Техника - молодёжи 2003-06, страница 61

Рубрику ведет заслуженный изобретатель РСФСР, доктор технических наук, профессор, почетный работник высшего образования РФ Юрий ЕРМАКОВ

К 120-летию открытия электросварки русским инженером Н.Н. Бенардосом

После публикации нашего обзора по истории электросварки («Глаз и сварка», «ТМ», № 6 за 1999 г.) прошло четыре года, и в канун 120-летия открытия «Электроге-феста» (если вести отсчет не с момента подачи заявки, а с первого удачного соединения точечной сваркой свинцовых пластин аккумулятора), принимая во внимание исключительные приоритеты русских и советских ученых в области электросварки на всех этапах ее развития, мы возвращаемся к этой теме.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДУГОВОЙ РАЗРЯД

открыл в 1802 г. и назвал «вольтовой дугой» российский ученый В.В. Петров (1761 — 1834). Сегодня, два века спустя, прирученная электрическая дуга широко используется при изготовлении машин, мостов, турбин, котлов, микросхем компьютеров, нефте- и газопроводов, космических кораблей. Без сварки — эффективного и надежного способа неразъемного соединения деталей — не обходится ни одно современное производство.

Из глубины веков пришла к нам кузнечная, или, как ее еще называют, горновая сварка. И сегодня можно встретить старинные изделия, созданные кузнечной сваркой: кольчуги — из 10 — 20 тыс. колец, кованые ворота, ограды древних соборов, наконечники копий, предметы обихода, вазы, кубки, украшения.

При кузнечной сварке части изделия нагревают в кузнечном горне (отсюда и название «горновая») пламенем древесного угля до белого каления, обеспечивающего пластичность металла, а затем место соединения проковывают как единое целое (рис. 1).

Отцом электрической сварки является наш соотечественник инженер Н.Н. Бенардос (1842 — 1905), впервые применивший вольтову дугу для соединения деталей. Свой способ сварки он назвал «Электрогефестом» в честь бога Гефеста — кузнеца, покровителя ремесел из древнегреческой мифологии.

По новому способу, одним из электродов вольтовой дуги служит обрабатываемый предмет «г», а другим — угольный стержень D (рис. 2, а; обозначения согласно привилегии, как тогда называли патент). В качестве источника электрического тока S в то время применяли мощные аккумуляторные батареи. Вспыхивающая между металлическим изделием и электродом вольтова дуга позволяла выполнить «соединения частей между собой, разделение и разрезание металлов на части, сверление или

производство отверстий и полостей и наплавку слоями» (рис. 2, б). Российский патент — привилегию № 11982 Н.Н. Бенардос получил 31 декабря 1886 г. Заявка на него была подана 6 июля 1885 г.

Сварка изделий способом Н.Н. Бе-нардоса не всегда получалась удачной из-за незащищенности расплавленного участка металла от кислорода воздуха. Металл окислялся и выгорал, а место соединения — шов становился хрупким. Требовалось устранить эти недостатки.

СЕКРЕТЫ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОСВАРКИ

раскрыл русский изобретатель и инженер казенных Пермских заводов Н.Г. Славянов (1854— 1897). Занимаясь разработкой способа, названного им электроотливкой (привилегия № 8748 от 13 августа 1891 г.), Н.Г. Славянов отказывается от громоздкой аккумуляторной батареи и применяет разработанную им динамо-машину — прообраз современного сварочного генератора. Угольный неплавящийся электрод заменяет плавящимся металлическим стержнем 1, сходным по химическому составу со свариваемым изделием 2 (рис. 3, а). Для защиты расплавленного металла от кислорода воздуха Славянов изобретает флюс 3 — специальный порошок, основными компонентами которого являются кремнезем и окись мар

ганца. Флюс, которым обмазывают электрод, разлагается при высокой температуре с выделением большого количества газа, обволакивающего место сварки.

Разработки наших соотечественников оказались столь потрясающими, что электродуговая сварка начала стремительное шествие по планете, обойдя все известные до нее способы неразъемного соединения деталей (клепка, пайка, горновая сварка). В марафонское шествие включились и изобретатели.

Стартовали увеличением мощности сварочного тока. Скорость сварки возросла, однако электрод не успевал плавиться, а металл шва, наоборот, перегревался и окислялся. Качество оставляло желать лучшего. Тогда изобретатель И.А. Липецкий предложил подогревать электрод до темно-красного цвета пропусканием электрического тока через него от дополнительного источника. Это позволило увеличить скорость расплавления торца электрода, уменьшить перегрев шва и разбрызгивание металла (а.с. № 80709, 1938 г.). Но, как нередко бывает, достоинствам новшества сопутствуют недостатки. Увеличение скорости расплавления электрода привело к его быстрому сгоранию и необходимости частой замены. За рабочую смену на замену электродов, удаление огарков и возбуждение дуги уходило половина времени. Выход нашел инженер B.C. Володин. Он предложил сваривать не одним электродом, а сразу двумя, тремя... более того, пучком, закрепляя их в держателе треугольником, квадратом, гребенкой 1 — как потребуется (рис. 3, б). Через электродержатель ток подводился одновременно ко всем электродам. Дуга возбуждалась на том электроде, который ближе стоял к свариваемому изделию. По мере его про-плавления дуга переходила от одного электрода к другому, подогревая своим теплом очередной электрод. Стало возможным увеличить сварочный ток, не страшась перегрева шва, и сэкономить

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 6 ' 2 0 0 3

59