ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ


ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ

Вернемся снова в лабораторию В. В. Петрова, где вспыхнула электрическая дуга. Дуга Петрова принесла миру не только электрический свет, но и электрическое тепло. В руках человека электричество стало мощным и в то же время послушным средством получения тепла. Это предвидел и сам Петров. Рассказывая о дуге, он писал, что при замене углей металлом «между ними является больше или меньше яркое пламя, от которого сии металлы иногда мгновенно расплавляются, сгорают так же с пламенем какого-нибудь цвета». А когда в паре с угольным электродом взят железный, «является также больше или меньше яркое пламя... а конец проволоки почти во мгновение ока краснеет, скоро расплавляется и начинает гореть с пламенем и разбрасыванием весьма многих искр по различным направлениям». Так описывает Петров электрическую плавку металлов.

Работа, в которой он изложил результаты своих исследований, сохраняет значение и теперь. Она согласуется с современными представлениями о дуге как источнике тепла. Однако во времена Петрова о практическом применении дуги как источнике тепла помышлять было рано.

Способность электричества порождать тепло заинтересовала и петербургского академика Э. X. Ленда (1804—1865). В теорию электричества навсегда вошел установленный им в 1844 году закон эквивалентности тепловой и электрической энергии. Почти одновременно с Ленцем, но независимо от него этот закон открыл и английский физик Джоуль. Закон Джоуля — Ленца дает возможность, зная величину и напряжение тока, вычислить количество тепла, которое этот ток способен дать за определенный промежуток времени.

Одним из продолжателей работ Петрова в области применения электричества как источника тепла был русский изобретатель Николай Николаевич Бенардос (1842—1905).

Бенардос работал в самых различных областях техники. Ему принадлежит более ста патентов: он создавал двигатели, аккумуляторы, сельскохозяйственные машины, построил вездеходное судно.

Бенардос заинтересовался способностью дуги давать тепло. Он изучил это явление и в 1882 году прибавил к списку своих изобретений самое важное — «Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока», названный им «электрогефест». Чтобы сплавить друг с другом железные листы, Бенардос присоединял их к одному полюсу динамо-машины, а провод от другого полюса отводил к угольному электроду. Когда изобретатель прикасался углем к стыку листов, между металлом и углем загоралась дуга Петрова. Взяв металлический стержень, Бенардос вводил его в пламя. В жаре дуги кромки стыка сплавлялись, а стержень, тая, как свечка, заваривал шов.

Способ Бенардоса вскоре получил практическое применение. В 1888 году электросваркой стали пользоваться в мастерских Орловско-Витебской железной дороги для исправления паровозных рам и колес. Впоследствии изобретение Бенардоса распространилось и за границей.

В течение нескольких лет Бенардос все более и более совершенствовал электросварку. Из описаний и чертежей, сохранившихся в его архиве, видно, что им изобретены, по существу, все основные способы дуговой электросварки: «сварка в струе газа», «сварка косвенно действующей дугой, горящей между двумя или несколькими электродами», «магнитное управление сварочной дугой». Работал Бенардос и над проблемой дуговой резки на воздухе и под водой и над автоматизацией сварочного процесса.

В 1887— 1890 годах горный инженер Н. Г. Славянов (1854—1897) внес существенные усовершенствования в электросварку.

Славянов, металлург по специальности, видел в электросварке-прежде всего металлургический процесс, который можно вести с успехом, только удовлетворив всем требованиям техники горячей обработки металлов. В этом одна из величайших его заслуг. Его по праву можно назвать создателем металлургических основ электросварки.

Славянов в отличие от Бенардоса применил для сварки не угольный, а металлический электрод. Это позволило ему избежать двух не-

О

Прибор Э. X. Ленца, с помощью которого он установил закон теплового действия электрического тока. (Рисунок из сочинений Ленца.) Б — сосуд со спиртом, К — термометр.

Схема электросварки по Бенардосу.

Николай Николаевич Бенардос.

приятных моментов. Во-первых, пользование металлическим электродом устраняло опасность перегрева, приводившего к порче обрабатываемого предмета. Во-вторых, оно устраняло нежелательное проникновение в металл углерода, который делал его хрупким.

Серьезным преимуществом сварки по способу Славянова было ее удобство: сварщик держал один

электрод, а при методе Бенардоса приходилось держать и угольный электрод и расплавляемый дугой ме* таллический стержень.

Металлический электрод Славянова создавал дугу, и он же, расплавляясь, давал жидкий металл для заполнения шва. Работать стало проще, а шов получался прочнее.

Принцип электросварки, изобретенный Славяновым и запатентованный им как «Способ электрической отливки металлов», в основном применяется и поныне. Сам Славянов испытал свой метод на пермских пушечных заводах, за три года проделав с помощью электросварки более полутора тысяч самых различных работ. Слава Славянова, как всемогущего «исцелителя» разрушенных металлических изделий, разнеслась далеко. Изобретатель построил оригинальный прибор для сварки, названный им электрическим «плавильником». Прибор автоматически поддерживал наивыгоднейший для горения дуги зазор между электродом и изделием.

Подобно Бенардосу, Славянов стремился как можно полнее испытать могущество только что родившегося способа электрической обработки металлов. Он ставил широкие опыты и установил пригодность его при проведении различных работ.

Следует особо остановиться на одном предложении Славянова, ставшем зародышем бурно расцветшего в наши дни способа сварки металлов под слоем особых порошко* образных веществ — флюсов, издавна применявшихся в металлургии для защиты расплавленного металла от действия воздуха.

Славянов указал, что шов будет лучше, если при сварке металлов в качестве флюса использовать шлак. К расплавленному металлу тогда не будет проникать воздух, и

Электросварочная установка Славянова.

в металле поэтому не смогут появляться губительные для его прочности окислы. В качестве материала для шлака Славянов советовал брать битое стекло, состоящее в основном из окиси кремния.

Так в конце XIX века была создана электросварка — новый метод обработки металлов теплом. Однако в царской России электросварка применялась всего лишь на десяти заводах.

При советской власти электросварка завоевала самое широкое признание. Достаточно сказать, что в 1940 году наша промышленность по количеству сварочных постов занимала первое место в мире, в СССР уже тогда работало свыше 65 тысяч электросварочных аппаратов.

Электросварка, это великое изобретение, в наши дни, конечно, не та, какой она вышла из рук Бенардоса и Славянова. Советские инженеры и ученые многими замечательными работами способствовали совершенствованию и расцвету этого метода, сделали возможным применение сварки в самых различных областях народного хозяйства.

У нас в СССР возникла сварка на переменном токе. В создании этого способа ведущую роль сыграли труды академиков В. Ф. Миткевича и В. П. Никитина. Сварочные трансформаторы, значительно более простые и дешевые, чем сварочные машины постоянного тока, обеспечили широчайшее применение электросварки в народном хозяйстве.

В 1927 году советскому изобретателю Д. А. Дульчеискому удалось воплотить в жизнь выдвинутый Славяновым принцип защиты дуги, и металла от кислорода воздуха и осуществить сварку под слоем флюса.

Новые горизонты открылись перед электросваркой, когда большая группа советских инженеров и ученых, возглавлявшаяся академиком Е. О. Патоном, создала производительные агрегаты для автоматической сварки под слоем флюса.

«Сварочные тракторы» — так назвали изобретатели новые аппараты, удивительно удобные и производительные машины. Двигаясь вдоль свариваемого шва, они сами насыпают нужный слой флюса, подают под него проволоку — электрод, поддерживают постоянство дуги. Сварщик же, сидя в отдалении, смотрит на измерительные приборы и в случае надобности поворотом рукояток меняет режим горения дуги, ускоряет или замедляет движение «трактора».

Известным специалистом по электросварке академиком В. П. Никитиным предложен совершенно новый способ соединения металлов. Он основан на том, что свариваемые куски и металл, который идет на образование шва, нагреваются отдельно. Обычно оба эти процесса соверша лись за счет тепла дуги, горящей между электродом и изделием. Теперь

Николай Гаврилович Славянов.

Электросварочный трансформатор академика В. II. Никитина.

Высокочастотный нагрев металла.

дуга нагревает только изделие, а металл присадки плавится отдельной установкой и в жидком виде разливается на прогретый стык. Новый метод обладает высокой производительностью — в 10—20 раз большею, чем старые способы.

Всюду в промышленности работает дуга, изобретенная Василием Петровым. Пламя дуги сращивает металл, помогая строить станки, корабли, самолеты, мосты, здания. Запертая в электромартенах, плавильных печах, она выплавляет лучшие сорта качественных сталей. В особых условиях, в среде высокого давления, дуга помогает получать невиданно высокую температуру— 12000 градусов, вдвое более высокую, чем температура поверхности Солнца!

Советский ученый действительный член Академии наук УССР К. К. Хренов изобрел подводную электросварку. Точно волшебное пламя, горит дуга под водой, защищенная от враждебной стихии живучим газовым пузырьком. Устойчивости газового пузырька ученый добился, покрыв электрод специальной обмазкой. Вспомним, что первые опыты сварки и резки металла под водой провел все тот же талантливый русский изобретатель Бенардос.

В нашей стране родился новый чудесный вид электронагрева — нагрев без огня, с помощью тока высокой частоты.

Советские ученые В. П. Вологдин, Г. И. Бабат и другие были инициаторами внедрения в промышленную технику «быстрых электрических колебаний»: переменного тока с частотой, достигающей нескольких миллионов колебаний в секунду, первое практическое применение которому нашел Александр Степанович Попов — изобретатель радио.

Теперь высокочастотные электрические колебания уже не только средство связи. На заводах специальные высокочастотные установки порождают в металлах вихревые токи, греющие и плавящие металл. Помещенный в незримое электромагнитное поле, созданное генератором, металл нагревается поистине без огня. Высокочастотные печи применяются для изготовления качественных сплавов.

Высокочастотный нагрев позволил создать новый вид закалки. Вихревые электрические токи быстро прогревают поверхность изделия, оставляя сердцевину его холодной. Закаливаются только верхние слои

Советский ученый К. К. Хренов заставил электрическую дугу работать под водой

детали, внутренность ее остается мягкой и вязкой. Деталь, одетая точно в броню из закаленной стали, получается более прочной и выносливой, чем закаленная целиком.

Все многообразнее и искуснее становятся приемы техники превращения электричества в тепло.



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховиттинов В. 1957