Русские инженеры изобрели множество современных видов сварки, да и первая в мире сварная скульптура — "Рабочий и колхозница" — отечественного происхождения. Однако патенты на эти изобретения получили иностранцы.

Нас повсюду окружают металлические конструкции, и большинство из них — сварные. Сегодня трудно пройти по городу и не наткнуться на голубой огонек сварочного аппарата. Между тем современные методы сварки появились всего сто лет назад и изменили мир далеко не сразу.

Примитивная кузнечная сварка, впрочем, существовала еще в древнем мире. Обработанные куски металла — меди, золота, серебра — нагревали и соединяли друг с другом.

Потом появилась бронза, нагреть которую до нужной температуры было гораздо труднее. Тогда безымянные мастера изобрели литейную сварку: бронзовые пластины подгонялись друг к другу и зазор между ними заполнялся расплавленным металлом. Древние мастера открыли искусство пайки, соединяя металлы при помощи сплавов, которые плавились при более низкой температуре.

Так, сплав 20% золота и 80% меди имел температуру плавления 886 C°, тогда как каждый из исходных металлов — более 1060 C°.

Еще в египетских пирамидах находили изделия из золота и серебра, спаянные оловом.

Горе от ума

Повышение качества сварки требовало мощного источника энергии, который мог бы расплавить прилегающие участки металла. Такой источник появился после изобретения итальянским физиком Алессандро Вольта электрической батареи.

Это позволило применять электричество в промышленности, и пионером здесь выступил русский профессор Василий Петров, который в 1802 году получил при помощи мощной батареи вольтову дугу — постоянный электрический разряд, создающий высокую температуру. Но только через 80 лет это открытие привело к появлению — опять-таки в России — электросварки.

Автором нового метода стал механик-самоучка Николай Бенардос, сделавший почти полторы сотни изобретений — от скороварки до оригинального летательного аппарата. В 1882 году Бенардос создал аппарат, который назвал "Электрогефестом" в честь греческого бога-кузнеца. Он состоял из генератора тока, угольного электрода и размещенной между ними батареи аккумуляторов. Подключаясь к металлическому изделию, ток создавал между ним и электродом дугу, плавившую металл.

О своевременности изобретения Бенардоса говорит хотя бы то, что всего за два года оно было запатентовано в десятке европейских стран и США. Россия, к сожалению, оказалась последней — в самом конце 1886 года она выдала ученому "Привилегию на способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока".

После этого в Петербурге была основана компания "Электрогефест", где Бенардос был и директором, и конструктором, и рабочим-сварщиком. Первым предприятием, купившим у него сварочный аппарат, стали ремонтные мастерские Николаевской железной дороги. Сварка оказалась весьма прибыльным делом, но не для ее изобретателя. Набрав краткосрочных кредитов, Бенардос не сумел их вернуть, и его фирма разорилась. Беда, как известно, не приходит одна: вскоре дала о себе знать многолетняя работа с аккумуляторами — пары свинца вызвали у изобретателя душевное расстройство.

Бенардос умер в разгар революции 1905 года в богадельне украинского городка Фастов. К тому времени в разных странах мира работало больше тысячи сварочных аппаратов.

Электросварка угольным электродом была не очень удобной, поскольку хрупкий уголь крошился и его было необходимо постоянно заменять. К тому же при сварке в шов попадали оксидные включения, сера и фосфор; металл выгорал и становился хрупким.

Эти недостатки очень скоро исправил другой русский изобретатель — горный инженер Николай Славянов. В бытность свою директором Пермского оружейного завода в Мотовилихе он начал применять аппарат Бенардоса для изготовления пушек и существенно улучшил его. Славянов заменил угольный электрод стальным, а сварную поверхность защитил слоем шлака, так называемого флюса, что повышало качество сварки. Вместо громоздкой аккумуляторной батареи Бенардоса он разработал сварочный генератор на тысячу ампер.

Славянов же изготовил первый сварочный автомат. Новый метод Николай Славянов разработал в 1888 году и быстро получил патенты в пяти странах. Россия на этот раз оказалась первой, поскольку директор завода был личностью куда более влиятельной, чем бедный инженер.

В 1892 году Русское техническое общество вручило Славянову медаль, а в следующем году на Всемирной выставке в Чикаго он получил еще одну.

На выставку он привез удивительный экспонат — стальной пятикилограммовый стакан, к которому были прочно приварены стержни из девяти разных металлов. К Славянову сразу же явился бизнесмен Джордж Лоу и за хорошие деньги купил несколько сварочных аппаратов.

Но отнюдь не для работы. В 1897 году, когда Славянов внезапно скончался (какой-то рок висел над русскими изобретателями!), Лоу выдал его изобретение за свое собственное и стал торговать им без зазрения совести. В американской литературе Лоу до сих пор называют изобретателем дуговой сварки, а имена Бенардоса и Славянова забыты везде, кроме России.

Монументальная сварка

Метод Славянова был небезупречным — металл электрода при плавлении насыщал шов кислородом, взятым из воздуха. Швед Отто Кельберг первым придумал покрывать электроды материалами, защищавшими металл от воздуха. Позже в состав защиты начали включать вещества, улучшавшие качество металла.

Но это было уже не в России: после смерти Славянова сварочные работы у нас фактически прекратились, металлические детали по-прежнему скрепляли паровым молотом. Как ни странно, то же делали в передовой Германии — "стальной король" Крупп почему-то испытывал предубеждение против сварки, а его слово в промышленности было законом.

В России первые масштабные сварочные работы организовал в 1920 году инженер Валентин Вологдин — во Владивостоке он начал строить суда, паровые котлы и нефтецистерны. К тому времени дуговая сварка утвердилась во всем мире, но оборудование для нее Советам пришлось покупать за границей.

Чтобы исправить положение, в Киеве в 1934 году был создан Институт электросварки, который возглавил 64-летний академик Евгений Оскарович Патон. Еще в юности узнав об опытах Бенардоса, он посвятил всю жизнь повышению качества сварки.

В 30-е годы, впрочем, казалось, что это качество и так достаточно высоко. Но тут в Европе внезапно обрушилось несколько сварных мостов; тысячи цистерн, баков, железнодорожных вагонов списывались из-за трещин в сварных конструкциях. Инженеры всех стран бились над разгадкой, но нашел ее академик Патон.

Он обнаружил, что сварка на воздухе делает металл хрупким, и, чтобы решить эту проблему, по давно забытому методу Славянова стал защищать привариваемую поверхность слоем флюса. В 1937 году в СССР был создан первый в мире сварной памятник — "Рабочий и колхозница" Веры Мухиной, стоящий до сих пор!

Гори, гори ясно

В США наибольшее развитие получила не дуговая, а контактная сварка, которую в 1886 году изобрел 33-летний физик Элиху Томсон. Он подвел к двум свариваемым поверхностям ток мощностью до 20 тыс. ампер. После сварки металл требовалось проковать, поэтому метод Томсона назвали электрической ковкой. Томсон оказался не только изобретателем, но и удачливым бизнесменом — его компания "Томсон-Хьюстон" была второй в Штатах после фирмы Эдисона, а в 1892 году объединилась с последней в корпорацию "Дженерал электрик". Ее специалисты перед Русско-японской войной наладили в Японии сварочные работы, благодаря которым японские корабли были легче, прочнее и маневреннее российских.

Если в Штатах стараниями Эдисона, Томсона и их коллег электротехника шла вперед семимильными шагами, то в Старом свете электричество оставалось дорогим и достаточно экзотическим. Поэтому там был изобретен второй главный метод сварки — газовый. В 1895 году француз Анри Луи Ле Шателье первым применил для сварки ацетилен. Этот газ легко плавил металл, но при горении образовывал толстый слой нагара, засорявший любую горелку. В 1899-м инженер Эдмон Фуше изобрел горелку, где ацетилен смешивался с кислородом до выхода наружу и горел без копоти. Газовые горелки не нуждались в электричестве, были подвижны и просты в эксплуатации.

Самое широкое распространение газовая сварка получила в Германии; не случайно француз Фуше запатентовал свою горелку именно там. Отношения между двумя странами были весьма напряженными, и Фуше пришлось эмигрировать — его обвиняли в измене и грозили тюрьмой.

Но дело было сделано: в 1902 году немцы создали аппарат для промышленного получения кислорода и начали активно применять газовую сварку для изготовления и ремонта техники. По тому же пути пошли другие страны Европы. Полной победе газа над электричеством мешало только то, что газовая сварка была маломощной и не годилась для масштабных работ.

Перекуём орала на мечи

Толчком к развитию сварки стала подготовка европейских держав к войне. Поправ заветы старика Круппа, немцы воспользовались сваркой для нарушения условий Версальского договора — как известно, он ограничивал тоннаж германского флота. Поскольку при одинаковом дедвейте сварной корпус корабля весит на 15% меньше клепаного, на немецких крейсерах удалось разместить больше вооружения. Узнав об этом, британское Адмиралтейство велело изготавливать все новые корабли сварным методом. А когда в Штатах научились сваривать алюминий, сварные конструкции стали использоваться и в самолетах.

Ученые в поте лица изобретали новые технологии сварки. Больше всего усилий уходило на автоматизацию сварочного процесса — при ручной сварке просто не удалось бы обеспечить выпуск десятков тысяч сходивших с конвейера танков и пушек. Автоматическая сварка была почти одновременно внедрена в США, Германии и Советском Союзе.

После захвата немцами Киева центром разработки новых методов сварки стал московский институт ЦНИИТМАШ. Там был изобретен сварочный поезд-автомат, который за один только 1942 год сварил почти 30 тыс. рельсовых стыков. Там же впервые в мире осуществили автоматическую электросварку под водой.

Соединенные Штаты после нападения японцев на Перл-Харбор приняли решение увеличить тоннаж военных судов в два с половиной раза. Этого нельзя было сделать без помощи сварки, и за два года ее объем вырос втрое. Вдобавок средний цикл постройки сократился в полтора раза. На калифорнийской верфи "Ричмонд Ярд" поставили рекорд, собрав эсминец за четыре дня. Применение сварки также позволило США точно к сроку изготовить первые атомные бомбы.

После войны продолжали появляться новые виды сварки: плазменная, электронная, лазерная и даже ультразвуковая, которую применяют в самых деликатных сферах — электронике и медицине (например, при соединении сломанных костей).

Впрочем, все эти виды сварки пока используются ограниченно — их внедрение весьма и весьма затратно. Толчок к их развитию может дать исследование космоса — строительные работы на околоземной орбите, то есть в безвоздушном пространстве, потребуют разработки революционных методов сварки. Не обойтись без них и при освоении других планет, поэтому в США сваркой занимается специальная лаборатория при НАСА.

У нас пока все более традиционно — сварочные аппараты и ацетиленовые горелки. Поэтому не исключено, что, когда новые сварочные методы, будь то лазер или ультразвук, в очередной раз перевернут мир технологий, нам опять придется покупать патенты у иностранцев.

Автор Вадим Эрлихман