История развития сварки

Классическая история сварки уходит корнями в тот период истории, когда только были сделаны первые выводы о существовании постоянного электрического тока.

Историческая неточность

Много говорится о несправедливости, которая постигла профессора Василия Владимировича Петрова, ведь он на 3 года раньше открыл нечто, похожее на вольтовую дугу, но все лавры достались ученому из Англии Хэмфри Дэви. И все же историческая неточность тут имеет лишь некоторый смысл. Российские ученые Николай Николаевич Бенардос и Николай Гаврилович Славянов, опираясь на работы именно Хэмфри Дэви, смогли произвести впервые в мире опыты сварки при помощи угольных электродов и сварки под флюсом.

Случилось так потому, что, несмотря на публикацию книги Василия Владимировича Петрова, данные о его работе придерживались чиновниками того времени, кроме того, книга была написана, хотя об очень полезном, все же несколько залежалым языком. К примеру, вакуум он называл безвоздушным пространством, хотя это и было правильно. Используя такую нетрадиционную терминологию, продвигаться дальше было крайне трудно. Если сказать честно, параллельно с ним не в глухом селе на Алтае, а в далекой Европе на современном оборудовании тех лет творили Вольта и Фарадей. Результаты их опытов имели теоретическое объяснение, когда у Петрова наблюдался насколько обратный процесс.

Современные люди обработали его книги, поставили ряд опытов, которые проводил профессор, и были шокированы тем, что он предвидел не только процесс сварки, но и появление электрической лампочки. Поэтому остается только развести руками: непонятно, как такие труды, опережавшие свое поколение лет на десять, могли так долго пылиться на полке.

Справедливости ради надо отметить, что именно Петров в 1802 г. первым описал получение электрической дуги, без открытия которой процесс сварки так и не был бы открыт. Для того чтобы проводить свои опыты, иметь возможность описывать свои результаты, он создал самую большую батарею на тот момент. Также он проводил свои эксперименты с возникновением электрического тока и был первым, кто сказал, что для горения нужен кислород.

Он был пионером в изучении зависимости тока от площади сечения и указал на возможное существование постоянного тока.

Работы ученых через 20-30 лет повторили его результаты. Так, например, работы известного всем со школьной скамьи Георга Симона Ома во многом повторяли опыты и выводы Василия Петрова.

Открытие Бенардоса

Кажется, должно быть понятно, почему в основе своих трудов российские ученые использовали работы именно Хэмфри Дэви и его вольтову дугу. Благодаря открытию вольтовой дуги началось развитие сварки. В 1881 г. (можно себе представить, лишь через 80 лет) впервые смогли осуществить процесс сварки. Как и все гениальное, сварка далась мировому сообществу случайно. Ведя работу над улучшением аккумуляторов одного из экспонатов выставки, которую Бенардос посещал в Париже, он подобно Ньютону, пришел к изобретению процесса сварки, назвав свой прибор «Электрогефестом». Только в 1884 г. ввиду финансовых трудностей, он смог запатентовать свое изобретение во многих городах Европы и США. Тогда это изобретение еще не имело своего емкого названия и трактовалось крайне аккуратно. Кроме сварки, «Электрогефесту» приписывались такие функции, как:

• резка металла;
• сверление;
• создание отверстий;
• наплавление слоями.

В 1888 г. опыт этого ученого использовался для сварки паровозных колес и с тех пор применялся в России в основном для ремонта. Но история развития всего прогрессивного на Земле не прощает небрежного к себе обращения. Все эти годы (1881-1888 гг.) к работе ученого внимательного присматривались зарубежные мастера, доктора, профессора. Многие приезжали перенять опыт, узнать как можно больше об изобретении. В итоге к середине 90-х гг. того столетия почти на всех заводах и фабриках Европы и США сварка по Бенардосу использовалась не только как вспомогательный, ремонтный механизм, но и как основной технологический процесс при производстве металлических конструкций.

Необходимо отметить, что работа Бенардоса всячески поддерживалась соотечественниками. По мере возможности и своих прав они пытались помогать Николаю Николаевичу. Возможно, благодаря их стараниям ученый смог произвести сплавление не только с угольным, но и с металлическим электродом. Хотя понятие «сварка» все еще не применялось даже в 1892 г. когда российский ученый получал международную награду, мотивацией к ее получению было изобретение не сварки, а процесса спаивания металлических предметов. Это одно и то же. Слова «сварка» и «спайка» в некоторых словарях упоминаются как синонимы. Тем не менее формулировка была весьма воздержанной и несколько далекой от действительной задачи процесса.

Работы Славянова

Всю свою жизнь посвятил разработкам в этой области спаивания Славянов Николай Гаврилович. В том же 1888 г. когда впервые была применена сварка на предприятии для ремонта, он испытал новый способ спаивания металлических поверхностей, так называемую сварку под флюсом, позднее под слоем толченого стекла. Более того, Славянов имел смелость спаять вместе 8 стаканов из 8 несплавляемых металлов. Дело в том, что они имеют разную температуру плавления. Если бы тепло, которое выделяется при создании электрической дуги, не превышало бы существенно все эти температуры, такой эксперимент нельзя было бы осуществить успешно. Таким образом, Славянов продемонстрировал некоторую изобретательскую ироничность над предметами эксперимента. За что, собственно, и был награжден. Сварка же получила еще одно дыхание для продолжения развития.

Что же такое сварка?

Развиваясь несколько хаотично, ввиду того, как делались те или иные открытия, связанные с электричеством, постоянным и переменным током, изучались более подробно процессы диффузии, плавления металлов. Людям стала доступна дуговая сварка.

Она применялась и применяется для соединения металлоконструкций. С помощью электрической дуги расплавляются края соединяемых металлов, а также поверхность электрода. Расплавляемый металл создает своеобразную ванночку в месте соединения, где накапливается еще такой же расплавленный металл.

Когда металл затвердеет, полученный рубец в месте соединения называют сварным швом.

Первая сварка при помощи электрической дуги имела множество недостатков, например, используемые электроды не давали достаточного числа ионов для вырывания электронов с поверхности или из паров металла. Тогда для активизации процесса было предложено напылять электроды, или, как выражались в те времена, вводили легко ионизируемые элементы (K, Ca, Na), добиваясь таким образом усиления дугового эффекта.

Дуговая сварка определяется капельным переносом металлов с поверхности края металла в сварочную ванну. За 1 секунду переносилось несколько десятков капель.

Для того чтобы понять более подробно электрические свойства дуги, которыми обладает сварка, необходимо обратиться к курсу элементарной физики и рассмотреть вольт-амперную характеристику. Для сварки используют материалы, имеющие падающую вольт-амперную характеристику. Так утверждает история. Как известно, сегодня плавке поддаются практически все металлы.

При сварке отрытой дугой капли, переносимые капли металла, окисляются и насыщаются азотом и водородом. Застывая в шве, такие капли способствуют образованию пор, что снижает прочность образованного шва. Это стало следующим пунктом развития сварки. Поиск ученых привел их к использованию специальных электродов, имеющих особенный слой покрытия. Именно этот вид сварки в итоге стали называть дуговой под флюсом, когда под воздействием высокой температуры газы и шлаки, образующиеся при разложении покрытия электрода, создают защитный флюс. От влияния атмосферы, таким образом, переносимые капли практически не содержат примесей, соответственно, при застывании образованный шов имеет качества не худшие, чем сплавляемый металл.

Хотя история развития сварки и то, к чему привел прогресс, понятны, все же разработки до 1990 г. держатся в большом секрете. Поэтому нельзя однозначно утверждать, какие именно покрытия и сплавы использовались в далекие 50-е гг. XX столетия.

Многообразие видов сварки

Сварка различается по своим принципам осуществления, которые достигаются:

• плавлением;
• давлением.

К первому виду сварки относится довольно большой диапазон сварочных приемов, некоторые из них уже просто известны людям по своим принципам, но практически забыты из-за вытеснения инновациями новых видов сварок:

• ручная дуговая;
• дуговая под флюсом;
• дуговая при защитном газе;
• при неплавящемся электроде;
• сварка плавящимся электродом;
• газовая.

Ко второму типу можно отнести несколько видов соединения металлических поверхностей, некоторые из них попадают в этот список с некоторой условностью, поскольку на различных этапах работ в них используются оба принципа: плавление и давление:

• электрошлаковая;
• контактная (она имеет свои вид);
• электронно-лучевая;
• диффузионная;
• плазменная;
• лазерная;
• холодная сплавка металлов;
• трением;
• высокочастотная;
• ультразвуком;
• взрывом.

Как видно, человечество очень сильно продвинулось со времен изобретения электрической дуги. Некоторые из видов сплавления очень сильно ушли в сторону от того, что было в самом начале. Неудивительно, что вскоре будет придумано новое слово для соединения неплавких или тугоплавких металлов. Надо сказать: сплавление под давлением означает, что на края соединяемых металлов оказывается очень сильно давление. Метальные примеси покидают состав вещества, а деформируемые края металлов посредством диффузии спаиваются. Но, несмотря на всю полезность этих изобретений, языковой ограничитель не позволяет описывать процессы более точно и емко: происходит нечто подобное тому, что случилось с опытами Петрова, когда возможности самого процесса обещают еще много замечательных открытий и изобретений для человечества.

Применение сварки

Как изначально и говорилось, основное значение этого процесса — соединение металлических краев. Изначально только эта сторона эксперимента и развивалась.

Со временем стало проще понять, что важнее в этом процессе использование:

• на производстве;
• ремонт;
• бытовое применение.

На самом деле история сварки имеет более глубокие корни. Еще древние египтяне пытались именно плавлением достигнуть всех этих целей. Ученые до сих пор находят подтверждения попыток соединять золотые пластины при помощи плавленой меди.

Современный человек не может себе представить существование человеческой расы без подобных изобретений. Если в далекие 50-е гг. прошлого века сварщик был на вес золота, то сегодня многие люди являются владельцами замечательных электрических и газовых приборов, которые помогают им создавать уютный быт.

И если секреты сплавки под давлением сегодня иногда еще могут быть не до конца разглашенными, то сварка плавлением не вызывает почти никаких вопросов. Разве что когда они касаются выбора прибора для домашнего использования.

Выбирая сварочный аппарат для домашнего использования, можно на самом деле удивляться тому, на какие мелочи обращают внимание покупатели, сравнивая возможности их выбора с реальными приборами в начале позапрошлого столетия. Наверное, каждый из них мог бы немного посмеяться над собой, сравнив выбранный прибор с его прародителем «Электрогефестом».