лакоткани на масляных лаках по нагревостойкости относятся к классу А, т.е. они могут применяться при рабочих температурах, не превышающих 105°С. Стеклолакоткань марки ЛСЭ-1, пропитанная эскапоновым лаком, отличается лучшими электрическими характеристиками по сравнению с хлопчатобумажными лакотканями. По нагревостойкости эскапоновая лакоткань относится тоже к классу А. Стеклолакоткани на кремнийорганических лаках (марки ЛСК-1,ЛСК-2, ЛСК-7) по нагревостойкости относятся к классу Н (180°С) и обладают высокой влагостойкостью.
Различают еще резиностеклоткани марки РСК-1. изготовленные пропиткой бесщелочной стеклоткани раствором кремнийорганического каучука. Эти материалы отличаются повышенной эластичностью, водостойкостью и нагревостойкостью до 180°С. Они применяются для изоляции монтажных проводов.
Следует отметить еще одни высокоэластичный и нагревостойкий материал-резиностеклолакоткань марки РСЛК-1. Эта лакоткань получается в результате пропитки бесщелочной стеклоткани раствором кремнийорганического каучука, а затем кремнийорганическим лаком. Резиностеклолакоткань применяется в электрических машинах и аппаратах нагревостойкого и тропического исполнения.
Перед пропиткой лаками волокнистые тканевые основы проглаживают. Для этого ткань пропускают между нагретыми стальными валками (каландрами), чтобы все ворсинки пригладить к поверхности ткани. После каландрирования ткань подвергают пропитке электроизоляционным лаком в многоэтажной пропиточной машине. Готовую лакоткань из пропиточной машины получают в рулонах шириной от 700 до 1000 мм. Стеклолакоткани выпускают шириной от 200 до 700 мм. В рулоне лакоткани должно быть не мене 40 м.
В табл.38 приводится основные характеристики широко применяемых электроизоляционных лакотканей.
Липкие электроизоляционные ленты изготавливают на основе хлопчатобумажных или стеклянных (стекловолокнистых) лент, а также на основе полихлорвиниловых лент.
Основные характеристики лакотканей.
Таблица 38
| Лакоткани | марка | Толщина лакоткани | Предел прочности при растяжении,σр,кг/см2 | Удельное объемное сопротивление ρυ. Ом*см | Электрическая пробивная прочность, Епр, кВ/мм |
| Хлопчатобумажные на масляных лаках | ЛХС ЛХСС ЛХСМ | 0,15 -0,30 0,17-0,20 0,17-0,24 | 2,5-5,0 3-5 3-5 | 10-10 10-10 | 24-35 32-40 |
| Хлопчатобумажные на масляно-битумных лаках | ЛХЧ | 0,17-0,24 | 3,0-5,0 | 10-10 | 31,6-45 |
| Шелковые на масляных лаках | ЛШС ЛШСС | 0,08-0,15 0,04-0,15 | 2,0-3,5 | 10-10 | 38-55 51-72 |
| Капроновые на масляных лаках | ЛК1 | 0,12-0,15 | 4-5 | 10-10 | 30-50 |
| Стеклянные на кремнийорганических лаках | ЛСК-1 ЛСК-2 ЛСК-7 РСК-1 РСК-2 РСЛК-1 | 0,12-0,20 0,06-0,15 0,10-0,23 0,10-0,20 | 3,5-8,0 4,0-10 4,0-10 | 10-10 10-10 10-10 | 20-45 12-30 18-40 |
| Стеклянная на эскапоновом лаке | ЛСЭ-1 | 0,13-0,24 | 3,8-8,6 | 10-10 | 35-50 |
Прорезиненная лента представляет собой хлопчатобумажную (миткалевую) ленту, пропитанную вязким резиновым составом. Лента должна сохранять липкость после нагрева до 70°С (в течение одних суток).
Изоляционная прорезиненная лента выпускается в кругах диаметром 150± 25 мм, шириной10, 15, 20, и 50мм. Круги изоляционной прорезиненной ленты должны храниться при температуре не ниже +5°С и не выше +25°С, в противном случае лента теряет липкость. Прорезиненная липкая лента применяется при монтажных работах для изоляции мест соединений проводов в сетях и устройствах низкого напряжения.
Следует также отменить значительное применение в устройствах низкого напряжения липкой поливинилхлоридной ленты. Эта лента выпускается в кругах диаметром 175±25 мм, шириной 15, 20, 25 и 50 мм. Толщина ленты лежит в пределах от0,2 до 0,5 мм. Полихлорвиниловая лента может применяться до температур 60-65°С; при более высоких температурах она начинает размягчается.
Стеклолента липкая нагревостойкая выпускается в кругах диаметром 150±25 мм. Липкая стеклолента изготавливается из стеклянной ленты (из бесщелочного стекла), пропитанной нагревостойким кремнийорганическим лаком. Применяется она для изоляции лобовых частей обмоток электрических машин и аппаратов с высокими рабочими температурами (до 180°С). Пробивное напряжение стеклоленты толщиной 0,12 мм составляет 600-700 В, а для ленты толщиной 0,15 мм оно равно 750-850 В.
Линоксиновые трубки хлопчатобумажные представляют собой трубки (чулки) из хлопчатобумажной пряжи, пропитанные масляным лаком. Линоксиновые трубки имеют внутренний диаметр от 1 до 12 мм и толщину стенки от 0,7 до 1 мм. Длина трубки колеблется в пределах от 250 до 1000 мм.
Линоксиновые трубки могут работать при температуре до 105° С. Они применяются в электрических аппаратах, приборах а также в трансформаторах (сухих и с масляной изоляции).
Лакированные трубки стекловолокнистые представляют собой трубки (чулки), изготовленные из стекловолокнистой пряжи и пропитанные нагревостойким кремнийорганическим лаком. Стекловолокнистые лакированные трубки имеют внутренний диаметр от 1 до 8 мм, и толщину стенки 0,25- 0,50 мм.
Они менее эластичны по сравнению с линоксиновым трубками, но обладают высокой нагревостойкостью и применяются в электрических машинах и аппаратах с рабочей температурой 180°С.
Естественно, лакоткани обладают наибольшим пределом прочность при растяжении в направлении основы и меньшей прочностью в направлении утка. Водопоглощение хлопчатобумажных лакотканей находится в пределах 4,5-7,0%; шелковых – 3,5-6,0%, а у стеклянных оно равно 1-3%.
Миканиты.
Раздел IV
Полупроводниковые материалы.
Основные характеристики и свойства
Раздел V
Магнитные материалы.
Классификация магнитных материалов.
Описанные выше магнитные величины μа, μм, Нс, Вг и В3 являются основными магнитными характеристиками ферромагнитных материалов. Они позволяют оценить способность материалов намагничиваться. Согласно их значениям можно распределить все ферромагнитные материалы на две главные группы.
Первую группу магнитных материалов составляют магнитно-мягкие материалы, т. е. такие ферромагнетики, которые предназначаются для работы в качестве магнитопроводов для переменного магнитного поля, создаваемого переменным электрическим током. Такие материалы должны иметь весьма малые потери на гистерезис и вихревые токи. Они должны обладать большими величинами магнитной проницаемости μп и μм и в то же время иметь малую коэрцитивную силу Нс и большую индукцию насыщения В$. Наличие в них малой коэрцитивной силы Нс и высокой индукции насыщения В$ обусловливает узкую и высокую петлю гистерезиса. Эта петля и является характерным признаком всех материалов, входящих в данную группу. Магнитно-мягкие материалы легко перемагничиваются в переменном магнитном поле, поэтому из них изготовляют сердечники и магнитопроводы для электрических машин, трансформаторов и электромагнитов.
Вторую группу магнитных материалов составляют магнитно-твердые материалы. Они применяются для изготовления постоянных магнитов. Постоянные магниты будучи один раз намагничены, сохраняют состояние намагниченности в течение ряда лет. Для этих материалов характерными являются большая коэрцитивная сила Нс и большая остаточная индукция Вг. Петля гистерезиса у таких материалов (рис. 172 ) очень широкая по сравнению с магнитно-мягкими материалами. Магнитно-твердые материалы поэтому трудно перемагничиваются.
Физические процессы, протекающие в ферромагнитных материалах при их намагничивании, весьма сложны. В упрощенном виде их можно описать следующим образом. Известно, что атомы состоят из электронов и ядер. Движение электронов по орбитам и вращение их вокруг своей оси может быть уподоблено электрическому току. Электрический же ток, как известно, создает магнитное поле. Таким образом, движущиеся электроны атомов являются элементарными «магнитиками», которые, складываясь, создают общий магнитный момент атома, но магнитные моменты атомов направлены в материале хаотично и поэтому их суммарный момент равен нулю.
Рис. 172. Верхняя часть петли гистерезиса для магнитно-твердого
материала альнико (В – Гс, Н – а/см)
Рис. 173. Верхние части петель гистерезиса:
1 – для пермаллоя, 2 – для чистого железа (В – Гс, Н – а/см)
Под действием же внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов ориентируются в направлении этого поля. Чем выше напряженность Н внешнего магнитного поля, тем на больший угол повертываются магнитные моменты атомов. Такой поворот с повышением напряженности внешнего поля совершается непрерывно, пока все магнитные моменты атомов не выстроятся по полю. Это магнитное состояние ферромагнетика получило название магнитного насыщения.
Магнитные свойства ферромагнитных материалов изменяются с изменением температуры. Обычно эти изменения изображают в виде кривых, показывающих зависимость величин отдельных магнитных характеристик от температуры. На рис.174. и приведены кривые зависимости магнитных характеристик (В$, Вг, Нс и μм) технически чистого железа от температуры.
Рис.174..Изменение остаточной индукции и индукции насыщения
технически чистого железа (и —Гс) в зависимости от температуры.
На этих рисунках видно, что величины всех указанных характеристик около температуры 770°С резко падают до нуля.
Рис.175. Изменение максимальной магнитной проницаемости
и коэрцитивной силы технически чистого железа
в зависимости от температуры.
Это свидетельствует о том, что железо при температуре 770°С перестает быть ферромагнитным материалом. Эта температура называется температурой Кюри1 и обозначается . Каждый ферромагнитный материал имеет свою температуру Кюри.
Так как магнитные характеристики ферромагнетиков при температуре Кюри имеют весьма малые значения, то при этой температуре и выше ее ферромагнетики не могут быть использованы в электротехнических устройствах. Зависимости разных магнитных характеристик ферромагнитных материалов от температуры отличаются друг от друга по форме. На рис.175 и видно, что кривая магнитной индукции отлична от кривой коэрцитивной силы. Кривая же зависимости для резко отличается от них тем, что с повышением температуры магнитная проницаемость не падает, а нарастает, достигая вблизи температуры Кюри наибольшего значения, после чего она резко снижается.
Итак, магнитные свойства ферромагнитных материалов количественно выражаются числовыми значениями их магнитных характеристик.
В табл.46. приведены характеристики основных ферромагнетиков: железа, кобальта, никеля.
Таблица 46.
Магнитные характеристики основных ферромагнитных материалов
| Материалы | ,а/см | , гс | , гс | , °С | ||
| Железо Кобальт Никель | 10 000 | 200 000 | 0,04 8,0 0,56 | 13 000 | 21 500 17 000 |
Влияние химического состава и технологии на
Основные магнитные характеристики технически чистого железа
| Наименование | Примеси, % | Характеристики | ||||
| углерод | кислород | , а/см | , гс | |||
| Армко-железо Электролитическое железо Карбонильное железо Железо, обработанное в водородной среде | 0,025 0,02 0,008 0,005 | — 0,01 — 0,003 | 15 000 21 000 200 000 | 0,64 0,28 0,064 0,024 | — |
Наиболее применение электротехнике получила листоваяэлектротехническая сталь. Эта сталь является сплавом железа с кремнием, содержание которого в ней 0,8—4,8%
Такие стали, в которые вводятся в малом количестве какие-либо вещества для улучшения их свойства называются легированными. Кремний вводится в железо в виде ферросилиция и находится в нем в растворенном состоянии. Кремний реагирует с наиболее вредной (для магнитных свойств железа) примесью — кислородом, восстанавливая железо из окислов его FеО и образуя кремнезем SiO2, который переходит в шлак. Кремний также способствует выделению углерода из соединения Fе3С (цементит) с образованием графита. Таким образом, кремний устраняет химические соединения железа (FеО и Fе3С), которые вызывают увеличение коэрцитивной силы и увеличивают потери на гистерезис. Кроме того, наличие кремния в железе в количестве 4% увеличивает удельное электрическое сопротивление по сравнению с чистым железом, в результате чего уменьшаются потери на вихревые токи. Несмотря на то, что индукция насыщения железа с увеличением кремния в нем значительно повышается и достигает при 6,4% кремния большой величины ( =2800 Гс), все же кремния вводят не более 4,8%. Увеличение содержания кремния более 4,8% приводит к тому, что стали приобретают повышенную хрупкость, т. е. механические свойства их ухудшаются.
Выплавляется электротехническая сталь в мартеновских печах. Листы изготовляют прокаткой стального слитка в холодном состоянии или в горячем. Поэтому различают холоднокатаную и горячекатаную электротехническую сталь.
Так как железо имеет кубическую кристаллическую структуру, то намагничивание может быть неодинаково по различным направлениям этого куба. Наибольшим намагничиванием кристалл обладает в направлении ребра куба, меньше — по диагонали грани и самым малым — по диагонали куба. Поэтому важно, чтобы все кристаллики железа в листе выстроились в процессе прокатки в ряды по направлению ребер куба.
Это достигается повторными прокатками с сильным обжатием (до 70%) и последующим отжигом в атмосфере водорода, что способствует очищению стали от кислорода и углерода, а также укрупнению кристаллов и ориентировке их таким образом, что ребра кристаллов совпадают с направлением прокатки. Такие стали называются текстурованными. У них магнитные свойства по направлению прокатки выше, чем у обычной горячекатаной стали. Листы текстурованной стали изготовляются холодной прокаткой. Магнитная проницаемость их выше, а потери на гистерезис меньше, чем у горячекатаных листов.
Кроме того, у холоднокатаной стали индукция в слабых магнитных полях возрастает сильнее, чем у горячекатаной, т. е. кривая намагничивания в слабых полях располагается значительно выше кривой горячекатаной стали. Следует, однако, отметить, что в результате ориентировки зерен текстурованной стали по направлению прокатки магнитная проницаемость по другим направлениям меньше, чем у горячекатаных. Так, при индукции = 10 000 Гс в направлении прокатки магнитная проницаемость μм = 50 000, а в направлении перпендикулярно прокатки μн = 5500. В связи с этим при сборке Ш-образных сердечников трансформаторов применяют отдельные полосы стали, вырезанные вдоль прокатки, которые затем шихтуют так, чтобы направление магнитного потока совпадало с направлением прокатки стали или составляло бы с ним угол в 180°.
На рис.149 приведены кривые намагничивания электротехнических сталей ЭЗЗОА и Э41 для трех диапазонов напряженностей магнитного поля 0—2,4 А/см; 0—24 А/см и 0—240 А/см.
Электротехническая листовая сталь обладает хорошими магнитными характеристиками — высокой индукцией, малой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Благодаря этим свойствам она широко используется в электротехнике для изготовления сердечников статоров и роторов электрических машин, сердечников силовых трансформаторов, трансформаторов тока и магнитопроводов различных электрических аппаратов.
Отечественная электротехническая сталь различается по содержанию в ней кремния, по способу изготовления листов, а также по магнитным и электрическим свойствам.
Выпускается сталь следующих марок шести групп: 1) Э11, Э12,Э13; 2) Э21, Э22; 3) Э31, Э32; 4) Э41, Э42, Э43А, Э44, Э45, Э46, Э47, Э48; 5) Э310, Э320, ЭЗЗОА, Э340, Э370, Э380; 6) Э1100, Э1200, Э1300, Э3100, Э3200.
Буква Э означает «электротехническая сталь», первая за буквой цифра (1, 2, 3 и 4) означает степень легирования стали кремнием, причем содержание кремния находится в следующих пределах:
для слаболегированной стали (Э1) от 0,8 до 1,8%;
для среднелегированной стали (Э2) от 1,8 до 2,8%;
для повышеннолегированной стали (ЭЗ) от 2,8 до 3,8%;
для высоколегированной стали (Э4) от 3,8 до 4,8%.
Рис.179.Кривые намагничивания электротехнических сталей:
а — сталь Э330А (текстурованная),
б — сталь Э41 (В –Гс; Н – А/см)
Средняя величина удельного электрического сопротивления электротехнической стали тоже зависит от количества кремния. Оно тем выше, чем больше содержание кремния в стали. Стали марки Э1 имеют сопротивление р = 0,25 Ом-мм2/м; марки Э2 — р = 0,40 Ом-мм2/м; марки ЭЗ — р = 0,5 Ом-мм21м и марки Э4 — р = 0,6 Ом -мм2.
Вторые цифры после буквы Э характеризуют удельные потери при перемагничивании (Вт/кг). Эти потери тем меньше, чем больше эта цифра, т. е. больше степень легирования. Нули означают, что сталь холоднокатаная текстурованная (0) и холоднокатаная малотекстурованная (00). Буква А указывает на особо низкие удельные потери при перемагничивании стали.
Электротехническая сталь выпускается в виде листов шириной от 240 до 1000 мм, длиной от 720 до 2000 мм и толщиной 0,1; 0,2; 0,35; 0,5 и 1,0 мм.
Раздел VI.
Способы обработки материалов.
Сварка металлов.
Классификация способов сварки.
Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения металлических частей путем местного нагревания их до тестообразного или расплавленного состояния. Сварка может осуществляться с применения давления для сжатия свариваемых деталей или без применения его.
Рис.185. Виды сварных соединений и швов: а - стыковые, б – угловые, в – с накладками, г – тавровые, д – электрозаклепками
Сварку применяют при изготовлением железнодорожных вагонов, котлов, ответственных частей морских и речных судов, подъемно-транспортных сооружениях, мостов, сельскохозяйственных машин и др. Очень широко сварка и резка металла используется в ремонтных и восстановительных работах, где они позволяют быстро и с наименьшими затратами восстановить изношенное или вышедшее из строя оборудование и сооружения (доменные печи, мосты, морские суда, газопроводные линии и т. д.).
Сварка применяется для соединений и наплавки разнообразных металлов: чугуна, стали и, меди, бронзы, алюминия и др., для соединения металлов с неметаллами. Но не все металлы свариваются хорошо. Хорошо свариваются углеродистая сталь с содержанием углерода от 0,12 до 0,22%, низколегированные стали 20ХГС, 2ХМА и др. Ограниченно свариваются стали с содержанием углерода от 0,42 до 0,55%, низколегированные 30ХМА, 30ХГС и д.р. Плохо свариваются углеродистые стали с содержанием углерода 0,55%, низколегированные 35ХГС:,4ОХГС и др.
Сварочным соединением называется соединение двух металлических частей, осуществленное сваркой. На (рис.185) изображены основные типы сварочных соединений(швов). При сварке электрозаклепками верхний лист просверливается и отверстие заваривается так чтобы сварка захватывала поверхность нижнего листа.
Та часть сварочного соединения, которая образуется расплавленным в процессе сварки, а затем затвердевшим металлом, называется сварочным швом.
В зависимости от расположения шва на свариваемом изделии различают швы нижние (обыкновенные), верхние (потолочные), горизонтальные и вертикальные. Наиболее труден процесс сварки потолочных швов.
Классификация способов сварки.
Одним из признаков классификации способов сварки является применение давления для сжатия деталей в процессе сварки. Сварка может осуществляться:
-без приложения давления, путем расплавления металла свариваемых частей и слияния его; после затвердевания образуется шов (сварка плавлением);
-с применением давления, способствующего плотному контакту и взаимной диффузии металла в место соприкосновения свариваемых частей (сварка давлением).
Сварка плавлением применяется шире вследствие меньшей стоимости, простоты оборудования и универсальности.
По виду используемой для сварки, энергии подразделяют на химическую, при которой для нагревания используется тепло химической реакции (например, горения твердого или газообразного топлива); к ней относят газовая, кузнечная и термитная сварка; электрическую, при которой для нагревания используется электрический ток (электродуговая, электромашинная, электроконтактная); механическую (сварка трением, холодная сварка); ультразвуковую; сварку электронным лучом, а также диффузионную сварку в вакууме. Наиболее распространенные является электродуговая, электромашинная, электроконтактная и газовая сварка.
Кузнечная сварка применяется для низкоуглеродистых сталей. Она осуществляется при температуре, близкой к точке плавления стали (1350-1450*С), при проковки наложенных свариваемых концов. Этот старинный способ сварки трудоемкий и малопроизводительный, поэтому применяется редко.
Термитная сварка производится при помощи порошковой смеси одной части алюминия с тремя-четырьмя частями окиси железа. Термит легко зажигается и при бурном горении достигается температура 3000*С. Наплавленным железом заполняют стыки соединений. Этот способ удобен для сварки рельс и др.
Рис. 186. Сварка по способу Н.Г.Славянова
Сварка трением применяется для соединения стержней встык. В сварочной машине один стержень закрепляется неподвижно, другой вращается, касаясь торцом неподвижного. От трения температура повышается. По достижении пластического состояния вращение прекращается, стержни сдавливаются, и он свариваются. Сварка трениям соединяют однородные и разнородные металлы.
Холодная сварка производится без подогрева, но при больших удельных давлениях. Она применяется для меди, алюминия, свинца, никеля, серебра и их сплавов. Холодная сварка делиться на стыковую, точечную и шовную.
Ультразвуковая сварка основана на преобразовании ультразвуковых колебаний в механические, сто приводит к пластической деформации поверхностей свариваемых деталей и срастанию кристаллов. Этот способ применяется для соединения металлов внахлестку, а также для сварки пластмасс.
Сварка электронным лучом производится путем помещения в вакуумную камеру изделий из тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена и др.). На место, подлежащей сварки, направляют фокусированный электронный луч, под действием которого металл расплавляется и сваривается.
Общая схема литья. Элементы литейной формы.
Флюсы.
С повышением температуры скорость окисления поверхности спаиваемых деталей значительно возрастает, в результате чего припой не пристает к детали. Для удаления окисла применяют химические вещества, называемые флюсами. Флюсы улучшают условия смачивания поверхности паяемого металла расплавленным припоем, предохраняют поверхность паяного металла и расплавленного припоя от окисления при нагреве и в процессе пайки, растворяют имевшиеся на поверхности паяемого металла и припоя окисные пленки.
Различают флюсы для мягких и твердых припоев, а также для пайки алюминиевых сплавов, нержавеющих сталей и чугуна.
Флюсы для мягких припоев — это хлористый цинк, нашатырь, канифоль, пасты и др.
Хлористый цинк, называемый также травленой кислотой, является очень хорошим флюсующим средством при паянии черных и цветных металлов (кроме цинковых и оцинкованных деталей, алюминия и его сплавов). Получают хлористый цинк растворением одной части мелко раздробленного цинка в пяти частях соляной кислоты.
Для того чтобы хлористый цинк в меньшей степени способствовал коррозии паяного шва, к раствору добавляют нашатырный спирт, вливая в хлористый цинк тонкой струей до исчезновения молочного цвета.
Нашатырь (хлористый аммоний) — белая горько-соленая на вкус соль. Применяется в виде порошка и кристаллов. При нагревании нашатырь разлагается с выделением вредного для здоровья белого газа, поэтому при паянии рекомендуется пользоваться не чистым нашатырем, а раствором из 0,5 л воды, 100 г нашатыря и небольшого количества хлористого цинка.
Довольно энергичным является следующий флюс (%): хлористого цинка — 25—20, нашатыря — 5—20, воды — 70—30.
Канифоль — желтовато-коричневое смолистое вещество, получающееся в виде палочек или порошка при перегонке сосновой смолы. Флюсующие свойства канифоли значительно слабее этих свойств других веществ, но она обладает тем преимуществом, что не вызывает коррозии паяного шва. Благодаря этому канифоль преимущественно применяется для пайки электро- и радиоаппаратуры.
Канифоль применяется в виде порошка или раствора в спирте, а также палочками.
Пасты паяльные — жидкость, приготовленная из хлористого цинка и аммония или хлористого цинка и крахмала.
Для приготовления паяльной пасты крахмал растворяют в воде, затем раствор кипятят до тех пор, пока не получится клейстер. Крахмальный клейстер в холодном виде прибавляют к раствору хлористого цинка или хлористого аммония, перемешивая до тех пор, пока не получится слегка липкая жидкость.
При паянии нержавеющих и жаропрочных сталей применяют смесь, составленную из 50% плавленой буры и 50% борной кислоты, разведенных в растворе хлористого цинка до густоты пасты. При паянии серого чугуна к буре добавляют хлористый калий, перекись марганца или окись железа.
При паянии паяльную пасту наносят на спаиваемые поверхности ровным слоем. После паяния остатки пасты смывают водой с помощью волосяной щетки или тряпок.
Флюсы для твердых припоев — это бура, борная кислота и некоторые другие вещества.
Буру применяют в виде порошка, для чего ее толкут в ступе и просеивают. Чтобы при нагревании бура не пенилась, перед применением ее прокаливают. Бура легко впитывает влагу из воздуха, поэтому ее хранят в банке с притертой пробкой. Рекомендуется применять безводную буру, так как иначе флюс при нагреве теряет воду, набухает, трескается и вследствие этого затрудняется процесс пайки.
Недостатком буры является то, что после остывания она оставляет на шве весьма прочную пленку. Для понижения температуры плавления в буру иногда добавляют хлористый цинк.
Борная кислота представляет собой белые, на ощупь жирные чешуйки. По своим флюсующим свойствам борная кислота лучше буры, но применяется реже, так как стоимость ее выше.
Флюсы для пайки алюминиевых сплавов. В качестве флюсов при пайке алюминиевых сплавов применяют сложные по химическому составу смеси, состоящие из фтористого натрия, хлористого лития, хлористого калия, хлористого цинка и др. Хлористые соли обладают способностью растворять окислы алюминия, поэтому их роль во флюсах является основной. Хлористый литий и хлористый калий вводят в состав флюсов с целью понижения температуры плавления.
При пайке алюминия мягкими припоями можно применять один из трех следующих флюсов (%):
хлористого цинка —85, хлористого аммония — 10, фтористого натрия — 5;
хлористого цинка—-90, хлористого аммония — 8, фтористого натрия — 0,2;
хлористого цинка — 95, фтористого натрия — 5. При пайке алюминиевых сплавов твердыми припоями применяют следующий флюс (%): фтористого калия или фтористого натрия — 10±1, хлористого цинка — 8±2, хлористого лития 32±3, хлористого калия — остальное.
Приготовляют этот флюс в следующем порядке. Компоненты флюса вначале прокаливают для удаления из них влаги. Затем после взвешивания все компоненты, кроме хлористого цинка, тщательно перемешивают, помещают в фарфоровую посуду и нагревают в печи до 700°С. В расплавившуюся смесь вводят предварительно нагретый до жидкого состояния хлористый цинк.
Полученную смесь тщательно размешивают и выливают на стальную или чугунную поверхность. Флюс затвердевает, после его дробят, превращая в пудру. Этот флюс очень гигроскопичен, поэтому его хранят в герметически закрывающихся сосудах.
Для паяния алюминия и его сплавов широко используется также флюс 34А, состоящий из 10% фтористого натрия, 8% хлористого цинка, 32% хлористого лития, 50% хлористого калия.
Флюсы для пайки нержавеющей стали. Одним из таких флюсов является пастообразная смесь буры и борной кислоты (поровну), замешанная в насыщенном растворе хлористого цинка. Применяют также флюс 200, состоящий из 70% борной кислоты, 21% буры, 9% фтористого калия. Этот флюс пригоден для паяния конструкционных и нержавеющих сталей, а также жаропрочных сплавов латунью и твердыми припоями.
Флюсом для паяния чугуна (серого или ковкого) служит бура (60%) с добавкой хлористого цинка (38%) и марганцовокислого калия (2%). Во флюс, кроме того, входит перекись марганца или хлорат калия, способствующие выгоранию графита с поверхности металла и тем самым обеспечивающие получение чистой, хорошо смачиваемой припоем поверхности.
Для паяния свинцовых сплавов флюсом может служить стеарин.