История электротехники - Коллектив авторов

7.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРКА

7.2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

Электрическая дуговая сварка была изобретена в России. Н.Н. Бенардос 6 июля 1885 г. подал заявку и получил привилегию Департамента торговли и мануфактур № 11982 (1886 г.) на способ «соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока» (рис. 7.11). Изобретение было запатентовано в Англии, Германии и некоторых других странах, причем эти патенты получены Н.Н. Бенардосом совместно с петербургским купцом С.А. Ольшевским, который финансировал зарубежное патентование.

Работы были начаты в 1881 г., а в 1885 г. в Петербурге на набережной р. Большой Невки, д. 41, была открыта показательная мастерская, в которой проводились сварочные работы по этому способу. Н.Н. Бенардос разрабатывал также автоматизацию сварки, применение инертных газов при сварке, сварку на переменном токе, подводную сварку и др. К середине 90-х годов XIX в. сварка по способу Н.Н. Бенардоса применялась более чем 100 заводами Западной Европы.

Н.Г. Славянов (1888 г.) предложил дуговую сварку с использованием расплавляемого электрода (рис. 7. 12). Этот метод впервые был использован в 1888 г. на Пермских казенных заводах при сварке вала паровой машины. В 1889 г. дуговая сварка по методу Славянова была использована на Пермских казенных заводах при строительстве парохода «Редедя князь Коссогский». В 1891 г. Н.Г. Славянов получил в Департаменте торговли и мануфактур привилегии № 8747 и 8748 на изобретения «электрической отливки металлов» и «электрического упрочнения металлов», а затем и патенты США и других стран. Им разрабатывались методы автоматического регулирования длины дуги, применения сварки под шлаком (использовалось дробленое стекло), использования предварительного подогрева свариваемых деталей, применения присадок ферросплавов для регулирования химического состава ванны и сварного шва.

В 1905 г. В.Ф. Миткевич предложил использовать трехфазную дугу для сварки металлов.

Одна из проблем электрической сварки — защита расплавленного металла от окисления и повышение устойчивости горения дуги, особенно при использовании плавящегося электрода. О. Кьельберг (Швеция, 1907 г.) предложил специальные покрытия для сварочных электродов, И. Ленгмюр (США, 1911 г.) разработал процесс дуговой сварки в атмосфере водорода, а позднее и с использованием других газов.

Параллельно с электрической сваркой развивалась и газовая сварка. Уже в 1902 г. А. Ле Шателье (Франция) применял кислородно-ацетиленовую сварку при ремонте паровых котлов. В 1903 г. Э. Фуше (Франция) получил патент на газовую сварочную горелку. Этот способ вскоре получил широкое распространение, что затормозило развитие электрической сварки. С 1908 г. на заводах Форда (США) стали применять газовую сварку. Во всем мире, в том числе и в России, газовая сварка стала применяться в различных отраслях промышленности.

Однако в 20-е годы развитие электрической сварки вновь продолжилось.

В 1919 г. фирма «Дженерал электрик» изготовила первую автоматическую дуговую сварочную головку. Подача электродной проволоки осуществлялась электродвигателем постоянного тока, а ток к электроду подводился через ролик. Длина дуги контролировалась по напряжению. В СССР автоматическую подачу электрода разработал в 1924 г. Д.А. Дульчевский. Он же применял угольный порошок при сварке меди для защиты от окисления.

Завод «Электрик» (г. Ленинград) внес значительный вклад в развитие электросварки в нашей стране: под руководством В.П. Никитина в 1924 г. были созданы первая электросварочная машина постоянного тока типа СМ-1 и сварочный трансформатор со встроенным регулятором (тип СТН). В 1926 г. начался выпуск машин для контактной сварки. В 1932–1933 гг. началось производство оборудования для автоматической дуговой и аргоноводородной сварки, был осуществлен выпуск первой в мире сварочной автоматической установки на переменном токе. В 1934 г. выпущен передвижной электросварочный агрегат типа САК-2, состоящий из бензинового двигателя Горьковского автозавода и сварочного генератора, смонтированных на общей раме. В 1947 г. начался серийный выпуск универсальных сварочных автоматов тракторного типа АДС-1000–1.

Первые применения сварки:

— в 1929 г. Николаевский судостроительный завод применяет дуговую сварку днищевых балок танкеров, а позднее и судовых трубопроводов; с 1931 г. в г. Магнитогорске при строительстве домны началось использование электрической сварки вместо клепки; (разрешение на сварку дал И.П. Бардин вопреки мнению американских специалистов, консультировавших строительство); при строительстве завода «Уралмаш» с помощью электрической сварки изготовили подкрановые балки пролетом 10 м; в том же 1931 г. началось внедрение дуговой сварки в мостостроение (Г.А. Николаев); на Западной железной дороге было установлено первое сварное пролетное строение длиной 19,8, а несколько позднее, в 1934 г.; на заводе «Стальмост» в г. Днепропетровске — цельносварное пролетное строение длиной 45 м; в те же годы изготовлены сварной мост (42 м) через водопад Челоне в США и однопролетный сварной мост решетчато-ферменного типа длиной 49,2 и шириной 8,25 м в г. Пльзень (Чехословакия).

В начале 30-х годов Е.О. Патон создал лабораторию электросварки, которая с 1934 г. реорганизована в Институт электросварки (с 1953 г. ИЭС им. Е.О. Патона), который занял ведущее положение в развитии сварочной техники и технологии. К числу важнейших разработок ИЭС относятся:

— высокопроизводительный способ автоматической дуговой электросварки под слоем флюса (1941 г.);

— конструкция сварочной головки с постоянной скоростью подачи электрода (1942 г.);

— новый способ полуавтоматической шланговой сварки (1944 г.);

— мощный трансформатор СТ-1000 с дистанционным управлением для автоматической сварки под флюсом (1947 г.);

— метод двухдуговой электросварки на больших скоростях (1949–1950 гг.);

— полуавтомат для подводной сварки (70-е годы).

Интересные результаты были получены и в других организациях:

— сварка меди под флюсом разрабатывалась Д.А. Дульчевским в начале 20-х годов;

К. К. Хренов разработал процесс ручной сварки под водой (1932 г.) и предложил сварочный трансформатор с поворотным верхним ярмом типа СТХ (1934 г.);

— сварочная лаборатория МВТУ им. Н.Э. Баумана разработала способ автоматической дуговой сварки с подачей в дугу гранулированного флюса (1934 г.);

— в 1946 г. В.П. Никитин создал новый трансформатор типа СТАН компактной конструкции и небольшой массы с тремя ступенями регулирования сварочного тока, предназначенный для монтажных работ;

— в 1949 г. Подольский завод им. С. Орджоникидзе разработал и освоил процесс сварки нефтеаппаратуры из нержавеющей стали;

— сотрудниками ЦНИИТмаш создана усовершенствованная аппаратура для автоматизации дуговой электросварки (1951 г.) и совместно с ИЭС разработана и внедрена серия флюсов для автоматической сварки (1952 г.);

— в начале 50-х годов во ВНИИавтоген проводились работы по дуговой сварке меди и ее сплавов на постоянном токе прямой полярности в атмосферах аргона и азота;

— технология сварки в атмосфере углекислого газа разработана в ЦНИИТмаше в 50-е годы под руководством К.В. Любавского. 

7.2.2. СВАРКА ЗА СЧЕТ РЕЗИСТИВНОГО НАГРЕВА

Сварка за счет резистивного нагрева (контактная) подразделяется на точечную, шовную и стыковую.

Е. Томсон (США, 1886 г.), автор почти 700 изобретений, получил патент на электрическую сварку металлических стержней и проводов. Всего им и его сотрудниками получено 150 патентов, относящихся к контактной сварке. В 1892 г. в США на фирме «Джонсон» впервые были сварены способом стыковой сварки железнодорожные рельсы. Н.Н. Бенардос (1887 г.) изобрел способ точечной и роликовой контактной сварки. В сварочных клещах его конструкции (рис. 7.13) в качестве электродов использовался графит.

Контактная сварка стала развиваться несколько позднее, чем дуговая, так как ее применение целесообразно при выпуске крупносерийной продукции, например в автомобильной промышленности.

Машины для контактной сварки стали изготавливаться заводом «Электрик» с 1926 г. Первые машины для стыковой и шовной сварки были изготовлены в 1929 г. До 1935 г. завод «Электрик» изготовил 3821 машину для контактной сварки, в том числе 2625 для точечной, 1036 для стыковой и 160 для шовной. Это были в основном универсальные машины малой мощности (до 100 кВ∙А), а в дальнейшем для контактной сварки стали изготавливаться машины мощностью 500–1000 кВ∙А. На Московском автозаводе (позднее ЗИС и ЗИЛ) контактная сварка применялась с 1930 г. После расширения завода (1935 г.) на нем стали применяться более производительные машины — многоточечные (до 20 точек) мощностями до 250 кВ∙А, а парк машин был значительно увеличен.