История электротехники

В начале 30-х годов Е.О. Патон создал лабораторию электросварки, которая с 1934 г. реорганизована в Институт электросварки (с 1953 г. ИЭС им. Е.О. Патона), который занял ведущее положение в развитии сварочной техники и технологии. К числу важнейших разработок ИЭС относятся:

— высокопроизводительный способ автоматической дуговой электросварки под слоем флюса (1941 г.);

— конструкция сварочной головки с постоянной скоростью подачи электрода (1942 г.);

— новый способ полуавтоматической шланговой сварки (1944 г.);

— мощный трансформатор СТ-1000 с дистанционным управлением для автоматической сварки под флюсом (1947 г.);

— метод двухдуговой электросварки на больших скоростях (1949–1950 гг.);

— полуавтомат для подводной сварки (70-е годы).

Интересные результаты были получены и в других организациях:

— сварка меди под флюсом разрабатывалась Д.А. Дульчевским в начале 20-х годов;

К. К. Хренов разработал процесс ручной сварки под водой (1932 г.) и предложил сварочный трансформатор с поворотным верхним ярмом типа СТХ (1934 г.);

— сварочная лаборатория МВТУ им. Н.Э. Баумана разработала способ автоматической дуговой сварки с подачей в дугу гранулированного флюса (1934 г.);

— в 1946 г. В.П. Никитин создал новый трансформатор типа СТАН компактной конструкции и небольшой массы с тремя ступенями регулирования сварочного тока, предназначенный для монтажных работ;

— в 1949 г. Подольский завод им. С. Орджоникидзе разработал и освоил процесс сварки нефтеаппаратуры из нержавеющей стали;

— сотрудниками ЦНИИТмаш создана усовершенствованная аппаратура для автоматизации дуговой электросварки (1951 г.) и совместно с ИЭС разработана и внедрена серия флюсов для автоматической сварки (1952 г.);

— в начале 50-х годов во ВНИИавтоген проводились работы по дуговой сварке меди и ее сплавов на постоянном токе прямой полярности в атмосферах аргона и азота;

— технология сварки в атмосфере углекислого газа разработана в ЦНИИТмаше в 50-е годы под руководством К.В. Любавского. 

7.2.2. СВАРКА ЗА СЧЕТ РЕЗИСТИВНОГО НАГРЕВА

Сварка за счет резистивного нагрева (контактная) подразделяется на точечную, шовную и стыковую.

Е. Томсон (США, 1886 г.), автор почти 700 изобретений, получил патент на электрическую сварку металлических стержней и проводов. Всего им и его сотрудниками получено 150 патентов, относящихся к контактной сварке. В 1892 г. в США на фирме «Джонсон» впервые были сварены способом стыковой сварки железнодорожные рельсы. Н.Н. Бенардос (1887 г.) изобрел способ точечной и роликовой контактной сварки. В сварочных клещах его конструкции (рис. 7.13) в качестве электродов использовался графит.

Контактная сварка стала развиваться несколько позднее, чем дуговая, так как ее применение целесообразно при выпуске крупносерийной продукции, например в автомобильной промышленности.

Машины для контактной сварки стали изготавливаться заводом «Электрик» с 1926 г. Первые машины для стыковой и шовной сварки были изготовлены в 1929 г. До 1935 г. завод «Электрик» изготовил 3821 машину для контактной сварки, в том числе 2625 для точечной, 1036 для стыковой и 160 для шовной. Это были в основном универсальные машины малой мощности (до 100 кВ∙А), а в дальнейшем для контактной сварки стали изготавливаться машины мощностью 500–1000 кВ∙А. На Московском автозаводе (позднее ЗИС и ЗИЛ) контактная сварка применялась с 1930 г. После расширения завода (1935 г.) на нем стали применяться более производительные машины — многоточечные (до 20 точек) мощностями до 250 кВ∙А, а парк машин был значительно увеличен.

В годы Великой Отечественной войны ЦНИИТмаш разработал установку для контактной сварки рельсов в условиях работы с платформы. Машины типа РКСМ мощностью 250 и 320 кВ∙А для контактной стыковой сварки рельсов производительностью 13–15 сварок в час выпускались на заводе «Ревтруд». В МВТУ им. Н.Э. Баумана (Г.А. Николаев, К.К. Хренов) выполнены работы по электродным покрытиям, технологии сварки при производстве вооружения и др.

В послевоенные годы продолжилось развитие контактной сварки:

1949 г. — были осуществлены разработка и освоение многоточечных сварочных автоматов последовательного действия на ЗИСе;

1953 г. — заводом «Электрик» в содружестве с Секцией электросварки и электротермии АН СССР была изготовлена высокопроизводительная контактно-стыковая машина типа МСГ-500 для сварки стержней арматуры диаметром 50–100 мм. 

7.2.3. ПРОЧИЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРОСВАРКИ

Электрошлаковая сварка. Впервые оборудование и технология электрошлаковой сварки были разработаны в Институте электросварки АН УССР (Б.Е. Патон, Б.И. Медовар) в 50-х годах для сварки толстых листов и массивных изделий (от 30 до 2000 мм), например роторов турбин. На Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 г. этот способ удостоен высшей награды «Гран-при».

Высокочастотная (индукционная) сварка. Высокочастотная сварка разрабатывалась в США, Канаде, ФРГ, Франции, Англии в 40-х годах. В СССР исследования в этой области были начаты в лаборатории В.П. Вологдина в 1944 г. А.А. Фогелем и продолжены А.Е. Слухоцким. Впервые высокочастотная сварка внедрена на заводе «Трубосталь» (г. Ленинград).

В середине 50-х годов во ВНИИТВЧ под руководством В.Н. Богданова и Н.П. Глуханова были начаты работы по стыковой сварке труб с поперечным и продольным швом. С конца 40-х годов стала развиваться индукционная сварка труб из ленты. В этой области работали также ИЭС им. Е.О. Патона, Всесоюзный научно-исследовательский трубный институт (ВНИТИ), ВНИИметмаш, ВНИИЭСО и заводы Московский трубный, «Лентрубосталь», «Москабель». Агрегаты для сварки алюминиевых оболочек кабелей созданы и внедрены ВНИИТВЧ, ВНИИметмашем и заводом «Москабель» (1963 г.)

В 1975 г. в СССР методом индукционной сварки ежегодно изготовлялось более 3 млн. м сварных труб диаметром 10–530 мм с толщиной стенки 0,5–10 мм из углеродистых и нержавеющих сталей, сплавов алюминия, меди и титана.

Разрабатывались различные конструктивные варианты индукционной сварки труб диаметром 159–219 мм:

охватывающим индуктором (фирма «Элфиак», Бельгия);

с использованием скользящих контактов (фирма «Терматул», США);

охватывающим индуктором и с вращающимися контактами (Северский трубный завод, СССР);

с внутренним индуктором (Новомосковский трубный завод) для труб диаметром 273–530 мм.

В конце 80-х годов ВНИИТВЧ и ВНИИЭСО разработали комплектные установки высокочастотной сварки на частоту 440 кГц мощностью от 160 до 1000 кВт и 10 кГц мощностью 1500 кВт.

Электронно-лучевая сварка. Первоначально применялась в атомном машиностроении, а затем при изготовлении особо ответственных деталей в авиа- и ракетостроении (например, сварка конструкций из титановых сплавов), в электронной промышленности.

Сварочные ЭЛУ нашли применение на автозаводах. Фирма «Лейбольд — Хереус» (Германия) применяла ЭЛУ для сварки при изготовлении мостов задних осей грузовиков (середина 60-х годов). Сварка производилась при давлении 5 Па, время рабочего цикла, включая вакуумирование, около 6 мин. С 1966 г. в Великобритании работает фирма «Электронное оборудование и процессы», которая специализируется на электронно-лучевой сварке.

В 1966 г. в мире насчитывалось около 1000 промышленных установок электронно-лучевой сварки. В 1975 г. их число достигло 2500, из которых 80% работали в США и СССР.

В 70-х годах была разработана технология применения местного вакуумирования, что позволило отказаться от использования крупных вакуумных камер. Ведущими в области применения ЭЛУ для сварки в локальном вакууме явились фирмы «Скияки» и «Ланжепин» (Франция). При этом способе накладная вакуумная камера располагается на свариваемом крупногабаритном изделии, а герметизация достигается с помощью специальных уплотнений. Фирма «Кавасаки Хиби индастер лтд.» (Япония) разработала оборудование для электронно-лучевой сварки крупногабаритных изделий с местным вакуумированием, например для сварки колец жесткости сферических резервуаров для морских перевозок сжиженного газа.