А. А. Чеканов. "Николай Николаевич Бенардос" Издательство "Наука", Москва, 1983 г. OCR Biografia.Ru
продолжение книги...
Предпосылки создания способа дуговой электрической сварки
Современная техника весьма широко использует сварку материалов. Из многочисленных способов сварки первое место по всем основным показателям — количеству и стоимости выпускаемой продукции, числу занятых рабочих и действующих установок — занимает дуговая электросварка. Ведущее место в формировании и развитии этого важнейшего технологического процесса современной промышленности по праву принадлежит ученым и изобретателям России. Еще в середине XVIII в. М. В. Ломоносов прозорливо предугадал значение зарождающейся науки об электричестве. «Електрическая сила,— считал он,— открывает великую надежду к благополучию человеческому». Его сподвижник, академик Г. В. Рихман, изучая атмосферное электричество, уже в 1753 г. указал на возможность практического применения электрических искр для плавления металлов (1). Начинания Ломоносова и Рихмана развил первый русский электротехник профессор Петербургской медико-хирургической академии В. В. Петров (1761—1834), который «в истории русской физики до половины XIX в. не только хронологически, но и по своему значению непосредственно следует за М. В. Ломоносовым. Имя и дело этого замечательного ученого, организатора русской физики и ее преподавания, должно быть прочно сохранено в памяти советских физиков и техников» (2). ..Весна 1802 г. Петербург. В большой комнате, сплошь заставленной физическими приборами, сидит человек. Перед ним на скамеечке со стеклянными ножками на небольшом расстоянии друг от друга уложены в одну линию три уголька. Пройдет каких-нибудь несколько минут,
------------------------------------------------------
1. Рихман Г. В. Труды по физике. М.: Изд-во АН СССР, 1956, с. 47. 2. Вавилов С. И. Очерк развития физики в Академии наук за 220 лет: Физико-математические науки. М.: Изд-во АН СССР, 1945, с. 3.
------------------------------------------------------
и эти маленькие кусочки обыкновенного древесного угля произведут целую революцию в науке. Но этого, вероятно, тогда еще не мог предвидеть и сам экспериментатор талантливый физик Василий Владимирович Петров, много лет посвятивший изучению электропроводимости различных веществ. Он берет в руки крайние угольки и присоединяет их друг к другу. И тут происходит чудо: между кусочками угля вспыхивает яркое пламя. Необычайность этого явления поразила ученого — ведь до сих пор физики различных стран мира, располагая небольшими гальваническими батареями, могли наблюдать только более или менее мощные искровые разряды, но никогда не получали электрической дуги. Петров начинает тщательное изучение этого необычного свечения, экспериментируя со всевозможными материалами. Прежде всего он обратил внимание на световые действия дуги, о которой впоследствии писал, что она дает пламя, «от которого темный покой довольно ясно освещен быть может». Так впервые была доказана возможность практического применения электричества для освещения. Эксперименты продолжались. Заменив один из угольков металлической проволокой, В. В. Петров заметил, что при сближении угля с проволокой «между ними появляется больше и меньше яркое пламя, от которого... металл мгновенно расплавляется». Так ученый пришел к другому очень важному выводу — о возможности использования электрической дуги для плавления металлов. Правда, о пользе «электрической силы» в этом процессе пророчески заявил еще в 1753 г. Г. В. Рихман. Но в каких конкретных формах это могло быть осуществлено, русский академик тогда еще сказать не мог.
Когда в 1799 г. итальянский физик Алессандро Вольта открыл вольтов столб, многие увидели в этом возможность получать электрический ток. О вольтовом столбе очень быстро узнали и в Лондоне, и в Париже, и в Петербурге. Началось увлечение изучением гальванических явлений. Однако практически это открытие долго не находило никакого применения. Петров, отлично понимая преимущества источника тока высокого напряжения, построил огромную гальваническую батарею, состоящую из 2100 медноцинковых элементов. Ее электродвижущая сила была около 1700 вольт. Всесторонне исследовав свойства этом батареи как источника электрического тока, ученый убедился, что действие ее основано на химических процессах, происходящих между металлами (медь—цинк) и электролитом. В качестве последнего служил раствор нашатыря, которым пропитывались бумажные листки, проложенные между медными и цинковыми кружками. Такая мощная установка позволила ученому производить эффективные опыты с электричеством, результатом которых стало гениальное открытие электрической дуги. 17 мая 1802 г. В. В. Петров «в присутствии медицинской коллегии и многих знаменитых особ» впервые публично продемонстрировал явление электрической дуги. Свои опыты с электрической дугой Петров описал в вышедшей в ноябре 1803 г. книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Владимирович Петров посредством огромной наипаче баттереи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков, и находящейся при Санкт-Петербургской Медико- Хирургической Академии», ставшей драгоценным вкладом в мировую научную литературу начала XIX в. Это была первая книга на русском языке по вопросам гальванизма. В те далекие времена среди ученых было принято писать научные трактаты по латыни. Петров свободно владел и латинским, и новыми европейскими языками, но, как патриот, заботящийся о широком распространении знаний в родной стране, написал книгу по-русски, изложив затронутые проблемы простым и ясным языком, доступным для любителей науки. Книга быстро разошлась. Вскоре в печати появились многочисленные отзывы и рецензии на книгу, ученые
ссылались на нее в своих работах. Казалось, результаты опытов Петрова стали широко известны среди научно-технической общественности тогдашней России. Однако шло время и о книге Петрова в России забыли. И лищь в конце XIX в. внимание к ней привлекла заметка профессора Н. Попова, опубликованная в журнале «Электричество». «Так недавно,— писал, в частности, Попов,— мне было указано одно забытое сочинение по гальванизму профессора В. Петрова, озаглавленное так: «Известие о гальвани-вольтовских опытах проф. физики Медико-Хир. Ак. Василия Петрова. СПб., 1803 г.» (3). По словам Попова, «студент Петербургского университета, г. Гершун (впоследствии видный отечественный электротехник.— А. Ч.), который и обратил мое внимание на это сочинение, видел его в Виленской библиотеке». Считая, что эта книга имеет исторический интерес, Попов знакомит читателей журнала «Электричество» вкратце с ее содержанием. В заключение он указывает на научный приоритет открытия Петрова: «Заметим здесь, что обыкновенно в сочинениях по электротехнике открытие вольтовой дуги приписывается английскому физику Гемфри Дэви и относится к 1813 г. ...Таким образом проф. Петрову с полным правом может быть приписано первенство в наблюдении явления вольтовой дуги, уже описанной им в печатном сочинении в 1803 году, и должно быть признано, что еще один из первых шагов в области электротехники принадлежит нашему соотечественнику, имя которого, должно бы, по справедливости, занять место рядом с именами Якоби и Шиллинга» (4) В. В. Петров не только открыл явление электрической дуги, изучил и описал ее особенности, но и указал на возможные области ее практического применения, тем самым подготовив пути внедрения и развития электрического освещения, электросварки и электрометаллургии. Именно под влиянием этого открытия изобретатель «электрической свечи» — дуговой лампы П. Н. Яблочков использовал электрическую дугу для освещения, а Н. Н. Бенардос применил ее для сварки и резки металлов, что вызвало полный переворот в технических процессах машиностроения и строительства. Необходимо подчеркнуть, что ко времени этих изобретений в России было прове-
---------------------------------------------------------------------
3. Попов Н. Памяти проф. В. Петрова.— Электричество, 1887, № с. 37.
4. Там же, с. 38.
---------------------------------------------------------------------
дено большое количество работ в области изучения свойств электрической дуги. В первую очередь к ним следует отнести исследования Д. А. Лачинова, Н. П. Слугинова, А. Н. Лодыгина, Н. П. Булыгина, В. Н. Чиколева и др. Как видим, кроме Петрова, исследованиями гальванических явлений занимались многие русские ученые и естествоиспытатели-любители. В результате при решении ряда вопросов в этой области они заметно опередили своих зарубежных коллег. Этому способствовало, в частности, и то, что в начале XIX г. Россия располагала самыми крупными гальваническими батареями. Однако скудность знаний об электричестве и отсутствие достаточно мощных источников дешевой электроэнергии определяли в то время невозможность ее применения к практическим целям, например при обработке металлов. При помощи вольтова столба удавалось получить очень небольшие количества электроэнергии, а созданные на его основе первые батареи гальванических элементов были чрезвычайно сложны в обслуживании и вырабатывали дорогую электроэнергию, причем в ограниченных количествах. Да и сама слабо развитая промышленность не испытывала потребности в электрической обработке металлов. Потребовались долгие годы совместных усилий электриков и физиков всего мира, направленных на создание экономичных и удобных в эксплуатации электрических генераторов, вырабатывающих в больших количествах сравнительно дешевую электроэнергию. Этому способствовали многочисленные открытия и изобретения в области магнетизма и электричества, среди которых на первое место следует поставить открытие в 1831 г. знаменитым английским ученым М. Фарадеем принципа электромагнитной индукции. Современная электроэнергетика зиждется на применении электромагнитного генератора. История его начинается с созданной Фарадеем «новой электрической машины», основанной на открытой им электромагнитной индукции. Но как в России, так и во всем мире внимание на новый генератор обратили лишь после того, как стало ясно, что все попытки применить гальванические элементы для промышленных целей обречены на неудачу. Создание электромагнитных генераторов в середине 70-х годов XIX в., а также ряд выдающихся открытий и изобретений физиков и электриков явились мощным толчком к широкому практическому использованию электрического тока в промышленности и на транспорте. Именно здесь в первую очередь электричество стало надежным источником энергии, света и тепла.
В этой связи не случайно и появление во второй половине XIX в. электросварки Н. Н. Бенардоса. Развивающиеся техника, промышленность и железнодорожный транспорт остро нуждались в быстром и сравнительно дешевом способе изготовления деталей, исправления изношенных и вышедших из строя. Практиковавшиеся в то время основные способы соединения металлов — кузнечная сварка и клепка — не удовлетворяли потребности производства ни по производительности, ни в отношении стоимости работ. Низкая производительность этих способов задерживала развитие технических отраслей, и в первую очередь машиностроение, где крайне требовалась новая, более высокоэффективная технология получения неразъемных соединений металлов. В 70—80-х годах XIX в. по мере все расширяющегося использования электричества в промышленности и на транспорте внимание ученых и изобретателей во многих странах было обращено на применение высокой температуры электрической дуги для сваривания и плавления металлов. Правда, отдельные попытки в этой области предпринимались и в более ранний период. Но только в 1881 г. русским изобретателем Н. Н. Бенардосом был предложен «способ прочного соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока», положивший начало принципиально новому направлению развития сварочной техники. Как видим, потребовалось много десятков лет для того, чтобы электротехника, пройдя длительный путь развития, обеспечила применение электрической дуги для целей практики. Появление способа дуговой электрической сварки в России, а не в какой-либо другой стране вполне закономерно. На протяжении более чем полутора столетий, от начала XIX в. и до наших дней, изучение и практическое использование открытой В. В. Петровым электрической дуги играли выдающуюся роль в развитии отечественной электротехники. Сам Петров, а также его ученики и последователи быстро осознали возможность широкого практического применения электрического тока. Вскоре эта проблема привлекла внимание многих отечественных представителей теоретической и экспериментальной физики. Вслед за электрическим освещением открытие Петрова вызвало к жизни электросварку, электротермию, электрометаллургию, электропривод и другие достижения научно-технической мысли России. Таким образом, ученые нашей страны с начала XIX в. идут в первых рядах исследователей природы электричества. Россия уже дала миру множество замечательных толкований существа многочисленных процессов, происходящих в источниках электрического тока, показала прекрасные примеры его практического использования. И одним из них является способ дуговой сварки, впервые разработанный нашим талантливым соотечественником Н. Н. Бенардосом.
