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 около 130 лет.

 Почтенные предки

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 ХХ века.

Его Величество Электричество

Предпосылки появления нового, революционного метода сварки появились в 1802 году – тогда наш соотечественник, профессор Санкт-Петербургской медико-хирургической академии Василий Владимирович Петров открыл явление электрической дуги и описал ее свойства, в число которых вошла, в частности, способность мгновенно расплавлять металлы. Примерно в этом же направлении двигались и ученые из других стран – английский физик Гемфри Дэви создал первые электрические печи, с помощью которых исследовал свойства разных веществ, в том числе и металлов. Чуть позже его земляк Уильям Томсон во время своих опытов с помощью тока сплавлял пучки проводов в коробке с углем, а Вильгельм и Александр Сименсы нашли практическое применение изобретению, соединяя данным способом телеграфные провода на своих заводах. Впрочем, технологии, предложенные европейскими учеными, были ненадежными, поскольку не обеспечивали особой прочности и равномерности созданного изделия, поэтому о них можно говорить скорее как о попытках обуздать электричество, заставив его работать над проблемой соединения металлов.

Эврика!

Пальма первенства в создании идеального способа соединения металлов с помощью электричества принадлежит российским ученым, в первую очередь Николаю Николаевичу Бенардосу. Опираясь на исследования В. В. Петрова, Бенардос попробовал скрепить металлические изделия с помощью электрической дуги, образованной с применением угольных электродов. В итоге в 1882 году им был открыт и запатентован способ сварки, названный «электрогефест» (от имени древнегреческого бога Гефеста, покровителя кузнечного мастерства). Суть метода в том, что между изделием и угольным электродом пропускался ток, в результате чего возникала дуга, которая раскаляла поверхность. В дугу вводился так называемый присадочный материал – он плавился и заполнял пустоты, образуя прочный сварочный шов. Технология сразу же получила большое распространение – поначалу для исправления дефектов, ликвидации трещин и так далее, а после и для создания новых изделий из металла. Однако метод был неидеален: шов получался не слишком ровным, поверхность выглядела пористой, а сам процесс оставался довольно-таки трудоемким.

Развитие идеи

Еще дальше пошел инженер Николай Гаврилович Славянов, который в 1888 году предложил вместо угля использовать в качестве электрода непосредственно присадочный материал, создав таким образом более удобный способ сварки. Он же придумал использовать флюсы, предохраняющие металл от взаимодействия с внешней средой, а также изобрел сварочный полуавтомат, который назвал «плавильник». Качество изделий, созданных по методу Славянова, было гораздо более высоким, чем у его предшественника, поэтому технология оказалась востребована в тяжелой промышленности, например в судостроении.

А мы пойдем другим путем

Примерно в это же время за рубежом появился еще один метод соединения металлических деталей электричеством – контактная сварка. Американский профессор Элихью Томсон предложил соединять свариваемые предметы и пропускать через них ток, проковывая место соединения. Он же создал машины для контактной сварки, получившие распространение в электротехнической промышленности, – именно на них создавались первые изобретения «Дженерал электрик», которые принесли всемирную славу этой компании.

Горючий конкурент

В начале ХХ века во Франции появилась газовая сварка, в которой расплавление металла шло за счет высокой температуры горения ацетилена в кислороде. Уже в 1911 году она стала применяться в России наряду с электрической, постепенно вытесняя последнюю из промышленного производства, потому как обеспечивала более качественное соединение. Однако длился этот триумф недолго, поскольку газовая сварка имела один очень заметный недостаток – невозможно было ускорить работу, что при электрической сварке легко достигалось путем увеличения силы тока.

Убедительная победа

В 30-х годах прошлого века в СССР и США стал применяться способ непрерывной сварки электродом под флюсовым покрытием, усовершенствованный вариант которого можно наблюдать и сейчас. В нашей стране над задачей усовершенствования электросварки работали академик Евгений Оскарович Патон и его сотрудники

– их усилиями в 1939 году были разработаны качественные флюсы и создан автоматический сварочный аппарат. Автоматическая сварка сразу же стала применяться для создания военной техники – к примеру, с ее помощью были созданы корпуса советских танков, которые внесли огромный вклад в победу в Великой Отечественной войне.

Прогресс не стоял на месте, и уже в 1960-е годы прошли первые удачные опыты по сварке с помощью нескольких электродов, что позволяло в разы увеличить скорость процесса, а еще через двадцать лет стали применяться тончайшие порошковые проволоки, после чего качество сварочных работ стало еще более высоким.

Последователи

Наука продолжает искать и находить новые, более современные способы, позволяющие добиться буквально микроскопической точности. В сфере медицины, космической промышленности и электроники часто применяются такие виды, как лазерная, ультразвуковая, плазменная, электронная, фотонная сварка. Не исключено, что в будущем откроются и новые источники, способные излучать тепло в объеме, необходимом для создания прочной связи между металлическими деталями, при этом они будут более эргономичными и менее затратными по стоимости. Однако пока электросварка остается самой популярной технологией, и сдавать свои позиции она, по всей видимости, не намерена.

 

Никитин В.П.

В 1920-х гг. сварочные технологии были мало изучены, поэтому в производстве повсеместно использовалась клепка. В немалой степени это было связано с отсутствием теории сварочного процесса, типовых конструкций и методик проектирования сварочного оборудования. В середине 1920-х гг. русский инженер и ученый В.П. Никитин сформулировал комплекс научно-технических проблем теории электрических машин и аппаратов для дуговой сварки, которые в дальнейшем нашли решение в его исследованиях. Как и работы Е.О. Патона, они способствовали развитию новой отрасли промышленности – электросварочного машиностроения, положившей начало широкому применению сварки в производстве. Среди задач, которые удалось решить, – теория электрической дуги в условиях сварки, теория электрических машин и аппаратов для дуговой сварки, исследования физики и техники соединения металлов. Основные изобретения В.П. Никитина: разработка сварочного трансформатора в сочетании с реактивной катушкой, обеспечивающей устойчивое горение дуги во всем диапазоне рабочих токов трансформатора (1924), конструкция сварочного трансформатора для включения в трехфазную сеть (1928), новый тип трехфазной сварочной машины для контактной и дуговой электросварки (1940), новый тип сварочного трансформатора (1947). Ученым также были разработаны теория, методы расчета и конструирования электросварочных генераторов и трансформаторов. Книга «Электрические машины и трансформаторы для дуговой сварки» надолго стала главным пособием для студентов и инженеров.