От открытия Петрова до крупнейшего технического применения его - изобретения Н.Н. Бенардосом дуговой сварки - прошло около 80 лет.

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

Н.Н. Бенардос родился в 1842 г. в деревне Херсонской губернии. Род Бенардосов ведет свое начало от деда П.Е. Бенардоса, который родился в 1763 г. в Греции и юношей приехал в Петербург, где окончил гимназию и кадетское училище, участвовал в войнах России с Турцией. Отец Бенардоса также был военным, участвовал в должности командира полка в Крымской войне 1853-1856 гг.

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

В конце 70 - начале 80-х гг. Н.Н. Бенардос, работая на электротехническом заводе 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 Кабота в Париже. Вот что сказано о первых работах Бенардоса в известном электротехническом словаре Дюмона (Dumont): "Работая в 1881 г. в лаборатории Кабота, 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 для других металлов, и таким путем был проведен к созданию новой промышленности". Своему изобретению Н.Н. Бенардос дал название "Электрогефест", произведя его от имени Гефеста - бога-кузнеца, покровителя ремесел в древнегреческой мифологии.

После детальной разработки своего 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 в 1886 г. за № 11982 на "Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока".

Сущность изобретения и его возможное применение сформулированы в изобретении 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 электрического тока. С помощью этого способа могут выполнены следующие работы: соединение частей между собою, разъединение и разрезывание металлов на части, сверление или производство отверстий и полостей и направление слоями".

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

Ознакомление с привилегией Бенардоса показывает, что это - результат многолетней систематической наряженной работы. Н.Н. Бенардос разработал технологию дуговой сварки и типы сварных соединений применяемых и в настоящее время.

сварка металл электродуговая дуговая

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. Изобретатель создал комбинированные электродержатели с угольными электродами, вокруг которых концентрически располагались сопла для подачи светильного газа и кислорода. Одновременная работа сварочной дуги и газового пламени увеличивала поверхность нагрева и защищала расплавленный металл от вредного влияния воздуха. Способ, предложенный Бенардосом, стало 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, 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 Бенардос первым ввел прокатку стальных 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.Н. Бенардос сделал первые шаги в области регулирования дуги, разработал устройство для сварки косвенной дугой с автоматическим регулятором, а также установку для дуговой сварки с автоматическим регулированием дуги.

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

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

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 в 70 - 80-х гг.

Наиболее продуктивным в его творчестве был период с 1884г. в Петербурге. Он разработал ряд новых изобретений, примером которых могут служить клещи для точечной сварки, и энергично занимался дальнейшим усовершенствованием и внедрением дуговой сварки на заводах, и особенно на железных дорогах. Бенардос окончательно отработал систему питания сварки током, в том числе многопостовую. Он предложил систему питания, включающую генератор постоянного тока и параллельно присоединенную батарею электрических аккумуляторов. Система оказалась удачной для своего времени. Достаточно иметь генератор небольшой мощности, заряжавший в перерывах между сваркой мощную аккумуляторную батарею, содержавших 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.

Имя Бенардоса стало чрезвычайно популярным в технических кругах. На IV электротехнической выставке 1892 г. Бенардос получил высшую награду - золотую медаль Русского технического общества. В конце 90-х годов Н.Н. Бенардос переехал в г. Фастов (60 км. от Киева), где продолжал заниматься изобретениями в различных областях техники, 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 в 1905 г.

Дальнейшее усовершенствование дуговой сварки

Почти одновременно с Н.Н. Бенардосом работал крупнейший изобретатель - Николай Гаврилович Славянов, много сделавший для развития дуговой сварки.

Молодой горный инженер первого разряда Н.Г. Славянов в 1877 г. стал работать на Воткинском горном заводе и вскоре был назначен смотрителем механических цехов, а спустя год - механиком завода. Талант изобретателя стал проявляться в усовершенствовании различных машин и механизмов. Воткинские 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 на Омутнинские чугунолитейные и железоделательные заводы, где работал инженером для технических занятий. Здесь также, как и в Воткинском заводе, молодой энергичный инженер неоднократно пытался внести некоторые усовершенствования в производство.

С 1883 г. и до конца своей жизни Н.Г. 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 и электротехнологии, стремясь в первую очередь улучшить качество изготавливаемой продукции. Для целей электрометаллургии и 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.

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. Новаторской была идея исключить из сварочной цепи аккумуляторную батарею, оставив в качестве источника питания только генератор (1888 г.). Способ получил название "дуговая сварка 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, требовал высокого искусства от сварщика и мало походил на обычный в наши дни способ ручной сварки плавящимся электродом. При сварке по способу Славянова дуга плавит одновременно как металл изделия, так и электрод, и сварочный флюс, образуя общую сварочную ванну из жидкого металла, покрытого шлаком. Коэффициент полезного использования тепла дуги при 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 выполнить всевозможные, преимущественно ремонтные, сварочные работы. Сварка стала применяться при изготовлении основной продукции заводов - орудийных систем. Пермские пушечные заводы обслуживали обширный район Урала и Поволжья и выполняли заказы многих предприятий.

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 и бронзы. Специфичной работой того времени было исправление церковных колоколов - заварка образовавшихся трещин, причем обязательным требованием было сохранение частоты звука. В 1893 - 1894 гг. на электролитейной фабрике пушечных заводов было исправлено 34 колокола общим весом 26,5 т. Исправлением московского Царь-колокола весом в 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 электротехнической выставке в Петербурге. В 1893 г. получил диплом и большую золотую медаль на Всемирной электротехнической выставке в Чикаго, США.

С дуговой сваркой тесно связано другое крупное изобретение Н.Г. Славянова - уплотнение отливок (патент № 8747, выданный в 1891г.). Он предложил в отлитом слитке расплавлять верхнюю часть мощной дугой и достаточно долго удерживать метал 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.

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.

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. 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 ремонтировали всевозможные изделия. Качество сварочных работ находилось на высоком уровне, что подтверждается актами заказчиков и другими лицами.

В 1897 г. по проекту Славянова сооружена крупная промышленная установка дуговой сварки (см. рисунок 2) на сталелитейном и машиностроительном заводе в Екатеринославле. Сварку применяли для исправления поверхностных дефектов стальных отливок. Эта установка имела большое значение в развитии промышленного применения дуговой сварки в России и в других странах. В технических кругах зарубежных стран в тот период этот способ сварки был мало известен.

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. Передовые деятели русской техники понимали значение дуговой сварки для промышленности.

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 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.

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. 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 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 А. Андрус 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 других металлов.

5. Евгений Оскарович Патон

Родился в 1870 году в Германии. В 1894 году после окончания Дрезденского политехнического института Е.О. Патон был принят ассистентом на кафедру "Статика опор и мостов" этого института. Но он решил стать российским инженером.

Уже через год он сдает экзамен в Ново-Зыбковской гимназии на российский аттестат зрелости. Осенью 1895 года становится студентом 5 курса Петербургского политехнического института. По завершению учебы блестяще защитил дипломный проект по теме мостостроения. По завершению дипломного проекта профессор Петербургского политехнического института Л.Д. Проскуряков, вручая диплом Е.О. Патону, сказал: "Мой друг, вы родились мостостроителем и умрете им. Мосты, мосты и ничего кроме мостов, - вот Ваше высокое призвание!".

С первых же дней молодой инженер в 1896 г. был утвержден в звании инженера путей сообщения с правом составления проектов и всякого рода строительных работ.

За период с 1901 по 1915 года Е.О. Патон написал 41 работу общей сложностью 6612 страниц на тему мостостроения, как из дерева, так и из металла.

С 1905 по 1929 г. работает в ведущем техническом университете страны: профессор, заведующий кафедрой мостов, возглавлял инженерное отделение, руководил инженерным музеем, спроектировал около трех десятков мостов, написал десятки учебников по строительству мостов. За вклад в мировое мостостроение Е.О. Патон был избран действительным членом Всеукраиской академии наук.

Работая со студентами, он наказывал:

"Если вы полюбите труд и научитесь учиться, то вы всегда достигнете успехов на своем жизненном пути. Но пуще всего бойтесь легких дорог" В 1929 году под руководством Е.О. Патона в Киеве была создана сварочная лаборатория, которая в 1934 г. была преобразована в Институт электросварки. С 1935 года академик Е.О. Патон создал в КПИ кафедру электросварки и руководил её до 1939.

В 1941 году директор Института электросварки АН УССР Е.О. Патон был назначен одновременно Государственным советником по сварке и выполнял задания Совнаркома СССР.

Находясь в эвакуации на Урале в Нижнем Тагиле, коллектив института под руководством Е.О. Патона работали в направлении поиска нового вида сварки, позволяющего качественно и в кратчайшие сроки производить выпуск оборонной техники. Так была создана автоматическая сварка под флюсом.

Умер в 1953 году. В этом же году в Киеве через Днепр был простроен и сдан в эксплуатацию стальной цельносваренный мост. Сегодня этот мост носит имя Е.О. Патона.

Список использованной литературы