Сварка металлов - великое русское изобретение. Основоположниками открытия электрической дуги и применения ее для целей сварки являются русские ученые и инженеры В.В. Петров, Н.Н. Бе-нардос и Н.Г. Славянов.

Профессор Василий Владимирович Петров впервые в мире в 1802 г. зажег электрическую дугу и расплавил в ней металл, описал световое и тепловое действие дуги и предсказал широкое использование ее не только для освещения, но и для расплавления металлов.

Изобретатель Николай Николаевич Бенардос в 1882 г. применил электрическую дугу для соединения в одно целое металлов и в 1885 г. взял патент под названием "Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока". Для сварки он пользовался главным образом угольной дугой, питаемой электрической энергией от аккумуляторной батареи, построенной им специально для этой цели.Н. Н. Бенардос предложил все способы дуговой сварки, ныне применяемые в промышленности.

Инженер Николай Гаврилович Славянов с 1888 г. занимался разработкой сварки металлическими электродами. В 1891 г. он взял два патента под названием "Способ и аппараты для электрической отливки металлов" и "Способ электрического уплотнения металлических отливок". Для сварки он использовал металлическую дугу, которую питал от электрической машины постоянного тока, построенной им. Это был первый в мире сварочный генератор.

В.В. Петров (1761-1834 гг.), первый русский электротехник, профессор, а затем академик Петербургской медико-хирургической академии (теперь Военно-медицинской), производил в 1802 г. опыты с вольтовым столбом, представляющим собой последовательно сложенные несколько тысяч пар медных и цинковых кружков, переложенных бумажными кружками, смоченными раствором нашатыря в воде (фиг.1). К медному полюсу батареи он присоединял первоначально медную, а затем стальную проволоку с конусной шляпкой, к цинковому полюсу-стальную осургученную проволоку, на острие которой надевал иногда древесный уголек. При замыкании проволоки со шляпкой на уголек или металл по замкнутой цепи протекал электрический ток, а при размыкании образовывалась электрическая дуга, от которой "темный покой довольно ясно освещен быть может". В своем замечательном сочинении "Известие о гальвани-вольтовских опытах", изданном в 1803 г. небольшим тиражом в С. - Петербурге (эта книга имеется в ряде библиотек страны), он писал: "Я приметил однажды светоносные явления, почти подобные тем, каковые происходили от фосфора." и далее:". то между шляпкою одной проволоки и угольком или металлическим маленьким конусом, находящимися на конце другой проволоки, является свет в виде искр различной величины и яркости, также происходит и отделение гаса в знатном количестве от шляпки проволоки, сообщенной с медным полюсом батареи". И далее: "то между электродами является больше или меньше яркое пламя, от которого сии металлы мгновенно расплавляются, сгорают также с пламенем какого-нибудь цвета и превращаются в оксид, а особливо цинк, из которого происходящий белого цвета оксид поднимается в воздух, на подобие маленьких нежных пушинок".

Проволока стальная или медна

Си Проволока осургученная

Риг.1. Схема опыта В.В. Петрова.

Таким образом, В.В. Петров впервые в мире открыл "светоносные явления" - электрическую дугу, впоследствии в 1812г. несправедливо названную английским исследователем Г. Дэви в книге "Элементы философии химии" вольтовой дугой.В. Петров описал внешний вид дуги (искрообразование, выделение газа, светоносные явления) и произвел электроплавку металлов, используя тепловое действие дуги.

Вольта, великий итальянский физик, основоположник открытия (наравне с Гальвани) явлений электричества, дуги не зажигал, не видели, не описывал. В своих сочинениях Вольта даже не упоминает о явлениях электрической дуги.

Английский исследователь Дэви описал явления электрической дуги на 9 лет позднее подробного описания дуги Петровым в России.

В.В. Петрову принадлежит открытие дугового разряда, поэтому ошибочный термин "вольтова дуга" справедливо заменен термином "дуга Петрова". В своем сочинении Петров писал: "Я надеюсь, что просвещенные и беспристрастные физики по крайней мере некогда согласятся отдать трудам моим ту справедливость, которую важность сих последних опытов заслуживает".

Долгое время дуга Петрова не могла иметь широкого практического применения вследствие того, что технический уровень развития промышленности в России был низким, не было практически пригодных источников электрического тока, а также "изобретательного человека, могущего приспособить этот чудесный огонь к ожидаемому употреблению" (слова физика, профессора Московского университета М.Г. Павлова, 1836 г.).

Наиболее изобретательными людьми, применившими дугу Петром, оказались русские. В 1849 г. дуга Петрова зажглась на башне Адмиралтейства, осветив петербургские улицы. В 1876 г. известным электротехник П. II. Яблочков, гениально решивший задачу автоматического регулирования дуги, осветил своей "свечой" улицы Парижа и Лондона.

Н.Н. Бенардос (1842-1905 гг.), талантливый русский изобретатель, автор более ста изобретений в различных отраслях техники, является родоначальником всех существующих способов дуговой сварки, а также электрической контактной сварки.

После того как Н - Н. Бенардос построил на свои средства установку для сварки металлов и взял патент, он в 1885 г. организовал в Петербурге общество "Электрогефест" (электрокузнец), которое выполняло сварочные работы в различных местах России.

Русское техническое общество наградило Н.Н. Бенардоса золотой медалью и присвоило ему звание инженера.Н. Ы. Бенардос работал преимущественно над способом сварки угольным электродом. Из сохранившихся в архиве Н.Н. Бенардоса описаний, чертежей и рисунков видно, что по существу все способы электрической сварки, ныне применяющиеся, предложены им, как-то:

1. сварка металлическим электродом, в том числе и с применением флюса;

2. сварка косвенно действующей дугой, горящей между двумя или несколькими электродами;

3. магнитное управление дугой;

4. сварка в струе газа;

5. автоматы для сварки угольным электродом;

6. автомат для сварки металлическим электродом;

7. электрическая контактная точечная и стыковая сварка.

Вот почему Н.Н. Бенардос считается подлинным отцом дуговой электросварки. В 1885-1886 гг. на способ Н.Н. Бенардоса "сварка угольной дугой" был выдан патент в России, Франции, Бельгии, Англии, Германии, Швеции, Дании, Испании, США и Австрии.

Первое время способ Н.Н. Бенардоса в России использовался для ремонтных работ, проводимых обществом "Электрогефест" в Петербурге, в мастерских Орловско-Витебской железной дороги и в других местах России при исправлении паровозных колес и рам.

Русский инженер Н.Г. Славянов (1854-1897 гг.), начальник Пермских пушечных заводов в Мотовилихе, заменил угольный электрод при сварке плавящимся металлическим электродом. Н - Г. Славянов спроектировал и построил на Пермских пушечных заводах первые в мире сварочные динамо-машины с приводом от паровой машины, имеющие напряжение 60 е и силу тока 300 и 1000 а.

На Пермском заводе Н.Г. Славянов организовал значительный по тем временам электросварочный цех и выполнил большое количество сварочных работ с искусством, заслуживающим внимания и в настоящее время. С 1891 по 1894 г. лично Славяновым и под его руководством выполнено ремонтно-сварочных работ на 1631 изделие с общим весом 250 т и израсходовано при этом II т электродов.

На IV Электрической выставке Русского электротехнического общества в 1892 г. был представлен образец сварной медной трубы, выдержавшей гидравлическое давление 50 ат. Это пример, иллюстрирующий искусство сварочных работ.

Н.Г. Славянов обращал внимание на необходимость проведения сварки под шлакообразующими покрытиями, изолирующими металл от воздействия воздуха и участвующими в металлургическом процессе. Он применял при сварке для этих целей ферросплавы, битое стекло и другие вещества.

Н.Г. Славянов обращал особое внимание на механизацию и автоматизацию дуговой сварки. Им были созданы и широко применены после Н.Н. Бенардоса электросварочные автоматы (или, как он их называл, "электроплавильники"). Н.Г. Славяновым был написан и издан при жизни ряд работ по вопросам сварки.

стропильная ферма сварка металл

1. Типы стропильных ферм

Балки - (Образуют рамные конструкции), конструктивные элементы, работающие на поперечный изгиб.

Колоны - элементы, работающие на сжатие, или сжатие с продольным изгибом.

Решётчатые конструкции - представляют собой систему стержней соединённых в узлах т. о, что стержни испытывают главным образом на растяжение или сжатие.

К ним относятся: фермы, мачты, арматурные сетки, каркасы.

Оболочковые конструкции - испытывают избыточное давление, основные требования - герметичность.

Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержащие менее 2 % С.

Стали, классифицируются:

Ra=Rb=4,5P h=d=1 L=9 P=30kH б=45є = 0,7

Определим усилия в стержнях методом вырезания узлов.

1. Вырезаем узел 0' N1= 0'0

N2 = 0'1'

E Fx (F) = 0 N2= 0

E Fy (F) = 0 - P - N1=0 N1= - P = - 30кН

2. Вырезаем узел 0 N3= 0 1'

N4 = 0 1

E Fx (F) = 0 N3 · cosб +N4=0

E Fy (F) = 0 N1+Ra+N3·sinб=0

N3 = - N1 - Ra/sinб = P - 4,5 P/sinб = - 3,5 P/sinб = - 150кН

N4 = - N3cosб = 3,5P·d/h = 105кН

3. Вырезаем узел 1 N5 = 1 1'

N8 = 1 2

E Fx (F) = 0 - N4 + N8 =0 N8=N4= 3,5 P =105kH

E Fy (F) = 0 N5 = 0

4. Вырезаем узел 1' N6 = 1'2'

N7 = 1'2

E Fx (F) = 0 - N2 + N6 - N3cosб + N7cosб = 0

E Fy (F) = 0 - P - N5 - N3sinб - N7sinб = 0

N 7 = ( - P + 3,5 P/sinб ·sinб) / sinб = 2,5 P/sinб = 107кН

N 6= N2 + N3cosб - N7cosб = - 3,5 Pcosб/sinб - 2,5 Pcosб/sinб = - 6P·d/h = - 180кН

5. Вырезаем узел 2' N10 = 2'3'

N9 = 2'2

E Fx (F) = 0 - N6 + N10 =0 N10=N6= - 6P· d/h = - 180кН

E Fy (F) = 0 N9 = - P = - 30кН

6. Вырезаем узел 2 N11= 2 3'

N12= 2 3

E Fx (F) = 0 - N8 + N12 - N7sinб + N11cosб = 0

E Fy (F) = 0 N9 + N7sinб + N11sinб = 0

N11= (P - 2,5 P/sinб · sinб) / sinб = - 1,5P/sinб = - 64,3кН

N12=N8 + N7sinб - N11cosб = 3, 5P·d/h + 2,5Psinб/sinб + 1,5Pcosб/sinб = 7,5P·d/h = 225кН

7. Вырезаем узел 3 N13= 3 3'

N16= 3 4

E Fx (F) = 0 - N12 + N16 =0 N16=N12= 7,5P·d/h = 225кН

E Fy (F) = 0 N13 = 0

8. Вырезаем узел 3' N14= 3'4'

N15= 3'4

E Fx (F) = 0 - N10 + N14 - N11cosб + N15cosб = 0

E Fy (F) = 0 - P - N13 - N11sinб - N15sinб = 0

N15 = ( - P - N13 - N11sinб) / sinб = (-P +1,5P/sinб · sinб) / sinб = 0,5P/sinб = 21,4kH

N14 = N10 + N11cosб - N15coбs = - 6Pcosб/sinб - 1,5Pcosб/sinб - 0,5Pcosб/sinб = - 8P·d/h = - 240кН

9. Вырезаем узел 4' N18= 4'5'

N17= 4'4

E Fx (F) = 0 - N14 + N18 =0 N18=N 12= - 8 P · d/h = - 240кН

E Fy (F) = 0 - P - N17=0 N17= - P = - 30кН

10. Вырезаем узел 4 N19= 4 5'

N20= 4 5

E Fx (F) = 0 - N16 + N20 - N15sinб + N9cosб = 0

E Fy (F) = 0 N17+ N15cosб + N19sinб = 0

N19 = ( - N17 - N15cosб/sinб) / sinб = (P - 0,5P/sinб · cosб) / cosб =0,5P/sinб · d/h =21,4кН

N20=N16 + N15sinб - N19cosб =7,5Pcosб/sinб + 0,5 Psinб/sinб - 0,5 Pcosб/sinб =7,5P·d/h =225кН

Таблица

2.3 Расчёт и конструирование узла 4'