История и развитие сварочного производства (стр. 2 из 16)
В скифский период в некоторых случаях делались попытки произвести сварку бронзы с бронзой путем прилива. Однако не всегда получалось прочное соединение. Литейщики раннего железного века при починке изделий (например, котлов) пробивали в стенках отверстие, таким образом, получалась соединяющая отливка, напоминающая форму заклепки.
При изготовлении ювелирных изделий из золота, серебра, бронзы в раннем железном периоде широко использовали пайку. Между частями, которые нужно соединить в единое целое изделие, закладывались кусочки сплава – припоя и собранное таким образом изделие нагревали до температуры, достаточной для расплавления припоя, но ниже основного металла. Припой растекается по зазору, смачивая кромки, диффундировал в металл и после остывания схватывал кромки.
Рано или поздно ювелиры должны были обнаружить, что для соединения металлов и сплавов методом заливки можно применять также сплавы, которые плавятся при значительно меньших температурах, чем материал соединяемых деталей изделий. Например, стоило только в золото добавить медь или серебро, как образовался сплав со значительно меньшей температурой (например, сплав 20% золота и 80% меди плавится при температуре 886°С (золото - 1064°С, медь - 1083°С), сплав 70% серебра и 30% меди - 780°С(Ag - 961°С)).
Это свойство сплавов и было использовано для пайки. Искусство пайки совершенствовалось, появлялись новые припои, начали применять флюсы, растворяющие и связывающие оксиды, мешающие припою диффундировать. В VIII-X в.в. появляются легкоплавкие припои – свинцовисто-оловянистые.
Металлургия и металлообработка больших успехов достигли в Древней Руси в X-XIII в.в. в связи с высоким развитием древнерусского ремесла. Технический уровень на Руси был выше, чем в Западной Европе. С помощью кузнечной сварки изготавливалось более 70% металлических изделий. С успехом применяли сварку железа с высокоуглеродистой сталью (до 0,9%).
С помощью сварки изготавливали огнестрельное оружие. До появления в конце XV века пушек отлитых из бронзы, артиллерийские орудия выковывали из железа. Их изготавливали следующим образом:
1) Выковывали из крицы железный лист;
2) Скручивали его на железной оправке в трубу;
3) Сваривали продольным швом внахлестку;
4) Затем на нее наваривали одну или две трубы, так чтобы продольные швы располагались в разных местах.
Полученные заготовки были короткие, поэтому для получения достаточно длинного ствола орудия несколько таких заготовок соединяли между собой также при помощи сварки. Для этого соответствующие концы труб выковывались в виде внутреннего и наружного конуса, соединяли и сваривали их внахлестку. В казенную часть ствола вваривали коническую железную заглушку, а рядом прорубалось запальное отверстие.
Древнерусские мастера успешно применяли сварку бронзы и стали (например, топорики, найденные в районе Старой Ладоги – обух бронзовый, а лезвия стальные).
При изготовлении пушек применяли и литейную сварку – заливали расплавленной бронзой соединяемые детали.
В то же время сварка металлов – кузнечная, литейная, пайка развивались медленно. В 19 веке в промышленности была механизирована кузнечная сварка. Ручной труд молотобойца был механизирован (заменен работой машин), т.е. стали применяться механические молоты с весом бойка до 1 т., производящим от 100 до 400 ударов в минуту.
Значительно улучшилась конструкция печей для нагрева свариваемых деталей, заменивших примитивные кузнечные горны. Печи переводятся на твердое, жидкое и газообразное топливо. Совершенствуется и технология сварки. Способом кузнечной сварки готовили биметалл. Листы разнородных металлов собирали в пакет, нагревали в печах и пропускали через валки прокатного стана.
Значительное применение кузнечная сварка находила в производстве стальных труб с прямолинейным продольным нахлесточным швом, а также спирально – шовные трубы.
Применялась сварка и при ремонте клепаных конструкций (рамы паровозов, корпуса судов) когда доступ по крайней мере с одной стороны после их сборки был возможен. Кроме того, применялась она при производстве инструментов, орудий труда и т.д.
Однако во многих отраслях производства кузнечная и литейная сварка ввиду ограниченных возможностей пламени, уже не удовлетворяла возросшим требованиям техники. Крупногабаритные конструкции и сложные по форме изделия невозможно было равномерно нагреть пламенем и успеть проковать или полностью залить стык до его остывания.
Следует заметить, что кроме сварочных методов соединения древние умельцы применяли скручивание, фальцовку, склепывание, а в более поздние времена – резьбовые соединения.
Глава 2. Развитие электрической сварки
В начале 19 века на основе достижений в области физики и электротехники в развитии сварки произошел качественный скачек, результатом которого было появление новых способов сварки, являющихся основой современной сварочной техники.
Просмотрим в хронологическом порядке некоторые открытия и события предшествующие появлению электрической сварки.
О природе электрических явлений люди знали издавна. Древние мудрецы установили связь между свойствами натертого шерстяной тканью янтаря и атмосферным электричеством.
За 2000 лет до нашей эры в Китае использовали компас
В 1600 г англичанин Уильям Гильберт опубликовал книгу «Про магнит, магнитные тела и большой магнит-Землю”, занимаясь вопросами электрических и магнитных явлений, открыл магнитную индукцию.
В 1672г немецкий физик Отто фон Герике создал машину, в которой при трении получался заряд статического электричества.
В 1745г нидерландский физик Питер фон Мушенбрук изобрел электрический конденсатор для накапливания электричества.
Исследование по выяснению природы грозового электричества производили Ломоносов и Рихман.
В 1799г итальянский ученый Вольта построил первый в мире источник электрического тока – «вольтов столб», состоящий из разнородных металлических прутков (медь+цинк), проложенных бумажными кружками, смоченными водным раствором нашатыря.
Одним из важных в этом ряду было открытие сделанное русским академиком
Петровым В.В.. В 1802г на построенной им мощной гальванической батарее он впервые в мире наблюдал явление электрической дуги.
Проводя опыты он использовал электрометр изобретенный Георгом Рихманом по изучению электропроводности различных материалов, он подсоединял к источнику эл. тока различные предметы из цинка, серебра, олова, железа и даже льда и по отклонению льняной нити на определенный угол определял, какое количество тока проходит через тот или иной проводник.
Когда он присоединял угольный стерженек обожженный из древесной палочки, она случайно разломилась пополам и между разломанными частями вспыхнуло ярчайшее маленькое пламя - электрическая дуга.
Он повторил опыт несколько раз и каждый раз горение дуги повторялось
Часть открытия дуги начали присваивать Г. Дэви- крупному английскому физику и химику, который в 1808 году также обнаружил электрическую дугу. Доклад, сделанный им по этому поводу не привлек внимания научного мира, т.е. отнеслись к этому открытию как к научному курьезу.
В1815г английский физик Чилдрен расплавил и наварил в электрической дуге иридий, оксид церия и другие тугоплавкие материалы.
Петрова не вспоминали до тех пор, пока электрическая дуга не стал служить человечеству и один петербуржский студент не обнаружил книгу Петрова, изданную в 1803 году «Известие о гальвани-вольтовых опытах » о световом явлении посредством гальвани-вольтовой жидкости. «Пламя» горящее между двумя горизонтально расположенными углями – электродами принимало форму направленной вверх дуги и позже получило это название.
В 1900 году на Всемирной Парижской выставки в числе выдающихся электриков была названа фамилия русского ученого Петрова.
В 1820 году датский физик Эрстед открыл магнитное поле, окружающее проводник с током.
В 1821 году Деви продолжал исследования с дугой, описал действие магнитного поля на дугу.
Примерно в это же время французский ученый Араго Д.Ф. изобрел электромагнит, а французский же физик Ампер установил, что протекающие по параллельным проводникам токи притягивают или отталкивают друг друга.
В 1831 году английский физик Фарадей открывает явление электромагнитной индукции, заложив тем самым основы электротехники.
Максвелл вывел уравнение характеризующее электромагнитные поля и происходящие в них процессы.
Большой вклад в развитие основ электротехники внесли русские ученные – Якоби, Ленц, Лачинов и другие.
В середине 19 века разрабатываются конструкции ламп для бытового освещения и прожекторов.
В 1876 году русский изобретатель Яблочков создал так называемую «свечу Яблочкова»- дуговые лампы освещения улицы Петербурга, Парижа, Лондона. Они были снабжены автоматическими регуляторами, содержащие настоящую длину дуги.
Большой вклад в совершенствование конструкций ламп внес Чиколев.
Эти работы позволили глубже изучить свойства дугового разряда и были
При создании и совершенствовании дуговой сварки.
И вот в 1881 году Бенардос создал первый в мире реальный способ дуговой сварки.
То что способ родился в России не было случайным – основой ему были исследования и технические разработки в области электротехники, металлургии, металловедения.
Из биографии Бенардоса 1842года.
Он был разносторонним изобретателем – источники питания дуги – аккумуляторы, сельсхозустройства, устройства для точечной сварки.Свой способ дуговой он назвал «электрогефест».
В октябре 1888 года на заводе в Перьми другой русский изобретатель Славянов демонстрировал свой способ сварки. Способ заключался в том, что вместо угольного электрода была использована сварочная проволока при этом дуга горела между изделием и проволокой и грела а роль присадочной меры накладывали отдельными участками и чтобы расплавленный металл не растекался, зону сварки ограничивали барьером из земли.