Изобретение электрической сварки

 

 

 

Оглавление

Введение 2

Суть сварочного технологического процесса 2

История изобретения сварки 3

Заключение 24

Список литературы 25

Введение

Сегодня электросварка  стала синонимом прочного соединения металлических деталей – настолько распространена эта технология в производстве. Между тем революционному изобретению, перевернувшему многие сферы промышленности и давшему большой толчок их дальнейшему развитию, сегодня более 130 лет.

Люди начали сваривать металлы гораздо раньше. Еще в VII веке до н. э. применялись простейшие способы сварки. Сейчас мы называем это пайкой – заготовки из золота, серебра, меди, свинца и нагревали, сдавливали, а швы заливали расплавленным металлом.

Изготовленные таким образом изделия были обнаружены при раскопках руин Помпеи, а также в хранилищах древних египетских пирамид. Позже была распространена кузнечная или, если иначе, горновая сварка – когда металлические детали нагреваются до нужного состояния, соединяются, а потом проковываются. Эта технология не сдавала своих позиций вплоть до начала XX века.

Суть сварочного технологического процесса

Сварка – один из наиболее широко распространенных технологических процессов. К сварке относятся собственно сварка, наплавка, сваркопайка, сварка, склеивание, пайка, напыление и некоторые другие операции.

С помощью сварки соединяют  между собой различные металлы, их сплавы, некоторые керамические материалы, пластмассы, стекла и разнородные  материалы. Основное применение находит  сварка металлов и их сплавов при  сооружении новых конструкций, ремонте  различных изделий, машин и механизмов, создании двухслойных материалов. Сваривать  можно металлы любой толщины. Прочность сварного соединения в  большинстве случаев не уступает прочности целого металла.

Сварку можно выполнять  на земле и под водой в любых  пространственных положениях. Возможность  выполнения сварки в космосе была доказана советскими летчиками-космонавтами Т.С. Шониным и В.Н. Кубасовым. На борту космического корабля «Союз-6» они впервые осуществили сварку коррозионностойкой стали и титанового сплава в условиях космического вакуума и невесомости.

Соединение при сварке достигается за счет возникновения  атомно-молекулярных связей между элементарными частицами соединяемых тел. Сближению атомов мешают неровности поверхностей в местах, где намечено осуществить соединение деталей, и наличие на них загрязнений в виде окислов, органических пленок и адсорбированных газов.

В зависимости от методов, примененных для устранения причин, мешающих достижению прочного соединения, все существующие разновидности  сварки (а их насчитывается около 70) можно отнести к трем основным группам –• сварка давлением (сварка в твердом состоянии), сварка плавлением (сварка в жидком состоянии) и сварка плавлением и давлением (сварка в жидкотвердом состоянии).

При сварке плавлением соединение деталей достигается путем локального расплавления металла свариваемых  элементов – основного металла – по кромкам в месте их соприкосновения или основного и дополнительного металлов и смачивания твердого металла жидким. Расплавленный основной или основной и дополнительный металлы самопроизвольно (спонтанно) без приложения внешнего усилия сливаются, образуя общую так называемую сварочную ванну. По мере удаления источника нагрева происходит затвердевание – кристаллизация металла сварочной ванны и формирование шва, соединяющего детали в одно целое. Металл шва при всех видах сварки плавлением имеет литую структуру.

Для расплавления металла  используют мощные источники нагрева. В зависимости от характера источника  теплоты различают электрическую  и химическую сварку плавлением: при  электрической сварке начальным  источником теплоты служит электрический  ток, при химической в качестве источника  теплоты используют экзотермическую  реакцию горения газов (газовая  сварка) или порошкообразной горючей  смеси (термитная сварка).

История изобретения  сварки

Впервые мысль о возможности  практического применения «электрических искр» для плавления металлов высказал в 1753 г. академик Российской Академии наук Г.Р. Рихман, выполнивший ряд исследований атмосферного электричества. Практической проверке такого мнения способствовало создание итальянским ученым А. Вольта гальванического элемента (вольтова столба).

В 1802 г. профессор Санкт-Петербургской военно-хирургической академии В.В. Петров, используя мощный гальванический элемент, открыл явление электрической дуги. Он также указал возможные области ее практического применения. Независимо от В.В. Петрова, но несколько позже (1809 г.), электрическую дугу получил английский физик Г. Деви.

Для практического осуществления  электрической сварки металлов потребовались  многие годы совместных усилий физиков  и техников, направленных на создание электрических генераторов. Важную роль сыграли открытия и изобретения  в области магнетизма и электричества.

Первые электромагнитные генераторы были созданы в 70-x годах XIX в. До этого имели место лишь отдельные попытки осуществления электрической сварки металлов с помощью гальванических элементов. Так, в 1849 г. американец К. Стэт получил английский патент на соединение металлов с помощью электричества. Однако этот патент не был реализован на практике. Глубокая разработка вопросов электрической сварки металлов началась позже.

Электрическая дуговая сварка – выдающееся достижение прикладной электротехники, основанное на открытом В. Петровым явлении электрической дуги, принадлежит всецело России.

Николай Бенардос впервые в мире выдвинул идею (но только идею, на практике же в этом вопросе Н.Н. Бенардоса опередил русский изобретатель Н.Г. Славянов) и затем разработал устройство для сварки металлическим электродом на переменном токе, разработал сварку в струе газа, магнитное управление дугой, сварку наклонным электродом.

Он первым в своих работах  стал применять различные флюсы  и закрытую дугу, и, наконец, он является основоположником механизации и  автома-тизации сварочного процесса.

Николай Николаевич Бенардос родился 26 июня (8 июля) 1842 г. в деревне Бенардосовке в семье, в которой основной профессией была военная служба. Дед Николая Николаевича – один из героев Отечественной войны 1812 г. генерал Пантелеймон Бенардос, по происхождению грек, мальчиком попавший в Россию; отец – полковник Николай Пантелеймонович Бенардос.

Детство Николай Николаевич провел в имении родителей Новоукраинка Херсонской губернии. Образование он получил домашнее. В 1862 г.

Николай Бенардос поступил на медицинский факультет Киевского университета.

В 1866 г. Бенардос оставил университет и в том же году поступил в Пет-ровскую земледельческую академию в Москве. В 1867 г. он уехал в Париж, где летом проходила Всемирная выставка. Там он познакомился со знаменитым электротехником П.Н. 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 им мастерских под его руководством создаются бороны и скоропашки для его большого хозяйства.

В первые годы, начиная с 1865 г., 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 г. он начинает строить модель своего любимого, давно задуманного детища – парохода на катках, переходящего мели и обходящего разные препятствия по рельсовому пути.

В 1877 г. 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 чернобородый и веселый Николай Бенардос. Испытания парохода успешно завершились, и… ни один промышленник им не заинтересовался.

Но Николай Бенардос обладал талантом исключительным. Он принадлежал к тем русским изобретателям, которые прокладывали новые пути в технических отраслях знаний, не получая ниоткуда какой-либо поддержки, не щадя ни сил, ни огромных материальных средств.

Итак, пароход был заброшен, но Бенардос уже 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.

С идеей соединять металлы  вольтовой дугой Бенардос приходит к П.Н.

Яблочкову в его товарищество "Яблочков-изобретатель и Компания". Яблоч-ков, сразу поняв, какие огромные перспективы может принести метод сварки металлов электричеством, тут же принимает Бенардоса на работу.

В последующие годы во многих случаях Бенардос сотрудничал с Яблоч-ковым. В этот период его, естественно, больше всего увлекала новая область практического применения электричества.

Он создал подсвечник для  свечи Яблочкова с автоматическим переклю-чением тока, дуговую лампу, машину для изолировки кабеля, машину для оплетки проводов, коммутаторы, реостаты, в том числе водяной реостат.

В 1881 г. в качестве сотрудника фирмы "Яблочков-изобретатель и Ком-пания" Николай Николаевич Бенардос отправился в Париж, на Международ-ную электрическую выставку.

Для подготовки экспозиции выставки Яблочков определил Бенардоса в экспериментальную лабораторию при журнале "Электрисьен". Содиректором ее оказался старый знакомый Бенардоса по Петербургу, российский подданный, Николай Иванович Кабат. В этой лаборатории Бенардос стал экспери-ментировать 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 800 000 франков.

Исследования по соединению металлов с помощью вольтовой  дуги, начатые Бенардосом еще в своем поместье и продолженные в Петербурге, в Товариществе Яблочкова, Николай Николаевич Бенардос практически завершил за границей.

Аккумуляторы, созданные  вначале для электрического освещения, а затем для электрической  сварки, были выдающимся изобретением.

Бенардос уже в 1882 г. на практике применил способ электросварки – "способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока", этот способ был назван им" электрогефестом ".

В мастерской Кабата Бенардос впервые продемонстрировал свой "электрогефест". (Гефест – древнеримский бог огня, который родился слабым и хилым ребенком, а окрепнув, стал дивным художником в своем кузнецком ремесле.)

Метод, созданный Бенардосом, был прост, как и все гениальное. При его разработке Николай Николаевич ставил перед собой две задачи. Одна была чисто технологической: как воспользоваться необычайным жаром вольтовой дуги для плавления металлов? Другая – энергетическая: возможно ли приспособить существовавшее тогда электрооборудование для снабжения энергией сварочных аппаратов? Если не будет решена вторая задача, то о первой говорить бессмысленно.

Специально для этой цели Бенардос конструирует батарею особых аккумуляторов, разделявшихся на группы. В зависимости от силы тока, необходимого для сварки, группы аккумуляторов можно было подключать последовательно или параллельно.

Физические явления, протекающие  в дуге, еще не были изучены, но уже  было известно, что дуга при сварке меняет длину. Но выдержат ли аккумуляторы? Бенардос долгое время работал над таким устройством пластин, которые позволяли бы электролиту свободно циркулировать и касаться большой поверхности свинца. Части пластин он устроил таким образом, что они могли легко расширяться и сокращаться при заряде-разряде: все это делало пластины выносливыми к сильным разрядам тока.

Рисунок 1 -Сварка по методу Бенардоса (а); по методу Славянова (б); сварка деталей пластическим деформированием (в)1 — дуга; 2 — металл; 3 — угольный электрод; 4 — металлический электрод; 5 — присадочная проволока; 6 — пресс; 7 — шов.

 

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.

В описании к привилегии № 194, выданной Бенардосу в Петербурге 31 декабря 1886 г., сущность изобретения излагается так: "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, содержащею другой электрод, соединенный с соответственным полюсом электрического тока.

С помощью этого способа  могут быть выполнены следующие  работы: соединение частей между собой, разъединение или разрезывание металлов на части, сверление и производство отверстий и полостей и наплавление  слоями. Вольтова дуга образуется в  месте, где должна быть произведена  одна из вышеупомянутых работ, приближением угля (или другого проводящего  вещества) к обрабатываемой части, причем этот уголь будет положительным  или отрицательным полюсом, а  другим полюсом будет обрабатываемая часть. Угли или вещества, заменяющие уголь, могут иметь различные  формы".