Как сваривали металл в средневековье

Обновлено: 04.07.2024

В самом начале 19 века, а конкретно в 1802 году, Василий Владимирович Петров (1761 – 1834 гг.), будучи профессором физики Санкт-Петербургской медико-хирургической академии, открыл и описал явление электрической дуги, а также впоследствии предложил ее возможное практическое применение, включая электросварку и электропайку металлов.

В 1882 году русский изобретатель Николай Николаевич Бенардос (1842 – 1905 гг.) открыл способ дуговой сварки с использованием угольного электрода. Дуга Бенардоса горела промеж угольного электрода и свариваемым металлом. В качестве присадочного прутка для образования шва применялась стальная проволока, а источником электрической энергии были аккумуляторные батареи. В последующие годы Н.Н. Бенардосом были разработаны и другие виды сварки: сварка дугой, горящей между двумя или несколькими электродами; сварка в атмосфере защитного газа; контактная точечная электросварка с помощью клещей. Им же были созданы и запатентованы ряд конструкций сварочного оборудования.

В 1888 году Николай Гаврилович Славянов (1854 – 1897 гг.) впервые в мире на практике применил наиболее распространенный в настоящее время метод дуговой сварки – метод сварки плавящимся металлическим электродом под слоем флюса. В присутствии государственной комиссии он сварил коленчатый вал паровой машины. Н.Г. Славянов не только изобрел дуговую сварку металлическим электродом, описал ее в своих статьях, книгах и запатентовал в различных странах мира, но и сам широко внедрял ее в практику. С помощью обученного им коллектива сварщиков Н.Г. Славянов дуговой сваркой исправлял брак литья и восстанавливал детали паровых машин и различного крупного оборудования. Н.Г. Славянов создал первый сварочный генератор и автоматический регулятор длины сварочной дуги, разработал флюсы для повышения качества наплавленного металла при сварке, организовал первый в мире электросварочный цех в Пермских пушечных мастерских, где работал с 1883 по 1897 г.

Н.Н.Бенардос и Н.Г.Славянов заложили основы автоматизации сварочного производства. К сожалению, в условиях царской России их изобретения не нашли большого применения. Лишь после Великой Октябрьской социалистической революции сварочные технологии получают распространение в нашей стране. Уже в начале 20-х гг. под руководством профессора В.П.Вологдина на Дальнем Востоке производили ремонт судов дуговой сваркой, а также изготовление сварных котлов, а несколько позже – сварку судов и ответственных конструкций.

Применение сварки в промышленных объемах требовало создание и скорейшего внедрения в массовое производство надежных источников питания, гарантирующих стабильное горение дуги. В 1924 году на Ленинградском заводе «Электрик» запустили производство сварочного генератора СМ-1 и сварочного трансформатора с нормальным магнитным рассеянием СТ-2. В том же году советский ученый Василий Петрович Никитин (1893 – 1956 гг.) разработал принципиально новую схему сварочного трансформатора типа СТН, выпуск которых был начат заводом «Электрик» в 1927 году.

В 1928 году русский изобретатель и учёный Дмитрий Антонович Дульчевский (1879 – 1961 гг.) разработал технологию автоматической сварки под флюсом.

В 1932 году русский ученый Константин Константинович Хренов (1894 – 1984 гг.) впервые в мире создал технологию электродуговой сварки и резки под водой.

Новая фаза развития сварки приходится на конец 1930-х годов. В это время коллектив института электросварки АН УССР под руководством академика Евгения Оскаровича Патона (1870 – 1953 гг.) изобрел промышленный способ автоматической сварки под флюсом. С 1940 года началось внедрение данного метода сварки в производства, что сыграло огромную роль в годы войны при производстве военной техники (электросварные башни танков) и снарядов. В дальнейшем был разработан способ полуавтоматической сварки под флюсом.

Конец 1940-х годов ознаменовался началом промышленного применения технологии сварки в защитном газе. В 1952 году коллективы Центрального научно-исследовательского института технологий машиностроения и Института электросварки имени Е.О. Патона разработали и внедрили в производство способ полуавтоматической сварки в углекислом газе.

Сваривать металлы практический любой толщины стало возможным после разработки в 1949 году сотрудниками Института электросварки им. Е.О. Патона технологии электрошлаковой сварки.

В дальнейшем в нашей стране стали применяться следующие способы сварки: сварка ультразвуком, диффузионная сварка, электронно-лучевая, холодная сварка, плазменная, сварка трением и др.

Сварка в древности

Из недр каменного века берут начало многие достижения человечества, в том числе и в области сварочной технологии.

Еще в глубокой древности при помощи каменного орудия из самородков золота, серебра, меди можно было обковывать пластинки, острые лезвия, скребки и т.п., которые для увеличения их размеров соединяли между собой. Нанося удары по сложенным вместе кускам металла, удавалось добиться их соединения. А это был уже один из видов сварки - сварка в холодном состоянии путем приложения деформирующих усилий. Способ холодной сварки совершенствуется до сих пор и находит эффективное применение в наше время.

За несколько тысячелетий до нашей эры некоторые племена научились добывать из руды медь. Но техникой литья они еще не овладели и, чтобы изготовить крупное изделие из меди, им приходилось прибегать к сварке отдельных подогретых кусков металла. Подогрев металла до пластического состояния облегчал схватывание, а процесс соединения напоминал ковку. Поэтому он и называется кузнечной сваркой.

Появление нового материала - бронзы заставило древних умельцев приняться за разработку новых методов сварки. Дело в том, что бронза имела более высокую прочность, твердость, сопротивление истиранию по сравнению с медью. Однако ее пластичность была значительно ниже пластичности меди. Поэтому сварка бронзы методом пластической деформации, даже с подогревом, не обеспечивала образования соединения. Вероятно, древние мастера не раз наблюдали, как перегретые капельки расплавленной бронзы, попадая на бронзовые пластины, иногда прочно "схватывались" с ними. Вот этим свойством - схватываться, привариваться - и воспользовался безвестный изобретатель литейной сварки, сущность которой заключалась в том, что зазор между соединяемыми заготовками заполнялся расплавленным металлом и деформирование сварного соединения происходило в твердожидком состоянии. Этим способом, вероятно, были изготовлены бронзовые сосуды высотой 310 мм с толщиной стенок всего 0,5…0,7 мм в Древней Греции.

В III…II тысячелетиях до н. э. в различных районах земного шара начали получать железо. При этом в некоторых случаях масса изделий намного превышала то количество металла, которое можно было получить за одну плавку по существовавшей тогда технологии. Наиболее ярким примером является знаменитый памятник в Индии - колонна, выполненная из весьма чистого железа (99,97% Fe).

По народному поверью, будет счастлив каждый, кто, прислонившись к этому столбу, охватит его руками.

Колонна весит около 6,5 тонн, имеет высоту 7,3 м при диаметрах у основания 416 мм, а у верха - 295 мм и относится она к 415 г. н. э. А ведь вплоть до начала XIX века не было известно способов получения температур, достаточных для расплавления железа и литья изделий из него. Горение обыкновенной древесины создает температуру 1000…1100 0С, достаточную для плавления меди и ее сплавов. Но чтобы выплавить чистое железо, нужна температура порядка 1550 0С. Нет печей и неизвестны методы создания такой температуры, причем понадобятся тысячелетия, прежде чем появятся технические возможности достижения ее.

Одной из гипотез, объясняющей создание этой колонны, является применение кричного метода получения железа с последующей ковкой заготовок (кузнечной сваркой криц) в нагретом состоянии. Сначала в горнах при температурах порядка 1000ºС восстановлением железной руды древесным углем получали крицу, имеющую вид губчатой массы и состоящую из зерен чистого железа и шлака. А затем крицу неоднократно проковывали в нагретом состоянии. При этом отдельные частицы железа соединялись - сваривались, образуя плотный металл. Такое железо называли сварочным. Для того, чтобы увеличить массу металла, отдельные заготовки разогревали до белого каления, складывали вместе и проковывали. Без кузнечной сварки железный век начаться не мог.

Высокого мастерства достигли кузнецы-сварщики в изготовлении орудий труда и оружия. Множество железных мечей хранится в различных музеях мира. Удивительны по своей конструкции мечи I-II вв., найденные на местах бывших римских крепостей, поднятые с затонувших кораблей. Клинки мечей неоднородны по толщине и представляют собой чередующиеся в определенной последовательности слои твердой стали и мягкого железа. Такие мечи обладали высокой прочностью и к тому же были самозатачивающимися.

Современными методами металлографии установлено, что один из клинков имел одиннадцать слоев. Такая работа требовала овладения всеми премудростями кузнечной сварки, огромного опыта, интуиции (о науке говорить было еще рано). Многослойные тонкие клинки с дифференцированными свойствами можно считать вершиной кузнечной сварки.

В античные времена высокого экономического и общественного развития достигла Эллада. Кузнечное ремесло было в таком почете, что, согласно греческой мифологии, им не погнушался заниматься один из олимпийских богов - Гефест, покровитель искусств и ремесел.

В железном веке использовалась и такая технология получения неразъемных соединений, как пайка.

Рано или поздно древние ювелиры должны были обнаружить, что для соединения металлов и сплавов методом заливки можно применять такие сплавы, которые плавятся при меньшей температуре, чем основной соединяемый металл. Так, стоило только в золото добавить медь или серебро, как образовывался сплав с меньшей, чем у исходных компонентов, температурой плавления. Спустя тысячи лет металловеды исследуют влияние составов сплавов на температуру их плавления, начертят диаграммы состояния всевозможных комбинаций металлов и, в частности, установят, что сплав 20% золота и 80% меди плавится при температуре 886 0С (тогда как температура плавления технически чистого золота 1064 0С, а меди - 1083 0С), сплав 70% серебра с 30% меди плавится при 780 0С (температура плавления чистого серебра 961 0С). Это свойство сплавов и было использовано для пайки.

Еще в египетских пирамидах археологи неоднократно находили предметы из золота и серебра, спаянные оловом. А в Помпее, погибшей при извержении Везувия, были обнаружены свинцовые водопроводные трубы, спаянные продольным швом.

Многие золотые украшения и предметы быта, найденные в скифских курганах, сделаны с помощью пайки. Своей поразительной красотой шедевры древнего искусства обязаны не только таланту художников, но и мастерству умельцев, осуществлявших пайку, на многих изделиях даже невозможно заметить шов.

Кузнецы аланских племен, владевшие технологией кузнечной сварки стали и железа, в YIII…X вв. использовали для пайки деталей из бронзы, серебра и золота легкоплавкие свинцово-оловянистые припои.

Значительного успеха искусство металлообработки достигло в Киевской Руси в IX…XII вв. Уровень производства и обработки был достаточно высоким, чтобы изготавливать прекрасные ювелирные украшения (рис.2.3), вооружение и многочисленные орудия труда. Эти изделия отличались высоким качеством и чистотой сварных швов в местах соединений. Для изготовления мечей, наконечников копий применяли сталь и железо различных сортов. Часто из прочной стали делали только режущую кромку и наваривали на нее кузнечным способом сталь помягче. Кузнецы даже клеймили свои изделия, наваривая на металл буквы и знаки.


Рис.2. Золотая бляха из Сибирской коллекции Петра I	Рис.3. Ювелирные украшения: а - ожерелье; б - колты; в - браслет. XII век, пайка

Развитие производительных сил, подъем экономики на Руси, освободительная борьба русского народа против монголо-татарского ига подняли на новую ступень кузнечно-сварочное дело. В 1382 году против орды хана Тохтамыша использовали ковано-сварные пушки, при изготовлении которых железную крицу расковывали в лист, а затем его скручивали на железной оправке в трубу. Взаимно перекрывавшиеся кромки листа сваривали внахлестку продольным швом. Затем на эту трубу наворачивали еще один или два листа, следя за тем, чтобы сварные швы не совпадали. Получалась часть ствола. Несколько таких многослойных частей заготовок соединяли между собой. При этом сопрягаемые концы заготовок предварительно отковывали в виде внутреннего или наружного конуса, что позволяло их затем соединить внахлестку кузнечной сваркой.

Рис. 4. Схема элементов ствола пушки, получаемого кузнечной сваркой

В романе "Петр Первый" выдающимся писателем и знатоком русской истории А.Н. Толстым достаточно точно и ярко описан процесс приварки лапы к шестисоткилограммовому якорю.

Для того, чтобы изготовить крупное изделие (вал, длинную полосу), требовалась крупная заготовка. Такие заготовки получали из пакета мелких листов. Пакет, скрепленный оболочкой, нагревали в печи и проковывали-сваривали, придавая форму бруса. При необходимости несколько таких брусков, в свою очередь, сваривали между собой.

В XIX в. в России расширялось применение электрического привода на промышленных предприятиях, наблюдался подъем транспортного строительства, промышленность владела передовой технологией производства паровозов, вагонов, пароходов, резко увеличился выпуск паровых котлов и паровых машин и т. п. В этот период кузнечная сварка достигла своей вершины. Кувалде молотобойца приходит на смену молот. Крупные детали обжимают гидравлическими прессами. Улучшились конструкции печей для нагрева свариваемых заготовок. Однако во многих отраслях такая сварка сдерживала производство. Она была трудоемка, малопроизводительна, требовала создания громоздких печей и молотов, но главное - качество сварных швов было нестабильным и не удовлетворяло требованиям развивающейся техники: при большом числе свариваемых заготовок имели место дефекты - непровары, приводившие к расслоению металла и разрушению нагруженных деталей во время работы. Это было обусловлено тем, что основными технологическими параметрами процесса сварки являлись температура свариваемого металла и величина его деформации в зоне сварки (обусловленная ударами молота), которые трудно было выдерживать в требуемом достаточно узком диапазоне.

Широко применяемая в настоящее время сварка плавлением, когда происходит локальное расплавление свариваемых поверхностей, образование общей сварочной ванны с последующей кристаллизацией, требовала мощного источника тепла, способного локально расплавить металл. А такого источника тепла в то время не было.

"СВАРКА - ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ" - В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.А. Фролов, В.А. Казаков, под редакцией д-ра техн. наук В.А. Фролов Воронеж 2002

История развития сварки

История сварки насчитывает несколько десятилетий, этот технологический процесс неразрывно связан с периодом, когда люди впервые начали добывать разные металлы, железо. Еще в давние времена люди применяли горячие методы для выплавки разных изделий из стали, они ее раскаляли, размягчали и формировали из нее уникальные приспособления.

Первые сварочные приборы разрабатывались несколько веков назад, и, наверное, мало, кто мог подумать, что за этот период будут достигнуты такие высоты. В настоящее время под понятием сварка подразумеваются разные процессы и виды технологий, используемое оборудование, материалы и другие важные критерии.

Предыстория сварки

История каждой технологии, включая сварку, должна рассматриваться с процессами, которые происходили в разные периоды. Каждая из них изначально обладает предпосылками возникновения, процессом развития, который проходит сквозь призму истории. Все это включает знаменательные события, значимые имена ученых, открытия, перспективы последующего развития.

История развития сварки насчитывает несколько столетий, она появилась еще в древности. Впервые ее стали использовать в VIII-VII веке до н. э. В то время люди создавали разнообразные орудия труда, для них они применяли разные материалы, включая металл, который всегда был в природе в виде самостоятельного материала. Они пытались изменить его форму, соединяли по кусочкам.

В то время применялись такие металлы, как золото и медь. Поскольку они обладают мягкой структурой, то для изменения формы применялись камни, физическая сила. Этот процесс относится к холодному виду сварочных работ.

Позднее люди стали добывать другие металлы - бронзу, свинец. Постепенно стала применяться термическая обработка, во время которой производился подогрев отдельных компонентов. Она позволяла изготавливать изделия большого размера. А литье применялось для производства совершенных конструкций.

История возникновения сварки характерна тем, что в древний период люди началась активная добыча железа. Это произошло около трех тысяч лет назад. В настоящее время этот процесс выглядит просто - для отделения металла из руд применяется плавка. Но вот в древнее время было все совсем по-другому, потому что в том время плавить не умели.

В древние времена из железной руды добывали смесь с содержанием частиц железа. Также в ней присутствовали другие элементы - уголь, шлаки и другие. Но через определенный промежуток времени ковкой из нагретой смеси люди смогли отделить железо и другие компоненты, но по отдельности.

Краткая история сварки

Чтобы понять основные этапы развития и становления стоит рассмотреть историю сварки, которая кратко рассказывает об открытиях в данной области. Она своей начало берет с 1802 года, в этот период ее изучением активно занимался русский ученый и профессор физики В. В. Петров.

И если поискать в интернете ответ на вопрос, в каком году изобрели сварку с использованием электрической дуги, то выйдут 1802-18004 года. Именно этому ученому принадлежит данное изобретение. И уже в 1881 году русский изобретатель Н. Н. Бернадос начал ее применять при соединении металлов с использованием присадочной проволоки.

Более подробно об основных открытиях и ученых будет рассказано в следующем разделе. Но все же следует для начала выделить главных основоположников сварки - В. П. Никитин, Д. А. Дульчевский, К. М. Новожилов, Г. З. Волошкевич, К. В. Любавский, Е. О. Патонов. Все они активно занимались исследованием сварочной технологии, открыли множество уникальных технологий, которые до сих пор активно применяются на производствах.

Важные открытия

История развития сварки и сварочного производства имеет множество открытий и этапов развития. За несколько веков существования технология претерпела сильные изменения, которые сделали ее востребованной и передовой. В настоящее время ни одно производство, промышленное предприятия не обходится без применения сварочных работ.

Прорыв в технологии сварочного производства произошел при промышленном перевороте. В это время совершались важные открытия в области электричества, и в результате этого ученые того времени коснулись и сварки. Они ее внимательно изучили и смогли тесно связать ее с электричеством.

В поисках ответа на вопрос кто изобрел сварку, стоит коснуться 1802 года. В этот период русский физик Василий Владимирович Петров смог открыть возможность использования в практических целях электрической дуги. Открытие стало знаменательным событием в деятельности ученого и физика-экспериментатора. Оно в последующий период стало использоваться в качестве прототипа всех сварочных устройств.

Изобретатель сварки все выводы открытия изложил в книге «Известия о гальвани-вольтовских опытах», которая была опубликована в 1803 году. Но ученый в то время был малоизвестным, поэтому на его открытия в то время особо не обращали внимания.

Когда появилась сварка точно ответить нельзя, потому что процесс ее появления зарождался постепенно. В 1821 году Сэр Гемфри Дэви проводил многочисленные исследования с использованием электрической дуги. А его ученик, Майкл Фарадей занимался усиленным исследованием электричества и магнетизма, а именно связи между ними. А в 1830 году он смог открыть электромагнитную индукцию.

Рассматривая, кто придумал сварку, стоит обратить внимание на события, которые произошли в 1881 году. В этот период русский инженер Николай Николаевич Бенардос смог открыть электродуговой сварочный процесс, который получил название «Электрогефест». На протяжении нескольких лет проводились исследования, и в 1887 году изобретение было запатентовано. Постепенно оно стало распространяться по всему миру.

А кто изобрел сварку угольным электродом? Это открытие также относится к русскому инженеру и изобретателю Николаю Николаевичу Бенардосу. Он смог разработать электродуговую сварочную технологию, во время которой предполагалось использование угольных и металлических электродов. Ученый стал основоположником идеи электродуговой сварки с металлическим стержнем с использованием переменного тока, сварки с наклонным электродом, а также технизации сварочного процесса.

В каком году появился сварочный аппарат? Появление первого прибора приходится на период в 1881-1882 году. Именно в это время проводились многочисленные исследования и открытия, на основе которых и было разработано первое сварочное оборудование.

Но все же многих интересует, кто именно изобрел сварочный аппарат? Первое время над этим работал русский инженер Бенардос, но затем данным вопросом занялся Славянов Николай Гаврилович. В 1882 году он смог создать первое сварочное оборудование и электроды. Он запатентовал сварку, только после этого данная технология стала применяться в других странах.

Инженер проводил следующие работы:

устранял признаки брака, возникающие во время литья деталей;
восстанавливал части паровых турбин;
заваривал изношенные детали.

Особенности развития технологий в новое время

После появления газовой сварки, они сразу же начала занимать лидирующие позиции, ее востребованность наблюдалась вплоть до 30-х годов. Технологию особенно усиленно использовали в годы Первой мировой войны.

Последующее развитие связано с ученым и инженером Евгением Патоном. Он организовал первый институт сварки в 1929 году. В этот период развитие сварочных процессов происходило под его руководством. Во время Великой Отечественной войны новые методы использовались в оборонной промышленности. Проводилась усиленная разработка новых видов флюсов, электродов для изделий с толстыми стенками. Их применяли при изготовлении военной техники - танков, оружия, бомбардировщиков и их оснащения.

В поисках ответа на вопрос кто придумал сварку металлов стоит остановиться на ученом Патоне. Именно он смог разработать данные методы сваривания порошкового, шлакового, контактного вида в жидкой и разряженной среде. В это время для защиты соединения стали применяться инертные газы. В 1940 году впервые стали применять электроды с покрытием из вольфрама, а поддержание электрической дуги осуществлялось с использованием гелия.

В связи с тем, что для сваривания реактивных металлов и алюминия необходимы более чистые инертные газы, в 1946 году стали применять аргон. Он является наиболее чистым и безопасным инертным газом для сварочных работ.

В 1960 году появилась новая технология сварки с применением нескольких стержней. Ее принцип состоял в следующем: две или более сварочные проволоки подаются в область сварочной ванны. Во время этого процесса они могут применяться в виде присадки, но одновременно с этим они прибывают под электрическим напряжением. Благодаря этому технологическому процессу можно существенно повысить скорость плавления металла, а также улучшить свойства эксплуатационной жидкости.

Современные виды сварки

Развитие сварки в современности вывело данную технологию на новый уровень. В этот период были созданы новые виды сварочных работ, во время которых применялось оборудование с разными функциями. Ученые смогли разработать технологии, которые можно было применять для сваривания конструкций их разных металлов.

Электрическая дуговая сварка

Это первая сварка, которая и сейчас считается востребованной. Ее используют на разных производственных предприятиях для изготовления металлических конструкций. В настоящее время она считается самой распространенной, доступной и дешевой.

Электрошлаковая сварка

Эта технология является новейшим методом сваривания, который используется для изготовления крупногабаритных изделий. Зачастую он применяется при производстве судовых конструкций, котлов, изделий для железных дорог и других элементов.

Во время сварочных работ разряды электрического тока пропускаются через шлак. Образование шлака происходит при расплавлении флюса, и он считается главным проводником электрического тока. В результате прохождения разрядов электрического тока через шлак происходит образование теплоты.

Электрошлаковая сварка бывает двух типов:

с использованием трех электродных проволок;
с применением электродов, которые имеют большое сечение.

Контактная и прессовая сварка

Контактная сварка считается старым методом. Его основоположником является Уильям Томпсон. Изначально данная технология была распространена в США, позднее она появилась в России. В период, когда она начала применяться, в нашей стране начала активно развиваться научно-исследовательская сфера.

Контактная сварочная технология разделяется на следующие разновидности:

Стыкового типа. Во время нее проводится сваривание изделий по всей плоскости их касания при помощи нагревания.
Точечного вида. Соединение деталей проводится в одной или нескольких точках в одно время.
Рельефная. Сваривание изделий производится в одной или нескольких точках, они имеют выступы в виде рельефов.
Шовная. Осуществляется сваривание элементов швом.

Прессовая технология или сваривание давлением - это сваривание металлических заготовок без их расплавления. Во время нее осуществляется деформирование с использованием силового воздействия.

Газовая сварка и резка

Газовая сварка сопровождается расплавлением металла. Для этих целей применяются специальные горелки, в которых происходит сжигание горючих газов. Впервые газовые горелки были изобретены во Франции. Для их работы применялась смесь с кислородом и водородом.

Виды лучевой сварки

Лучевая сварка считается новым методом, который появился в современный период. Новейшие исследования ученых в области оптики, квантовой физики смогли выделить виды данной технологии, основанные на энергии ионных и фотонных лучей.

К основным видам лучевой сварки относят:

Электронно-лучевая. Источником теплоты является электронный луч. Процесс сваривания протекает в специальных установках - в вакуумных камерах.
Лазерная. В качестве источника тепла применяется лазерный луч. Этот вид обладает отличительными качествами - экологической безопасностью, при проведении технологии отсутствует механическая обработка, высокой скоростью сварочного процесса, высокой стоимостью сварочного оборудования.
Плазменная. Для источника тепла применяется струя из плазмы, а точнее дуга, которую получают при помощи плазмотрона. Плазмотрон может оказывать два вида действия - прямое и косвенное.

Роль сварки в современном мире

Рассматривая ответы на важные вопросы - когда изобрели сварку, кто придумал электрическую сварку, стоит обратить внимание на роль этой технологии в современном мире. В настоящее время активно развиваются лазерные разновидности сварочного процесса.

Не так давно была открыта технология высококачественного соединения металлов. Появляются новые композитные материалы, стало востребованным использование алюминия, нержавеющих сталей, цветных металлов. В период современности произошло усиленное развитие сварочного оборудования, появились новые приборы с широкими функциями, возможностями.

В современности широкое распространение получили следующие виды высокотемпературного соединения металлов:

аргонодуговая технология. При помощи нее можно производить любые виды соединений - стыковые, угловые, тавровые, внахлест;
газовая. При помощи нее в послевоенное время начали изготавливать всевозможные конструкции. В наше время эту технологию применяют для изготовления трубопроводов, которые пролегают на дальнем расстоянии от источников тока;
полуавтоматическая. Эта технология ускоряет процесс соединения элементов. Она имеет высокую точность, снижает риск образования соединения низкого качества;
электродуговая сварка. Всегда была и остается востребованной технологией, которую используют на разных производственных предприятиях, заводах.

В период современности произошли некоторые изменения - поменялись источники питания, усовершенствовались держатели, но все же принцип горячего соединения остался таким же.

Если внимательно изучить вышеизложенную информацию, то можно будет найти ответы на важные вопросы - когда появилась сварка металлов, и кто придумал сварочный аппарат. Стоит учитывать, что данная технология появилась еще в древнее время, ее применяли для изготовления приспособления для труда, оружия и других необходимых изделий.

История развития имеет множество этапов, которые проходили в разное время вплоть до современности. Многочисленные исследования, открытия смогли разработать уникальные методы, которые в настоящее время активно используются на предприятиях и производствах.

Интересное видео

История развития сварки. Ученые и их открытия в области сварки.

Предыстория сварки

Историю появления какой-либо современной технологии нельзя рассматривать в разрыве с общеизвестными историческими процессами, общепризнанными названиями исторических периодов. Любая технология первоначально имеет предпосылки возникновения, процесс развития сквозь призму истории, кульминационные, значимые имена ученых, итог в современности и перспективы дальнейшего развития.

Сварочный процесс, каким бы современным он не казался на первый взгляд, появился еще примерно VIII-VII в до н.э. Для создания все более совершенных орудий труда люди начали изменять форму металла, который существовал сам по себе в природе, а также пытаться соединять небольшие его кусочки. К таким металлам относились медь или золото. Делали это только с помощью камней и физической силы. Этот процесс являлся первой разновидностью холодной сварки.

Немного позднее, человек научился самостоятельно добывать другие виды металлов (медь, свинец, бронзу), а также с помощью термической обработки – подогрева отдельных элементов – изготавливать более крупные изделия. Литьё использовалось уже для изготовления практически совершенных изделий.

Эпоха железного века тем и характерна, что люди научились добывать железо. На линейке времени эта отметка появилась примерно три тысячи лет назад. Процесс добычи железа сейчас выглядит очень просто: из природных железных руд путем плавки отделяется железо. Но в древности это выглядело иначе, так как плавить никто не умел. Из железной руды получали некую смесь только с частицами железа. Кроме него эта смесь содержала примеси неметаллического содержания: уголь, шлаки и пр. Только спустя значительное количество времени, с помощью ковки нагретой смеси получалось отделить железо от всего остального. В результате получались железные заготовки, которые впоследствии кузнечной сварки превращались в потрясающие изделия: орудия труда и оружие.

Самые передовые технологии сварочного процесса вплоть до промышленной революции составляли только кузнечная сварка и пайка. Последняя широко применялась в области ювелирного производства.

Основополагающие открытия

Прорыв в технологии сварочного производства был совершен в период промышленного переворота или промышленной революции. Открытия в области электричества совершались на протяжении веков, что привело в итоге к следующему.

В 1802 году русский физик Василий Владимирович Петров открыл и, будучи физиком-экспериментатором, доказал возможность применять на практике электрическую дугу. Это открытие считается самым выдающимся успехом ученого. Оно является главным прототипом современных сварочных устройств. Все выводы своего открытия он изложил в книге «Известия о гальвани-вольтовых опытах», опубликованной в 1803 году. Однако, на момент самого открытия, им особо никто не заинтересовался.

В.В. Петров. Русский физик-экспериментатор, академик Петербургской академии наук, изобретатель электрической дуги

Сэр Гемфри Дэви в 1821 году проводил исследования с электрической дугой. Его ученик, Майкл Фарадей посвятил много времени изучению связи электричества и магнетизма. В 1830-х годах он открыл электромагнитную индукцию.

Немного позднее электрическая дуга уже начала служить во благо общества, когда появилась в бытовых лампах для освещения.

Только в 1881 году Николай Николаевич Бенардос, русский инженер и изобретатель, придумал непосредственно дуговую электросварку «Электрогефест». После нескольких лет совершенствования изобретения, в 1887 году, оно было запатентовано, а уже спустя несколько лет распространилось не только по всей России, но и по всему миру.

Почтовая марка с изображением Н.Н. Бенардоса в честь 100-летия изобретения электросварки

В 1885 году Бернадос открыл товарищество «Электрогефест», имевшее первую мастерскую по сварочным работам. Бенардос впервые получил патент на свое изобретение. На получения этого патента в России ученый потратил последние сбережения, европейские страны выдали патент с помощью привлеченных средств от купца Ольшевского.

После всемирного распространения способа электродуговой сварки и мирового признания Бенардос разработал электродуговую сварку с угольными и металлическими электродами. Он стал основоположником идеи электродугового сварочного процесса с металлическим электродом при переменном токе; сварки наклонным электродом; технизации сварочного процесса.

Таким образом, всех вышеуказанных ученых и изобретателей считают основоположниками сварки, теми, кто её изобрел.

Несмотря на такие ключевые открытия в области электросварки, XIV век не славится ее обширным и повсеместным использованием, так как электроэнергия была в дефиците. Применять все новые открытия было проблематично, но никто не собирался отказываться от их применения. Преобразование сварочного оборудования и сварочных аппаратов продолжалось.

Строительство нефтепровода «Баку-Батуми»

Дуговая электросварка в эти годы не была такой распространенной ввиду того, что ее источник питания требовал совершенствования (длина дуги была небольшая, она горела неустойчиво). Эту проблему в период с 1914 по 1917 гг. разрешали такие ученые как Строменгер, С. Джонс, Андрус и Стресау, каждый из которых осуществил свой вклад в создание покрытия для сварочного электрода, чтобы легче было поддерживать горение дуги.

Современность

Кратко изложим виды современного сварочного процесса.

Электрическая дуговая сварка.

На данный момент занимает лидирующую позицию среди прочих видов. Сегодня она самая распространенная, доступная и дешевая.

Электрошлаковая сварка.

Самый новейший процесс в области сварки крупногабаритных деталей, например, строительства судов, несущих конструкций, котлов, рельсов и пр. Основополагающий принцип этого вида сварки – электрический ток пропускается через шлак. Шлак образуется при расплавлении флюса, и он же является проводником электрического тока. Вследствие пропускания электрического тока через шлак выделяется теплота.

Существуют следующие виды электрошлаковой сварки:

Контактная и прессовая сварка.

Контактная сварка является наиболее старой. Основатель – Уильям Томпсон. Первоначально она была распространена в США, после чего стала использоваться и в России. Это сопровождалось увеличением объема научно-исследовательской деятельности в данной области в России: открывались заводы и комбинаты «Оргаметалл» (ЦНИИТМАШ), «Электрик», «Институт электросварки им. Е.О. Патона», МВТУ им. Баумана, ВНИИЭСО и других.

Стыковую (соединение деталей по всей плоскости их касания путем нагрева); (детали соединяются в одной или в нескольких точках одновременно);
Рельефную (элементы соединяются в одной/нескольких точках со специальными выступами-рельефами);
Шовную (соединение элементов швом).

Прессовая сварка или сварка давлением представляет собой соединение металлов без их расплавления (твердые поверхности), только с деформацией применением силы. Этот вид сварки пришел к нам прямиком из древности с ее холодной сваркой.

Газовая сварка и резка.

Газовая сварка представляет собой процесс расплавления металла с помощью специальных горелок, в которых сжигаются горючие газы. Первая газовая горелка изобретена во Франции в конце 19 века. Работала на смеси кислорода и водорода.

При резке металла происходит путем «сгорания» металла в струе кислорода.

Лучевые виды сварки.

Современные исследования ученых в области оптики, квантовой механики позволяют выделить совершенно новейшие виды лучевой сварки, основанной на энергии ионных и фотонных лучей. Выделяются следующие виды лучевой сварки:

Электронно-лучевая (источник теплоты — электронный луч; процесс сварки происходит в специальной установке: в вакуумных камерах);
Лазерная (источник теплоты – лазерный луч). Данный вид отличителен следующими чертами: экологическая безопасность, отсутствие механической обработки, высокая скорость сварки, значительной стоимостью лазерных установок.

(источник теплоты – струя из плазмы, то есть дуга, получаемая с помощью плазмотрона). Плазмотрон может быть прямого и косвенного действия.

Перспективы развития сварочного процесса

Перспективы развития сварочного производства вытекают из существующих на сегодняшний день минусов или проблем уже имеющихся и применяемых видов сварки. Над любым недостатком сегодня в поте лица работают опытнейшие ученые и разработчики оборудования, чтобы сделать человеческую жизнь и производство еще проще.

Первое, на что направлено совершенствование – создание сварочных аппаратов автоматическими в полной или неполной мере. В перспективе такой ход увеличит КПД сварочного процесса, увеличит коэффициент мощности.

Второе – возможность дистанционно управлять и регулировать процесс сварки крупногабаритных и сложных элементов единого сооружения (магистрали, объекты промышленности и пр.)

Третье – поиск способа удешевления лазерной сварки, как когда-то это было сделано с дуговой электросваркой.

Проблемой является также факт создания высококачественных и долговечных сварных конструкций, которые способны функционировать не только в привычных условиях, а также и в условиях резкого перепада температур, под водой и даже в космическом пространстве, что весьма актуально сегодня.

В настоящий момент происходит компьютеризация сварочного процесса в целом. Под компьютеризацией понимается внедрение возможностей компьютерных технологий в основные направления инженерной деятельности в области сварки: научные исследования, предварительное проектирование, управление и контроль технологических процессов.

Важно не упускать значимость информации в сварочном деле. Обладая необходимой информацией, в нужное время и в нужном месте, возможность совершить действительно важные открытия только повышается. Информация должна быть доступной, открытой и понятной. Для этого необходимы единые системы и базы данных с необходимой справочной, библиографической информацией для всех заинтересованных лиц.

Очевидно то, что сварка – уникальный процесс, не имеющий аналогов. Начало развития происходило еще до нашей эры, и этот процесс не прекращается до сих пор. Учитывая необходимость в этой уникальной технологии проводятся ряд научных исследований. С точностью можно утверждать, что процесс развития новых видов сварки не заставит себя ждать, так как технологии в наше время совершенствуются с невероятной скоростью.

История возникновения и развития сварки

Историю развития сварки можно проследить начиная с древних времен. Самые ранние примеры соединенного металла это древние изделия из бронзы. По оценкам, некоторые вещи были изготовлены более 2000 лет назад.

Во время железного века египтяне и люди в восточной части Средиземноморья научились сваривать куски железа вместе. Было найдено много инструментов, которые были сделаны приблизительно 1000 лет до н. э.

В Средние века развивалось искусство кузнечного дела, производилось много изделий из железа соединенных процессом получения неразъёмных соединений молотком. История развития сварки говорит о том, что до 19 века процесс соединения, как мы его знаем сегодня с помощью газа или электричества не применялся.

Первые подобия электросварки

Производство дуги между двумя углеродными электродами с помощью батареи приписывают сэру Хэмфри Дэви в 1800 году. В середине XIX века был изобретен электрогенератор и стало популярным дуговое освещение. Впервые идея процесса дугового освещения профессором В.В. Петровым была использована для сваривания металлов. Не останавливались и изобретения соединения металлов с помощью газов. Эдмунду Дэви из Англии приписывают открытие ацетилена (реакция карбида калия с водой) в 1836 году.

Французский электротехник 19 века Огюст де Меритан, работая в лаборатории использовал тепло дуги для соединения свинцовых пластин для аккумуляторных батарей в 1881 году. Его ученик русский инженер Николай Николаевич Бенардос, работая в этой же французской лаборатории внес свою лепту в историю развития сварки получив патент на изобретение этого соединения. Вместе с русским инженером Станиславом Ольшевским он получил также британский патент в 1885 году и американский патент в 1887 году. Патенты предусматривали и держатель электрода. Это было начало углеродной дуговой сварки. Углеродное дуговое соединение стала популярным в конце 1890-х и начале 1900-х годов.

История развития сварки отмечает изобретателем электрической дуговой сварки русского инженера Николая Николаевича Берандоса (1842-1905).

1882 году русский инженер Н.Н.Бенардос внес в историю развития сварки новый метод, в котором были использованы угольные электроды.

Применение электродов

В 1888 году русский инженер Николай Гаврилович Славянов впервые использовал электроды, в конструкцию которых входил металлический прут под слоем флюса. В присутствии государственной комиссии он сумел сварить коленчатый вал паровой машины.

Эта идея покрытия электрода развивалась. Инженеры предлагали тонкое покрытие из глины или извести которое обеспечивало более устойчивую дугу. Оскар Кьелльберг из Швеции изобрел покрытый электрод смесью карбонатов и силикатов.

Между тем, процессы сварки развивались включая заварку места, шва, проекции и встык. В 1903 году немец по имени Гольдшмидт изобрел термитную сварку, которая впервые была использована для соединения железнодорожных рельсов.

В этот период были также усовершенствованы газовая резка. Производство кислорода, а затем сжижение воздуха, наряду с введением в 1887 году выдувной трубы или горелки, помогло развитию этого направления. Однако примерно в 1900 году был разработана горелка пригодная для использования с ацетиленом низкого давления.

Первая мировая война принесла огромный спрос на производство вооружения и история развития сварки была востребована для производства оружия. Многие компании появились в Америке и Европе для производства сварочных аппаратов и электродов в соответствии с требованиями.

Переменный ток был изобретен только в 1919 году и не стал популярным до 1930-х годов когда началась массовая добыча электроэнергии. После этого электрод с необходимым покрытием нашел широкое применение.

В 1920-х годах были разработаны различные типы сварочных электродов. В течение 1920-х годов существовали значительные споры о преимуществах стержней с металлическим и неметаллическим покрытием изготовленные методом экструдирования (перемалывания).

В течение 1920-х годов были проведены значительные исследования по экранированию дуги и зоны сварки внешними применяемыми газами. Атмосфера кислорода и азота при контакте с расплавленным сварочным металлом вызывала хрупкие и иногда пористые сварные швы. Инженеры использовали водород в качестве сварочной атмосферы. Водород был заменен на атомарный водород в дуге. Атомарный водород образовывался путем воздействия электрического разряда. Эта дуга производила вдвое больше тепла, чем кислородное пламя. Атомарный водород никогда не становился популярным, но использовался в 1930-х и 1940-х годах для специальных применений инструментальных сталей.

В 1932 год впервые в мире в Советском Союзе была проведена сварка под водой.

Инженеры Х. М. Хобарт и П. К. Деверс выполняли аналогичную работу, но использовали атмосферу газов аргона и гелия. В своих патентах, поданных в 1926 году дуговая сварка с использованием газа была предвестником процесса нового способа.

В 1953 году профессор Любавский и ассистент Новошилов объявили об использовании сварки расходными электродами в атмосфере CO₂ газа. Процесс применения СО₂ немедленно приобрел популярность ввиду того, что использовалось уже разработанное оборудование для инертного газа. Эта вариация вскоре стала самой популярной технологией дуговой сварки.

Другим вариантом является использование инертного газа с небольшим количеством кислорода, которое обеспечило устойчивую дугу.

Как работает сегодняшняя обычная бытовая сварка?

Коротко как работает сегодняшняя обычная бытовая сварка: к электроду и свариваемому изделию для создания и поддержания дуги от специального устройства подводится электричество. Под действием температуры дуги кромка свариваемого металла и металл из электрода начинают плавиться. Из-за того, что все участвующие металлы расплавились, они смешиваются между собой образуя крепкое сцепление, в то же время расплавленный шлак всплывает на поверхность, что образует защитную пленку. После затвердения металла будет образован сварной шов.

1888 год — Славянов впервые использовал электроды, в конструкцию которых входил металлический прут под слоем флюса. В присутствии государственной комиссии он сумел сварить коленчатый вал паровой машины.

1939 год — Патон придумал как автоматизировать сварку под флюсом, сварочные флюсы, башни для танков а также первый мост из сваренных элементов.

Сегодняшнее развитие науки и техники позволило применить принципиально новые пути и способы соединения металлов.

Читайте также: