YNBnotes

Фьюзинг, (англ. fusing от fuse — спекание, плавка) относительно новомодное рукоделие и в том виде как есть сейчас родилось в 1990 г. Видимо, изготовление «спекаемого» витража стало возможным с появлением цветных стекол с равным КТР (коэффициентом теплового расширения). Выполняется так – на стекло-основу выкладывается рисунок из цветных кусочков стекла, причем края их, в большинстве случаев, не требуют точной подгонки и обработки, достаточно стеклореза и специальных кусачек. Собранную заготовку помещают в специальную печь и нагревают до температуры начала расплавления стекла.

Полученный витраж выглядит очень своеобразно – плавные округлые края, каждый элемент напоминает этакий растаявший леденец. При наличии толики художественных способностей получаем весьма интересные вещицы. Более того, здесь можно применить целый арсенал приемов - задействовать металлическую фольгу, опилки, проволоку, крошки и пудру из стекла, трафареты для них, приемы перегородчатой эмали, применять обжиговые краски по стеклу и керамике, химикаты дающие пузырьки внутри стекла. Печь для фьюзинга позволяет также проводить формовку листового стекла – моллирование. Готовые вещицы можно соединять «низкотемпературными» методами, тот же Тиффани, в большие витражи. Словом – бездна возможностей для творчества.

Цветное стекло с одинаковым КТР, как и многие материалы для фьюзинга стоят дорого, однако же, самой затратной статьей в освоении этой техники является конечно печь. Печь для сплавления стекол довольно необычна, форма ее диктуется технологией спекания – плоский под-стол на который удобно класть стеклянный лист-заготовку, откидная крышка с внутренними нагревателями. В целом, напоминает чемодан, на некоторых даже застежки есть.

Муфельные печи – с нагревателем поверх камеры-муфеля, для фьюзинга не используются – после нагрева стекла до температуры плавления изделие следует довольно быстро охладить до температуры отжига, при этом, печи частенько приоткрывают. Быстрый сброс температуры в муфеле затруднен – слишком велика тепловая инерция, да и закладывать заготовки в камеру неудобно.

Печи для фьюзинга существуют очень разных размеров и соответственно мощностей. С нагревателями небольшой печки вполне может справиться и домашняя проводка.

Спекание стекол «за не дорого».

Попробовать себя в этом интересном деле можно и не тратя больших сумм – для начала, существует оригинальный вариант с АлиЭкспресса – специальные тигли для микроволновки. Представляет собой огнеупорный тигель с графитовой обмазкой изнутри. Обмазка раскаляется в СВЧ волнах и греет излучением стекло. Достоинство одно, но изрядное – стоимость. На момент написания тигель стоил 2-4 тыс.руб. в зависимости от размера.

Недостатков у такого простого варианта, как водится, масса. Контролировать температуру можно только визуально, «на глазок», контролируемый отжиг для снятия внутренних напряжений невозможен. Малый размер – только для бижутерии, невозможность использования металлов. Как правило, подобрав опытным путём режим спекания и израсходовав при этом прилагающиеся в комплекте осколки стекла, занятие и тигель забрасывают.

Маргариту оттащил Коровьев. – Я ванну пристроил, – стуча зубами, кричал окровавленный Могарыч и в ужасе понес какую-то околесицу, – одна побелка... купорос...

Булгаков А.М. – Мастер и Маргарита.

Специализированная электрическая печь, конечно, значительно более совершенна, однако, самая маленькая – 200х200 мм, стоит 35 тыс. руб.  Понятное дело – одни огнеупоры, контроллер с заданием термопрофиля, кварцевые и керамические трубки для нагревателей, сборка опять-же… Обладая мастерской или гаражом,  толикой слесарных навыков и опытом работы с электричеством, вполне можно собрать такую печь самостоятельно, потратив на материалы меньше половины стоимости, но что делать безлошадным-безгаражным жителям «бетонных джунглей»?

Идея.

Идея чрезвычайно простой и недорогой печи для фьюзинга «промежуточных» характеристик, принадлежит тов. «Илья МГУ», с металлического форума. Печь небольшого размера, но уже можно выпекать стекляшки куда более серьезные, нежели кольца-брошки-подвески в микроволновке. Можно использовать проволоку, фольгу и весь арсенал фьюзинговых приемов. Электрический нагреватель сопротивления в крышке, термопара с простым температурным контроллером. Невысокая, даже для квартиры мощность, возможность изготовления на кухне из широко распространенных недорогих деталей и элементов. Конструкция не содержит специализированных высокотемпературных огнеупоров.

В качестве верхней крышки печи чемодана, используется деталь от электрической плиты со стеклокерамической поверхностью – конфорка. Она имеет металлический кожух футерованный волокнистым огнеупором, в который заформованы специальные выступы ленты-нагревателя. Конфорка дополняется ручкой и термопарой подключенной к простому контроллеру. В качестве основания, применена плоская жестяная банка залитая гипсом. 

Собственный вариант простой печи из конфорки.

Мне досталось две б/у конфорки внутренним рабочим диаметром 140 мм, с механическим термостатом в металлическом (существуют варианты с кварцевой трубочкой) чехле.

Что было использовано при работе.

Инструменты, приборы, оборудование.

Набор обычного некрупного слесарного инструмента, ювелирный лобзик с принадлежностями, небольшая УШМ, шуруповерт или электродрель. Набор электромонтажного инструмента, паяльник 40 Вт для электромонтажа, покрупнее – 60…80 Вт – для конструктивной пайки. Разметочный инструмент. Пригодился инструмент для установки вытяжных заклепок, строительный фен.

Материалы.

Кроме самих конфорок, понадобился листовой асбест, пенобетонный кирпич, провода разные, термопара, термотрубки, нейлоновые хомуты. Использовался готовый самодельный блок управления для муфельной печи (или контроллер+твердотельное реле+радиатор+корпус). Гасящий резистор подходящей мощности (масляный обогреватель). Немного оцинкованной стали, крепеж.

К делу.

Контакты термостата конфорки были принудительно замкнуты и пропаяны, к выходным клеммам припоем олово-медь, припаяны провода в силиконовой изоляции. Рядом с термостатом, просверлено отверстие и во внутреннюю полость, введена термопара хромель-алюмель (тип К), от мультиметра. К щупу штатного термостата термопару прикрепил несколькими витками нихромовой проволоки. 

Жестяной кожух – на поверку, оказался самым сложным элементом моей печи. Спаян он из «кровельной» оцинкованной стали 0,5 мм, припоем олово-медь (температура плавления выше чем у свинцовых припоев) . Флюс – паяльная кислота (хлористый цинк), паяльник 60 Вт. Сложные детали выпилены ювелирным лобзиком, прямые резы – слесарными ножницами по металлу.  Кривые линии размечались так – заготовку железки приставлял в нужное место, и циркулем, с иголкой в центре конфорки, вычерчивал нужного радиуса дугу.  

Паял изнутри, главным образом для эстетики. Напротив «ножевых» клемм штатного конфорочного термостата, с припаянными к ним проводами, на кожухе сделал вентиляционные отверстия (сверху и снизу), чтобы те охлаждались током воздуха, и припой не расплавился.

За край кожуха, решил зацепить и один из кронштейнов для ручки, этим же крепежом пришпилил держалку для проводов. Жестяные железки скреплял алюминиевыми вытяжными заклепками.

Передний кронштейн для ручки крепился на штатный кожух и состоит из двух жестяных деталей. К кожуху крепится короткими саморезами, соединение между собой – заклепками.

Внешняя часть.

Нагреватель конфорки, мощностью 1200 Вт для запекания стёкол слишком мощный – темп нагрева для столь малого объема велик, стекло не успевает равномерно прогреваться, заготовка растрескивается. Для устранения недостатка мощность нагревателя пришлось понизить – включить последовательно с ним мощное сопротивление – масляный обогреватель на половине мощности. При этом на нагревателе конфорки падение напряжения составляет ровно половину сетевого – 110 вольт. 

Контроллер для управления печью – простой, «однотемпературный» с самодельным «твердотельным реле» - мощным тиристорным ключом.  На его задней стенке смонтирована розетка для подключения последовательной с печью нагрузки и винтовой клеммник для нагревателя печи. Термопара подключается непосредственно к контроллеру.

Крышка печи стоит на огнеупорной основе – асбестовый лист, под которым половинка кирпича из пенобетона. Рядом, стоит держать такую же огнестойкую подкладку – на нее, при необходимости, можно поставить горячую верхушечку «открытой» печи.

Спекание.

При спекании стекол нужно выдержать две главных температуры – начала плавления стекла (710…800°С в зависимости от сорта стекла) и температуру отжига (500…600°С зависит от сорта и размеров заготовки). Первичный нагрев происходит максимально (в разумных, конечно, пределах) плавно, после, температура быстро сбрасывается до «отжиговой».

Обычно, процессом руководит программируемый контроллер «с термопрофилем». Здесь, применен простой контроллер с поддержанием одной температуры, а переключают их вручную - полуавтомат. По достижении 800 °С (~30 мин.), крышка печи приоткрывается, на контроллере устанавливается 500 °С и изделие отжигается 1 час. После, нагреватели печи отключаются и изделие остывает вместе с печью до комнатной температуры (~1 час). Небольшие размеры стекляшек, позволяют не опасаться мелких неточностей процесса.

Ну что же, первый опыт вполне удачен – стекла сплавились, но не в ровную поверхность, образец не растрескался – температурный профиль для этого сорта стекла следует признать удачным. Попробуем, что ни будь более осмысленное.

Два зверя, хм, вполне в духе дня, как олимпийские мишки, в свое время… Здесь, в порядке эксперимента, вплавлено два сорта бисера, медная проволочка, стекла приплавлены не только «внахлест» но и практически «встык». Бисер (стекло с отличающимся КТР) и медная проволока (тем более) должны быть очень небольшого размера (диаметра, сечения), относительно основного стекла и тогда возникшие напряжения не разрушат изделие.

Babay Mazay, декабрь, 2018 г.

Устройство проектировалось для работы с лабораторными или технологическими нагревательными печами - муфельными, для обжига керамики, отжига, формовки или сплавления стекла в домашней мастерской, но может управлять и любыми другими нагревательными приборами – электрокотлом, тепловентилятором и пр. Мощность описанного прибора позволяет работать с относительно небольшими печами с нагревателями до 5…7 кВт и зависит от применяемых ключей (тиристоров или симисторов) и эффективности их теплоотвода.

Блок управления собран на основе недорогого фабричного цифрового ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальное управление) термоконроллера и позволяет весьма точно выдерживать заданную температуру учитывая тепловую инерционность печи или нагревателя, т.е. автоматически устраняет «выбег» температуры. Расчет «коэффициентов» печи автоматический, при первом нагревании.

Блок управления представляет собой ПИД контроллер с электронным ключом на тиристорах и собран в виде отдельного от печи универсального модуля в жестяной коробке. Схема принципиальная электронного ключа (твердотельного реле) на Рис.1.

Конструкция прибора.

Литература

• Управление нагрузкой на переменном токе.  О. Николайчук.  Russian HamRadio

• Твердотельное реле. Схема принципы работы твердотельного реле.

Babay Mazay, декабрь, 2018 г.

В стеклодувном деле, той его разновидности, что имеет дело с размягчением стекла в пламени горелки, преимущественно имеют дело с заготовками - трубками и сплошными палочками (штабиками, дротами). Применяя заготовки различного диаметра, придавая им ряд форм и спаивая полученные элементы между собой, мастер-стеклодув получает весьма сложные приборы. Соответственно, вся подобная работа со стеклом состоит из невеликого ассортимента относительно простых операций и приемов.

Самые простые операции, еще до горелки – заготовительные – резка заготовок-трубок на отрезки нужной длинны. Приемов такой резки несколько, удобнейший из которых для некрупных трубок – применение стеклодувного ножа. Им в нужном месте наносится черта – царапина и трубка разламывается. Торцы заготовок, как правило получаются замечательно ровными. Способ очень хорош - быстрый, аккуратный, высококачественный, но к заготовке приходится прилагать значительные усилия, что не всегда и везде возможно.

Нередкая задача – отрезать короткие хвостики около стеклянного элемента или края трубки. При попытке разламывания стекла в таких местах, весьма высока вероятность травм и порезов «оператора».

В таких случаях с пользой задействуют, обычно, крайне неприятное свойство стекла – разрушение при термоударе. В нужном месте также наносят стеклодувным ножом небольшую царапину, как вроде – указывают ей путь и резко нагревают или напротив – разогретое быстро охлаждают. Хорошо известен способ резки, например, бутылок, оборачиванием заготовки, накаленной электротоком, проволокой. Удобнее и универсальнее специальный стационарный прибор с растянутым на стойках V-образным горячим рабочим элементом (Рис. 3). 

Порывшись в закромах обнаружил подходящий трансформатор и немного нихромовой проволоки Ø 0,5 мм. Трансформатор достаточной мощности, широкий и плоский – можно будет встроить в подставку или, говоря точнее – разместить держатели на крышке его коробки. Кроме того, на нем уже имелись несколько готовых сильноточных обмоток, одна из которых согласилась работать с куском моего нихрома разумной длины. Имелась и удобная крышка-крепление с крупной резьбой по оси.

К делу.

Основание-коробку сделал из фанеры. Для толстых стенок подобрал остатки деревянного корпуса от своего старого прибора. На торцевой маятниковой пиле выкроил из них кусочки получше.

На стенках корпуса два установочных прибора – тумблер сети с индикатором, на передней панели; колодка плавкого предохранителя на задней. Конструкция этих мест проста и утилитарна – приборы устанавливаются на небольшой дополнительной панели из нетолстого текстолита, а на фанерном корпусе крепятся спереди, внахлест, прикрывая специальный паз. 

Сборку корпуса прибора сделал на столярный клей ПВА и некрупные гвоздики, дли них в верхних деталях просверлил отверстия. После сборки, остатки клея немедленно удалял влажной тряпочкой.

Стойки для рабочего инструмента - накаляемой проволоки, сделал из нетолстой медной трубки. На крышке коробки они закреплены в переходных элементах – деревянных опорных площадках. Последние выточил из сухой березы.

Клеммник разделил на две равные части ювелирным лобзиком и припаял их к торцам медных трубок. Пайка огневая. Винтик контакта со второй пластинкой удален, детали зачищены. Применен флюс-паста для огневой пайки и оловянный припой. После отмывки остатков флюса, резьба на контакте восстановлена метчиком.

Подготовленные трубки залиты клеем-цементом из жидкого стекла и стеклянной пыли - собранным и просушенным шламом из витражной шлифовальной машины. Для глубокого проникновения густого цемента применил медицинский шприц с носиком удлиненным кусочком подходящей термотрубки. Состав закладывал шпателем, вынув поршень шприца.

Сборка и настройка прибора.

В порядке эксперимента, для натяжения нихромовой полупетли применил небольшую пружинку, как раз и место куда ее приделать нашлось – в головке болтика для крепления трансформатора просверлил соосное глухое отверстие под резьбу М3 и из кусочка винтика сделал крепежное ушко. Оказалось – вздор. После небольшого рабочего нагрева петля преотлично принимает и сохраняет нужную форму, даже будучи исходно причудливо завитой. На фото рабочий элемент из двух нихромовых проволок Ø 0,5 мм.

Настройка же прибора заключалась в подборе температуры проволоки – ее желательно иметь побольше, но к слишком горячей начинают липнуть легкоплавкие сорта стекол. Это не страшно – при выключении аппарата и остывании проволоки, через 4…7 секунд они разделяются из-за сильной разницы в ТКР (коэфф. t расширения), но работать неудобно. Температуру можно регулировать переключая обмотки трансформатора, к счастью, их оказалось достаточно; изменяя длину и диаметр проволоки. Наконец, плавно и оперативно – внешним ЛАТРом.

Как это работает.

В нужном месте стеклянной трубки делается царапина длиной 5…10 мм. Это начало кольцевой трещины. Этой царапиной трубка прикладывается к раскаленной проволоке. Полминутки спустя слышится негромкий «Крак!». Трубку чуть проворачиваем и продолжаем вести трещину до полного соединения ее концов. Трубка легко разламывается.

Следует сказать, что проволоку желательно взять потолще, с ней прибор работает гораздо лучше. Классики рекомендуют диаметр 0,7…1,5 мм.

P. S. Интересующихся и сочувствующих располагающих литературой (книги, статьи, заметки) 1920-30-х годов касательно изготовления первых радиоламп, прошу поделиться.

Babay Mazay, март, 2022 г.

Стекло – своеобразный, капризный, весьма непростой в обработке, но удивительный материал. Существует немало декоративных техник для работы с ним, фьюзинг - сплавление в печи - одна из самых эффектных. Техника эта относительно молодая и получила широкое распространение с появлением специальных цветных стекол с одинаковым КТР (коэффициент теплового расширения). Детали из только таких стекол можно сплавлять в единую конструкцию иначе более-менее сложная (крупная) работа при остывании разрушается от внутренних напряжений. Средствами фьюзинга получаются стекляшки подобные леденцу - с гладкими оплавленными краями. В технике фьюзинг хороши как небольшие декоративные вещицы, дамская бижутерия, так и фрагменты-детали большого витража или даже витраж целиком. Техника конечно не без недостатков – готовые работы плоские и односторонние; дорогие стекла, материалы и химикаты, а главное – специальная печь.

Обожаю заглядывать мастерам через плечо! Сегодня, этакую экскурсию в свою домашнюю витражную мастерскую мы и проведем на примере изготовления в помянутой технике фьюзинг стеклянных ёлочных игрушек – на дворе начало декабря, самое время.

Что понадобилось для работы.

Художественное стекло для фьюзинга, специальная печь, набор инструментов, химикатов, приспособлений и оборудования для обработки стекла (см. ниже), мелочи. 

Он не здесь уже, он по соседству

где-то, ближе к детству, к школе, что ли,

ближе к манускрипту, к палимпсесту,

к бронзовому ангелу с трубою.

Гаснущие блики ближе к сердцу

принимает он, чем нас с тобою.

М. К. Щербаков – CHINATOWN

Первым делом идея и её проработанный рисунок. Здесь, мы сосредотачиваемся на технических аспектах дела, оставляя за скобками художественно-эстетическую сторону – формы, размеры, цветоведение, прозрачность – с этими обширными сведениями читатель может ознакомиться самостоятельно в специальной литературе. Конструкция нашей вещицы должна быть сообразной, достижимой применяемой техникой. Печное спекание дело непростое - мы не можем вмешаться в процесс или видеть его протекание. Одна единственная неустойчивая стеклянная деталь-крошечка, может скатиться при нагревании и испортить всю работу или размягченные детали поведут себя не так как предполагалось, поэтому гарантий нет никаких и каждый раз открываешь крышку остывшей печи затаив дыхание. Впрочем, опыт позволяет сводить вероятность неудачи к минимуму.

Расплавленное стекло подобно густой жидкости, этакому сиропу. Рассматривая его таким образом, нетрудно предсказать и поведение стекла в печи – детали размягчаются и провисают несколько расплываясь. Отчасти действуют и силы поверхностного натяжения – свободно лежащая стекляшка в конечном итоге стремиться собраться в каплю. Из этих соображений и должна быть сконструирована работа.

Проработанный рисунок с нашей идеей выполняется в натуральную величину и называется картоном (Фото 2).

Шаблоны.

Для переноса контуров деталей на заготовки – цветное стекло, применяются шаблоны из нетонкой прозрачной пленки (Фото 3). Пленка слишком толстая тоже нехороша – трудно вырезать ножницами. Ориентироваться можно на толщину 0,25…0,4 мм. В сложной работе все детали заранее пронумеровываются на картоне, эти номера переносятся на шаблоны спиртовым фломастером.

Шаблон прикладывается к стеклу правильной стороной и обводится тем же спиртовым фломастером. Прозрачная пленка позволяет рассмотреть рисунок под шаблоном и выбрать лучший вариант для крупных деталей. Многие, особенно слоистые стекла имеют и выраженное направление. Длинные и узкие детали следует располагать вдоль него иначе их трудно будет отрезать.

Резка стекла.

Фигурная резка стекла – главный витражный навык. Резка в большинстве случаев по предварительной разметке - произвольному контуру на стекле. Такие резы делаются стеклорезом от себя, вперёд, при этом хорошо видно линию реза. Для подобной работы удобнее роликовый масляный стеклорез с узкой головкой (Фото 4). В работе придерживаться обычных правил резки листового стекла – ровная, гладкая (легко сметать крошки) и слегка упругая поверхность, значительный и непрерывный нажим на инструмент, рез от края и по возможности более прямой, нельзя проводить стеклорезом по одной линии дважды.

По прочерченной стеклорезом царапине стекло нужно сломать – добиться в этом месте трещины. Либо обычном образом, постукивая с обратной стороны массивным металлическим шариком на рукоятке стеклореза, либо специальными витражными инструментами – ломателями (Фото 5). В утешение – витражное стекло тоньше обычного оконного и менее прочно, после небольшой практики, как правило, уверенно режется даже детьми среднего школьного возраста.

Выравнивание краев деталей, подгонка.

В некоторых крупных работах детали не обтачивают, сплавляют сразу после стеклореза. В работах мелких и сложных и при повышенных требованиях к точности и качеству торцов, их следует обработать на шлифовальной машине – сглаживаются неровности, устраняются зазоры. Шлифовальная машина – главный инструмент в витражном деле, например, в технике Тиффани. Мы используем самодельный агрегат (Фото 7) и сверлильный станок (Фото 8) для особенно мелких деталей. Алмазный инструмент при работе необходимо омывать водой.

Подготовка основания для спекания

Прежде всего основание – кроме специальной дорогой керамики преотлично работает обычная облицовочная плитка (Фото 10, 11).

Размягченное в печи стекло отекает и неизбежно насмерть прилипает к незащищенному керамическому основанию или поду печи. Существует несколько специальных средств и множество не менее специальных химикатов для предотвращения их слипания. Аэрозоли, готовые жидкости и порошки для их приготовления. Весьма удобна в работе «керамическая бумага». Наш бюджетный вариант – сухой просеянный гипс (алебастр). Для надежности – поверх керамической бумаги (Фото 12) - при аккуратном обращении она таким образом работает десятки циклов.

Сборка фигурки.

КАРЫЧ - Как ты думаешь, можно ли его (ангела-хранителя) всё таки как-то увидеть, и он постоянно при мне или налётами?

ЛОСЯШ – Мне тоже своего надо увидеть! Я неделю возился с реактивами в лаборатории, делал очень интересное научное открытие, а сегодня забыл снять его с конфорки и оно сгорело! Я хочу спросить, а где он порхал в этот момент?! Я хочу поговорить с его начальником!

М/ф  СМЕШАРИКИ, Жмурки и ангелы.

Сборка из подготовленных деталей. Не дыша (гипс), тончайшим пинцетиком. При оформлении фигурок применялись кусочки стеклянных струн изготовленных на горелке, стеклянные крошки (измельченные в стальной ступке кусочки стекла рассеянные затем на фракции), запекаемая краска по стеклу.

Собранные на небольшом основании фигурки (Фото 16, 17), с рабочего стола аккуратнейшим образом переносятся в печь (Фото 18).

Спекание.

Спекание стекол – длительный многостадийный процесс, к счастью автоматизированный. Полный цикл от включения до открытия остывшей до ~50 град. Цельсия печи – 18…20 часов. Максимальная температура нашей программы – 740 град. Цельсия. Интересно, что интенсивное сплавление длится только несколько минут, все остальное время – очень плавный нагрев и остывание с разными скоростями, плюс «плато» для выравнивания температуры, выгонки воздушных пузырей между слоями, наконец - отжига готового изделия. Рекомендуемые «термопрофили» следует искать у изготовителя стекла и экспериментально подгонять под свою печь и нужды. Изменяя температуру и время сплавления можно добиться как рельефных работ, так и сплошной ровной пластинки с оплавленными краями.

Что получилось.

После извлечения из печи фигурки отчищаются и отмываются с жесткой щеткой от прилипшего сзади гипса, алмазным инструментом – на шлифмашине и надфилями притупляются возможные острые кромки. Ёлочные игрушки снабжаются веревочками, упаковываются.

Фотосессия.

Авторская витражная мастерская.

Babay Mazay, декабрь, 2021 г.