ГЛАВА 2 СВАРКА МЕТАЛЛОВ В ДОРЕВОЛЮЦИОННОЙ РОССИИ

Создание дуговой сварки

Как известно, сварка металлов развивалась очень медленно. Совершенствовались кузнечная сварка, сварка заливкой жидким металлом и родственный процесс — пайка.

В XIX в. в промышленности кузнечная сварка была механизирована. От кустарного производства перешли к заводскому цеху высокой производительности. Ручной труд молотобойца заменяется работой машин, механическими молотами с весом бойка до 1 т, производящими от 100 до 400 ударов в минуту. Стыки более крупных деталей обжимаются на мощных гидравлических прессах. Значительно улучшились конструкции печей для нагрева свариваемых деталей, заменивших первоначальные примитивные кузнечные горны. Печи переводятся на твердое, жидкое и газообразное топливо.

Технология кузнечной сварки также была усовершенствована. Способом кузнечной сварки готовили биметалл. Листы разнородных металлов собирали в пакет, который нагревали в печах и пропускали через валки прокатного стана. Значительное применение кузнечная сварка находила в производстве сварных стальных труб с прямолинейным продольным нахлесточным швом; кромки шва предварительно скашивали, заготовку нагревали в печи и затем шов прокатывали на сердечнике. Таким способом изготовляли трубы диаметром от 40 до нескольких сотен миллиметров. Помимо прямошовных, изготовляли и спирально-шовные трубы диаметром до 600 мм. Для повышения производительности сварки и качества сварного соединения начали применять сварку водяным газом на специальных установках, где металл нагревали мощными горелками, работавшими на водяном газе с воздухом, а нагретые кромки на той же машине сваривали проковкой механическими молотами или прокаткой нажимными роликами. Широко применялась кузнечная сварка в производстве разного вида инструментов и орудий труда, например топоров для присоединения рабочей или режущей части высокоуглеродистой стали к державке из более мягкой стали.

Однако во многих отраслях производства кузнечная сварка уже не удовлетворяла возросших требований техники. В конце XIX в. на основе достижений в области физики и электротехники в развитии сварки произошел как бы взрыв. За короткий срок был создан ряд новых способов сварки, являющихся основой сварочной техники и в наше время. Источником нагрева для самого распространенного до настоящего времени вида сварки служит электрическая дуга. Честь открытия явления электро- дугового разряда принадлежит русскому ученому академику В. В. Петрову.

Василий Владимирович Петров родился в 1761 г. в городе Обояни Курской губернии. Преподавал физику и математику в горном училище в Барнауле, в 1793 г. был переведен в Медико-хирургическое училище в Петербург, преобразованное в 1795 г. в Медико-хирургическую академию. В Петербурге Петров проработал 41 год — до конца жизни (1834 г.). Здесь он создал большой физический кабинет, в свое время бывший одной из лучших физических лабораторий мира. Высокообразованный человек, он владел многими языками, внимательно следил за иностранной литературой и поддерживал связи с европейскими учеными. Был искусным экспериментатором и прекрасным педагогом. Петров был назначен ординарным профессором Медико-хирургической академии в 1801 г., избран членом-корреспондентом Петербургской академии наук в 1803 г. и академиком в 1807 г.

Открытие В. В. Петровым электродугового разряда стало возможным благодаря созданию источника электрического тока. В 1799 г. А. Вольта в Италии построил первый в мире источник электрического тока «вольтов столб», который состоял из разнородных металлических кружков (медь + цинк, серебро + цинк), проложенных бумажными кружками, омоченными водным раствором нашатыря. Через год, в 1800 г., В. В. Петров в Петербурге изготовил «вольтовы столбы» разного размера, а через два года он уже работал с огромнейшим в мире, ранее невиданным «вольтовым столбом» из 2100 пар металлических кружков-элементов. Этот «столб», или батарея, как называл ее В. В. Петров, /была наиболее мощным источником электрического тока в свое время. С этой батареей он с большим искусством и трудолюбием провел множество всевозможных опытов, результаты которых опубликованы в его замечательной книге «Известия о Гальвани-Вольтовских опытах», изданной в 1803 г. Остановимся лишь на опытах, относящихся к дуговому разряду. Впервые в мире В. В. Петров в 1802 г. наблюдал дуговой разряд от построенного им сверхмощного «вольтова столба». Он отметил, что дуговой разряд является источником чрезвычайно яркого света, пригодного для освещения. Им было установлено, что дуговой разряд развивает весьма высокую температуру, расплавляет и обращает в пары все металлы, которые в форме полосок и проволочек были введены в пламя дугового разряда. Таким образом, сразу были намечены возможности практического использования дугового разряда для освещения и плавления металлов [1, 2].

В 1810 г. знаменитый английский ученый, химик и физик, Г. Дэви построил такую же установку, как В. В. Петров, и повторил его эксперименты с дуговым разрядом.

К моменту открытия дугового разряда электротехника только начинала создаваться, электротехнической промышленности не было. Для технического использования дугового разряда прежде всего не хватало сколько-нибудь приемлемых источников тока для питания дуги, достаточно мощных, не слишком сложных в эксплуатации и дающих недорогую электрическую энергию.

Кроме источников тока, необходима была различная электрическая аппаратура: выключатели, регуляторы, измерительные приборы, электрические провода, кабели и пр., а они в то время отсутствовали.

От открытия В. В. Петрова до крупнейшего ~ технического применения его — изобретения Н. Н. Бенардосом дуговой сварки — прошло около 80 лет. Открытие Петрова значительно опередило свой век.

Выдающийся английский физик М. Фарадей, в начале своего жизненного пути простой рабочий, в конце — член Королевского общества (академик), экспериментально изучая электромагнетизм, открыл явление электромагнитной индукции и отсюда вывел принципы устройства электродвигателя (1821 г.) и электрического генератора.

Английский физик Д. Максвелл провел математическую обработку исследований и вывел уравнения, характеризующие электромагнитные поля и происходящие в них процессы.

Большой вклад в развитие теоретических основ электротехники внесли и русские ученые: академик Б. С. Якоби, академик Э. X. Ленц, профессор Д. А. Лачинов и др. Первое практическое применение электрическая дуга нашла еще при жизни В. В. Петрова в качестве запала для дистанционного взрывания мин.

В середине XIX в. в ряде стран были разработаны конструкции дуговых ламп для бытового освещения и для прожекторов. Крупным изобретателем был П. Н. Яблочков. В 1876 г. он создал так называемую «свечу Яблочкова», получившую применение в Петербурге, а также в Париже и Лондоне. Были созданы и мощные дуговые лампы с автоматическими регуляторами, поддерживающими постоянную длину дуги. Много работал в этой области В. Н. Чиколев [13]. Работы над дуговыми лампами, прожекторами и их регуляторами позволили глубже изучить свойства дугового разряда и, несомненно, были полезны при создании и совершенствовании дуговой сварки.

Н. Бепардос (1842—1905)
Н. Бепардос (1842—1905)

Одним из важных этапов было создание 3. Т. Граммом (Франция) в 1870 г. кольцевого якоря для электромагнитной машины, которая может быть электрическим генератором (динамо-машиной), превращающим механическую энергию в электрическую, или электрическим двигателем, превращающим электрическую энергию в механическую.

Занимаясь дуговыми источниками света и источниками питания к ним — аккумуляторами, начал свою деятельность в области прикладной электротехники и электротехнологии Н. Н. Бенардос.

Николай Николаевич Бенардос родился 26 июля (7 августа) 1842 г. в деревне Бенардосовке Херсонской губернии (ныне село Мостовое Братского района Николаевской области УССР). Род Бенардосов в России ведет свое

Раздел I. Развитие сварочной техники и науки о сварке

начало ох деда Пантелея Егоровича Бенардоса, который родился в 1763 г. в Греции (г. Лигудист, полуостров Мо- рея). Юношей он приехал в Петербург, где окончил гимназию и кадетское училище. П. Е. Бенардос участвовал в войнах России с Турцией, отличился при штурме Измаила и Очакова. Будучи генерал-майором, в Отечественную войну 1812 г. командовал полком и дошел до Парижа. Выйдя в отставку, он поселился в Херсонской губернии.

Отец Н. Н. Бенардоса также был военным, в должности командира конно-артиллерийского, полка участвовал в Крымской войне в 1853—1856 гг.

По обычаям того времени будущий изобретатель получил воспитание и образование дома. В 1862 г. Н. Н. Бенардос поступил в Киевский университет на медицинский факультет. Однако в 1866 г. он перевелся в Петровскую земледельческую и лесную академию в Москве (ныне Тимирязевская сельскохозяйственная академия).

В 1869 г. Бенардос поселился в Лухском уезде Костромской губернии, вблизи г. Кинешмы. Он построил на перешедшем к нему от матери земельном участке жилой дом и механические мастерские, собирался здесь создавать и разрабатывать всевозможные изобретения. В 1884 г. имение Бенардоса было продано за долги, и он поселился в Петербурге.

В конце 70-х — начале 80-х годов Н. Н. Бенардос, работая в Кинешме на электротехническом заводе и в Петербурге на предприятии П. Н. Яблочкова, начал соединять элементы свинцовых аккумуляторов, расплавляя кромки теплом электрической дуги. В 1881 г. он демонстрирует новый способ сварки металлов в лаборатории Кабата в Париже [14]. Вот что сказано о первых работах Бенардоса в известном французском Электротехническом словаре Дюмона (Битоп;): «Работая в 1881 г. в лаборатории Кабата, Бенардос сделал первые попытки применения электрической энергии для сварки свинцовых

пластин аккумуляторов. Так как результаты опытов оказались удовлетворительными, то Бенардос применил свой способ сварки и к другим металлам и таким путем был приведен к созданию новой промышленности» [13, с. 284]. Своему изобретению Н. Н. Бенардос дал название « Электрогеф ест », произведя его от имени Гефеста — бога-кузнеца, покровителя ремесел в древнегреческой мифологии.

После детальной разработки способа «Электрогефест» Н. Н. Бенардос получил патенты на него в Англии, Бельгии, Германии, Италии, России, США, Франции, Швеции и других странах. Русский патент, или, как тогда называли, привилегию, он получил только 31 декабря’ 1886 г. за № 11982 на «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока». Так официально был создан первый способ дуговой сварки, принесший Бенардосу мировую славу.

Сущность изобретения и возможные области его применения сформулированы в привилегии следующим образом: «Предмет изобретения составляет способ соединения и разъединения металлов действием электрического тока, названный «Электрогефест» и основанный на непосредственном образовании вольтовой дуги между местом обработки металла, составляющим один электрод, и подводимою к этому месту рукояткою, содержащей другой электрод, соединенный с соответственным полюсом источника электрического тока. С помощью этого способа могут быть выполнены следующие работы: соединение частей между собою, разъединение и разрезывание металлов на части, сверление или производство отверстий и полостей и наплавление слоями» [6, с. 163] (рис. 2.1; 2.2).

Как видно из привилегии, Н. Н. Бенардос применял созданный им способ не только для сварки, но и для наплавки и резки металлов.

Иногда под сваркой по методу Бенардоса подразумевают сварку только

угольным электродом. Однако это не вполне точно. В привилегии по этому вопросу сказано: «Вольтова дуга образуется в месте, где должна быть произведена одна из вышеупомянутых работ приближением угля (или другого про-водящего, вещества) к обрабатываемой части, причем этот уголь будет положительным или отрицательным полюсом, а другим полюсом будет обрабатываемая часть. Угли или вещества, заменяющие уголь, могут иметь различные формы».

Ознакомление- с привилегией Бенардоса показывает, что Это — результат многолетней систематической напряженной работы. Изобретение разработано до мельчайших деталей, многократно проверено на практике и заключает в себе множество отдельных изобретений, объединяемых общей идеей. Н. Н. Бенардос разработал технологию дуговой сварки и типы сварных соединений, применяемых и в настоящее время (встык, внахлестку, заклепками и др.); при сварке металла значительных толщин он применял скос кромок; при выполнении стыковых сварных швов с разделкой кромок присадочный металл предварительно закладывался в место будущего шва. Подготовка кромок при сварке тонких листов заключалась в отбортовке их краев; в этом случае присадочный металл не применялся. В зависимости от толщины металла между свариваемыми частями при сборке под сварку устанавливался зазор, величина которого определялась толщиной соединяемых изделий. Многие эти и другие приемы выполняются и в настоящее время. Для улучшения качества сварки применялись флюсы: при сварке сталей — кварцевый песок, мрамор, при сварке меди — бура и нашатырь.

Работая над совершенствованием способов дуговой сварки, Н. Н. Бенардос создал большое количество оригинальных приспособлений и устройств. Некоторые из предложенных им трубчатых электродов получили в настоящее время практическое применение.

Screenshot_12
Рис. 2.1. Держатели для дуговой сварки, предложёппые Н. Н. Бенардосом
Рис. 2.2. Держатель для точечной дуговой сварки, предложенный Н. Н. Бенардосом
Рис. 2.2. Держатель для точечной дуговой сварки, предложенный Н. Н. Бенардосом

Изобретатель создал комбинированные электродержатели с угольными электродами, вокруг которых концентрически располагались сопла для подачи светильного газа и кислорода (рис. 2.3). Одновременная работа сварочной дуги и газового пламени увеличивала поверхность нагрева и защищала расплавленный металл от вредного влияния воздуха. Способ, предложенный Бенардосом, стал предметом дальнейшей разработки; в нем можно видеть черты современного способа дуговой сварки в защитном газе.

Н. Н. Бенардос предложил для сварки листов вертикальным швом приспособление, в котором шов выполнялся с принудительным формированием (рис. 2.4), а также способ изготовления спиральных труб из металлической ленты, которую сваривали по винтовой линии стыка, образующегося при свертывании ленты. Образец такой трубы экспонировался им на IV электрической выставке в Петербурге в 1892 г. Это изобретение нашло широкое применение в наши дни. С целью улучшения качества металла шва Н. Н. Бенардос

Рис. 2.6. Клещи Н. Н. Бенардоса для контактной сварки

Рис. 2.3. Горелка Н. Н. Бенардоса для сварки угольной дугой в атмосфере защитных газов
Рис. 2.3. Горелка Н. Н. Бенардоса для сварки угольной дугой в атмосфере защитных газов

первым ввел прокатку сварных швов, выполненных угольной дугой. Он построил автоматический станок, производящий проковку и уплотнение шва одновременно со сваркой, и предложил способы резки металла электрической дугой на воздухе и под водой.

Н. II. Бенардос сделал первые шаги в области регулирования дуги, разработал устройство для сварки косвенной дугой с автоматическим регулятором (рис. 2.5), а также установку для дуговой сварки с автоматическим регулированием дуги (рис. 2.8).

Патентование изобретений в России стоило больших денег и осуществлялось в основном с коммерческими целями. Н. Н. Бенардос не располагал достаточными средствами для получения привилегий на изобретения, поэтому многие свои идеи и разработки он не запатентовал, при патентовании некоторых изобретений в качестве соавторов привлекал состоятельных компаньонов.

Бенардос неоднократно обещал опубликовать в печати свои изобретения, но этого обещания он не выполнил. Им было опубликовано лишь несколько небольших брошюр: «Проект парохода, переходящего мели» (СПб., 1890); «Исправление Царь-колокола» (СПб., 1890), «Проект снабжения Петербурга дешевым электрическим током» (СПб., 1892).

Рис. 2.6. Клещи Н. Н. Бенардоса для контактной сварки

Рис. 2.5. Устройство Н. Н. Бенардоса для сварки косвенной (независимой) дугой с автоматическим регулятором дуги

Рис. 2.7. Станок Н. Н. Бенардоса для приварки доньев к цилиндрам

Большое значение имели заграничные поездки Бенардоса. Первую поездку он совершил в 1867 г., еще студентом, в Париж на Всемирную выставку. Изобретатель неоднократно выезжал за границу и в 70—80-х годах.

Наиболее активным и плодотворным в его творчестве был период с 1884 г. в Петербурге. Он разработал ряд новых изобретений, примером которых служат клещи для точечной сварки (рис. 2.6), и энергично занимался дальнейшим усовершенствованием и внедрением дуговой сварки на заводах и особенно на железных дорогах (рис. 2.7). Бенардос окончательно отработал систему питания сварки током, в том числе многопостовую (рис. 2.9). Он предложил систему питания, включающую генератор постоянного тока и параллельно присоединенную батарею электрических аккумуляторов (рис. 2.10). Система оказалась удачной для своего времени. Достаточно иметь генератор небольшой мощности, заряжавший в перерывах между сваркой мощную аккумуляторную батарею, содержавшую 200—300 и более отдельных аккумуляторов, которые несли основную нагрузку при сварке. Система

работала на ряде предприятий как в России, так и за границей. Бенардос стал известным специалистом по аккумуляторам и ‘ разработал несколько изобретений в этой области.

Однако особое внимание он уделял разработке технологии и практическому использованию своего способа сварки «Электрогефест». В 1885 г. в Петербурге было создано общество «Электрогефест», имевшее целью дальнейшее развитие и эксплуатацию дуговой сварки. Общество организовало завод, на котором производились различные сварочные работы, и лабораторию, где демонстрировались посетителям приемы сварки, проводились опыты. Но это общество не могло обеспечить быстрого распространения сварки в России. Для этого не было ни необходимых капиталов, ни серьезной производственной базы, ни организаторского опыта. Общество ограничивалось преимущественно продажей лицензий и консультациями.

В 1895 г. в Петербурге организовалось «Русское товарищество электрической обработки металлов». Оно имело целью использование не только изобретения Бенардоса, но и изобретений второго выдающегося изобретателя в области дуговой сварки — Н. Г. Славя нова.

Рис. 2,9. Схема многопостовой сварки по проекту Н. Н. Бенардоса

А — амперметр; V — вольтметр; I) — генератор (динамо-машина); Л — выключатель («размыка

тель»); В — батарея аккумуляторов; Е—коммутатор; К — «главный» коммутатор; Я — реостат; в — держатель; Р — сварочный стол («наковальня»)

Рис. 2.10. Аккумулятор системы Н. Н. Бенардоса

Новое «Товарищество» включило в свой состав и общество «Электрогефест». «Товарищество» было слабым, ниоткуда не получало поддержки и было не в состоянии обеспечить развитие дуговой сварки. Что касается лично Н. Н. Бенардоса, то деятельность новой организации лишь ухудшила его положение. Он постепенно оттеснялся от дела, потерял всякую материальную базу для выполнения исследований. Однако, несмотря на неблагоприятные обстоятельства, дуговая сварка начинала применяться все шире не только в России, но вскоре и в ряде зарубежных стран — в Англии, Германии, США и др. Имя Бенардоса стало чрезвычайно популярным в технических кругах [14]. На IV электротехнической выставке 1892 г. Бенардос получил высшую награду — золотую медаль Русского технического общества. Ученый совет Петербургского электротехнического института в 1899 г. присвоил ему звание почетного инженера-электрика. В конце 90-х годов Н. Н. Бенардос переехал в г. Фастов, в 60 км от Киева, где продолжал заниматься изобретениями в различных областях техники,

Развитие сварочной техники и науки о сварке

совершенствовал процесс сварки на заводе и в железнодорожных мастерских.

Проводя многолетние исследования свинцовых электрических аккумуляторов в примитивных условиях, Бенардос получил тяжелое отравление свинцом. ‘В самом начале XX в. Бенардос приезжал лечиться в Москву, жил у сына. Он скончался 8(21) сентября 1905 г. в возрасте 63 лет в Фастове. В бурнщй 1905 г. смерть крупнейшего изобретателя в маленьком провинциальном городке прошла незамеченной < [3—5, 7, 8, 10, 11, 13].

  1. Дальнейшее усовершенствование

дуговой сварки

Почти одновременно с Н. Н. Бенардосом работал крупнейший изобретатель — Н. Г. Славянов, много сделавший для развития дуговой сварки.

Николай Гаврилович Славянов родился 23 апреля (5 мая) 1854 г. в селе Никольское Задонского уезда Воронежской губернии (ныне Липецкая область) в семье отставного военного. Большая семья Славяновых жила в нужде, и средств хватало только на то, чтобы дать образование троим детям. В их числе оказался и Николай, окончивший гимназию с золотой медалью. В 1872 г. Славянов был принят в Петербургский горный институт. Среди студентов он выделялся трудолюбием и настойчивостью. Студенческие работы его отличались оригинальностью и тщательностью исполнения.

Молодой горный инженер первого разряда Н. Г. Славянов в 1877 г. стал работать на Боткинском горном заводе и вскоре был назначен смотрителем механических цехов, а спустя год — механиком завода. Талант изобретателя начал проявляться в усовершенствовании разнообразных машин и механизмов. Боткинские заводы, где на протяжении более чем столетнего их существования трудились известные металлурги, мастера-умельцы, прославившие Урал, где применялись многие наиболее прогрессивные методы получения и обработки металлов, стали для Славянова хорошей школой практической подготовки.

В 1881 г. Н. Г. Славянов перешел па Омутнинстше чугунолитейные п железо-делательные заводы, где работал инженером для технических занятии. Здесь так же, как и на Боткинском заводе, молодой энергичный инженер неоднократно пытался внести некоторые усовершенствования в производство.

С 1883 г. и до конца своей жизни Славянов работал, на Пермских казенных пушечных заводах, оснащенных новой техникой, которые выпускали артиллерийские орудия, успешно справлялись с изготовлением и ремонтом сложных машин и механизмов различного назначения и были укомплектованы опытными специалистами.

Н. Г. Славянов прилагал большие усилия к дальнейшему развитию производства на основе электротехники п электротехнологии, стремясь в первую очередь улучшить качество изготовляемой продукции. Для целей электрометаллургии п освещения он спроектировал и построил две мощные по тому времени динамо-машины постоянного тока с приводами от паровых машин: на номинальный ток 300 А при напряжении 60 В и 1000 А при напряжении 100 В (рис. 2. 11).

Обладая глубокими знаниями металлургии и электротехники, Н. Г. Славянов разработал способ дуговой сварки металлическим плавящимся электродом с защитой сварочной зоны слоем порошкообразного вещества-флюса и первый в мире механизм — «электроплавильник» для полуавтоматической подачи электродного прутка в зону сварки (рис. 2.12). Новаторской была идея исключить из сварочной цепи аккумуляторную батарею, оставив в качестве источника питания только генератор. Первая публичная демонстрация нового способа состоялась 18 ноября 1888 г. на Мотовилихинском заводе в Перми. Способ получил название «дуговая сварка

Н. Г. Славянов (1854—1897)

по способу Славянова». Под ним подразумевают сварку плавящимся металлическим электродом. Ввиду значительных размеров ванны сварка выполнялась только в нижнем положении. Способ отличался значительной сложностью подготовки и выполнения, тре-бовал высокого искусства от сварщика н мало походил на обычный в наши дни способ ручной сварки плавящимся электродом. При сварке по способу Славянова (рис. 2.13) дуга плавит одно-временно как металл изделия, так и электрод, и сварочный флюс, образуя общую сварочную ванну из жидкого металла, покрытого жидким шлаком. Коэффициент полезного использования тепла дуги прп этом значительно возрастает. Перед сваркой изделие нужно значительно подогреть для предупреждения слишком быстрого охлаждения сварочной ванны. По окончании сварки изделие покрывают теплоизолирующими материалами, замедляя охлаждение и делая его более равномерным. Для удержания жидкого металла ванны значительного объема нужно заформовывать изделие, ограждать ванну угольными или • графитными пластинами.

В 1891 г. Н. Г. Славянов получил патент (привилегию) № 8748 в России на способ дуговой сварки («электрической отливки» металлов). Большая группа опытных электросварщиков, которых Славянов готовил сам, мощная по тем временам электролитейная фабрика, или сварочный цех, созданная электрическая аппаратура, генераторы постоянного тока позволили Пермским пушечным заводам в короткие сроки и качественно выполнять всевозможные, преимущественно ремонтные, сварочные работы (рис. 2.14; 2.15). Сварка стала применяться при изготовлении основной продукции заводов — орудийных систем. Пермские пушечные заводы обслуживали обширный район Урала и Поволжья и выполняли заказы многих предприятий: ремонтировали паровозы, пароходные машины, двигатели, станки, валы и пр. По опубликованным данным, с 1890 по 1892 г. сваркой было отремонтировано 1631 изделие общим весом 16 953 пуда. Вес наиболее тяжелой детали — 425, пудов. Израсходовано электродов 685 пудов, расплавленных за 887 ч. За это время электролитейная фабрика дала прибыль заводу около 65 тыс. руб. Особенно искусно ремонтировали изделия из чугуна и бронзы. Сохранившиеся образцы работ и сейчас вызывают удивление высоким качеством сварки.

Для улучшения качества металла были применены раскислители (ферросилиций и ферроалюминий) и легирующие присадки, в первую очередь ферромарганец, вводимый в сварочную ванну. Раскислители и легирующие присадки были разработаны также для меди, бронзы.

Специфической работой того времени было исправление церковных колоколов — заварка образовавшихся трещин,

причем обязательным требованием было сохранение чистоты звука. В 1893— 1894 гг. на электролитейной фабрике пушечных заводов было исправлено 34 колокола общим весом 26,5 т. Исправлением московского Царь-колокола весом 200 т занимались Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов, которые детально обследовали колокол, провели предварительные опыты и представили проекты исправления колокола. Эта работа не была разрешена и осталась неосуществленной.

Известность Славянова и изобретенного им способа быстро возрастали. Помимо патента в России, Славянов получил патенты во Франции, Германии, Италии, Австро-Венгрии, Бельгии, США, Швеции. В 1892 г. он был награжден золотой медалью Русского технического общества на IV электро-технической выставке в Петербурге. В 1893 г. получил диплом и большую золотую медаль на Всемирной электротехнической выставке в Чикаго, США. Экспонаты Славянова демонстрировались в 1896 г. на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде и уже после смерти изобретателя — в 1900 г. на Всемирной выставке в Париже.

С дуговой сваркой тесно связано другое крупное изобретение Н. Г. Славянова — уплотнение отливок (патент № 8747, выданный в 1891 г.). Он предложил в отлитом слитке расплавлять верхнюю часть мощной дугой и достаточно долго удерживать металл в верхней части слитка в расплавленном состоянии. Благодаря этому газовые пузыри и неплотности выходят на поверхность слитка. Металл становится более плотным. Особенно важное значение имела книга Славянова «Электрическая отливка металлов». Это первое в мире научное руководство по дуговой сварке. Книга была переиздана в 1929 г. в Берлине. Значительные выдержки из книги изданы в 1930 г. в Ленинграде. В .1954 г. книга переиздана полностью московским издательством «Машгиз».

Руководя заваркой крупной детали на открытом воздухе в морозный день,’ Н. Г. Славянов простудился и тяжело заболел и через несколько месяцев умер (5(17) октября 1897 г.) в возрасте 43 лет.

Изобретения Бенардоса и Славянова нашли заметное применение по тем временам в первую очередь на железных дорогах, а затем на нескольких крупных машиностроительных и металлургических заводах.

Вопросы, связанные с развитием и применением дуговой сварки, неоднократно заслушивались и обсуждались на съездах инженеров службы подвижного состава и тяги.

Впервые дуговую сварку на железно-дорожном транспорте начали применять в 1887—1888 гг. на Козловско- Воронежско-Ростовской железной дороге (в Воронежских паровозных мастерских) и на Орловско-Витебской железной дороге (в Рославльских паровозных мастерских) при исправлении дефектов паровозных и вагонных колес, паровозных рам, при соединении концов дымогарных труб и трубных решеток, паровозных котлов, цилиндров, золотников и т. д., а затем в мастерских Владикавказской железной дороги в Ростове-на-Дону.

В начальный период дуговую сварку применяли для ремонта простых изделий, обычно наплавляли изношенные поверхности и заваривали трещины. Дальнейшее усовершенствование технологии сварки позволило применять ее для более ответственных работ. С помощью сварки ремонтировали паровозные цилиндры, рамы, изготовленные из проката, вагонные колеса. Заваривали трещины в бронзовых золотниках и в перемычках между отверстиями дымогарных решеток, наплавляли шейки паровозных и вагонных осей и пр.

На Коломенском машиностроительном заводе «Электрогефест» применяли для сварки труб, резервуаров пневматических тормозов, керосиновых бачков и для ремонта чугунных изделий.

Рис. 2.11. Первый электрический генератор для сварки, разработанный п построенный Н. Г. Славяновым

На Невском машиностроительном заводе в Петербурге при помощи сварки исправляли стальное и чугунное литье и выполняли наплавочные работы.

По способу Славянова успешно сваривали чугун и бронзу, стальные детали значительного сечения и ремонтировки всевозможные изделия: стальные коленчатые валы, паровые цилиндры, станины паровых молотов, рамы паровозов и паровых машин, зубчатые колеса, золотниковые коробки, штоки паровых молотов, паровые цилиндры насосов н воздуходувных ма-шин, ножницы для резки металла, части прессов, якоря речных судов, судовые рули, рамы штурвалов и т. д. Качество сварочных работ находилось на высоком уровне, что подтверждается актами, подписанными представителями заказчиков и другими лицами. Сохранились образцы работ того времени [6, 9, 10, И, 13].

В 1897 г. по проекту Славянова сооружена крупная промышленная установка дуговой сварки на сталелитейном и машиностроительном заводе в Екатеринославе (ныне Днепропетровск) (рис. 2.16). Сварку применяли для исправления поверхностных дефектов стальных отливок (в вагонных, тендерных и паровозных центрах колесных скатов). Эта установка имела большое значение для развития промышленного применения дуговой сварки в России и в других странах. В технических кругах зарубежных стран в тот период этот способ сварки был малоизвестен. Поэтому статья инженера Я. Л. Франкфурта, принимавшего участие в монтаже и эксплуатации Екатеринославской установки, в одном из французских журналов вызвала большой интерес среди промышленных кругов многих европейских стран [12].

В конце XIX в. установки «электрической отливки» металлов Славянова работали на заводе общества пароходства и торговли в Севастополе, на Луганском, Златоустовском, Сормовском и Ижевском заводах, в Одесских и Кронштадтских портовых мастерских. Для сварки по способу Славянова, требовавшей значительных сил тока, часто применяли импортные электрические генераторы.

Особо следует отметить работы электросварочной мастерской при Одесских головных мастерских Юго-Западных железных дорог, организованной в 1898 г. Д. А. Дульчевским. Здесь из года в год возрастал объем сварочных работ, совершенствовался технологический процесс сварки, вводилось более совершенное сварочное оборудование. В зависимости от потребностей применяли способы сварки Н. Н. Бенардоса и

Н.       Г. Славянова. Кроме ремонта, в ряде случаев дуговая сварка применялась для изготовления новых изделий. Например, в Одесских мастерских изготовляли резервуары тормозов Вестинга- уза, стальные бочки и т. д. Эта электросварочная мастерская была в стране образцовой. За большие успехи в применении дуговой сварки и совершенство вание технологического процесса на Всероссийской промышленной выставке в Одессе в 1910 г. Одесские железнодорожные мастерские были удостоены высшей награды — золотой медали с надписью «За умелое применение электросварки».

Позднее дуговая сварка успешно применялась во многих ремонтных железнодорожных мастерских (Конотопских, Двинских и др.) для разнообразных работ, а также на ряде заводов, в частности на Петербургском Александровском заводе Николаевской железной дороги (теперь Пролетарский завод), где сваркой руководил весьма квалифицированный ‘ специалист — инженер В. М. Кондратьев. В 1904 г. моряки русского флота и рабочие Балтийского судоремонтного завода, находившиеся в осажденном Порт-Артуре, успешно применяли дуговую сварку угольным электродом для соединения и резки металлических частей при ремонте повреждений корпусов кораблей «Севастополь», «Ретвизан», «Цесаревич», полученных в боях с японским флотом. При этих работах источниками питания дуги являлись корабельные генераторы.

Передовые деятели русской техники понимали значение дуговой сварки для промышленности. Профессор Московского технического училища П. К. Худяков в статьях подчеркивал большое значение дуговой сварки. Профессор М. А. Шателен во многих статьях, а также в курсе электротехники, изданном в 1911 5. и читавшемся в Петербургском политехническом институте, уделял значительное внимание дуговой сварке.

Для дуговой сварки по способу Славянова нужны плавящиеся стальные электроды. Уже в 1907 г. шведский инженер О. Кьельберг предложил наносить на электроды слой покрытия из различных веществ, повышающих устойчивость горения дуги как на постоянном, так и на переменном токе. Позднее в состав покрытия стали вводить легирующие, газо- и шлакообразующие

Рис. 2.12. Аппарат Н. Г. Славянова для свар- Рис. 2.13. Схема поста для наплавки зубьев и плавящимся электродом шестерен по проекту Н. Г. Славянова 1 — сварочный генератор; 2 — свариваемый предмет; 3 — электрод; 4 — полуавтомат

Рис. 2.14. Стальная деталь, отремонтированная под руководством Н. Г. Славянова

Однако, несмотря на первоначальные успехи русских изобретателей, инженеров и промышленников в деле разработки и внедрения дуговой электросварки, к началу XX в. промышленно развитые страны Европы и США опередили Россию по объему применения сварки.

Первые способы сварки имели определенные недостатки, мешавшие их широкому внедрению в производство. Поэтому ученые, инженеры и практики в различных странах мира продолжали совершенствовать технологию и сварочное оборудование. Так, в 1905 г. в Австрии профессор Розенберг сконструировал специальный сварочный генератор, нашедший применение и в России. Значительный шаг в развитии способа сварки плавящимся электродом, как упоминалось выше, сделал шведский инженер О. Кьельберг. Таким способом он хотел предотвратить стекание электродного металла при сварке швов в потолочном положении и при этом обнаружил, что при сварке покрытыми электродами улучшилась защита зоны сварки. В течение последующих лет в качестве защитных покрытий предлагались различные вещества, а в 1917 г. американские инженеры О. Анд

Рис. 2.16. Схема одной из первых в мире крупных промышленных установок дуговой сварки, сооруженной в 1897 г. по проекту Н. Г. Славянова на сталелитейном и машиностроительном заводе в Екатеринославе (Днепропетровске)

Рис. 2.15. Станина, отремонтированная под руководством Н. Г. Славянова

компоненты, что существенно повысило качество сварки.

В Томском технологическом институте уже в 1914 г. выполнялись дипломные проекты по дуговой сварке. С 1913 г. в Москве начал выходить журнал «Автогенное дело» (в 1914 г. в связи с началом первой мировой войны журнал был закрыт).

рус и Д. Стресау изобрели электрод, стальной стержень которого был обернут полоской бумаги, приклеенной силикатом натрия (жидким стеклом). Дым, образующийся при сгорании бумаги, улучшал защиту зоны сварки, а присутствие в дуговом разряде натрия, имеющего низкий потенциал ионизации, облегчало технику выполнения ручной сварки. Благодаря этим и другим техническим решениям были разработаны электроды с покрытиями, обеспечивающими высокое качество сварных соединений стали и некоторых других материалов.

В период гражданской войны и иностранной интервенции почти все сварочное оборудование, эксплуатировавшийся в России, пришло в негодность. Поэтому сварочное дело в годы Советской власти пришлось развивать заново.

Добавить комментарий