Історія зварювання

Процес зварювання з’явився ще в бронзовій добі, коли людина почала набувати досвід обробки металів для виготовлення знарядь праці, бойової зброї, прикрас та інших виробів.

Першим відомим способом зварювання є ковальське. Воно забезпечувало достатньо високу, на той час, якість з’єднання, особливо при роботі з пластичними металами, такими, як мідь. Із винайденням бронзи, яка є твердішою і гірше піддається куванню, виникло ливарне зварювання. Під час ливарного зварювання крайки з’єднуваних деталей заформовують спеціальною сумішшю і заливають розігрітим рідким металом. Цей присадковий метал сплавляється з виробом і, застигаючи, утворює шов. Такі з’єднання знайдені на бронзових посудинах Стародавньої Греції та Риму. Зварювання було використано під час побудови Залізного стовпа в Делі, Індія.

У 1802 році російський академік Василь Петров звернув увагу на те, що при пропусканні електричного струму через два прутики з вугілля або металу між їхніми кінцями виникає яскрава дуга (електричний розряд), яка має дуже високу температуру. Він дослідив та описав це явище, а також указав на можливість використання тепла електричної дуги для розплавлення металів і тим самим заклав основи дугового зварювання металів.

Але існують відомості про те, що англійський хімік сер Гемфрі Деві в 1800 першим дослідив електричну дугу і описав можливе застосування її в промисловості.

В той час результати досліджень Василя Володимировича Петрова не були використані, ні в Росії, ні за кордоном. Лише через 80 років інженери — Микола Миколайович Бенардос і Микола Гаврилович Слав’янов застосували відкриття Петрова на практиці та розробили різні промислові способи зварювання металів електричною дугою.

Микола Бенардос у 1882 році винайшов спосіб дугового зварювання із застосуванням вугільного електрода. У наступні роки він розробив наступні методи зварювання: дугою, яка горить між двома або декількома електродами; в атмосфері захисного газу; контактне точкове електрозварювання за допомогою кліщів. Створив ряд конструкцій зварювальних автоматів, запатентував у Росії та за кордоном велику кількість різних винаходів у галузі зварювального устаткування та процесів зварювання.

Автором методу дугового зварювання металевим плавким електродом, найпоширенішого в наш час, є Микола Слав’янов, який розробив його в 1888 році. Через два роки американський інженер Чарльз Гофін повторив відкриття і запатентував метод дугового зварювання плавким металевим електродом на території США.

Микола Слав’янов не лише винайшов дугове зварювання металевим електродом, описав його у своїх статтях і запатентував у різних країнах світу, але й сам широко впроваджував його в практику. За допомогою навчених ним робітників-зварювальників Слав’янов виправляв дуговим зварюванням брак лиття та відновлював деталі парових машин і різного великого устаткування. Він створив перший зварювальний генератор з автоматичним регулятором довжини зварювальної дуги, розробив флюси для підвищення якості наплавленого металу при зварюванні. Роботи Бенардоса і Слав’янова є основою сучасних методів електричного зварювання металів.

У 1900 році англієць Артур Строхменхер почав промисловий випуск покритих металевих електродів зі стійкішою під час горіння дугою. В 1919 році англієць Клод Джозеф Холсланг винайшов джерело змінного струму, яке забезпечувало стійкіше горіння дуги, але в промисловості цей винахід на десятиліття забутий.

Родоначальник контактного зварювання — англійський фізик Вільям Томсон (лорд Кельвін), який уперше застосував стикове зварювання в 1856 році. В 1877 у США Еліх Томсон самостійно розробив стикове зварювання і впровадив його в промисловість. В тому ж році в Росії Микола Бенардос запропонував способи контактного точкового і шовного (роликового) зварювання. На промисловій основі в Росії контактне зварювання запроваджено в 1936 році, після освоєння серійного випуску контактних зварювальних машин.

Ацетилен, винайдений 1836 року Едмундом Деві, почав використовуватися як горючий агент при газовому зварюванні з 1900 року, водночас із винаходом газового пальника.

Бурхливий розвиток зварювальних технологій і обладнання почався за часів Першої світової війни. Британці почали використовувати зварювальні процеси при побудові військових кораблів із суцільнозварними корпусами.

Упродовж 1920-х років головні акценти в зварювальних технологіях ставилися на розвиток автоматичного зварювання. Великий внесок у розвиток різноманітних видів зварювання вніс академік Євген Оскарович Патон та фахівці Інституту електрозварювання, які вперше у світі розв’язали складні наукові і технічні завдання, пов’язані з автоматичним зварюванням броні, розробили досконалу технологію і необхідне обладнання. Було досліджено процеси, що відбуваються у потужній зварювальній дузі, яка горить під флюсом, розроблено нові зварювальні флюси і знайдено місцеву сировину для їх масового виробництва. Широко проводився пошук способів багатодугового та багатоелектродного автоматичного зварювання під флюсом, розроблено технологію напівавтоматичного зварювання під флюсом, створено перші зварювальні напівавтомати.

Застосування автоматичного зварювання в оборонній промисловості дало винятково великий ефект і забезпечило можливість різкого збільшення випуску бойових машин, боєприпасів і озброєння високої якості. В умовах воєнного часу застосування автоматичного зварювання під флюсом для виробництва техніки стало вирішальним чинником різкого нарощування обсягів виробництва у стислі терміни. В роки війни в жодній країні, окрім Радянського Союзу, автоматичне зварювання під флюсом у танковій промисловості не застосовувалося. Лише в останні воєнні роки за прикладом СРСР почали освоювати цей спосіб при виготовленні бронекорпусів танків і самохідних артилерійських установок у США.

Борису Патону було доручено розробити електричну схему нових автоматичних зварювальних головок, що реалізують відкрите в 1942 році Володимиром Дятловим явище саморегулювання дуги. З цим завданням молодий інженер упорався блискуче. Винятково проста конструкція, надійність і зручність у роботі не лише дали змогу випускати нові головки в умовах простих механічних майстерень, а й вирішували проблему кадрів при їх експлуатації. Як відзначав у своїх спогадах Євген Патон, «пробний пуск першої нової головки відбувся у листопаді 1942-го, а до кінця війни вона вже зварила сотні кілометрів швів на бортах бойових машин! Починаючи з січня наступного року ми встановлювали на всіх нових верстатах тільки спрощені одномоторні головки А-80, виготовлені в майстернях інституту. Вони переможно вирушили по всіх заводах військової промисловості і відіграли величезну роль у випуску продукції для фронту. Це був поворотний момент у поширенні швидкісного зварювання на оборонних підприємствах країни». В 1943 році Борис Патон одержав свій перший орден «Знак Пошани».

Зварювання повсюдно витіснило спосіб нероз’ємного з’єднання деталей за допомогою заклепок.

На сьогодні зварювання є найрозповсюдженішим способом з’єднання деталей при виготовленні металоконструкцій. Широко застосовується зварювання в комплексі з литтям, штампуванням і спеціальним прокатом окремих елементів заготовок виробів, майже повністю відтіснивши складні та дорогі суцільнолиті та суцільноштамповані заготовки.