Изобретение электрической сварки

(Под веществом, заменяющим  уголь, Бенардос подразумевал не только электроды из различного металла самых разнообразных форм, но, как это видно из его последующих разработок, также самые различные сочетания стержней, как металлических с угольными, так и угольных с металлическими, с флюсом и т. п.)

Привилегия показывает, что  он изобрел способ неразъемного соединения двух металлов, в котором нагревание и расплавление металла в месте  соединения осуществляется электрической  дугой, и утверждает его приоритет на изобретение – электрическую дуговую сварку.

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 Бенардос возвращается в Петербург. Его имя уже широко известно не только в России, но и за границей. Предприятие Яблочкова про-4 должает финансировать его опыты, но Яблочков пока не рекомендует брать патент – способ кажется еще сырым, еще 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 у Бенардоса нет денег заплатить пошлину, Ольшевский предлагает свое финансирование, но при условии, что совладельцем патентов будет и Ольшевский. Бенардос соглашается. И во всех патентах, кроме российского, совладельцем изобретения Бенардоса указан Ольшевский.

Патентные заявки на свой способ Бенардос подал в 1885 г. и получил патенты на изобретение в России (1886 г.), Франции (1885 г.), Бельгии, Велико-британии, Италии (1886 г.), Германии (1885 г.), Швеции, Норвегии, Дании, Испании, Швейцарии, США и Австро-Венгрии.

Ольшевский надоумил изобретателя порвать с Товариществом Яблочко-ва, в котором от Бенардоса требовали продолжить эксперименты. И вскоре, в 1885 г., было основано товарищество "Электрогефест".

К тому времени электросварка  заинтересовала крупнейших зарубежных ученых, и некоторые из них приехали в Петербург знакомиться с  выдающимся изобретением.

Вот как об этом рассказывает современник Бенардоса, русский физик и электротехник Д.А. Лачинов, присутствовавший в 1887 г. на опытах Бенар-доса вместе с другими представителями науки и техники, в том числе с приехавшим из Берлина немецким ученым доктором Рюльманом:

"На днях мы присутствовали  на опытах электрического паяния  в мастерской Бенардоса, в сообществе нескольких техников и ученых, которые были чрезвычайно заинтересованы новым изобретением и по окончании опытов долго продолжали обсуждать все виденное…

Самый опыт производит необычайное  впечатление на неподготовленного  зрителя. Допустим, что спаиваются два  железных листа встык: сложив их краями, мастер берет паяльник в руку и  прикасается им ко шву. В то же мгновение  из угля со взрывом вырывается голубоватая вольтова дуга более сантиметра толщиною, окруженная широким желтым пламенем и по временам достигающая 5 – 6 см длины (2,5 дюйма). Управляемая рукою мастера, дуга начинает лизать линию спайки; то место, к которому она прикоснулась, мгновенно плавится, испуская ослепительный свет и разбрасывая снопы искр, причем жидкое железо протекает в скважину между листами и соединяет их. Таким образом мастер проводит дугою вдоль всего шва, который предварительно посыпает мелким песком, служащим для растворения окалины…

Мы привели выше, – пишет далее Д.А. Лачинов, – только один пример пайки, но само собою понятно, что "электрогефест" приложим и к другим родам скреплений, употребляемых в слесарном и машинном деле: можно паять листы внахлест и под углом, спаивать трубки вдоль и поперек и т. д.

Все что сказано о железе, применимо к стали и чугуну".

Из этого описания видно, что еще на заре развития электрической  дуговой сварки Бенардос применял флюс в виде песка, которым шов предвари-тельно посыпался, а также присадочный металл в виде стержня, который закладывался в шов, и, наконец, что им были еще тогда разработаны основные способы соединения сварных швов встык с разделкой кромок, внахлестку, под углом и т. п., а это основные способы соединения, которые применяются и в наши дни, в современной технике сварки.

В заключение своей статьи Д.А. Лачинов пишет:

"Вообще, что касается  применений "электрогефеста", то они так разнообразны, что трудно высказать о них даже догадки. На первый раз, повидимому, напрашивается применение этого способа к изготовлению паровых котлов не клепаных, а паяных, к починке котлов и частей машин на месте, далее к соединению между собою, судовых частей, наконец, быть может, к устройству орудийных станков, если не самих орудий… В настоящее время идет речь о том, нельзя ли изготовить кавказский нефтепровод при помощи "электрогефеста"…"

Мастерская, в которой  Бенардос производил свои работы и демонстрировал перед посетителями свое изобретение, помещалась в небольшом фабричного типа здании. Оборудование состояло из паровой машины мощностью 20 – 23 л. с., приводящей в действие электрический генератор; параллельно генератору была подключена батарея, состоявшая из 200 аккумуляторов собственной конструкции. Аккумуляторы расположены были в четыре параллельных ряда и выполняли роль буфера, принимая на себя толчки, вызываемые резкими изменениями тока. В мастерской были установлены три сварочных поста и необходимое вспомогательное оборудование.

Немецкий ученый профессор  Р. Рюльман, приезжавший в Петербург из Берлина специально для ознакомления с изобретением Бенардоса, сделавший по возвращении в Германию несколько докладов об изобретении Бенардоса, писал в своей статье, опубликованной в журнале "Электричество" за 1887 г.: "Хотя в разное время были сделаны опыты применения действия теплоты вольтовой дуги к свариванию и спаиванию металлов, но на этом поприще, за исключением способа Бенардоса, до сих пор еще не было получено технических результатов, имеющих какое-нибудь практическое значение. Только путем научных соображений, тщательных опытов и долголетних, настойчивых трудов г. Бенардос возвел обработку металлов электрическим путем в стройную систему, позволяющую многостороннее применение ее на практике и предназначенную заменить во множестве случаев другие способы обработки металлов, применяемые до сего времени.

Означенным способом, кроме  того, можно производить над металлами  известные работы, до сих пор считавшиеся  неисполнимыми. Прибавлю, что вопрос этот разработан изобретателем настолько, что электрическое паяние сможет уже применяться на практике".

Вокруг Бенардоса появляется все больше оборотливых дельцов. Бенардос без конца подписывает какие-то бумаги… К сожалению, он слишком 6 поздно понял, что члены правления его "Электрогефеста" уже завладели, где хитростью, где прямым обманом, всеми его материальными привилегиями.

А тут выяснилось, что  еще в 1881 г. французский патент на способ электросварки получил Меританс. Также обладателем подобного патента, правда, полученного в Англии в 1849 г., оказался американец Стэд. И кроме них, то здесь, то там возникали новоявленные лжеизобретатели сварки на… бумаге.

Стэд и Меританс взяли привилегии "на голые идеи, не разработав их и не сообщив им никакого практического значения, и тем самым сделали свои привилегии мертвой буквой и предали их полному забвению", – сообщал журнал "Электричество" в №№ 14 и 15 за 1887 г.

Способ Николая Бенардоса в России впервые был использован на Ор-ловско-Витебской железной дороге в 1887–1888 гг. в Рославльских мастерских для исправления паровозных и вагонных колес, рам, решеток и т. д. Об этом первом в мире применении электрической дуговой сварки докладывал на пятнадцатом съезде инженеров службы подвижного состава и тяги в Пе-тербурге инженер Ф.И. Герц: "Исправления по этому способу производятся настолько быстро, что наш колесный парк теперь почти освобожден от поврежденных паровозных колес… В настоящее время исправление колес при помощи электрогефеста настолько у нас установилось, что уже ни одно колесо не исправляется иным способом… Кроме исправления колес, специальностью электрогефеста сделалась сварка паровозных рам".

В течение пяти лет способ Бенардоса распространился по всей России: кроме Рославльских мастерских, он применялся в железнодорожных мастерских Воронежа, Ростова-на-Дону и др., на заводах Коломенском в Голутвине, Гужона в Москве, Невском машиностроительном заводе, заводе Лесснера в Петербурге и др. За границей – в Англии, во Франции, в Германии, в Авст-рии и ряде других стран, где способом Бенардоса пользовались не только для производства самого разнообразного ремонта, но и для изготовления новых изделий.

Бенардос изобрел не только способ сварки угольной дугой, но, по существу, все основные способы дуговой электрической сварки, применяющиеся ныне.

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.

Угольные электроды, разработанные  Бенардосом, были как сплошные, так и полые, с помещенным внутри металлическим стержнем или шихтой, состоящей из металла в измельченном виде с прибавкой флюсов в виде кварца, буры, нашатыря и др. (Впервые предложенные им трубчатые электроды получили дальнейшее развитие в работах Института электросварки им. Е.О. Патона в Киеве и нашли широкое применение в промышленности и строительстве.) В некоторых случаях Бенардос употреблял угольные электроды в виде конуса, круга и др.

Он стремился механизировать процесс сварки; весьма интересным видом малой механизации сварки металлическим электродом является исполь-зование электродов в виде ряда стержней, изогнутых по дугам кругов разного диаметра и соединенных между собой тонкой перепонкой, до которой при движении сектора электроды расплавляются.

Для закрепления электродов и поддержания дуги Бенардос придумал и разработал различные устройства, названные им электропаяльниками. Его простейший тип электрододержателя для угольного электрода сохранил свой вид до наших дней. Не потеряло значения также и весьма остроумное приспособление, разработанное Бенардосом для формирования шва при вертикальной сварке, осуществляемой снизу вверх. (Это изобретение Бенардоса тоже получило дальнейшую разработку в Институте электросварки им. Е.О. Патона, где был в конце 1940-x гг. создан высокопроизводительный способ автоматической сварки вертикальных швов с принудительным формированием шва.)

Николай Бенардос также впервые применил электромагнит для закрепления сварных изделий в желаемом положении (электромагниты для указанных целей широко используются в современной сварочной технике) и разработал магнитное управление дугой.

Чтобы предотвратить во время  сварки отбрасывание дуги в сторону  и сделать ее устойчивой, Бенардос создал магнитное поле вокруг дуги, использовав в качестве электромагнита несколько витков проводника, по которому подается ток к электроду. Этот метод магнитного управления сварочной дугой впоследствии был использован американцами.

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 электродами. Эти устройства явились прототипами современных сварочных автоматов. Одно из них было приспособлено для сварки продольных швов металлическим электродом.

В этой конструкции металлический  электрод неподвижен, и по мере его  плавления подвигается поддерживающая конец электрода тележка с  прикре-пленным к ней автоматическим регулятором тока и длины дуги.

Особое устройство предназначалось  для сварки продольных швов листов, труб и цилиндров большого диаметра. На этом станке швы свариваются 8 угольной дугой, которая регулируется автоматически. Обрабатываемое изделие неподвижно, а устройство, в котором закреплен  электрод, движется вдоль шва вперед и назад, а затем идут прокатные  валки для прокатки шва.

Приемы, которыми пользовался  Бенардос при работе металлическим электродом, и устройства, разработанные им для этой цели, свидетельствуют о том, что идеи, заложенные изобретателем электрической дуговой сварки, сохранили свое значение до наших дней

На IV Электрической выставке в 1892 г., устроенной Русским техническим обществом в Петербурге, Николай Бенардос демонстрировал целый ряд изделий и принадлежностей для электрической сварки.

В представленном на выставке описании "электрогефеста" Бенардос сообщает, что работы по его методу могут производиться вручную и машинами или станками со встроенным регулятором, автоматически поддерживающим длину дуги.

"В некоторых случаях, – писал он, – дуга направляется в желаемую сторону посредством электромагнита или струи газов, служащих вместе с тем для увеличения поля нагрева вольтовой дуги и раскаления поверхностей обрабатываемых металлов. Вольтова друга возбуждается различным образом: 1) между обрабатываемым металлом и углем; 2) между двумя металлами и 3) между двумя углями.