Патоново чудо: прорыв гения сварочного дела в СССР

Первые способы сварки

возникли у истоков цивилизации — с началом использования и обработки металлов.

Известны древнейшие образцы сварки, выполненные в VIII-VII тысячелетиях до н.э. Древнейшим источником металла были случайно находимые кусочки самородных металлов — золота, меди, метеоритного железа. Ковкой их превращали в листочки, пластинки, острия. Ковка с небольшим подогревом позволяла соединять мелкие кусочки более крупные, пригодные для изготовления простейших изделий.

Позже научились выплавлять металл из руд, плавить его и литьем изготовлять уже более крупные и часто весьма совершенные изделия из меди и бронзы.

С освоением литейного производства возникла литейная сварка по так называемому способу промежуточного литья – соединяемые детали заформовывались, и место сварки заливалось расплавленным металлом. В дальнейшем были созданы особые легкоплавкие сплавы для заполнения соединительных твои и наряду с литейной сваркой появилась пайка, имеющая большое значение и сейчас.

Весьма важным этапом стало освоение железа около 3000 лет назад. Железные руды имеются повсеместно, и восстановление железа из них производится сравнительно легко. Но в древности плавить железо не умели и из руды получали продукт, состоявший из мельчайших частиц железа, перемешанных с частицами руды, угля и шлака. Лишь многочасовой ковкой нагретого продукта удавалось отжать неметаллические примеси и сварить частицы железа в кусок платного металла. Таким образом, древний способ производства железа включал в себя процесс сварки частиц железа в более крупные заготовки. Из полученных заготовок кузнечной сваркой изготовляли всевозможные изделия: орудии труда, оружие и пр. Многовековой опыт, интуиции и чутье позволяли древним Мистерам иногда получать сталь очень высокого качества (булат) и кузнечной сваркой

изготовлять изделия поразительного совершенства и красоты.

Кузнечная сварка и пайка

были ведущими процессами сварочной техники вплоть до конца ХIХ в., когда начался совершенно новый, современный период развития сварки. Несоизмеримо выросло производство металла и всевозможных изделий из него, многократно — потребность в сварочных работах, которую не могли уже удовлетворить существовавшие способы сварки. Началось стремительное развитие сварочной техники — за десятилетие она совершенствовалась больше, чек за столетие предшествующего периода. Быстро развивались и новые источники нагрева, легко расплавлявшие железо: электрический ток и газокислородное пламя.

Особо нужно отметить открытие электрического дугового разряда, на использовании которого основана электрическая дуговая сварка — важнейший вид сварки настоящего времени. Видная роль в создании этого способа принадлежит ученым и инженерам нашей страны. Само явление дугового разряда открыл и исследовал в 1802 году русский физик и электротехник, впоследствии академик Василий Владимирович Петров

.

Петров Василий Владимирович

В 1802 г. русский академик В.В. Петров обратил внимание на то, что при пропускании электрического тока через два стержня из угля или металла между их концами возникает ослепительно горящая дуга (электрический разряд), имеющая очень высокую температуру. Он изучил я описал это явление, а также указал на возможность использования тепла электрической дуги для расплавления металлов и тем заложил основы дуговой сварки металлов.

Н.Н. Бенардос

в 1882 г.
изобрел способ дуговой сваркис применением угольного электрода
. В последующие годы им были разработаны способы сверки дугой, горящей между двумя или несколькими электродами; сварки в атмосфере защитного газа; контактной точечной электросварки с помощью клещей; создан ряд конструкций сварочных автоматов. Н.Н. Бенардосом запатентовано в России и за границей большое количество различных изобретении в области сварочного оборудования и процессов сварки.

Бенардос Николай Николаевич

Автором метода дуговой сварки
плавящимся металлическим электродом
, наиболее распространенного в настоящее время, является
Н.Г. Славянов
, разработавший его
в 1888 г.
Славянов Николай Гаврилович

Н.Г. Славянов не только изобрел дуговую сварку металлическим электродом, описал ее в своих статьях, книгах и запатентовал в различных странах мира, но и сам широко внедрял ее в практику. С помощью обученного им коллектива рабочих-сварщиков Н.Г. Славянов дуговой сваркой исправлял брак литья и восстанавливал детали паровых машин и различного крупного оборудования. Н.Г. Славянов создал первый сварочный генератор и автоматический регулятор длины сварочной дуги, разработал флюсы для повышения качества наплавленного металла при сварке. Созданные Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым способы сварки явились основой современных методов электрической сварки металлов.

Внедрение сварки в производство проходило очень интенсивно, так в России с 1890 по 1892 года было по их технологии отремонтировано с высоким качеством 1631 изделие, общим весом свыше 17 тыс. пудов, это в основном чугунные и бронзовые детали. Они даже разработали проект ремонта российского памятника литейного производства «Царь-колокола», но работа не была разрешена, и мы сейчас можем любоваться на российские нетленные символы: колокол, который не звонил, и на пушку, которая не стреляла.

Известный мостостроитель академик Патон Евгений Оскарович, предвидя огромное будущее электросварки в мостостроении и в других отраслях хозяйства, резко сменил поле своей научной деятельности и в 1929 году организовал сначала лабораторию, а позднее первый в мире институт электросварки (г. Киев). Им было разработано и предложено много новых и эффективных технологических процессов электросварки. В годы войны в короткий срок под его руководством были разработаны технология и автоматические стенды для сварки под слоем флюса башен и корпусов танков, самоходных орудий, авиабомб.

В настоящее время широкое развитие получили такие новые способы сварки как: порошковыми материалами, плазменная, контактная и электрошлаковая, сварка под водой и в космосе и др., многие из которых были разработаны в Институте электросварки имени Е.О. Патона, который в последние годы возглавлял сын основателя института — академик Борис Евгеньевич Патон.

Кроме головного, в этой отрасли, института сварки имени Е.О. Патона, вопросами сварки успешно занимаются многие учебные институты (УПИ, ЧИМЭСХ, ЛГАУ и др.), институты объединения «Ремдеталь».

Наибольшее развитие наука о сварке и техника применяемых в настоящее время передовых методов сварки подучила в нашей стране благодаря трудам многих советских ученых, инженеров и рабочих-новаторов сварочного производства. Ими создано большое количество типов сварочного оборудования, марок электродов, разработаны новые прогрессивные сварочные процессы, в том числе высокомеханизированные и автоматизированные, освоена техника сварки многих металлов и сплавов, глубоко и всесторонне разработана теория сварочных процессов.

В последние годы сварка повсеместно вытеснила способ неразъемного соединения деталей с помощью заклепок.

Электродуговая сварка

Электродуговая сварка — это способ сварки, использующий электрическую дугу для нагрева и плавки металла.

У истоков возникновения электродуговой сварки стоят видные российские ученые: В.В. Петров, Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славянов. Они прославились рядом крупных открытий, которыми человечество пользуется и сейчас. Открыл электродуговой разряд Василий Владимирович Петров. В 1802 г. следом за итальянским физиком А. Вольта, он создал агрегат, который мог выдавать электрическую энергию. Это был крупный на тот период источник тока, батарея, состоящая из 4200 пар цинковых и медных кружков, прослоённых бумагой, намоченных гидрофитным раствором аммония. Именно на ней впервые на планете была получена электрическая дуга. Изобретение В.В. Петрова сильно обогнало время. Реальное использование электрической дуги началось лишь в конце XIX столетия. Это связано с тем, что к периоду открытия электродугового разряда — электрика едва начала появляться, а электротехнической индустрии не существовало. Не существовало нужных агрегатов большой мощности и простых в эксплуатации, производящих электричество для питания электрической дуги. Не имелось и нужной магнитоэлектрической электроаппаратуры.

В этот период русский умелец-самородок, Николай Николаевич Бенардос создал, на основании эл. дуги и приобретенных им знаний из истории электротехники, новый способ сварки и резки изделий из металла – электродуговой.

Н. Н. Бенардос совершил огромное число открытий в области электрики, большинство из которых не утратили своей ценности, и в наше время. Одним из главных открытий, которое принесло ему международную известность, стал созданный в 1882 г. метод электродуговой сварки. За это Бенардос получил патенты от большинства государств Европы и Америки.

В целях практического использования своего открытия он подробно описал механизмы и специальные электро-технологические методы (образцы сварных соединений, используемые флюсы при электросварке стали и меди и др.).

В 90-х годах XIX столетия электросварка благополучно используется в России и за ее пределами. В 1886 году Э. Томсоном придумал метод, состоящий в электросварке пары стальных прутков. Германский электрик Г. Ценерер и будущий создатель Ч. А. Коффин придумали промышленный способ электродуговой сварки, названный «электрической паяльной трубкой». Дуга, возбуждаясь между угольными электродами, отклонялась при помощи магнита в сторону свариваемого металла. В данном примере использовалась дуга косвенного действия.

В это же время, наряду с Бенардосом работал и другой русский кулибин – Н. Г. Славянов. Он много сделал для совершенствования электродуговой сварки. Имея огромные познания в металлургии и электротехнике, Н.Г. Славянов разработал метод дуговой сварки плавящимся стальным электродом с защитой сварочной ванны флюсом, и приспособление для полуавтоматической подачи прута в область сварки — «электроплавильник». При сварке путём Славянова дуга расплавляла заодно металлическую деталь, электрод и сварочный флюс, формируя совместную сварочную ванну из расплавленного металла, закрытую расплавленным шлаком, который прочно закрывал металл от влияния атмосферы. Замена угольного электрода металлическим решила задачу науглероживания металла, что улучшило свойства сварных швов. Н. Г. Славянов отказался от использования аккумуляторной батареи Бенардоса, а воспользовался разработанной им динамо-машиной на 1000 А. Так появился первый на планете сварочный генератор.

Впервые в мировой практике Славянов использовал нагрев металла накануне сварки для уменьшения охлаждения. Официальный показ этого метода прошел осенью 1888 года на Пермских пушечных заводах. В 1891 г. он получил патент в России и других странах за изобретенный им прием электрического литья металлов. Его разработки допускали проводить сварочные работы на высококачественном уровне, что признано современниками. Синхронно с дуговой сваркой появился другой тип электросварки – контактная сварка.

В 1856 г. британский электрофизик Дж.П. Джоуль обнаружил, что свитые края проволок, чрез которые идёт электрический ток, накаляются и сплавляются между собой. Лишь по истечении девяти годов джоулева теплота нашла специальное применение британцем Ф. Уальдом для сварки прутков малого диаметра.

Британский физик Уильям Томсон (граф Кельвин) инициатор проекта по прокладке кабеля связи меж Великобританией и США через Атлантический океан – рекомендовал использовать в 1856 г. стыковую контактную электросварку. Но несмотря на это, слава изобретателя этого вида сварки закрепилась за знаменитым американским изобретателем Эльхью Томсоном. Им были сконструированы все необходимые оборудования для контактной сварки: мощный трансформатор. коммутирующая аппаратура, динамо-машина, клещи-тиски для зажима свариваемых заготовок. В 1885 году он, отработав технику сварки, доводит до автоматизма безотказную работу сварочной аппаратуры.

В. П. Вологдин, основоположник использования сварочных работ в разных ветвях отечественной индустрии, построил на Дальзаводе полностью сварной корабль. Открыл первую в нашей стране профшколу электросварщиков. В июне 1921 г. организовал первый в Советском Союзе электросварочный цех. В 1925 г. создал первую в стране электролабораторию по сварке. В 1941—1943 гг. Патон создаёт электротехнологию сварки спецсталей, которая использовалась при изготовлении танков и бомб. Это помогло снизить трудозатраты при производстве брони корпуса танка Т-34, и не требовало от рабочих специальных знаний и огромного физического труда.

Источник: mirnovogo.ru

Электросварка Патона меняет электрогефест

В конце 20-х годов, когда Евгений Патон вовсю занимался восстановлением мостов и их строительством уже в Советском Союзе, он задумался над переходом от клепаных конструкций к сварным. В разы снижалась трудоемкость сооружения мостов, достигалась огромная экономия металла, радикально сокращались сроки строительства. Но как это сделать, если электросварка для него пока терра инкогнита, а страна слишком отстала от Запада по части современных технологий? Но в 1929 году русский инженер, которому было уже под шестьдесят, с юным пылом кинулся осваивать совершенно новую научно-прикладную сферу. Не на пустом месте: электросварку (под названием электрогефест) изобрел в 1883 году Николай Бенардос, а подхватил его работы Николай Славянов в 1890-е годы.

“Зарабатывай Российская империя и СССР только на добыче и продаже сырья, эпохальные разработки академика Патона никогда бы не реализовали”

Патон решил продолжить их дело в 1929-м. Хотя и трудился Евгений Оскарович в Киеве, в Академии наук Украинской ССР, сначала у него не имелось ни лаборатории, ни оборудования, ни даже скромного помещения. Первое пристанище Патон получает на киевском , где уже был сварочный цех. Наука начинает твориться рука об руку с реальным делом. В начале лаборатория Патона состоит из одного инженера-электрика и сварщика-энтузиаста. Сваренные балки испытывают на прочность в Киевском политехе. Идея заниматься электросваркой поначалу вызывала в академической среде недоумение: мол, тема узкая, занятие не для ученого, а для инженера. Но Патон настоял на своем – и АН УССР выделяет ему три комнаты в подвале бывшей гимназии. И снова изобретатель внушает сотрудникам: работать станем рука об руку с промышленностью!

«…Электросварочная лаборатория должна не выпускать пухлые научные отчеты, а по-настоящему помогать промышленности осваивать новые способы сварки металла. Я предупреждал их, что придется много бывать на заводах, помогать там справляться с трудностями освоения сварки, готовить для заводов кадры, драться со сторонниками клепки…» – писал академик в мемуарах. Прочесть бы эти слова нынешним «манагерам» российской науки, требующим от ученых только отчетов и индекса цитируемости в журналах.

Но силы одной лаборатории ничтожны. И тогда в 1930 году Патон совершает смелый шаг: по совету своего ученика Бориса Горбунова организует Электросварочный комитет АН УССР, в работе которого участвуют заводские инженеры и рабочие-сварщики. То есть снова академик-титан идет на широчайшее вовлечение работающей индустрии в научную работу. И ведь получается!

Ученый-инженер не уставал повторять: наука и промышленность должны работать в теснейшем союзе, исследователь обязан бывать на заводах и помогать внедрению своих разработок.

«…Должен ли всем этим заниматься ученый, должен ли он воевать с теми, кто смотрит на все только со своей ведомственной колокольни? Или, может быть, наше дело – дать народу то или другое открытие и затем перейти к новым исследованиям?..

…Что может быть в наших советских условиях нелепее «жреца чистой науки»?» – читаем в мемуарах академика. Что же, тогда все это было возможным: заводы работали на всю мощь буквально повсеместно. Живая индустриализация обеспечивала энергию развивающейся науке.

Вернемся в наши дни. Возможно ли нечто подобное сегодня, когда и в Киеве, и в Москве, и в больших городах ? Вместо них стоят либо торгово-развлекательные центры, либо гнездилища «креаклов» (тату-салоны, рекламные агентства, кофейни и выделка абажуров), либо кварталы элитного жулья? Нет, конечно. Появись сегодня какая-нибудь технология упрочнения металла с помощью нанотеха – где ее развивать и распространять? Где заводы, что дадут заказы академическим и прикладным НИИ на новейшие разработки, что будут искать талантливых студентов вузов для работы у себя? Их нет. И нет питательной среды для ученых. А вот и в Российской империи, и в СССР заводы и фабрики работали вовсю. Именно промышленность и вытянула почин Патона. Убери сталинскую бурную индустриализацию – и чудо Патона исчезнет. Завянет и поникнет, как срезанный цветок.

Дело шло. Харьковский прислал на испытания каркасы двух молотилок – клепаный и сварной. По итогам их харьковчане перешли целиком на сварку. Затем то же самое сделал и запорожский «Коммунар», выпускавший комбайны.

«Этот твердый курс на тесную связь с производством, на прямую «отдачу» нашей научной работы в практику, курс на жизнь наступательную, активную и беспокойную все больше определял жизнь нашего сварочного комитета. Его члены были прикреплены к заводам и там вели свою основную работу. Киевские сварщики уже хорошо знали дорогу в комитет, заводские инженеры из других городов не только писали нам, но часто и сами приезжали в лабораторию за помощью и советом…» – вспоминал Евгений Оскарович.

Именно работа с промышленностью, прорыв сварки на стройплощадки Магнитки позволили Патону и его команде заработать средства на серьезные научные исследования. Обратим особое внимание на то, что будущий лауреат Сталинской премии фактически действовал в духе предпринимателя-новатора. Он не писал письма в наркоматы и ведомства с планами и просьбами дать деньги и ресурсы, не ждал от них каких-либо заданий. Патон на вполне рыночной основе сам зарабатывал средства и задачи себе ставил, опираясь на непридуманные нужды реального производства.

Пришла пора создавать полноценный институт вместо небольшой лаборатории.

История сварки

В самом начале 19 века, а конкретно в 1802 году, Василий Владимирович Петров (1761 – 1834 гг.), будучи профессором физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии, открыл и описал явление электрической дуги, а также впоследствии предложил ее возможное практическое применение, включая электросварку и электропайку металлов.

В 1882 году русский изобретатель Николай Николаевич Бенардос (1842 – 1905 гг.) открыл способ дуговой сварки с использованием угольного электрода. Дуга Бенардоса горела промеж угольного электрода и свариваемым металлом. В качестве присадочного прутка для образования шва применялась стальная проволока, а источником электрической энергии были аккумуляторные батареи. В последующие годы Н.Н. Бенардосом были разработаны и другие виды сварки: сварка дугой, горящей между двумя или несколькими электродами; сварка в атмосфере защитного газа; контактная точечная электросварка с помощью клещей. Им же были созданы и запатентованы ряд конструкций сварочного оборудования.

В 1888 году Николай Гаврилович Славянов (1854 – 1897 гг.) впервые в мире на практике применил наиболее распространенный в настоящее время метод дуговой сварки – метод сварки плавящимся металлическим электродом под слоем флюса. В присутствии государственной комиссии он сварил коленчатый вал паровой машины. Н.Г. Славянов не только изобрел дуговую сварку металлическим электродом, описал ее в своих статьях, книгах и запатентовал в различных странах мира, но и сам широко внедрял ее в практику. С помощью обученного им коллектива сварщиков Н.Г. Славянов дуговой сваркой исправлял брак литья и восстанавливал детали паровых машин и различного крупного оборудования. Н.Г. Славянов создал первый сварочный генератор и автоматический регулятор длины сварочной дуги, разработал флюсы для повышения качества наплавленного металла при сварке, организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897 г.

Время поточной сварки

В 1932 году Евгений Патон разговаривал с главой АН УССР Александром Богомольцем о том, что необходимо создавать ИЭС – Институт электросварки. Но денег не хватает. Нужно строить новое здание, и Патон отвечает: «… мы понимаем, что сейчас, когда идет такая стройка, у государства каждый рубль на счету. Поэтому мы готовы обойтись самой скромной суммой, лишь бы ее хватило на здание. А что понадобится для обзаведения оборудованием, заработаем сами по договорам с заводами…»

И снова печально опускаем голову. Опять не про нынешнюю РФ. ВПК ее слишком мал по объемам, чтобы вытянуть еще и науку.

ИЭС возникает в 1934-м, за семь лет до войны. Скоро двухэтажного здания становится мало, и опять патоновцы за счет договоров о сотрудничестве с заводами возводят себе пристройки. Мало того, институт отказывается от закупок импортного научного оборудования: в ИЭС строят свои испытательные машины. А сумма заработанных на договорах с предприятиями денег вдвое превышает ассигнования из бюджета государства. И уже тогда Евгений Патон думает о том, что нужно создавать автоматы для заводской сварки, практически роботов, у которых нет усталости, рука при проведении шва не дрогнет, глаз не подведет. И каждый автомат заменит собой десяток рабочих.

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.

22 июня 1941 года Евгений Оскарович Патон ехал на Урал проверять, как выполняется постановление по внедрению автоматической сварки, и на одной из остановок услышал сообщение о нападении Германии на СССР.

В 1934 году академик Евгений Оскарович создал в Киеве Институт электросварки АН УССР, директором которого оставался до конца жизни. Учёный сформулировал основные положения по технологическим основам дуговой сварки, использованию дуговой автоматической сварки в мостостроении и производстве других изделий из конструкционных сталей.

Евгений Оскарович Патон (1870 – 1953)

Но в военное время наука и промышленное производство должны были работать на оборону страны. Немецко-фашистские войска приближались к Киеву. Заводы и учреждения срочно начали переправлять на восток страны.

Эвакуация проходила с большими трудностями. 26 июля 1941 года в Нижний Тагил прибыл первый вагон с оборудованием и сотрудниками. Это был грузовой крытый вагон собственного изготовления Института электросварки.

Эта экспериментальная сварная конструкция не имела не только сертификационных документов, но и вообще каких-либо удостоверений. Другие – «нормальные» – вагоны с имуществом Академии наук 20 августа возле Нежина попали под бомбежку.

Много оборудования и библиотека ИЭС погибли. В Нижнем Тагиле на Уралвагонзаводе институту выделили комнату под «кабинеты», участок в цехе для лабораторий, и жильё в бараках и землянках, наспех вырытых в мёрзлой земле. Академика с семьёй поселили в отдельной маленькой квартирке.

Вскоре на территорию Уралвагонзавода прибыли 400 эшелонов с оборудованием, заготовками и специалистами с семьями Харьковского паровозостроительного завода им. Коминтерна (ХПЗ). В конструкторском бюро завода и был спроектирован лучший средний танк Второй мировой войны – Т-34, а в цехах завода было налажено его производство.

Завод в Нижнем Тагиле стал называться Уральским танковым заводом № 183 им. Коминтерна. На новом месте быстро наладили выпуск танков – сначала из заготовок, прибывших из Харькова. Вскоре была налажена выплавка легированных сталей, прокат и термообработка броневых плит, литье башен, штамповка и другие технологии изготовления деталей и узлов танка.

В конце 1941 года в СССР уже работали 8 танковых местом производства были бронекорпусные цеха. По много часов каждый корпус танка занимал место в цехе. На дуговой сварке броневых плит толщиной 50-70 мм были заняты сотни квалифицированных сварщиков – ручников.

Евгений Оскарович решил, что Институт электросварки должен участвовать в производстве танков. Автосварка справилась бы с этой работой быстрее, но технология, составы электродных проволок и флюса были разработаны исключительно для сварки обычных конструкционных сталей.

Ещё в 1940-м году он направил в Харьков лучшего знатока сварочных процессов В.И. Дятлова, однако броневые листы сварить не удалось – швы трескались. Теперь же условия для решения этой проблемы были посложнее. Правда, патоновцы не знали, что броню сварить ещё не удавалось нигде в мире.

Но Патон не отступил – именно автоматическая сварка была бы необходима при изготовлении танковых корпусов, если бы удалось раскрыть загадку закалённых легированных броневых сталей. Война потребовала от учёных, конструкторов, инженеров, рабочих решать сложные проблемы в кратчайший срок.

В трудных условиях он развернул поисковые и конструкторские работы, основная цель которых была найти технологию скоростной автоматической сварки танковых корпусов.

Евгений Оскарович написал: «Основные трудности, тормозившие работу по созданию технологии сварки броневых сталей и чётко проявившиеся при проведении опытов в Нижнем Тагиле, заключались в образовании в металлах шва и зоны термического влияния трещин.

«Броня, она всегда броня», – сетовали кругом. Большое разочарование приносили и поры. Когда казалось, что трещины уже побеждены, они появлялись вновь. Наконец, в результате упорного труда бригада технологов, руководимая В.И. Дятловым, победила трещины…

Мы гордились и сейчас гордимся тем, что советские танкостроители первыми в мире научились варить броню под флюсом. До самого конца войны у немцев не было автосварки танковой брони, а у американцев она появилась только в 1944 году».

Одновременно с разработкой технологии была спроектирована установка для сварки борта корпуса танка Т-34 с подкрылком.

Но установка была на чертежах, на бумаге. Как сделать её в металле?

Из Киева привезли два станка, в мастерской были слесарные верстаки. Сотрудники института работали напряженно. Люди на заводе делали танки по 12 часов в сутки и у них не было времени на постороннюю работу. Где найти рабочих?

Сам Евгений Оскарович Патон в «Воспоминаниях» писал:

«Тогда мы бросили клич, и в мастерской появились подростки 15-16 лет, дети наших сотрудников и служащих, бедовые, расторопные ребята, не имевшие, однако, никакого представления о том, как даже подступиться к станкам.

Этот «механизированный детский сад» возглавил наш лаборант М.Н. Сидоренко и другой лаборант Л.М. Богачек в ролях старших слесарей. Они учились сами и учили ребят.

Заслуженные станки-ветераны, управляемые подростками, вскоре начали давать продукцию – аппараты для сварки танков. Вот в этой-то мастерской в конце 1941 года и «сошёл с конвейера» первый аппарат «Автомат скоростной сварки» (АСС).

На фоне своих малорослых создателей он выглядел весьма солидно. Аппарат, подвешенный к небольшой эстакаде, позволял придавать электроду любое положение и двигался самоходом вдоль свариваемого изделия».

Директор Уральского танкового завода Ю.Е. Максарёв вспоминал:

«В течение всех военных лет не прекращалась работа по совершенствованию танка Т-34. Совершенствовалось и само производство. Благодаря внедрению автоматической сварки по методу академика Е.О. Патона из года в год росла производительность труда, увеличивалось количество выпускаемых танков. Вместе с тем это позволяло всё в более шиом объёме использовать неквалифицированную рабочую силу. Однажды, находясь на участке сборки корпусов, я невольно обратил внимание на группу девчат, прибывших из Марийской автономной республики. Им было лет по шестнадцать-восемнадцать. Одетые в жупаны, подпоясанные кушаками, в лаптях, они выглядели весьма живописно в грохоте и движении цеха, то и дело освещаемого яркими сполохами электросварки. Сбившись в кучу и втянув от страха головы в плечи, они молча следили за всем, что происходило вокруг. Месяц спустя их нельзя было узнать: быстрые, ловкие, они уверенно управляли автоматами скоростной сварки, весело отвечали на шутки рабочих – словом, вели себя так, будто всю жизнь занимались сваркой брони».

И всё же работа была тяжёлой. Часто у ребят не хватало сил дойти морозной тёмной ночью до общежитий, и они спали в цеху, в подсобных помещениях, под грохот кранов, перевозящих тяжёлые танковые конструкции.

Производительность автоматической сварки оказалась в 10 раз выше, чем ручной. Например, на приварке днища к борту квалифицированный сварщик вручную приваривал около 20 часов. Подросток сваривал автоматом этот шов за 2 часа.

Сектор погона башни вручную сваривали за 5 часов, а с помощью автомата эту операцию выполняли за 49 минут; сварка носов продолжалась вместо 7,3 часа только 1,4 часа. Полезный съём продукции с единицы производственной площади увеличился в несколько раз.

В ИЭС спроектировали 20 типов установок для сварки узлов танков и самоходных артиллерийских установок, 8 типов для сварки авиабомб и других вооружений. И часть оборудования изготавливалась в «детской мастерской института».

Автоматическую сварку начали быстро внедрять на других заводах. Научные сотрудники института выезжали на заводы, работали непосредственно в цехах, обучали сварщиков. Самого Евгения Оскаровича можно было часто встретить в цехах и на совещаниях руководителей танковых заводов.

Танкисты, получавшие танки, рассказывали на фронте: «Приехал из Украины на Урал старый казак – академик, ходит по цехам, осматривает танки и, если дает добро, машина в бою не подведет». Действительно, Патон ходил с большой лупой и осматривал сварные швы.

На заводах были организованы сборочно-сварочные поточные линии. Во второй половине 1942 года промышленность СССР уже дала больше танков, чем заводы Германии, Чехословакии, Франции и других стран.

К концу 1943 года на пятидесяти двух заводах освоили автоматическую сварку. Ручной сварки стало немного, поэтому потускнели яркие вспышки дуг, значительно улучшились условия труда. Только на Уральском танковом заводе было высвобождено 250 сварщиков.

В ноябре 1942 года состоялось событие, которое значительно повлияло на ход войны. 19 ноября началось мощное контрнаступление Красной Армии под Сталинградом, завершившееся разгромом большой фашистской группировки. Среди других выводов, сделанных генеральными штабами воюющих, был и вывод о решающем значении танков в прорыве и окружении.

А самое большое танковое сражение за всю историю войн стала Курская битва. 5 июля 1943 года фашистские танки и САУ двинулась на позиции Красной Армии. Обнаружилось, что снаряды немецких танков «Тигр», «Пантера» способны пробить броню Т-34 на значительной дистанции.

В первом же наступлении немцы прорвали оборону и продвинулись кое-где на 30 км. Командование Красной Армии нашло возможность выделить в район Курска 3600 танков и САУ, 20 тысяч орудий и минометов.

12 июня состоялось беспрецедентное в истории войн танковое сражение. Потери с обеих сторон были существенными. Наступление немецкой армии было остановлено. Очень оперативно Красная Армия была пополнена оружием. На участках запланированного прорыва в направлении Белгорода плотность танков достигала 70 единиц на 1 километр фронта.

Учёным Института электросварки пришлось разработать технологию сварки брони толщиной 90 и 120 мм. На фронте появились боевые машины ИС-1, а в конце декабря были изготовлены образцы ИС-2 – тяжёлые танки с мощной броней и 122-мм пушкой. На их базе изготавливали и мощные САУ.

К концу войны заводы страны выпускали до 30 000 тяжёлых и средних танков и самоходных орудий ежегодно. В общем, с июля 1941 по август 1945 года в Советском Союзе было произведено 102 857 танков и САУ.

В течение этого же времени от западных союзников СССР поступило в соответствии с ленд-лизом 11903 танка и САУ. В период с 1 июля 1940 года до 1 января 1945 года в Америке было произведено 75 тысяч танков, 130 тысяч самоходных орудий. С марта 1945 года военная промышленность Германии была уже не способна удовлетворить потребности вермахта в танках.

Количество и качество советских танков можно считать одним из факторов, повлиявших на открытие второго фронта – высадку американо-английских войск на побережье Франции. Президент США Ф. Рузвельт долгое время занимал выжидательную позицию, но после Сталинградской и Курской битв всё больше убеждался в том, что СССР является решающим фактором поражения Германии.

И наконец, 6 июня 1944 года войска союзников высадились в Нормандии (на севере Франции). Так состоялось открытие второго фронта в Европе, которое союзники обещали ещё в 1942 году.

В своём последнем выступлении перед Конгрессом США Ф. Рузвельт признал, что СССР воевал своим оружием. Премьер-министр Великобритании У. Черчилль, на вопрос журналистов, какое оружие в войне было лучшим, ответил:

«Три вида оружия: английские зенитки, советские танки, американские самолеты».

Эта оценка написана на стенде перед танком Т-34 в Музее вооружений в Лондоне.

Память

Танк Т-34 стоит на пьедесталах в городах Европы и Азии как символ освобождения от фашизма. В 1982 году уральцы пригласили делегацию Института электросварки им. Е.О. Патона на юбилейные торжества, посвященные 40-летию внедрения автоматической сварки бронекорпусов.

Борис Евгеньевич Патон и ветераны института встретились с бывшими подростками, которых обучали сварке. Они осмотрели экспозиции большого музея, где есть единственный прижизненный бюст Е.О. Патона, документы учёного, его личные вещи и образцы сварочной техники.

На доме, где жила семья Патонов была открыта памятная доска. Были выпущены памятные медали «40 лет автосварке брони».

Нижнетагильцы подарили ветеранам макеты Т-34 и ещё один настоящий танк, который поставили на постамент во дворе ИЭС им. Е.О. Патона рядом со стелой с именами тех, кто разработал и внедрил уникальную сварку бронетехники.

А.Н. Корниенко, доктор исторических наук, Институт электросварки им. Е.О. Патона НАНУ

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.

Чумазые техномаги войны

Дальнейший ход событий известен. И то, как грянула война, как институт эвакуировали в Нижний Тагил, и то, как автоматы АСС («Патоны») работали с 1942 года на всех предприятиях легендарного Танкограда. Если в 1941 году на заводах страны работали всего три робота «Патон», до к декабрю 1944-го – уже 133. Причем работать на них могли подростки и женщины. Курьез: свою первую степень кандидата наук Патон получил лишь в 1945 году. Но истинной его диссертацией стали эпохальные технологические прорывы и 110 построенных мостов. Тогда государство оценивало ученых по реальным делам, а не по «индексу цитируемости».

Во время войны Патон применяет свой излюбленный прием: соединяет науку и завод. Эвакуированный ИЭС превращается практически в один из цехов Танкограда. Научные сотрудники ходят совсем не в белых халатах: они перемазаны машинным маслом, испачканы окалиной и не вылезают из цехов, налаживая работу сварочных автоматов (с конца 1941 года «Патоны» получают название АСС). За годы войны ИЭС делает то, на что в мирный период потребовалось бы двадцатилетие. В инициативном порядке, без команд из наркомата патоновцы создают свои сварочные автоматы. Упрощают их. Используют способность электрической дуги к саморегуляции. Процесс производства танков невиданно ускоряется, прочные сварочные швы выдерживают удары бронебойных снарядов. Исследуя образцы немецкой техники, ученые понимают: гитлеровские заводы варят броневые плиты вручную, качество швов намного хуже. Враг вынужден использовать при выпуске своих танков труд множества квалифицированных рабочих. А в Танкограде к пультам управления роботами АСС становятся вчерашние дилетанты: студент театрального техникума, сельский учитель-математик, чабан из Дагестана, бухарский хлопковод, художник с Украины. На АСС работают мальчишки, женщины…

Недаром в 1943-м Евгению Патону присваивают звание Героя Социалистического Труда. Он неутомим и применяет все те же научно-практические конференции, что и в 1930-м. С участием ученых, инженеров и рабочих. Например, в январе сорок третьего там шли жаркие дискуссии об автосварке…

А в 1945 году сварочные роботы-тракторы патоновцев уже вовсю работают на строительстве первого газопровода «Саратов – Москва»…

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.

Источник: svarkaprosto.ru

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.

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.

Рождение сварочного автомата

Наука и практика в ИЭС шли рука об руку. Ошибаясь, подчас проваливаясь, но разработали сварочную головку лучше импортной, доказав ее превосходство на Горьковском автозаводе. Вскоре институт мог предъявить 180 рабочих проектов станков для автосварки балок, колонн, цистерн, вагонов, котлов и прочего.

Дабы намного превзойти производительность человека, патоновцы решили повышать силу тока и засыпать слоем флюса свариваемые поверхности, чтобы изолировать их от воздуха и обеспечить качество швов. Евгений Патон ставит перед институтом сверхзадачу: автомат должен быть готов в 1940 году!

«Я уже не раз на своем опыте убеждался в том, что трудные и смелые задачи куда интереснее решать, чем задачи простые и мелкие. И пусть это не покажется парадоксом, – легче решать.

Когда человеку предстоит не через бугорок перевалить, а взять в науке штурмом крутую, недоступную вершину, он собирает, мобилизует, а затем отдает все лучшее, что в нем есть, он становится сильнее, умнее, талантливее. А значит, и работать ему становится легче», – рассказывает сам ученый.

Академик (не государство!) ставит задачу: 1 июня 1940 года показать готовую автоматическую установку для сварки закрытой электрической дугой под флюсом.

Тут играла роль и общая атмосфера в СССР, магической цивилизации Сталина. Десятки миллионов людей оказались охваченными стахановским движением. Немудрено, что Евгений Оскарович – вполне в духе того ураганного времени – ставил перед своими сотрудниками задачу, казавшуюся невыполнимой.

С ней ИЭС справился к концу мая 1940 года. Автосварка Патона под флюсом вызывает острейшую заинтересованность самого Иосифа Сталина. Академика в марте 1941-го награждают Сталинской премией. Специальное постановление ЦК и правительства обязывает внедрять автоматическую сварку под флюсом по всей стране. Сталин приглашает Патона в Москву – распространять технологию и ломать сопротивление консерваторов.

Тут сразу отметим интереснейшие реалии сталинской чудесной цивилизации. Никто не разрабатывает автоматическую сварку под флюсом под узкую военно-промышленную тематику, только для производства танков и авиабомб. Нет, прорывная технология, сулящая резкий скачок в производительности и качестве труда, в экономии ресурсов, изначально планировалась для использования в мирной промышленности. Для производства сварных вагонов, агромашин, колонн и труб для нефтепереработки и химической индустрии, для автомобиле- и кораблестроения, для сварки модулей стальных мостов. Это потом ответственный за внедрение технологии в стране, замглавы правительства СССР Вячеслав Малышев станет легендарным организатором танкостроения и вовсю использует автоматы Патона для производства бронированных машин. Но первично ставка делалась не на одну «оборонку», а на всю индустрию.

Тут мы снова видим, как безбожно проигрывает нынешняя РФ в сравнении со сталинским Советским Союзом. Ведь она стремится сделать ВПК единственным тягачом научно-промышленного развития, не пытаясь провести индустриализацию по всему фронту. Накануне войны все было иначе.

«Особенно нас подхлестывали своими требованиями судостроители. Они нуждались в компактном, удобном и небольшом по весу сварочном аппарате, который перемещался бы вдоль шва собственным ходом. В том же 1939 году в институте родился такой самоходный автомат, который мы назвали сварочным трактором. (Подсказано это название было внешним сходством и тем, что наш автомат двигался по стальным листам, как сельскохозяйственный трактор по полю.) Первые наши тракторы предназначались для сварки обшивки плоскостных секций судовых корпусов и для приварки палубы и днищ.

Когда появилась сварка под флюсом, мы вернулись к этому своему трактору-первенцу. После переработки его конструкции от старой модели осталось немного. Теперь он был оснащен головкой образца 1941 года, появился бункер для флюса, ходовые бегунки перемещались до разделки шва, а скорость сварки можно было регулировать в пределах от 5 до 70 метров в час…» – вспоминал академик-легенда.

Постановление ЦК компартии и правительства СССР, вышедшее в декабре 1940 года и посвященное Патоновой автосварке, устанавливала сроки внедрения технологии, равно как и личную ответственность наркомов за порученные дела. Любопытно, как оно предусматривало поощрение новаторов. Самому Евгению Патону полагалась премия 50 тысяч рублей, 100 тысяч – на премирование наиболее отличившихся научных сотрудников его института. 1,2 миллиона рублей отпускалось на премии заводским работникам, особо отличившимся при внедрении новой технологии на своих предприятиях. Одновременно три с половиной миллиона ассигновали на постройку нового здания Института электросварки и покупку нового оборудования. Да, нынешние постановления правительства РФ – бледная тень таких вот проработанных документов.

Меня особенно поражает то, что академик Патон сам ставил задачи перед своим институтом, причем возникали они из теснейшего взаимодействия с работающей промышленностью, на коммерческой основе. А вот дальше Сталин и уже его команда смогли оценить плоды предприимчивости Патона и ему подобных новаторов, вовремя подхватив инициативу и направив в нее ресурсы государства.

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:

— 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.