Кто изобрел сварочный аппарат

Кто изобрёл электросварку и при чём тут русский инженер Николай Бенардос

Писать о важности электросварки в современном мире не имеет смысла, так как куда ни кинь взгляд, то обязательно наткнёшься на предмет или здание, где применялась сварка. Креативный редактор магазина «220 Вольт» Алексей Птушкин погрузился в историю создания первого сварочного аппарата. Получилось познавательно и интересно.

Первая электродуга

В 1800 году корнуольский физик и изобретатель Хемфри Дэви впервые смог зажечь электрическую дугу. Дуга получалось нестабильной и быстро гасла, но это открытие подтолкнуло молодого учёного к созданию первой электрической лампы накаливания. Лампочка с нитью из платины светила не слишком ярко.

В начале XIX века с электричеством экспериментировали учёные по всему миру, но в данном случае ключевыми являются опыты профессора медико-хирургической академии Василия Владимировича Петрова. В 1802 году он собрал огромную гальваническую батарею из 4200 пластинок меди и цинка. Петрову удалось зажечь стабильную электрическую дугу между угольными стержнями.

Василий Владимирович Петров и его гальваническая батарея

Петров провёл и подробно задокументировал эксперименты по электролизу, нагреванию разных материалов электрическим током, ввёл понятие “сопротивление” и предложил идеи практического применения электричества. Одна из таких идей – сварка металлов.

От теории к делу

Идея сварки металлов впервые воплотилась полвека спустя. В 1867 году американский инженер Элиу Томсон разработал технологию стыковой сварки. Он пропустил ток через прижатые друг к другу куски металла. Когда кромки начали плавиться, Томсон сжал их и проковал молотом. К 1892 году Томсон основал компанию THOMSON–Houston Electriс, которая занималась производством промышленного электрооборудования, в том числе и станками для стыковой сварки.

Станок Томсона для стыковой сварки

В Германии над похожим методом сварки работал инженер Цернер. С помощью угольных электродов он разогревал металл, а потом, так же как Томсон, проковывал стык кузнечным молотом.

В 1875 году Вильгельм Сименс пытался на своих заводах использовать электричество для сварки телеграфных проводов. Концы проволоки накладывались внахлёст, а затем их “накаливали” постоянным током. Решение получилось громоздким и неэффективным.

Аппарат Бенардоса

В 1881 году главной сенсацией Международной электротехнической выставки в Париже стал выставочный экспонат под названием “Электрогефест”. Так инженер Николай Николаевич Бенардос назвал первый в мире аппарат для дуговой сварки металлов. Сорокалетний изобретатель использовал угольные электроды и аккумуляторы, где для регулирования силы тока элементы в них можно соединять последовательно или параллельно.

Аппарат Бенардоса позволял сваривать металл в труднодоступных местах без дополнительной проковки и обработки. “Электрогефест” одинаково легко соединял листы железа, проделывал отверстия в стальных плитах и резал рельсы. Изобретателю сулили миллионы, но его плачевное финансовое состояние не позволяло заняться оформлением патентов. Дошло до того, что разорившийся инженер продал своё имение.

Оформить изобретение Николай Николаевич смог только шесть лет спустя, когда на помощь пришёл богатый купец Ольшевский. Он предложил оплатить необходимые взносы и финансировать дальнейшую работу изобретателя, а взамен сам Ольшевский указывался в патентах как соавтор. Бенардос вынужден был согласиться.

Патент на “Электрогефест”

В 1885 году благодаря Ольшевскому открылась техническая мастерская “Электрогефест”. В небольшом заводском цеху Николай Николаевич демонстрировал своё изобретение, отрабатывал различные методы сварки, экспериментировал с флюсом и создал систему управления дугой. В мастерскую приезжали посетители со всего мира. И уже через несколько лет электродуговую сварку начали использовать в промышленном производстве в Европе и Северной Америке.

Сварочное оборудование Бернардоса в Лухском краеведческом музее

Битва патентов

За технологию электродуговой сварки начинались настоящие патентные битвы. Юристы нашли патент, который в дни Парижской электротехнической выставки получил французский инженер Огюст де Меритен. Англичане достали из архивов патент американского изобретателя Стэда, зарегистрированный ещё в 1849 году, но никогда раньше не опубликованный.

Не лучше обстояли дела и в России: совладельцы общества “Электрогефест” умудрились присвоить себе большую часть изобретений Бенардоса. У Николая Николаевича возник конфликт с другим выдающимся инженером Николаем Гавриловичем Славяновым. Славянов предложил использовать плавящиеся электроды и поэтому назвал свой способ “электрическая отливка металлов”. Бенардос даже подал в суд, обвиняя Славянова в незаконном использовании своих патентов.

Долгое и затратное разбирательство завершилось не в пользу Бенардоса. Суд признал “электрогефест” и технологию “электрической отливки” независимыми и самостоятельными изобретениями.

К этому времени здоровье Николая Николаевича серьёзно ухудшилось — сказались годы работы с едкими кислотами и свинцом. И продолжились финансовые проблемы. Все деньги уходили на новые, порой крайне странные изобретения, регистрацию патентов и судебные тяжбы. Бенардос даже был вынужден просить совет Русского технического общества о скромной пожизненной пенсии.

Послесловие

Умер инженер Николай Николаевич Бенардос в возрасте 63 лет в забвении и бедности в палате фастовской богадельни. Известие об этом не попало ни в одну газету, так как страну в это время сотрясали события Русской революции 1905-1907 годов, Цусимского разгрома, восстания на “Потёмкине”.

Признание пришло к Бенардосу в конце XX века. В 1981 году под эгидой ЮНЕСКО открылся музей изобретателя в посёлке Лухе, Ивановской области; почта СССР выпустила марку с его портретом, а в Ивановском университете начали проводить конкурс электросварщиков с призом, названным в честь Николая Николаевича.

Имя Бенардоса вновь появилось в научно-популярных публикациях, где исследователи обсуждали почти две сотни изобретений талантливого инженера: от парохода, умеющего выбираться на берег, до проекта гидроэлектростанции в устье Невы.

Памятник Бенардосу в Иваново

Но главная память о выдающимся инженере – это технология, без которой невозможно представить себе современный мир – электродуговая сварка металлов.

Историческая справка об изобретении сварки

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

В 1802 г. русский ученый Петров В.В. открыл электрический дуговой разряд и указал на возможность использования его для расплавления металла. На Западе принято считать, что первым в этом был английский ученый Хамфрей Дэйвис, работы которого в этой области также относятся к началу XIX века. В 1882 г. русский инженер Бенардос Н.Н. открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им были также разработаны способы дуговой сварки в защитном газе, дуговой резки и др. Несколькими годами позже (в 1888 г.) другой русский инженер Славянов Н.Г. предложил производить дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Он создал первый сварочный генератор, предложил флюсы, позволяющие получить высококачественные сварные швы. Работы Славянова Н.Г. и других ученых были использованы шведским инженером Оскаром Кельбергом, который в 1907 году создал первый покрытый электрод. Так была изобретена сварка покрытыми электродами. При этом использовался постоянный ток, получаемый от сварочных генераторов. Сварку покрытыми электродами на переменном токе стали применять начиная с 20-х годов XX-го столетия.

Держатели для дуговой сварки угольным электродом, предложенные Н.Н. Бенардосом

В 30 — 40-х годов прошлого столетия был разработан способ полуавтоматической и автоматической сварки под флюсом, позволяющий повысить производительность процесса сварки в несколько раз.

С 1920 года получил промышленное применение способ дуговой сварки неплавящимся электродом в инертных газах (ТИГ). Хотя первый патент, относящийся к данному способу сварки, был зарегистрирован еще в 1890 году.

Дуговая сварка плавящимся электродом в защитных газах (МИГ/МАГ) впервые была предложена в США в 1948 году.

В 1950-52 г. группой советских ученых под руководством Любавского К.Ф. и Новожилова Н.М. разработан способ сварки в среде углекислого газа низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

В настоящее время сварка покрытыми электродами, сварка плавящимся и неплавящимся электродом в защитных газах, а также сварка под флюсом, которые являются электрическими дуговыми способами сварки, широко применяются в промышленности.

Однако существуют и другие (не дуговые) способы сварки. Так одним из широко применяемых не дуговых способов сварки является контактная сварка, при которой расплавление металла деталей в точке их соединения происходит за счет выделения тепла в месте контакта при прохождении электрического тока. Первые патенты по этому способу сварки относятся к 1885 году.

В настоящее время нашли применение и такие способы сварки как электронно-лучевая, лазерная, индукционная, сварка трением и другие.

Классификация основных способов сварки

Сварка является одним из процессов соединения материалов. Как показано на схеме ниже, все существующие способы сварки могут быть разделены на две основные группы:

Читайте также  Орбитальная шлифовальная машинка по дереву

сварку плавлением: газовая, электрическая дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная и др.;

сварку давлением: контактная, трением, диффузионная, ультразвуком и др.

Сварка плавлением осуществляется плавлением кромок соединяемых деталей и присадочного материала с образованием общей сварочной ванны. Сварное соединение образуется без внешних усилий.

Сварка давлением осуществляется посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями с применением внешних усилий.

Принципы основных способов электродуговой сварки плавлением

Электрическая дуговая сварка – источником тепла является электрическая дуга. К этому виду сварки относится: ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА), электродуговая сварка в среде защитных газов (МИГ/МАГ и ТИГ), электродуговая сварка под флюсом, плазменная сварка и другие способы сварки.

Газовая сварка — химический способ сварки плавлением, источником нагрева металла которой является тепловая энергия, получаемая в результате химического процесса сгорания газообразного (или парообразного) горючего в смеси с кислородом. Сварной шов формируется за счет основного и присадочного металлов, расплавленных газовым пламенем.


Схема газовой сварки

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА). Источником нагрева металла является электрическая дуга. Сварной шов формируется за счет расплавленного основного и электродного металлов.


Схема сварки ММА

Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом в защитном газе (МИГ/МАГ). Источником нагрева металла является электрическая дуга. Сварной шов формируется за счет расплавленного основного металла и металла электродной проволоки (сплошного сечения или порошковой).


Схема сварки МИГ/МАГ

Дуговая сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в инертном газе. Источником нагрева металла является электрическая дуга. Сварной шов формируется либо только за счет расплавленного основного металла, либо также и за счет металла присадочной проволоки.


Схема сварки ТИГ

Кто изобрел сварку

История развития сварки далеко до нашей эры. С тех пор, как люди научились добывать металл, они стремились создавать из него что-то полезное. Самый надежный способ соединения – горячим методом. Сейчас трудно представить, что два века назад русские ученые стояли у истоков современных сварочных аппаратов.

С тех пор началась новая страница жизни человечества. Сейчас существует несколько и видов сварочных технологий, применяемых на производстве и в быту. Современная история сварки – это изобретение новых агрегатов, методов соединения металлов, индивидуальных средств защиты нового поколения. Но по-прежнему популярной остается традиционная дуговая с помощью расплавляемых и тугоплавких электродов. Сварщики создают огромные металлоконструкции и миниатюрные произведения искусства.

Роль сварки в современном мире

В настоящее время развиваются методы лазерной сварки. Разработана технология высокоточного соединения металлов. Появляются новые композитные материалы, распространено использование алюминия, нержавеющих сталей, цветных металлов. Широкое распространение получили следующие виды высокотемпературного соединения металлов:

  • аргонодуговая технология позволяет получать все виды соединений: стыковые, угловые, тавровые, внахлест;
  • газовая, с помощью нее создаются магистральные трубопроводы, пролегающие далеко от источников тока;
  • полуавтоматическая позволяет ускорить процесс соединения элементов, обладает высокой точностью, снижает риск образования некачественного шва;
  • всегда остается востребованной традиционная ручная электродуговая.

Меняются источники питания, усовершенствуются держатели, но принцип горячего соединения металлов не претерпевает изменений. Сварочный метод предпочтительнее других видов соединений из-за ряда преимуществ:

  • из-за экономии металла;
  • износостойкое оборудование имеет большой запас прочности, его применяют в любых условиях;
  • образуются соединения на молекулярном уровне, обладающие высокой прочностью.

Первые упоминания сварки

Задолго до появления сварочных агрегатов существовали другие способы соединения металла. Найдены образцы соединений, созданных в VIII – VII веках до нашей эры. Самородное золото, кусочки меди и метеоритные сплавы использовали для бытовых целей, оружия. Их скрепляли при нагреве методом, сравнимым с ковкой.

Этап возникновения литья – следующая страница история сварочной технологии. Зазоры между частями металла заливали расплавами, получалось подобие швов. Когда были открыты легкоплавкие металлы, для соединяя металлов стали применять их, возникла пайка. Технологии пайки и ковки использовались до открытия метода электрической дуги, до конца XIX века.

Открытие электрической дуги

Физик и электротехник, академик Василий Петров открыл эффект электродуги в 1802 году. Во время опытов он пропускал электроток через металлический и угольный стержень и заметил, что возникает яркая вспышка – высокотемпературная дуга. В его трудах есть описание этого явления. Но до открытия сварочного аппарата были годы, пока развивалась электротехника. Для дуговой технологии нужны были мощные источники тока.

Русский изобретатель Николай Бенардос разработал электродуговую сварку только через 80 лет после открытия дуги. Начался новый этап истории развития сварки. Николай Николаевич применил дугу для резки и соединения металлических элементов. Через несколько лет Славянов Николай Гаврилович создал первый сварочный аппарат и электроды. Он официальный автор, признанный во всем мире. Впервые именно он, русский инженер изобрел сварку, запатентовал ее, только потом стали развиваться технологии в других странах. Славянов активно пропагандировал свой метод:

  • исправлял брак, возникший при литье деталей;
  • восстанавливал части паровых турбин;
  • заваривал изношенные детали.

Он разработал флюсы, защищающие горячий шов от окисления, придумал сварочный генератор с регулируемой мощностью. Внедрение его изобретений занимались за рубежом. Сварка стала применяться повсеместно.

Развитие технологий в новое время

Следующий этап истории связан с фамилией Патон. Отец организовал первый институт сварки в 1929 году, под его руководством развивалась технология сварочных процессов. Во время Великой Отечественной войны новые методы применялись в оборонной промышленности. Разрабатывались новые виды флюсов, электроды для толстостенных изделий. Они применялись при производстве военной техники: танков, орудий, бомбардировщиков и их оснащения.

В киевском институте разработан метод порошковой, контактной и шлаковой сварки в жидкой и разряженной среде, для защиты шва стали применять инертные газы. Дело Евгения Патона продолжил его сын, Борис. Он возглавил институт сварки после ухода отца. Технологии космической лазерной сварки разработаны под его руководством. Стали шире применяться методы соединения металлов под водой. Эта технология используется в судоремонтных доках. Метод снижает сроки ремонта судов в 1,5 раза.

Перспективы развития сварочного процесса

В настоящее время традиционные методы потеснили лазерные методы. Им предрекают большое будущее. Управлять процессом можно будет дистанционно. Роботы приходят на смену сварщикам. Разработано устройство для автоматической подачи присадочного материала в зону шва, с высокой точностью регулируется тонкий луч, расплавляющий металл.

Второе направление развития технологии высокотемпературного соединения металлов – использование оптико-волоконных материалов. Это позволит увеличивать КПД силового оборудования: генераторов, преобразователей. Постепенно будет повышаться мощность выходного тока, сейчас максимальная 6 кВт, ее планируется довести до 25 Квт и выше.

Постепенно лазерная технология вытеснит газовый метод сварки. Будут создаваться гибкие модули, использовать которые можно будет в любых погодных условиях. Будет снижаться трудоемкость технологических процессов, разрабатываться новые методы контроля качества высокотемпературного соединения металлов.

История развития сварки. Ученые и их открытия в области сварки.

Предыстория сварки

Историю появления какой-либо современной технологии нельзя рассматривать в разрыве с общеизвестными историческими процессами, общепризнанными названиями исторических периодов. Любая технология первоначально имеет предпосылки возникновения, процесс развития сквозь призму истории, кульминационные, значимые имена ученых, итог в современности и перспективы дальнейшего развития.

Сварочный процесс, каким бы современным он не казался на первый взгляд, появился еще примерно VIII-VII в до н.э. Для создания все более совершенных орудий труда люди начали изменять форму металла, который существовал сам по себе в природе, а также пытаться соединять небольшие его кусочки. К таким металлам относились медь или золото. Делали это только с помощью камней и физической силы. Этот процесс являлся первой разновидностью холодной сварки.

Немного позднее, человек научился самостоятельно добывать другие виды металлов (медь, свинец, бронзу), а также с помощью термической обработки – подогрева отдельных элементов – изготавливать более крупные изделия. Литьё использовалось уже для изготовления практически совершенных изделий.

Эпоха железного века тем и характерна, что люди научились добывать железо. На линейке времени эта отметка появилась примерно три тысячи лет назад. Процесс добычи железа сейчас выглядит очень просто: из природных железных руд путем плавки отделяется железо. Но в древности это выглядело иначе, так как плавить никто не умел. Из железной руды получали некую смесь только с частицами железа. Кроме него эта смесь содержала примеси неметаллического содержания: уголь, шлаки и пр. Только спустя значительное количество времени, с помощью ковки нагретой смеси получалось отделить железо от всего остального. В результате получались железные заготовки, которые впоследствии кузнечной сварки превращались в потрясающие изделия: орудия труда и оружие.

Самые передовые технологии сварочного процесса вплоть до промышленной революции составляли только кузнечная сварка и пайка. Последняя широко применялась в области ювелирного производства.

Читайте также  Удлиненные фрезы по дереву для ручного фрезера

Основополагающие открытия

Прорыв в технологии сварочного производства был совершен в период промышленного переворота или промышленной революции. Открытия в области электричества совершались на протяжении веков, что привело в итоге к следующему.

В 1802 году русский физик Василий Владимирович Петров открыл и, будучи физиком-экспериментатором, доказал возможность применять на практике электрическую дугу. Это открытие считается самым выдающимся успехом ученого. Оно является главным прототипом современных сварочных устройств. Все выводы своего открытия он изложил в книге «Известия о гальвани-вольтовых опытах», опубликованной в 1803 году. Однако, на момент самого открытия, им особо никто не заинтересовался.

В.В. Петров. Русский физик-экспериментатор, академик Петербургской академии наук, изобретатель электрической дуги

Сэр Гемфри Дэви в 1821 году проводил исследования с электрической дугой. Его ученик, Майкл Фарадей посвятил много времени изучению связи электричества и магнетизма. В 1830-х годах он открыл электромагнитную индукцию.

Немного позднее электрическая дуга уже начала служить во благо общества, когда появилась в бытовых лампах для освещения.

Только в 1881 году Николай Николаевич Бенардос, русский инженер и изобретатель, придумал непосредственно дуговую электросварку «Электрогефест». После нескольких лет совершенствования изобретения, в 1887 году, оно было запатентовано, а уже спустя несколько лет распространилось не только по всей России, но и по всему миру.

В 1885 году Бернадос открыл товарищество «Электрогефест», имевшее первую мастерскую по сварочным работам. Бенардос впервые получил патент на свое изобретение. На получения этого патента в России ученый потратил последние сбережения, европейские страны выдали патент с помощью привлеченных средств от купца Ольшевского.

После всемирного распространения способа электродуговой сварки и мирового признания Бенардос разработал электродуговую сварку с угольными и металлическими электродами. Он стал основоположником идеи электродугового сварочного процесса с металлическим электродом при переменном токе; сварки наклонным электродом; технизации сварочного процесса.

Таким образом, всех вышеуказанных ученых и изобретателей считают основоположниками сварки, теми, кто её изобрел.

Несмотря на такие ключевые открытия в области электросварки, XIV век не славится ее обширным и повсеместным использованием, так как электроэнергия была в дефиците. Применять все новые открытия было проблематично, но никто не собирался отказываться от их применения. Преобразование сварочного оборудования и сварочных аппаратов продолжалось.

1904 год ознаменован появлением резаков. 1908-1909 года характеризуются появлением технологии подводной резки металлов. Применять ее начали во Франции и Германии. Газовая сварка занимала лидирующие позиции в сварочном производстве вплоть до 30-х годов, усиленно применялась в годы Первой мировой войны. Магистральные трубопроводы «Баку-Батуми» и «Грозный-Туапсе» построены посредством применения газовой сварки. Строительство трубопроводов осуществлялось только с помощью газового и газопрессового сварочного процесса.

Строительство нефтепровода «Баку-Батуми»

Дуговая электросварка в эти годы не была такой распространенной ввиду того, что ее источник питания требовал совершенствования (длина дуги была небольшая, она горела неустойчиво). Эту проблему в период с 1914 по 1917 гг. разрешали такие ученые как Строменгер, С. Джонс, Андрус и Стресау, каждый из которых осуществил свой вклад в создание покрытия для сварочного электрода, чтобы легче было поддерживать горение дуги.

Современность

Кратко изложим виды современного сварочного процесса.

Электрическая дуговая сварка.

На данный момент занимает лидирующую позицию среди прочих видов. Сегодня она самая распространенная, доступная и дешевая.

Электрошлаковая сварка.

Самый новейший процесс в области сварки крупногабаритных деталей, например, строительства судов, несущих конструкций, котлов, рельсов и пр. Основополагающий принцип этого вида сварки – электрический ток пропускается через шлак. Шлак образуется при расплавлении флюса, и он же является проводником электрического тока. Вследствие пропускания электрического тока через шлак выделяется теплота.

Существуют следующие виды электрошлаковой сварки:

  • тремя электродными проволоками;
  • электродами большого сечения.

Сущность электрошлаковой сварки

Контактная и прессовая сварка.

Контактная сварка является наиболее старой. Основатель – Уильям Томпсон. Первоначально она была распространена в США, после чего стала использоваться и в России. Это сопровождалось увеличением объема научно-исследовательской деятельности в данной области в России: открывались заводы и комбинаты «Оргаметалл» (ЦНИИТМАШ), «Электрик», «Институт электросварки им. Е.О. Патона», МВТУ им. Баумана, ВНИИЭСО и других.

  • Стыковую (соединение деталей по всей плоскости их касания путем нагрева);
  • Точечную (детали соединяются в одной или в нескольких точках одновременно);
  • Рельефную (элементы соединяются в одной/нескольких точках со специальными выступами-рельефами);
  • Шовную (соединение элементов швом).

Контактная сварка

Прессовая сварка или сварка давлением представляет собой соединение металлов без их расплавления (твердые поверхности), только с деформацией применением силы. Этот вид сварки пришел к нам прямиком из древности с ее холодной сваркой.

Газовая сварка и резка.

Газовая сварка представляет собой процесс расплавления металла с помощью специальных горелок, в которых сжигаются горючие газы. Первая газовая горелка изобретена во Франции в конце 19 века. Работала на смеси кислорода и водорода.

При резке металла происходит путем «сгорания» металла в струе кислорода.

Лучевые виды сварки.

Современные исследования ученых в области оптики, квантовой механики позволяют выделить совершенно новейшие виды лучевой сварки, основанной на энергии ионных и фотонных лучей. Выделяются следующие виды лучевой сварки:

  • Электронно-лучевая (источник теплоты — электронный луч; процесс сварки происходит в специальной установке: в вакуумных камерах);
  • Лазерная (источник теплоты – лазерный луч). Данный вид отличителен следующими чертами: экологическая безопасность, отсутствие механической обработки, высокая скорость сварки, значительной стоимостью лазерных установок.

Сварка лазером

  • Плазменная сварка (источник теплоты – струя из плазмы, то есть дуга, получаемая с помощью плазмотрона). Плазмотрон может быть прямого и косвенного действия.

Перспективы развития сварочного процесса

Перспективы развития сварочного производства вытекают из существующих на сегодняшний день минусов или проблем уже имеющихся и применяемых видов сварки. Над любым недостатком сегодня в поте лица работают опытнейшие ученые и разработчики оборудования, чтобы сделать человеческую жизнь и производство еще проще.

Первое, на что направлено совершенствование – создание сварочных аппаратов автоматическими в полной или неполной мере. В перспективе такой ход увеличит КПД сварочного процесса, увеличит коэффициент мощности.

Второе – возможность дистанционно управлять и регулировать процесс сварки крупногабаритных и сложных элементов единого сооружения (магистрали, объекты промышленности и пр.)

Третье – поиск способа удешевления лазерной сварки, как когда-то это было сделано с дуговой электросваркой.

Проблемой является также факт создания высококачественных и долговечных сварных конструкций, которые способны функционировать не только в привычных условиях, а также и в условиях резкого перепада температур, под водой и даже в космическом пространстве, что весьма актуально сегодня.

В настоящий момент происходит компьютеризация сварочного процесса в целом. Под компьютеризацией понимается внедрение возможностей компьютерных технологий в основные направления инженерной деятельности в области сварки: научные исследования, предварительное проектирование, управление и контроль технологических процессов.

Важно не упускать значимость информации в сварочном деле. Обладая необходимой информацией, в нужное время и в нужном месте, возможность совершить действительно важные открытия только повышается. Информация должна быть доступной, открытой и понятной. Для этого необходимы единые системы и базы данных с необходимой справочной, библиографической информацией для всех заинтересованных лиц.

Очевидно то, что сварка – уникальный процесс, не имеющий аналогов. Начало развития происходило еще до нашей эры, и этот процесс не прекращается до сих пор. Учитывая необходимость в этой уникальной технологии проводятся ряд научных исследований. С точностью можно утверждать, что процесс развития новых видов сварки не заставит себя ждать, так как технологии в наше время совершенствуются с невероятной скоростью.

История сварки

Истоки . .

Историческое развитие сварки можно проследить с древнейших времен. Самые ранние артефакты относятся к бронзовой эпохе. Небольшие золотые короба, хранящиеся в Ирландском национальном музее, были получены фактически сваркой давлением, которая, как известно, не требует нагрева, и производится путем пластичной деформации при комнатной температуре. Предполагается, что эти короба были изготовлены более 2 тыс. лет назад.

В железном веке египтяне и жители восточной части Средиземноморья научились сваривать куски железа вместе. Многие инструменты, которые были найдены, сделаны в период около 1000 г. до н.э.

В средние века своего рассвета достигло кузнечное искусство и многие изделия, которые появились в ту пору, были сварены ковкой, пока в 19-ом веке не изобрели сварку, какой мы ее знаем сегодня.

1800 г

Считается, что ацетилен был открыт англичанином Эдмундом Дэвисом. А вот первым получить дуговой разряд удалось другому английскому химику, одному из основателей электрохимии, почетному члену множества научных организаций, в том числе Петербургской Академии наук, сэру Гемфри Дэви. Дуговой электроразряд был получен им между двумя графитовыми стержнями, которые были подключены к полюсам электрической батареи, составленной из 2 тыс. гальванических элементов.

Читайте также  Какие сварочные деформации называются остаточными

Начиная с середины 19 века изобретен электрогенератор, и набирает популярность освещение при помощи дугового разряда. А уже к концу 19 века появилась газовая сварка и резка, дуговая сварка угольным и стальным стержнем, сварка электросопротивлением.

1880 г

Огюст де Меритан, проводя в 1881 г исследования в лаборатории Кебот во Франции, применил тепло электродуги для сплавления свинцовых пластин аккумуляторных батарей . В то время его учеником был молодой русский ученый Николай Николаевич Бенардос, который работал с де Меританом в лаборатории во Франции и стал фактически отцом сварки. Патент на способ дуговой электросварки «Электрогефест» присвоен Николаю Бенардосу и Станиславу Ольшевскому. Британский патент выдан в 1885 г и американский – в 1887г. Также Бернадосом разработан первый электрододержатель и прочее. И хотя сварка графитовым стержнем была ограничена в возможностях, ею уже в те времена можно было варить железо и свинец. Способ стал широко внедряться в конце 1890 г – начале 1900г.

1890 г

Н.Г. Славянов представил свой вариант идеи металлопереноса через дугу (через стальной стержень), а также приспособил данный метод для литья в литейную форму и получил Российский патент на способ электрической отливки стали.

В то же время в 1890 году основатель компании «General Electric» Ч.А. Коффин из Детройта запатентовал в США точно такой же процесс электродуговой сварки стальным стержнем, который плавился под силой дуги, с последующим металлопереносом в сварочную ванну и кристаллизацией сварного шва.

1900 г

Приблизительно в 1900 г А.П. Штроменгер (Strohmenger), имя которого не известно на постсоветском пространстве, представил в Великобритании первый стальной электрод с тонким покрытием из глины или извести, которое стабилизировало дугу.

А вот электрод с флюсующей обмазкой изобрел швед Оскар Челльберг, стоявший у истоков компании ЕСАБ. Работы над созданием обмазки велись с 1907-1914 г.г. Штучные электроды были изготовлены протяжкой и порезкой цельнометаллической проволоки на прутки с последующим погружением в растворы карбонатов и силикатов. После высыхания они были готовы к реализации.

В то же время британский инженер Элиу Томсон придумал контактную сварку.

В 1903 году немец Гольдшмидт (буквально «золотых дел мастер») изобрел термитную сварку, с помощью которой соединили железнодорожные рельсы.

В течение этого времени также развивалась газовая сварка и резка. Производство кислорода, а позже и сжижение воздуха, наряду с изобретением газовой горелки этому способствовало . До 1900 года предпринимались попытки сварки в кислородно-водородном пламени, причем смесь находилась в одном баллоне. Обратный удар мог привести к мощному взрыву, поэтому химик Сент-Клер Девилем решил разделить газы и смешивать их в горелке. Процесс стал безопасней, но на выходе Сент-Клер получил низкотемпературный факел 2200 градусов. И только в 1901 г. французы Эдмон Фуше и Шарль Пикар изобрели ацетилено-кислородную горелку, чертежи и характеристики которой существенно не поменялась и до сегодня.

Первая мировая война спровоцировала милитаризацию заводов и для сварки наступил «золотой век». Начали массово выпускаться сварочные машины и электроды к ним.

1920 г- настоящее время

В 20-е годы разработаны разные виды сварочных электродов, составлены рецепты новых флюсующих обмазок, ведутся дискуссии по методологии их производства. Введение маркировки металлов требовало создания классификации обмазок и используемых стальных стержней электродов. Требовалось создавать более надежные сварочные швы.

В 20-е годы было основательно исследовано влияние защитных газов на сварочный процесс, так как О2 и N2 воздуха при контакте с жидким металлом сварного шва вызывала пористость и горячеломкость. В зону сварки подавались различные газы, затем вся тщательно анализировалось.

Американский химик Ирвинг Ленгмюр провел опытную работу с водородом в качестве защитной сварочной атмосферы. Он поставил два электрода рядом с друг другом, сначала из графита, позже из вольфрама. Между ними поджигалась вольтовая дуга в атмосфере водорода и наблюдалось активное расщепление молекул водорода на атомы. Температура диссоциированного пламени составляла

3700° С, что достаточно для сварки, а высокая активность водорода обеспечивала прекрасную защиту металла шва от вреда, причиняемого О2 и N2 воздуха. Процесс получил название атомно-водородной сварки, но большого распространения не получил и применяется преимущественно для инструментальных сталей.

Подобную работу провели также американцы H.M. Hobart и P.K. Devers, только они работали с аргоном и гелием. Итогом эмпирических изысканий данных господ стал патент на электродуговую сварку в среде газа, которую можно считать первым шагом в деле создания современного инверторного аппарата аргонодуговой сварки, появившегося, правда, гораздо позднее. Запатентованый процесс идеально подходил для сварки Мg, Al, а также стали, легированной Cr и был доведен до совершенства в 1941 году, Технология получила название дуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертных газов. Сегодня она применяется, как на производстве, так и в быту. Чаще всего используются аппараты АрДС. Было в том числе разработано оборудование для работы в среде инертных/активных газов плавящимся электродом, который представляет собой сварочную проволоку, проходящую через подающее устройство к соплу горелки по гибкому шлангу.

1928 г

В 1928 году в Советском Союзе Д.А. Дульчевским изобретена автоматическая сварка под флюсом. Развитие же процесса началось в конце 30-х годов благодаря усилиям научных работников института электросварки АН УССР под началом академика Е.О. Патона, что сыграло большую роль в деле танкостроения, выпуска орудий и авиационных бомб в годы ВОВ. Сварка под флюсом нашла широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. Это эффективный способ получения прочных швов при хорошем КПД.

В США процесс автоматической сварки получил название «сварки погруженной дугой в порошке». Его запатентовал в 1930 г. некто Robinoff, а затем продал его Linde Air Products Company. В 1938 году сварка под флюсом активно использовалась на верфях и артиллерийских заводах.

В 1930 г. был разработан любопытный процесс Stud сварки для Нью-йоркской военно-морской верфи. С помощью Stud осуществлялось крепление деревянных настилов над металлической поверхностью. Stud сварка стала востребована в судостроительной и строительной отраслях.

В 1949 году в институте им.Патона в Киеве появилась на свет электрошлаковая сварка, которая сняла ограничения со сварки крупногабаритных изделий. Теперь можно варить любые толщины! Процесс был представлен мировой общественности на Брюссельской Всемирной выставке в Бельгии в 1958 году

В 1953 г. К. В. Любавский и Н. М. Новожилов изобрели весьма экономичный способ сварки плавяшимся электродом в среде СО2. Новый способ получил мировое признание, так как он позволял работать на обычном оборудование для сварки в инертном газе.

В 1957 г. комиссариатом по атомной энергии Франции был раскрыт процесс электронно-лучевой сварки, который нашел применение в автомобилестроительной и авиационной отраслях.

В 1957 году Роберт Ф. Гейдж изобрел процесс плазменной дуговой сварки. Температура в плазмы около 30 000°С, в отличие от электрической дуги, температура которой не более 5000–7000°С.

1960 г

Начинается использование газовых смесей, заключающееся в добавлении к инертному газу небольшого количества кислорода. В целом, использование смесей для различных сталей дает положительный результат. Внедряется сварка в режиме импульсного тока.

Вскоре после изобретения советскими учеными популярного способа полуавтоматической сварки в углекислоте (СО2) было придумано взять плавящийся электрод-проволоку с флюсовым сердечником. Флюсующий порошок при плавлении давал дополнительную газовую защиту изнутри , снаружи применялась защита углекислотой. В 1959 году была придумана проволока-электрод, которая не требовала внешней газовой защиты. Сейчас она известна под названием «самозащитная флюсовая проволока», приобретается она чаще всего для случаев, когда невозможно использовать газ. С этой проволокой нет необходимости таскать туда-сюда баллон с газом.

И на закуску…

Сварка трением придумана в Советском Союзе. Здесь работает принцип превращения механической энергии в тепловую за счет сил трения, возникающих при соединении с определенным усилием сжатия двух деталей.

Лазерная сварка – инновационный сварочный процесс. Лазер был первоначально разработан в Bell Telephone Laboratories в качестве устройства связи. Но благодаря способности концентрировать огромное количество энергии в небольшом объеме, он оказался еще и мощным источником тепла, что используется сегодня для высокоэффективной сварки и резки металла.

One thought on “ История сварки ”

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.