Кто изобрел дуговую сварку

Дуговая сварка: первые опыты

Русский академик В.В. Петров, который первым описал возникновение электрического разряда между двумя проводниками, тщательно изучил открытое им явление. Он предположил, что возникающее в ходе этого процесса тепло может быть использовано для расплавления самых разных металлов. Так был сделан первый шаг на пути к созданию электрической дуговой сварки, ставшей выдающимся достижением электротехники.
Первые попытки соединять металлы, действуя на них электрическим током, предпринял в 1867 году инженер из США Томсон. Он брал два куска металла и плотно придвигал их друг к другу, после чего пропускал через эту систему ток малого напряжения, но большой силы. Края деталей начинали плавиться. Изобретателю в этот момент приходилось проковывать место соединения кузнечным молотком, после чего они соединялись.

Почти в это же время немецкий инженер Цернер попробовал использовать для соединения металлов угольный электрод. Заготовки он располагал горизонтально, после чего подводил к ним электроды – по два с каждой стороны. Теперь нужно было пропустить через всю систему электрический ток, в результате чего металл сильно раскалялся. Но место соединения все равно требовалось дополнительно обработать молотком, предварительно отключив ток.

Описание процесса

Во время электросварки металлические части соединяются вместе с помощью медных зажимов. Электричество проходит через соединения, нагревая и соединяя их в точке, где встречаются две металлические части. Поверхность, где металлы замыкаются и соприкасаются, сначала становится горячей, а затем излучается наружу в виде шва.

Распределение тепла регулируется путём обеспечения постоянного движения тока с использованием рычага регулирования. Это гарантирует, что оба металла станут мягкими и одновременно соединятся друг с другом.

Преимущества электрической сварки включают в себя тот факт, что этот метод не тратит лишнее топливо и обеспечивает точность в соединении деталей. Тепло не выходит далеко за точку сварки. Это делает его идеальным для изолированных проводов. Концы каждого провода можно сваривать, оставляя при этом изоляцию.

Хотя сварочные аппараты в теории могут использовать ток силы до 50 000 ампер, на самом деле они существенно безопаснее и работают с другими параметрами тока. Это делает сварочный аппарат неспособным к электрическому удару или шоку человека при использовании электросварки. Сварка может занять от нескольких секунд до десятков минут. Многое зависит от объёма соединяемых металлических конструкций: чем шире площадь соприкосновения, тем больше масштаб работы.

Изобретение дуговой сварки

И все же основателем метода дуговой сварки по праву считается Николай Николаевич Бенардос. Русский изобретатель первым выдвинул идею, которая впоследствии была положена в основу данного способа обработки металлов. В 1882 году Бенардос сконструировал и построил устройство, при помощи которого можно было качественно сваривать детали в переменном поле и в газовой струе. Для сварки дугой он использовал угольные электроды.

Бенардосу же принадлежит открытие способа магнитного управления электрической дугой. Попутно изобретатель разрабатывал приемы эффективного использования флюса и автоматизации процесса сварки. Им был также опробован способ контактной точечной сварки. Целый ряд конструктивных решений Бенардоса был запатентован им как в России, так и за рубежом.

Другой русский инженер, Николай Гаврилович Славянов, усовершенствовал уже разработанный ранее способ дуговой сварки. Фактически он сделал самостоятельное изобретение, предложив использовать не угольные, а металлические электроды. Славянов построил также сварочный генератор и систему, которая позволяла регулировать длину дуги. Инженерные решения, осуществленные на практике русскими изобретателями, легли в основу нового метода сварки, не утратившего своего значения и в современном производстве.

Русский электрогефест

зобретатель электрической дуговой сварки
Николай Николаевич Бенардос
родился 26 июля (8 августа) 1842 года в деревне Бенардосовке в семье, в которой основной профессией была военная служба. Дед Николая Николаевича — один из героев Отечественной войны 1812 года генерал Пантелеймон Бенардос, по происхождению грек, мальчиком попавший в Россию; отец — полковник Николай Пантелеймонович Бенардос. Детство Николай Николаевич провел в родительском имении Новоукраинка Херсонской губернии. Образование он получил домашнее. В 1862 году Николай Бенардос поступил на медицинский факультет Киевского университета. В 1866-м оставил университет и в том же году поступил в Петровскую земледельческую академию в Москве. В 1867 году он уехал в Париж, где летом проходила Всемирная выставка. Там он познакомился со знаменитым электротехником Павлом Николаевичем Яблочковым.

Возможно, не без влияния Яблочкова в Бенардосе проснулась страсть к изобретательству. Он бросает учебу в земледельческой академии, женится и принимается за постройку усадьбы в Костромской губернии, где решает вплотную заниматься любимым делом — мастерить что-нибудь руками и изобретать. Бенардос лично участвует в строительстве дома, делает стильную мебель, резные наличники на окнах… В созданных Николаем Николаевичем мастерских под его руководством создаются бороны и скоропашки для большого усадебного хозяйства. В первые годы, начиная с 1865-го, среди изобретений Бенардоса преобладали сельскохозяйственные и транспортные средства: усовершенствованные плуги, сеялки, жатвенная машина, снаряд для перевозки дров, пароходные колеса, металлические шпалы и многое другое. В 1873 году он начинает строить модель своего любимого, давно задуманного детища — парохода на катках, переходящего мели и обходящего разные препятствия по рельсовому пути. В 1877 году Николай Бенардос наконец осуществил свою мечту. Подплывая к отлогому берегу, пароход-вездеход начинал двигаться и посуху, на катках-колесах. А капитаном на этом пароходе был сам Николай Николаевич. Испытания парохода завершились успешно, но ни один промышленник им не заинтересовался.

В середине 1870-х Бенардос познакомился с инженером и изобретателем Андреем Ивановичем Бюксенмейстером, в 1878 году основавшим неподалеку от Кинешмы завод по производству аккумуляторов, угольных изделий и электродуговых ламп (ныне ). Дружба с Бюксенмейстером, безусловно, способствовала изобретательской деятельности Николая Николаевича. Владелец завода снабжал его электрохимическими источниками тока, электроуглями и другими необходимыми материалами. Бенардос получил широкие возможности экспериментировать с электрической дугой, искать направления практического использования электричества. Вместе с Бюксенмейстером он провел ряд экспериментов с аккумуляторными батареями.

Пароход был заброшен, но Бенардос загорелся новой идеей. При постройке парохода ему приходилось соединять крупные металлические детали. Делалось это, естественно, кузнечной сваркой. Но в мастерских Бенардоса не было больших нагревательных печей. И он попробовал греть кромки вольтовой дугой, до того как они пойдут под молот. И иногда, еще до проковки, металл оплавлялся и соединял небольшие участки.

Для того чтобы получить деньги, необходимые для продолжения научных и инженерных изысканий, Николай Бенардос был вынужден продать значительную часть своей земли и заложить усадьбу. В конце концов он оставляет имение на управляющего и уезжает в Санкт-Петербург.

С идеей соединять металлы вольтовой дугой Бенардос приходит к Павлу Николаевичу Яблочкову в его товарищество «Яблочков-изобретатель и Компания». Яблочков, сразу поняв, какие огромные перспективы может принести метод сварки металлов электричеством, тут же принимает Бенардоса на работу. В последующие годы Бенардос много сотрудничал с Яблочковым. Естественно, в ту пору его больше всего увлекала новая область практического применения электричества: он создал подсвечник для свечи Яблочкова с автоматическим переключением тока, дуговую лампу, машину для изолировки кабеля, машину для оплетки проводов, коммутаторы, реостаты, в том числе водяной реостат.

Русский инженер, изобретатель электрической дуговой сварки Николай Николаевич Бенардос

Фотография: gettyimages.ru

В 1881 году в качестве сотрудника Николай Николаевич отправился в Париж, на Международную электрическую выставку. Для подготовки экспозиции выставки Яблочков определил Бенардоса в экспериментальную лабораторию при журнале Electricien. Содиректором ее оказался старый знакомый Бенардоса по Петербургу российский подданный Николай Иванович Кабат. В этой лаборатории Бенардос стал экспериментировать с осветительной техникой и занялся усовершенствованием аккумуляторов. Как раз тогда, у Кабата, он изобрел новые типы гофрированных аккумуляторов, на которые не взял патента из-за отсутствия денег. По щедрости душевной Бенардос отдал идею Кабату, который и нажил себе на ней 800 тысяч франков. Исследования по соединению металлов с помощью вольтовой дуги, которые Бенардос начал еще в своем поместье и продолжил в Петербурге, в Товариществе Яблочкова, Николай Николаевич практически завершил за границей. Аккумуляторы, вначале созданные для электрического освещения, а затем для электрической сварки, были выдающимся изобретением. Уже в 1882 году Бенардос на практике применил электросварку — «способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока», этот способ он назвал «электрогефестом» и впервые продемонстрировал его в мастерской Кабата.

Иностранцы, приходившие в мастерскую Кабата посмотреть на «электрогефест», прочили изобретателю миллионы, ведь с помощью нового метода можно было не только соединять, но и разрезать металлы, проделывать отверстия. От желающих посмотреть, как Бенардос разрезает рельсы, не было отбоя.

Бенардос торопится вернуться в Россию. У него пока нет денег, но он везет с собой свое изобретение, имеющее мировое значение! Финансовое положение Бенардоса — хуже некуда. За неуплату долгов пошла с молотка построенная им усадьба. Еще раньше были проданы доставшиеся ему по наследству от матери леса в Юрьевецком уезде. Николай Николаевич возвращается в Петербург. Его имя уже широко известно не только в России, но и за границей. Предприятие Яблочкова продолжает финансировать его опыты, но Павел Николаевич пока не рекомендует брать патент — способ кажется еще сырым, недостаточно разработанным. И о промышленной сварке говорить рано. Тут Бенардос случайно знакомится с богатым купцом Ольшевским, владельцем доходных домов в Варшаве и Петербурге. Так как денег на уплату патентной пошлины у Бенардоса нет, Ольшевский предлагает свое финансирование, но при условии, что он станет совладельцем патентов. Бенардос соглашается. И во всех патентах, кроме российского, совладельцем изобретения Бенардоса указан Ольшевский.

Патентные заявки на свой способ Бенардос подал в 1885 году и получил патенты на изобретение в России, Франции, Бельгии, Великобритании, Италии, Германии, Швеции, Норвегии, Дании, Испании, Швейцарии, США и Австро-Венгрии. Ольшевский надоумил изобретателя порвать с Товариществом Яблочкова, где от Бенардоса требовали продолжить эксперименты. И в том же 1885-м было основано товарищество «Электрогефест». К тому времени электросварка заинтересовала крупнейших зарубежных ученых, некоторые из них приехали в Петербург знакомиться с выдающимся изобретением.

К сожалению, Бенардос слишком поздно понял, что члены правления «Электрогефеста» уже завладели — где хитростью, а где прямым обманом — всеми его материальными привилегиями. А тут выяснилось, что еще в 1881 году французский патент на способ электросварки получил Огюст де Меритан. Обладателем подобного патента, полученного в Англии еще 1849-м, оказался американец Стэд. И кроме них то здесь, то там возникали новоявленные лжеизобретатели сварки… на бумаге.

Но тем не менее именно способ электрической дуговой сварки Николая Бенардоса впервые в мире был использован в 1887–1888 годах в Рославльских мастерских на Орловско-Витебской железной дороге для исправления паровозных и вагонных колес, рам, решеток и т. д.

В течение пяти лет способ Бенардоса распространился по всей России: кроме Рославльских мастерских он применялся в железнодорожных мастерских Воронежа, Ростова-на-Дону и других городов, на Коломенском заводе в Голутвине, на заводе Гужона в Москве, на Невском машиностроительном заводе, на заводе Лесснера в Петербурге и т. д. За границей — в Англии, во Франции, в Германии, в Австрии и ряде других стран, где способом Бенардоса пользовались и для проведения самых разнообразных ремонтных работ, и для изготовления новых изделий. Бенардос изобрел не только способ сварки угольной дугой, но, по существу, все основные ныне применяющиеся способы дуговой электрической сварки. В его чертежах было реализовано много остроумных приспособлений и устройств, в том числе несколько систем автоматов для сварки угольным электродом, автоматы с металлическим электродом, а также угольные и металлические электроды самых разнообразных форм и сочетаний.

Стремясь увеличить площадь нагрева и создать защитную среду в зоне сварки, Бенардос применил сварку в струе газа. «Работа дугой совместно с газами, — писал он, — служит для увеличения поля нагрева и раскаления поверхностей обрабатываемых металлов». Но этот метод Бенардоса нашел применение лишь спустя почти полвека и был необоснованно назван американцами «способом Александера». В настоящее время сварка в струе различных газов — аргона, азота — применяется во многих отраслях техники. Стремясь автоматизировать процесс, Бенардос впервые разработал несколько систем автоматических устройств для сварки как металлическим, так и угольным электродом. Эти устройства стали прототипами современных сварочных автоматов. Одно из них было приспособлено для сварки продольных швов металлическим электродом.

Патент на способ дуговой электросварки «Электрогефест», выданный Николаю Бенардосу и Станиславу Ольшевскому 17 мая 1887 года

Но к 1889 году различные дельцы, практически захватившие в свои руки выдающееся русское изобретение, лишили Бенардоса возможности продолжать работу над развитием созданной им дуговой электрической сварки. Однако Бенардос не мог не изобретать! Он разработал способ покрытия железных судов медью; чертежи соответствующего прибора были также представлены им в 1892 году в Петербурге на IV Электрической выставке.

Кроме того, в этот период он создал гребные винты, в том числе поворотный, стальную броню для судов, аккумуляторы с пластинами из губчатого свинца, электрическую шлюпку, плуг, «электроудобритель», в котором впервые был применен электрический ток для обработки почвы, и многое другое. Он написал брошюры о проекте парохода, переходящего мели (1890 год) и проекте снабжения Петербурга дешевым электрическим током для освещения и движения (1892 год).

В первой брошюре приводится описание парохода (построенного и давно заброшенного) с особыми колесами-катками, на которых пароход мог бы, выходя из воды на берег, обходить неудобные для судоходства места по особо проложенным рельсовым путям. Вторая брошюра содержала проект гидроэлектрической станции на Неве у Ивановских порогов и линии электропередачи в Петербург. Но любимым детищем Бенардоса всегда оставалась электрическая сварка, к которой его мысль возвращалась неоднократно. Так, в 1891 году Николай Николаевич разработал «способ ваграночного электропаяния, электроотливки и электронаслоения металлов».

Каждое новое изобретение необходимо было разрабатывать, затем патентовать и многие годы платить пошлину. А изобретений и патентов у Бенардоса было великое множество. На это и ушли все деньги. Николай Николаевич Бенардос с одинаковым азартом работал как над грандиозными проектами, так и над смехотворными мелочами. Он изобретал и консервную банку, и трехколесный велосипед, и винтовую пробку, и цифровые замки для сейфов, и переносные складные балкончики для мытья окон… Он придумал электроудобритель и разработал способ удобрения полей своим «электрокультом» и другими электрокультиваторами. Он изобрел электрическую пушку, которая на больших кораблях и в крепостях могла употребляться при береговой защите. Всего просто невозможно перечесть. Еще в 1890 году Николай Бенардос опубликовал свой «Проект способа починки, перевозки и подъема Царь-колокола». Он предложил отвалившийся от колокола исполинский кусок приварить с помощью «электрогефеста», затем погрузить колокол на специальную платформу и доставить на Воробьевы горы. Гидравлическими домкратами Царь-колокол предполагалось поднять на Царь-колокольню, проект которой он тоже разработал, где на одном этаже был бы храм, а на другом — музей, посвященный чудесному спасению царской семьи во время крушения императорского поезда под Харьковом в октябре 1888 года. В начале 1890-х этот проект широко обсуждался в московской и петербургской прессе, однако так и остался невоплощенным.>

К сожалению, почти ничего из проектов Бенардоса, за исключением «электрогефеста» и еще нескольких изобретений, не нашло практического применения. Возможно, потому, что такие идеи, как гидростанция на Неве недалеко от Петербурга или подвижная платформа для переправы пешеходов через улицу, всем казались слишком фантастическими. Среди изобретений Бенардоса можно найти и быстроходный пароход с воздушным шаром, и тормоз для железных дорог, водяные лыжи с механическим двигателем и жатвенную машину, металлические шпалы и стиралку-выжималку. И большая часть из этих изобретений забыта.

В 1898 году Бенардос переезжает в город Фастов Киевской губернии: жить в Петербурге ему было уже совершенно не по карману. И все-таки на последние деньги в 1899 году он патентует особый способ приготовления губчатого свинца для аккумуляторных пластин, а в 1900-м получает привилегию на способ изготовления борон методом штамповки из листа. В 1899 году Электротехнический институт в Петербурге присвоил ему звание почетного инженера-электрика, поставив его изобретение в один ряд с таким выдающимся изобретением, как радио Александра Попова.

Несмотря на всеобщее признание, Николай Николаевич по-прежнему живет в бедности. После долгих колебаний он решается просить совет Русского технического общества о назначении ему пожизненной пенсии. Через три года, 21 сентября 1905-го, Бенардос скончался. На его смерть не отозвался ни один журнал, Россия тогда переживала первую революцию. Но созданная Бенардосом электросварка, пожалуй, стала лучшим памятником своему изобретателю.

Виды электросварки

Сварочные материалы являются эффективным способом объединения металлических конструкций без использования фитингов. Сварка МИГ, ВИГ и ручная — это три типа электросварки. Дуговая сварка — это та, которая достигается потоком дуги электричества между электродом и рабочей поверхности. Большинство методов подразумевают использование защитного газа для обеспечения гладкости и предотвращения загрязнения в точке сварки, улучшения качества шва и стабилизации дуги электричества между обрабатываемой поверхностью и электродом.

MIG

Газовая металлическая дуговая электросварка называется МИГ. Этот метод часто используется при обработке стали. Этот процесс, по существу, предполагает плавление заполнителя на рабочую поверхность. Используя этот метод, сварщики могут выполнять более длинные сварные швы без прерывания — в сравнении с обыкновенными способами сварки здесь не требуется выполнять несколько прерываний.

Наиболее распространённым защитным газом, используемым в этом типе электросварки, является аргон или смесь аргона, содержащая кислород или диоксид углерода.

Однако и здесь есть несколько потенциальных недостатков. Во-первых, может возникнуть трудность создания дуги для начала всего процесса. Во-вторых, сварные швы, полученные этим методом, имеют предрасположенность к сильному окислению.

ВИГ

Газовая вольфрамовая дуговая электросварка называется ВИГ — это метод сварки, который часто используется при работе с магнием, алюминием, титаном, никелем и медными сплавами. Сварка ВИГ может быть выполнена с использованием заполнения или без него. Швы здесь могут быть значительно меньше, чем швы МИГ, поскольку тепло в точках сварки ВИГ лучше определяется.

Одним из недостатков такого типа сварки по сравнению с МИГ является его большая ресурсоемкость в плане затраченного времени. Зато этот тип сварки является одним из самых чистых, так как в процессе не образуется каких-либо брызг. Аргон в сочетании с гелием или водородом часто используется в качестве защитного газа для такого типа сварки.

Ручная

Один из первых способов — экранированная дуговая электросварка металлов — также упоминается как ручная сварка. Этот метод идеально подходит для использования на мостах, металлоконструкциях, трубопроводах, тракторах. Часто применяется для наружной сварки, поскольку природные факторы, такие, как дождь, не будут нарушать целостность шва. Ручная сварка может быть сложной и рекомендуется только для опытных сварщиков.

Электросварка в домашних условиях

Электросварка — это процесс эффективного несъемного соединения металлических деталей. Сегодня он активно используется для создания сетчатой сетки, всех видов рамок, резервуаров. Люди, обладающие соответствующими навыками, на собственном заднем дворе могут создавать навесы для крыш, ажурных заборов и других вещей, необходимых в повседневной жизни. Вот почему многие люди обеспокоены тем, как научиться работать с электросваркой.

Рекомендации:

Хорошо очищайте поверхности для сварки. Важно, чтобы на них не было ржавчины, грязи.
Вставьте электрод в специальное держательное устройство для сварки и сформируйте электрическую арку. Для этого необходимо вызвать движение тока в области сварки.
При электрической дуге необходимо сделать промежуток между ним и соединительной поверхностью. Следует отметить, что размер зазора не должен изменяться от трёх до пяти миллиметров. В противном случае дуга будет периодически прерываться, соответственно, это приведёт к ухудшению качества сварного шва.
Стержень должен удерживаться под углом около 70 градусов. Однако это значение можно изменить, чтобы улучшить комфортность электросварки.
Соблюдайте правила безопасности.

Электросварка требует соблюдения следующих правил безопасности:

Должны быть эффективно изолированы провода, которые подключены к источнику питания и дуговой сварке, а также необходимо заземление корпуса сварочного аппарата. Рекомендуется использовать корпус и дополнительное электрооборудование.
Рекомендуется использовать специальные силовые выключатели в блоках питания. Они во время холостого хода разрывают сварочный контур и накладывают напряжение на 12 В на держатель.
Сварочные работы должны проводиться в хороших сухих перчатках и одежде. Обратите внимание, что, если вы планируете работать в ограниченном пространстве, следует побеспокоиться о подготовке матов из резины или резиновых галошах.
В случае одновременного использования нескольких сварочных аппаратов их необходимо расположить так, чтобы расстояние между ними составляло не менее 0,35 м (оптимальная ширина проходов — около 0,8 м).

Следует уделять большое внимание этим правилам. Ведь электросварка — это довольно травмоопасный процесс. Но любой беды можно избежать, если внимательно изучить вопрос и ответственно подходить к делу.