עריכה : אינג' ב. אילן מהנדס בניין
עד לפני מעט יותר ממאה שנה החיבור בין מתכות נעשה בעיקר ע"י מסמרות. זהו סוג של חיבור הדומה ל"ניטים" של היום. ומה עשו? היו יוצרים חורים בחלקי המתכות שרצו לחבר, חיממו היטב את המתכות והמסמרות הצמידו אותם והכניסו מסמרים עם ראש בצד אחד ובצד שני דאגו, באמצעות מכות פטיש, ליצור פטרייה שתמנע שליפת המסמרות.
איפה ניתן לראות את זה היום? מגדל אייפל בפריז לדוגמה. זה לא שהשיטה נעלמה. היא שיטה טובה לעבודות עדינות כמו בייצור מטוסים וחיבורים עדינים כמו באלומיניום בשימוש ב"ניטים " .
גילוי האפשרות לחבר מתכות כבדות ועבות באמצעות ריתוך, הייתה תגלית מהפכנית של ממש באותם ימים איפשהו לפני קצת יותר ממאה שנה .
הרבה מההמצאות נולדו בגלל קושי. שיטת המסמרות הייתה קשה פיזית, שלא לדבר על איטית ומסורבלת ואם נחשב שמספר שנים אחר כך המתינה מלחמת העולם הראשונה ולך תייצר כלי מלחמה…לפיכך הרעיון של חיבור מתכות באמצעות זרם חשמלי הגיע בזמן .
כדי להבין את תהליך הריתוך צריך להבין קודם מהו זרם חשמלי. ננסה להסביר זאת באופן לא מדעי.
זרם חשמלי הוא למעשה זרימה של חלקיקים זעירים הקרויים אלקטרונים בתוך חומר. לחומר שדרכו זורם החשמל קוראים מוליך. אז איך גורמים לאותם חלקיקים לזרום בתוך החומר?
לזרימה חשמלית צריכים בעיקרון להתקיים שני תנאים: תנאי ראשון מעגל סגור כמו שביל הליכה סגור ללא יציאה. תנאי שני מפל מתח או הפרש מתח בין שתי נקודות על המעגל הסגור.
אותם חלקיקים מאד אוהבים לנוע מנקודת המתח הגבוה לנקודת המתח הנמוך שבמעגל (בשפה מדעית כמובן שמדובר בכוחות דחייה משיכה בין מטענים חיוביים לשליליים אבל אנחנו כאן לפשט).
התנועה של החלקיקים יוצרת זרם חשמלי. על מנת להבין זאת טוב יותר ולצורך הפשטות כמובן, נדמיין קבוצה של ילדים שמאוד אוהבים לגלוש במגלשה בכול פעם שהם נתקלים במגלשה הם מייד מסתדרים צפופים בתור למגלשה.
התור מתחיל מיד בתחתית המגלשה והולך סביב עד לראש המגלשה בכול פעם שמישהו גולש מטה הוא דוחף את חברו וכך הילדים דוחפים קדימה זה את זה עד שהילד בראש המגלשה נדחף וגולש מטה וחוזר חלילה ככול שהמגלשה גבוהה יותר הילדים ידחפו זה את זה בעוצמה גבוהה.
במילים אחרות ככול שהפרש המתחים גבוה יותר כך עצמת הזרימה והזרם יהיו גבוהים יותר. צריך לזכור שבלי מפל מתח לא יהיה זרם .
בחיים כמו בחיים יש הפתעות. למרות שנראה שזרם חשמלי יכול לנוע רק בתוך חומר מוצק נמצא שבמקום בו נוצר הפרש מתח גבוה בין שתי נקודות, גם אם אין חומר מוצק המחבר בניהם עלולים אותם אלקטרונים לפרוץ מנקודה בה המתח גבוה ולנוע באוויר לנקודה בה המתח נמוך יותר .
הדוגמה הקלאסית לכך הוא הברק. בתחתית העננים, בעיקר ענני סערה, מצטברים בדרך כלל מסיבות של חיכוך וסיבות אחרות, כמות עצומה של מטענים חשמליים (לצורך הפשטות נניח שמדובר באוסף ענקי של אלקטרונים ).
בשלב מסוים בגלל הפרש המתח העצום והחיבה הגדולה של האלקטרונים לנוע לנקודת המתח הנמוך נוצרת התפרצות וזרימה עצומה של חשמל לכיוון האדמה.
בגלל שהפרש המתח הוא כה גבוה ,החום שבאוויר שדרכו עובר הברק מגיע לטמפרטורה דמיונית של כמעט 30000 מעלות צלזיוס.
חשמלית ושמה קשת
עכשיו כשאנו "מומחים" בחשמל נוכל להבין טוב יותר את התופעה שהייתה הבסיס להמצאת הריתוך .
בתחילת המאה ה-19 ואף קודם לכן התגלתה תופעה מאד מעניינת. התופעה כונתה בשם "קשת חשמלית".
חשוב שנבין את עיקרון הפעולה של הקשת החשמלית כדי שנבין עד כמה פעולת הריתוך הנפוצה כיום עובדת על אותו עיקרון קדום .
ובכן מהי בעצם קשת חשמלית? אם ניקח שני אלמנטים מוליכים לדוגמה 2 מסמרי ברזל, נעמיד את ראשיהם במרחק מסוים (מספר סנטימטרים) ונחבר אותם למעגל חשמלי שיגרום להפרש מתח חשמלי בין שניהם נקבל הבזק (אור) רצוף וחזק.
צורת ההבזק היא בדרך כלל בצורת קשת. ואם נחזור למה שלמדנו קודם קודם לכן , נבין שבעצם ההבזק הזה הוא זרימה של חשמל באוויר, בדומה לברק .
רוצים הדגמה של קשת חשמלית ? היכנסו לסרטון:
ככול ההפרש המתחים גבוה יותר כך עצמת הזרימה והזרם יהיו גבוהים יותר ואף יתיכו את ראשי המסמרים. נציין שהברק גם הוא סוג קשת חשמלית אך מדובר יותר בסוג של ניצוץ בלתי מבוקר , מאשר בקשת חשמלית ממושכת.
בתחילת דרכה שמשה הקשת החשמלית בעיקר לתאורה ציבורית. במקום מסמרים השתמשו במוטות פחמן. העניין הוא שבגלל החום הרב מוטות הפחמן היו מתכלים מהר.
בעיה נוספת הייתה האור החזק והמסנוור שנוצר. לאור החסרונות הללו בשלב מסוים הופסק השימוש בקשת החשמלית לתאורה.
החום הרב שנוצר בקשת החשמלית הביא חוקרים וממצאים לחפש שימוש יותר הולם לתופעה והשימוש המתאים יותר כמובן הוא חיבור בין מתכות על יד המסה שלהן בקיצור-ריתוך.
ומה לגבי האור המסנוור? אל דאגה כבר ידאגו להמציא את מסכת הריתוך כמובן .
אי אפשר להצביע על ממציא אחד שהמציא את הריתוך אבל ניתן לומר שהמצאת הריתוך שהתבססה על הקשת החשמלית כפי שאנו מכירים הומצאה בסוף המאה ה-19.
בתחילה ניסו לרתך עם מוטות פחמן באוויר החופשי ובהמשך עם מוטות מתכת אבל התוצאה לא הייתה משביעת רצון שכן האוויר כידוע "מזוהם" בחמצן וחנקן שגורמים לחורים וסדקים והתפוררות ולכן החיבור המתקבל לא היה חזק מספיק.
תקופה קצרה לאחר מכן (עדיין בסוף המאה ה-19 ) הגיעה הבשורה מאותו מהנדס אמריקני C.L. Coffin שמצא דרך לרתך באמצעות אלקטרודת מתכת עם ציפוי מגן.
הציפוי שעל האלקטרודה נמס בזמן הריתוך והגן על הקשת החשמלית מפני זיהומי האוויר וכך התקבל חיבור איכותי יותר. זהו הבסיס לכול סוגי הריתוכים המבוססים על תופעת הקשת חשמלית שבהם אנו משתמשים כיום .
במאמר הבא ננסה לפרט לגבי על השיטות המקובלות כיום לריתוך בסיוע תופעת הקשת חשמלית.
