Сварка по методу бенардоса
Обновлено: 17.05.2024
Явление электрического дугового разряда и возможность использования тепла дуги для расплавления металлов были открыты и исследованы в 1802 г. академиком Василием Владимировичем Петровым.
В 1882 г. русский инженер Николай Николаевич Бенардос предложил использовать электрическую дугу для сварки металлов . Сущность этого метода ( рис. 188, а ) заключается в следующем: электрическая дуга 7 возбуждается и горит между угольным электродом 3 и изделием 1. Угольный электрод укрепляется в держателе 4, а дуга питается током от генератора 5. Под действием тепла дуги металл плавится; угольный электрод при этом почти не расходуется. При остывании и кристаллизации сварочной ванны образуется сварной шов, соединяющий обе детали 1. Иногда, особенно при сварке толстого металла, в ванну добавляют так называемый присадочный металл, для чего в дугу непрерывно подается металлический пруток или проволока 2.
Рис. 188. Схемы сварки: а — по способу Бенардоса; б - по способу Славянова
В 1886 г. русский инженер Николай Гаврилович Славянов разработал новый способ — сварку металлическим электродом ( рис. 188, б ). Сущность этого способа состоит в том, что дуга горит между металлическим электродом 2 и изделием 1. В этом случае плавящийся металлический электрод является одновременно и присадочным металлом.
Электрическая сварочная дуга представляет собой мощный электрический разряд в сильно ионизированной среде, состоящей из положительных и отрицательных ионов и свободных электронов . Дуговой разряд характеризуется выделением большого количества теплоты и света. Температура сварочной дуги достигает 6000°С. Дуга состоит из трех областей — катодной, анодной и столбадуги.
Для упорядочения движения свободных электронов в металле и электронов, которые освобождаются на нагретой поверхности катода, создается электрическое поле путем подведения к дуговому промежутку соответствующей разности потенциалов.
Движущиеся в дуговом промежутке электроны взаимодействуют с нейтральными молекулами паров и газов и разделяют их на ионы и электроны. Схема движения электронов представлена на рис. 189. Сорвавшийся с конца нагретого катода 1 (электрода — металлического или угольного) электрон 2 проходит через катодное пространство с высокой напряженностью поля по направлению к аноду 3. На пути следования электрона может встретиться атом (молекула) газа или атом какого-либо другого вещества (например, паров металла) и вступить с ним во взаимодействие. В результате нейтральная частица ионизируется.
Рис.189 . Схема процесса ионизаци дугового промежутка.
Тепловая мощность дуги может быть рассчитана по формуле:
q = 0,24 U д ּ I д кал/сек,
где U д — падение напряжения на дуге, в вольтах; I д — ток, в амперах; 0,24 — тепловой эквивалент электрической мощности.
На нагрев изделия расходуется около 50% тепловой мощно дуги, на нагрев электрода около 30% и в окружающую теряется примерно 20%. Таким образом, 75—85% всей мощности дуги расходуются на полезный нагрев и расплавление металл. При этом на катоде выделяется 30 ÷ 38%, на аноде — 42 — 43% от общего количества теплоты. Выделение тепловой энергии на электродах неодинаково, в связи с этим температура анода выше температуры катода.
Высокая температура электрической дуги и большая концентрация теплоты, выделяемой ею, позволяют почти мгновенно расплавлять небольшие объемы металлов изделия и электрода.В настоящее время в промышленности распространены следующие способы электродуговой сварки: ручная металлическими электродами со специальными покрытиями, автоматическая под плавленными и керамическими флюсами и сварка в среде защитных газов. Нанесенные покрытия на электроды, а также использование флюсов и защитных газов предотвращает контакт и взаимодействие расплавленного металла с окружающей атмосферой.
Дуговая сварка
При ручной сварке используются электроды с тонким или ионизирующим покрытием и с качественным покрытием. Покрытие первого типа повышает устойчивость горения дуги за счет улучшения ионизации дугового промежутка.
При сварке электродами с качественным покрытием создается газовая защита дугового промежутка, а образующийся жидкий шлак защищает сварочную ванну и переходящие в нее капли электродного металла. Дуговой промежуток насыщен парами и газами компонентов качественного покрытия ( рис. 190, а ).
При автоматической сварке под флюсом дуговой промежуток и жидкий металл изолированы от контакта с воздухом шлаковой оболочкой, засыпанной сверху слоем флюса значительной толщины ( Рис. 190, б ).
Рис. 190. Схемы процессов сварки: а — ручной: 1 — свариваемый металл; 2 — газовая защита; 3 — сварочная дуга; 4 — электрод; 5 — покрытие; 6 — капля; 7 — жидкий шлак; 8 — ванна; б — автоматической металл; 2 — присадочная проволока; 3 — сварочная дуга; 4 — флюс; 5 — ванна; 6 — жидкий флюс.
В сварочной ванне при сварке электродами с качественным покрытием или под флюсом протекают весьма сложные металлургические процессы. Специфичными условиями их протекания являются: малый объем ванны и большая скорость ее охлаждения; а также высокая температура на поверхности ванны.Способы дуговой сварки в среде защитных газов классифицируются в зависимости от состава газа, типа электродов и степени механизации.
По двум последним признакам дуговая сварка в среде защитных газов разделяется на ручную и механизированную сварку неплавящимся вольфрамовым электродом и полуавтоматическую и автоматическую плавящимся электродом. При ручной сварке неплавящимся электродом подача присадочной проволоки и движение горелки производятся сварщиком; при механизированной сварке неплавящимся электродом присадочная проволока подается механически, а движение горелки выполняется сварщиком; при автоматической сварке плавящимся электродом подача электродной проволоки и движение горелки осуществляются механически.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Наплавка сталинита производится угольной дугой по способу Бенардоса . Газовая горелка малопригодна для наплавки, так как газовое пламя сдувает порошок с места наплавки. Деталь, подлежащую наплавке, подогревают до начала красного каления, после чего на поверхность детали насыпают сталинит равномерным слоем толщиной 2 - 3 мм. Для получения правильных краев и граней наплавки применяют специальные шаблоны и ограничители из красной меди, графита или угля. [17]
При сварке угольным электродом ( сварка по способу Бенардоса ) дуга горит между основным металлом и стержнем из графита или угля, называемого угольным электродом. [18]
При сварке непокрытыми электродами или при сварке по способу Бенардоса рекомендуется применять флюсы. [19]
Сварку можно производить и по способу Славянова, и по способу Бенардоса . [20]
Сварка выполняется двумя способами, носящими имена русских изобретателей: способом Бенардоса и способом Славянова. [21]
Использование электрической дуги для сварки металлов впервые было предложено Н. Н. Бенардосом в 1882 г. По способу Бенардоса сварку производят угольным электродом ( сварка неплавящимся электродом); дуга, образующаяся между электродом и свариваемыми деталями, расплавляет их материал в зоне сварки и подводимый к месту сварки присадочный материал. [22]
Русский горный инженер Н. Г. Славянов ( 1854 - 1897) предложил способ сварки, отличающийся от способа Бенардоса тем, что вместо угольного электрода берется металлический электрод, обычно из того же металла, что и металл свариваемого изделия. Таким образом, оплавляемый электрод является одновременно и присадочным сварочным материалом. [23]
Металлические плавящиеся электроды применяют при сварке по способу Славянова; угольные, графитовые - по способу Бенардоса , вольфрамовые - при атомноводородной и аргонодуговой сварке. [24]
На листе V, I и 2 ( см. вклейку) показаны структуры сталинита и вокара, наплавленных вольтовой дугой по способу Бенардоса . [25]
Электрическая дуговая сварка изобретена русскими инженерами Николаем Николаевичем Бенардосом и Николаем Гавриловичем Славяно-вым. Дуговая сварка по способу Бенардоса производится голым угольным электродом, а по способу Славянова на плавящийся металлический электрод наносится покрытие из материалов, способствующих устойчивому горению дуги. [26]
Порошкообразные твердые сплавы применяются для наплавки быстроизнашивающихся деталей, не требующих чистой обработки после наплавки ( щеки камнедробилок, бегуны, зубья экскаваторов, щеки землечерпалок и пр. Наплавка выполняется угольной электрической дугой по способу Бенардоса . [27]
Для осуществления сварки по способу Сла-вянова электрод 1 зажимается в электродо-держатель 2нс помощью гибкого кабеля 3 присоединяется к одному из полюсов источника тока 4, а свариваемые детали 5 - ко второму полюсу. Дуга зажигается так же, как и при способе Бенардоса . [28]
При электродуговой сварке тепло, необходимое для расплавления металла, получается от электрической дуги. Электродуговая сварка может осуществляться двумя способами: способом Славянова с применением металлического электрода и способом Бенардоса с угольным электродом. [30]
Способ Бенардоса - сварка неплавящимся угольным электродом ( рис. 9 - 4 6) обычно постоянным током применяется в иинивном для соединения тонколистовых стальных отбортованных деталей, где не требуется присадочный материал и детали из цветных металлов. [16]
Николай Николаевич Бенардос ( 1842 - 1905), кроме электрической сварки и пайки металлов, изобрел способ электролитического покрытия медью корпу-сог. [18]
Николай Николаевич Бенардос ( 1842 - 1905) автор многих изобретений в различных отраслях техники, в 1882 г. применил дугу для сварки, а в 1885 г. взял патент под названием Способ сбединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока. [19]
По методу Бенардоса электрическая дуга между угольным неподвижным электродом и металлом нагревает место соединения двух металлических листов или пластин и производит их сварку. Этот же метод был применен Бенардосом и для разрезки металлических пластин или листов, для получения в них отверстий, а также для перевода одной модификации чугуна в другую. По методу Славянова вместо угольного электрода используется металлический стержень. Этот стержень плавится под действием дуги. [20]
По методу Бенардоса электрическая дуга между угольным подвижным электродом и металлом нагревает место соединения двух металлических листов или пластин и производит их сварку. По методу Славянова вместо угольного электрода используется металлический стержень. Этот стержень плавится под действием дуги. [22]
По способу Бенардоса электрическая дуга возникает между угольным электродом 2 ( фиг. Электрическая дуга поддерживается при неизменном расстоянии между свариваемым изделием и электродом. Это расстояние определяет длину дуги и приблизительно равно диаметру электрода. По мере перемещения дуги вдоль соединения получается сварной шов. При этом способе сварки применяют постоянный ток прямой полярности. Электрод соединен с минусом, основной металл - с плюсом. Сварку угольным электродом применяют для соединения тонких стальных изделий, твердых сплавов, цветных сплавов. [23]
По способу Бенардоса электрическая дуга возникает между угольным электродом 2 ( фиг. Электрическая дуга поддерживается при неизменном расстоянии между свариваемым изделием и электродом. Это расстояние определяет длину дуги и приблизительно равно диаметру электрода. По мере перемещения дуги вдоль соединения получается сварнбй шов. При этом способе сварки применяют постоянный ток прямой полярности. Электрод соединен с минусом, основной металл - с плюсом. Сварку угольным электродом применяют для соединения тонких стальных изделий, твердых сплавов, цветных сплавов. [24]
Аналогично способу Бенардоса при перемещении дуги вдоль соединения непрерывно образуются новые ванночки жидкого металла, целиком или частично заполняющие пространства между свариваемыми поверхностями. Остающийся позади дуги расплавленный металл затвердевает, между свариваемыми поверхностями образуется валик, прочно связывающий между собой в одно металлическое целое свариваемые детали. При указанных способах сварки происходит прямое, непосредственное тепловое воздействие дуги на основной металл, включенный в электрическую цепь. [25]
Сварка по способу Бенардоса выполняется только на постоянном токе и при прямой полярности: плюс ( анод) на изделии, минус ( катод) на электроде. Электроды угольные или графитовые. [26]
При электросварке по способу Бенардоса электродом служит угольный или графитовый стержень; этог способ сохранил свое значение до настоящего времени для сварки цветных металлов. [27]
В 1888 г. Н. Г. Славянов усовершенствовал способ Бенардоса , заменив угольный электрод металлическим ( плавящимся); при этом отпала надобность в использовании присадочного материала. [28]
Вторым, менее распространенным является способ Бенардоса - сварка дугой прямого действия неплавящимся угольным электродом. [30]
Кто изобрёл электросварку и при чём тут русский инженер Николай Бенардос
Писать о важности электросварки в современном мире не имеет смысла, так как куда ни кинь взгляд, то обязательно наткнёшься на предмет или здание, где применялась сварка. Креативный редактор магазина «220 Вольт» Алексей Птушкин погрузился в историю создания первого сварочного аппарата. Получилось познавательно и интересно.
Первая электродуга
В 1800 году корнуольский физик и изобретатель Хемфри Дэви впервые смог зажечь электрическую дугу. Дуга получалось нестабильной и быстро гасла, но это открытие подтолкнуло молодого учёного к созданию первой электрической лампы накаливания. Лампочка с нитью из платины светила не слишком ярко.
В начале XIX века с электричеством экспериментировали учёные по всему миру, но в данном случае ключевыми являются опыты профессора медико-хирургической академии Василия Владимировича Петрова. В 1802 году он собрал огромную гальваническую батарею из 4200 пластинок меди и цинка. Петрову удалось зажечь стабильную электрическую дугу между угольными стержнями.
Василий Владимирович Петров и его гальваническая батарея
Петров провёл и подробно задокументировал эксперименты по электролизу, нагреванию разных материалов электрическим током, ввёл понятие “сопротивление” и предложил идеи практического применения электричества. Одна из таких идей – сварка металлов.
От теории к делу
Идея сварки металлов впервые воплотилась полвека спустя. В 1867 году американский инженер Элиу Томсон разработал технологию стыковой сварки. Он пропустил ток через прижатые друг к другу куски металла. Когда кромки начали плавиться, Томсон сжал их и проковал молотом. К 1892 году Томсон основал компанию THOMSON–Houston Electriс, которая занималась производством промышленного электрооборудования, в том числе и станками для стыковой сварки.
Станок Томсона для стыковой сварки
В Германии над похожим методом сварки работал инженер Цернер. С помощью угольных электродов он разогревал металл, а потом, так же как Томсон, проковывал стык кузнечным молотом.
В 1875 году Вильгельм Сименс пытался на своих заводах использовать электричество для сварки телеграфных проводов. Концы проволоки накладывались внахлёст, а затем их “накаливали” постоянным током. Решение получилось громоздким и неэффективным.
Аппарат Бенардоса
В 1881 году главной сенсацией Международной электротехнической выставки в Париже стал выставочный экспонат под названием “Электрогефест”. Так инженер Николай Николаевич Бенардос назвал первый в мире аппарат для дуговой сварки металлов. Сорокалетний изобретатель использовал угольные электроды и аккумуляторы, где для регулирования силы тока элементы в них можно соединять последовательно или параллельно.
Аппарат Бенардоса позволял сваривать металл в труднодоступных местах без дополнительной проковки и обработки. “Электрогефест” одинаково легко соединял листы железа, проделывал отверстия в стальных плитах и резал рельсы. Изобретателю сулили миллионы, но его плачевное финансовое состояние не позволяло заняться оформлением патентов. Дошло до того, что разорившийся инженер продал своё имение.
Оформить изобретение Николай Николаевич смог только шесть лет спустя, когда на помощь пришёл богатый купец Ольшевский. Он предложил оплатить необходимые взносы и финансировать дальнейшую работу изобретателя, а взамен сам Ольшевский указывался в патентах как соавтор. Бенардос вынужден был согласиться.
В 1885 году благодаря Ольшевскому открылась техническая мастерская “Электрогефест”. В небольшом заводском цеху Николай Николаевич демонстрировал своё изобретение, отрабатывал различные методы сварки, экспериментировал с флюсом и создал систему управления дугой. В мастерскую приезжали посетители со всего мира. И уже через несколько лет электродуговую сварку начали использовать в промышленном производстве в Европе и Северной Америке.
Сварочное оборудование Бернардоса в Лухском краеведческом музее
Битва патентов
Не лучше обстояли дела и в России: совладельцы общества “Электрогефест” умудрились присвоить себе большую часть изобретений Бенардоса. У Николая Николаевича возник конфликт с другим выдающимся инженером Николаем Гавриловичем Славяновым. Славянов предложил использовать плавящиеся электроды и поэтому назвал свой способ “электрическая отливка металлов”. Бенардос даже подал в суд, обвиняя Славянова в незаконном использовании своих патентов.
Долгое и затратное разбирательство завершилось не в пользу Бенардоса. Суд признал “электрогефест” и технологию “электрической отливки” независимыми и самостоятельными изобретениями.
К этому времени здоровье Николая Николаевича серьёзно ухудшилось — сказались годы работы с едкими кислотами и свинцом. И продолжились финансовые проблемы. Все деньги уходили на новые, порой крайне странные изобретения, регистрацию патентов и судебные тяжбы. Бенардос даже был вынужден просить совет Русского технического общества о скромной пожизненной пенсии.
Послесловие
Умер инженер Николай Николаевич Бенардос в возрасте 63 лет в забвении и бедности в палате фастовской богадельни. Известие об этом не попало ни в одну газету, так как страну в это время сотрясали события Русской революции 1905-1907 годов, Цусимского разгрома, восстания на “Потёмкине”.
Признание пришло к Бенардосу в конце XX века. В 1981 году под эгидой ЮНЕСКО открылся музей изобретателя в посёлке Лухе, Ивановской области; почта СССР выпустила марку с его портретом, а в Ивановском университете начали проводить конкурс электросварщиков с призом, названным в честь Николая Николаевича.
Имя Бенардоса вновь появилось в научно-популярных публикациях, где исследователи обсуждали почти две сотни изобретений талантливого инженера: от парохода, умеющего выбираться на берег, до проекта гидроэлектростанции в устье Невы.
Памятник Бенардосу в Иваново
Но главная память о выдающимся инженере – это технология, без которой невозможно представить себе современный мир – электродуговая сварка металлов.
Читайте также: