Статьи

1842 – 1905

Биография

Первым в мире электрическую дуговую сварку осуществил Николай Николаевич Бенардос. Он является создателем основных видов электрической дуговой сварки, а также контактной сварки, получивших развитие в современной промышленности. За свою жизнь им было сделано более 100 изобретений в различных отраслях науки и техники.

Николай Николаевич Бенардос родился 26 июня (8 июля) 1842 г. в семье, в которой основной профессией для мужского поколения была военная служба. Дед Николая Николаевича – русский генерал Пантелеймон Бенардос был участником Отечественной войны 1812 г. Отец – полковник Николай Пантелеймонович Бенардос – был женат на Екатерине Васильевне Свешниковой. Детство Николай Николаевич провел в имении родителей в Херсонской губернии. Получив домашнее образование, в 1862 г. поступил в Киевский университет на медицинский факультет. В 1866 г. оставив университет, поступил в Петровскую земледельческую академию в Москве. Умер Н.Н. Бенардос на 63-м году жизни 8 (21) сентября 1905 г. в г. Фастове на Украине.

Первые его изобретения касались преимущественно сельского хозяйства и транспорта. Им были разработаны усовершенствованные плуги, сеялки, жатвенная машина, снаряд для перевозки дров, пароходные колеса, металлические шпалы и многое другое. В 1873 г. им была построена модель парохода на катках, переходящего мели и обходящего разные препятствия по рельсовому пути.

Поездка в 1876 г. на выставку за границу положила начало сотрудничества с Павлом Николаевичем Яблочковым. В тот период Н.Н. Бенардоса больше всего увлекала новая область практического применения электричества. В результате он создал подсвечник для свечи П.Н. Яблочкова с автоматическим переключением тока, дуговую лампу, машину для изоляции кабеля, машину для оплетки проводов, коммутаторы, реостаты, в том числе водяной реостат.

Рис.1. Аккумулятор, изобретенный Н.Н. Бенардосом

Крупным его изобретением были аккумуляторы – сначала для электрического освещения, а впоследствии для электрической сварки. В аккумуляторе Н.Н. Бенардоса (рис.1) пластины были выполнены из свинцовой рамы, в которую под наклоном впаяны прямые и волнистые (по очереди) свинцовые полосы. Такая конструкция пластин увеличивала их действующую поверхность и давала возможность свободно проходить электролиту, а при разряде-заряде свободно «дышать», т.е. расширяться и сокращаться. Эти особенности позволяли аккумулятору выдерживать большой разрядный ток, а на заряде быстро восстанавливаться. Позднее Н.Н. Бенардосом были предложены пластины из губчатого свинца с изоляцией из порошка пемзы, предохраняющей пластины от коробления.

Работы над созданием крупных аккумуляторных батарей привели его в 1882 г. к изобретению «Способа соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока».

Рис.2. Привилегия (патент), выданная Н.Н. Бенардосу на изобретение электрической дуговой сварки металлов

На это изобретение Н.Н. Бенардосу были выданы патенты в России, Франции, Бельгии, Великобритании, Италии, Германии, Швеции, Норвегии, Дании, Испании, Швейцарии, США и Австро-Венгрии. В описании к привилегии (рис.2, Приложение 1), выданной ему в Петербурге в 1886 г., сущность изобретения поясняется следующим образом:

«Предмет изобретения составляет способ соединения и разъединения металлов действием электрического тока, названный «электрогефест» и основанный на непосредственном образовании вольтовой дуги между местом обработки металла, составляющим один электрод, и подводимою к этому месту рукояткой, содержащею другой электрод, соединенный с соответственным полюсом электрического тока. С помощью этого способа могут быть выполнены следующие работы: соединение частей между собой, разъединение и разрезывание металлов на части, сверление или производство отверстий и полостей и наплавление слоями. Вольтова дуга образуется в месте, где должна быть произведена одна из вышеупомянутых работ, приближением угля (или другого проводящего вещества) к обрабатываемой части, причем этот уголь будет положительным или отрицательным полюсом, а другим полюсом будет обрабатываемая часть. Угли или вещества, заменяющие уголь, могут иметь различные формы».

Под веществом, заменяющим уголь, подразумевались не только электроды из различного металла самой разнообразной формы, но также их различные сочетания: как металлические с угольными, так и угольные с металлическими стержнями, флюсом и т. п.

Рис.3. Чертежи к описанию аппаратуры и способов применения электрической дуговой сварки, приведенные в привилегии, выданной Н.Н. Бенардосу

Как видно из описания и чертежа к привилегии (рис.3), Н.Н. Бенардосом еще в заявке на изобретение была разработана не только ручная сварка в шов, в том виде, в каком она применяется и по настоящее время, но и сварочная аппаратура, в том числе устройство (полуавтомат) для механизированной сварки угольной дугой и различные способы соединения сварных швов внахлестку, встык, заклепками, а также резка металлов.

По объяснению Н.Н. Бенардоса, «описанный способ применим во многих случаях: для сварки металлов, для заливки трещин, раковин и пр., для осталевания инструментов, для прикрепления хомутов, ребер и т. п., в судостроении – для постройки непроницаемых перегородок, в артиллерии – для снарядов с герметическою оболочкой и т. д.».

Привилегия, выданная Н.Н. Бенардосу, подтверждает его приоритет на изобретение способа неразъемного соединения двух металлов, в котором нагрев и расплавление металлов в месте соединения осуществляется электрической дугой – электрическую дуговую сварку. В дальнейшем он разработал различные видоизменения своего способа, разнообразную аппаратуру и приспособления и создал тип электрического аккумулятора для питания дуги.

Имя Н.Н. Бенардоса получило широкую известность в научно-технических кругах не только России, но и за границей. Иностранные научные общества проводили специальные доклады, крупнейшие ученые приезжали в Петербург знакомиться с его выдающимся изобретением. Современник Н.Н. Бенардоса, русский ученый, физик и электротехник Дмитрий Александрович Лачинов, присутствовавший в 1887 г. на опытах Бенардоса вместе с другими представителями науки и техники, в том числе с приехавшим из Берлина немецким ученым доктором Рихардом Рюльманом, писал (Приложение 2):

«На днях мы присутствовали па опытах электрического паяния в мастерской г. Бенардоса, в сообществе нескольких техников и ученых, которые были чрезвычайно заинтересованы новым изобретением и по окончании опытов долго продолжали обсуждать все виденное...».

«Самый опыт, – продолжает Д.А. Лачинов, – производит необычайное впечатление на неподготовленного зрителя. Допустим, что спаиваются два железных листа встык: сложив их краями, мастер берет паяльник в руку и прикасается им ко шву. В то же мгновение, из угля, со взрывом, вырывается голубоватая вольтова дуга более сантиметра толщиною, окруженная широким желтым пламенем и по временам достигающая 5-6 сантиметров длины (2½ дюйма). Управляемая рукою мастера, дуга начинает лизать линию спайки; то место, к которому она прикоснулась, мгновенно плавится, испуская ослепительный свет и разбрасывая снопы искр, причем жидкое железо протекает в скважину между листами и соединяет их. Таким образом, мастер проводит дугою вдоль всего шва, который предварительно посыпает мелким песком, служащим для растворения окалины.

При толстых листах необходимо перевернуть их и пройти паяльником по изнанке, потому что жидкое железо не может сразу проникнуть через глубокую щель. При пайке еще более толстых полос приходится предварительно стачивать вкось их края, чтобы сложенные вместе, они образовали род желоба. В этот желоб вкладывается железный стержень, который, будучи расплавлен вольтовой дугой, заполняет собой как щель, так и желоб и соединяет оба куска в одно целое. После очищения окалины, самое внимательное исследование не позволяет открыть ни малейшего следа спайки: железо представляется сплошным».

«Мы привели выше, – пишет далее Д. А. Лачинов, – только один пример пайки, но само собою понятно, что «электрогефест» приложим и к другим родам скреплений, употребляемых в слесарном и машинном деле: можно паять листы внахлест и под углом, спаивать трубки вдоль и поперек и т. д. Все, что сказано о железе, применимо к стали и чугуну...».

Работая еще раньше над исследованием свойств электрической дуги в применении к освещению, Д. А. Лачинов также производил опыты и по резке металлов, в особенности под водой. В той же статье, говоря о применении способа Н. Н. Бенардоса для резки металлов, Д. А. Лачинов пишет:

«Из других виденных нами опытов считаем необходимым остановиться на проплавлении дыр в толстых металлических листах. Для этой цели лист кладется не на рабочий стол, но на особый штатив и соединяется с положительным полюсом батареи, затем подводят под него отрицательный уголь и держат на одном месте; железо плавится и стекает вниз; через каких-нибудь 5-6 секунд двойной лист в 16 миллиметров толщины проплавлен насквозь и пламя пробивается через него наружу. Теперь переносят уголь наверх и, вставив его в отверстие, сглаживают верхний край этого последнего. Если требуется склепать два листа (как было в данном случае), то в отверстие вставляется железный цилиндр, выступающий примерно на два сантиметра с обеих сторон; под влиянием вольтовой дуги выступающая часть в 3-4 секунды тает, как сальный огарок и расплывается грибом по листу, образуя головку заклепки; несколько ударов молотом придают последней правильную форму; то же повторяется и с другой стороны…

Весьма интересно также плавление металлов под водой, на возможность которого мы указали изобретателю еще в прошлом году на основании личного опыта. Для этой цели в большой чан с водой погружают металл и уголь, соединенные с батареей. При их соприкосновении образуется вольтова дуга менее яркая, чем на воздухе, но вполне достаточная, чтобы продырявить или разрезать железо. Кто знает, какое применение может найти этот опыт в морском деле? Вообще, что касается применений «электрогефеста», то они так разнообразны, что трудно высказать об них даже догадки».

Опыт Д. А. Лачинова и Н. Н. Бенардоса по сварке и резке под водой был повторен в 1932 г. советским ученым К. К. Хреновым, который в годы Великой Отечественной войны довел до совершенства и широко внедрил подводную сварку и резку металлов при восстановлении мостов и ремонте подводной части кораблей.

Немецкий ученый профессор доктор Р. Рюльман, выступивший по возвращении в Германию с рядом докладов об этом изобретении, писал в статье, опубликованной в журнале «Электричество»:

«Хотя в разное время были сделаны опыты применения действия теплоты вольтовой дуги к свариванию и спаиванию металлов, но на этом поприще, за исключением способа Бенардоса, до сих пор еще не было получено технических результатов, имеющих какое-нибудь практическое значение. Только путем научных соображений, тщательных опытов и долголетних, настойчивых трудов г. Бенардос возвел обработку металлов электрическим путем в стройную систему позволяющую многостороннее применение ее на практике и предназначенную заменить во множестве случаев другие способы обработки металлов, применяемые до сего времени.

Рис.4. Различные виды сварных соединений, разработанные Н.Н. Бенардосом (Р. Рюльман)

Означенным способом, кроме того, можно производить над металлами известные работы, до сих пор считавшиеся неисполнимыми. Прибавляю, что вопрос этот разработан изобретателем настолько, что электрическое паяние может вполне уже применяться на практике».

В своей статье он подробно описал устройство мастерской, технологию, а также привел 14 разных способов соединения листов при сварке, разработанные Н.Н. Бенардосом (рис.4).

Оборудование мастерской, в которой Н.Н. Бенардос, производил свои опыты, состояло из паровой машины мощностью 20-23 л.с. приводившей в действие электрический генератор; параллельно генератору была подключена батарея, состоявшая из 200 аккумуляторов конструкции Бенардоса. Аккумуляторы были расположены в несколько параллельных рядов и выполняли роль буфера, принимая на себя толчки, вызываемые резкими изменениями тока. Схема установки, рассчитанной на сварочный ток около 150-200 А, приведена на рис.5.

В мастерской были установлены три сварочных поста и необходимое вспомогательное оборудование. По типу мастерской Н.Н. Бенардоса были оборудованы и первые сварочные цехи того времени.

Говоря далее о применении нового способа на практике, Р. Рюльман, так же как и Д.А. Лачинов, указывал на возможность использования этого способа в производстве паровых котлов без заклепок, железных судов, при наплавке более твердой стали на различного рода инструмент, сварке и резке металлов под водой и т. п.

Рис.5. Схема питания сварочных постов в мастерской Н.Н. Бенардоса

В заключение немецкий ученый писал: «Ныне нет возможности предвидеть, в скольких случаях в будущем применится это новое вспомогательное средство металлической техники. Но я не сомневаюсь, что способ Бенардоса спаивания и сплавливания произведет полный переворот во многих отраслях металлического производства».

В России способ Н.Н. Бенардоса был впервые применен в 1887-1888 гг. в Воронежских паровозных мастерских Козловско-Воронежско-Ростовской железной дороги и в Рославльских мастерских Орловско-Витебской железной дороги для исправления паровозных и вагонных колес, рам, решеток и т. п. Установка, от которой производились сварочные работы, состояла из динамомашины на 100 А и 175 В и батареи из 350 аккумуляторов системы Н.Н. Бенардоса.

Об этом первом в мире внедрении в производство электрической дуговой сварки рассказал в докладе на 15 съезде инженеров службы подвижного состава и тяги в С.-Петербурге инженер Ф.И. Герц (Приложение 3).

«В настоящее время исправление колес при помощи электрогефеста настолько у нас установилось, что уже ни одно колесо не исправляется иным способом... Исправление по этому способу производится настолько быстро, что наш колесный парк теперь почти освобожден от поврежденных паровозных колес. Кроме исправления колес, специальностью электрогефеста сделалась сварка паровозных рам».

Приводя далее в перечне работ исправления бронзовых золотников, железных решеток, крестовин и т. п., Ф.И. Герц пришел к следующему заключению о применении электросварки: «Они так разнообразны и многочисленны, что в настоящее время мы не можем даже себе представить, как бы мы обошлись без помощи электрогефеста».

В течение первых пяти лет своего существования способ Н.Н. Бенардоса, кроме Рославльских мастерских, нашел применение в железнодорожных мастерских Воронежа, Ростова-на-Дону, на Коломенском заводе в Голутвине, на заводе Гужона в Москве, на Невском машиностроительном заводе, заводе Лесснера в Петербурге и др.

За границей способом Бенардоса пользовались не только для самого разнообразного ремонта, но и для изготовления новых изделий.

Так, на заводе Лойд-Лойд способ Н.Н. Бенардоса сначала применялся исключительно для изготовления резервуаров из листового железа для тормозов системы Вестингауза, а затем, для производства сварных груб. Установка состояла из трех динамомашии по 200 А и 150 В каждая и батареи из 1450 аккумуляторов.

Широкое применение способ Бенардоса получил на Швельмских заводах Мюллера (Вестфалия) для изготовления железных бочек и сосудов самых разнообразных размеров. Ежегодный выпуск сварных бочек и сосудов достигал 45 тыс. штук. В постоянном действии на заводе находились 15 плавильников, питание которых производилось от установки, состоявшей из динамомашины на 800 А и 100 В и батареи системы Н.Н. Бенардоса из 2400 аккумуляторов.

К середине 90-х годов 19 века способ Н.Н. Бенардоса получил распространение в одной лишь Англии более чем на 20 заводах, а всего в разных странах – на 100 заводах.

Рис.6. Угольные и металлические электроды, разработанные Н.Н. Бенардосом

Н.Н. Бенардос изобрел не только способ сварки угольной дугой, но, и все основные способы дуговой электрической сварки. В разработанных им чертежах содержится много приспособлений и устройств, несколько систем автоматов для сварки угольным электродом, автоматы с металлическим электродом, а также угольные и металлические электроды самой разнообразной формы и сочетаний.

Как видно из рис.6, им были предложены угольные электроды, как сплошные, так и полые, с помещенным внутри металлическим стержнем или шихтой, состоящей из металла в измельченном виде с прибавкой флюсов в виде кварца, буры, нашатыря и др. В некоторых случаях употреблялись угольные электроды в виде конуса, круга и других форм. Металлические электроды также были различны по форме – либо в виде прямолинейного стержня, либо в виде спирали, сектора, круга и др. Последние рекомендовалось использовать, когда требовалось отлить значительное количество металла без перерыва сварки. Но самым удобным видом электрода Н.Н. Бенардос считал комбинированный электрод, состоящий из тонкого угольного электрода, обложенного кругом металлическими прутками или полосками. «При сварке такими электродами, – писал он, – дуга держится спокойно, сварка происходит хорошо и без предварительного подогрева обрабатываемого предмета».

В исканиях различных форм электродов Н. Н. Бенардос стремился механизировать процесс сварки; интересным видом малой механизации сварки металлическим электродом являются два типа электродов из числа представленных на рис.6: первый представляет собой сектор, состоящий из ряда стержней, изогнутых по дугам кругов разного диаметра и соединенных между собой тонкой перепонкой, до которой каждый из них при движении сектора расплавляется; второй тип является видоизменением первого и состоит из стержня изогнутого по спирали. Отдельные витки спирали в этом типе электрода также соединены между собой тонкой перепонкой.

Рис.7. Электрододержатель для угольного электрода

Для закрепления электродов и поддержания дуги были разработаны различные устройства, названные им электропаяльниками, некоторые из которых являются прототипами современных устройств. Простейший тип электрододержателя для угольного электрода, сохранивший свой вид до наших дней, представлен на рис.7.

На рис.8 представлено приспособление, для формирования шва при вертикальной сварке, осуществляемой снизу вверх.

Также Н.Н. Бенардос работал над использованием электромагнитных явлений в процессе электрической дуговой сварки. Им впервые был применен электромагнит для закрепления сварочных изделий в желаемом направлении и разработан способ магнитного управления дугой.

Рис.8. Приспособление для сварки вертикальных швов

На рис.9 представлено устройство для сварки косвенно действующей дугой, горящей между двумя угольными электродами и снабженное электромагнитом, направляющим дугу в желаемую сторону. В этом устройстве впервые был применен электромагнит для автоматического регулирования дуги.

Устройство с косвенно действующей дугой явилось прототипом способа, впоследствии получившего название способа Церенера.

Чтобы предотвратить во время сварки отбрасывание дуги в стороны и сделать ее устойчивой, Н.Н. Бенардос создал магнитное поле вокруг дуги путем опоясывания нескольких витков вокруг электрода из того же проводника, который подает ток к электроду.

По своей технической идее и назначению это устройство является прототипом современных сварочных головок.

Рис.9. Устройство для сварки косвенной (независимой) дугой с автоматическим регулятором длины дуги

Стремясь увеличить площадь нагрева и образовать защитную среду в зоне сварки, Н.Н. Бенардос создал сварку в струе газа. «Работа дугой совместно с газами, – писал Н.Н. Бенардос, – служит для увеличения поля нагрева и раскисления поверхностей обрабатываемых металлов».

Приспособления для сварки в струе газа показаны на рис.10 и рис.11. Этот метод сварки нашел применение почти полвека спустя и был назван американцами «способом Александера».

Н.Н. Бенардосом впервые в мире была предложена сварка металлическим электродом на переменном токе, для чего им был разработан электропаяльник с автоматическим регулятором длины дуги (рис.12), а также различные приспособления для механизации и автоматизации процесса сварки металлическим электродом, которые нашли применение в наши дни под названием способа сварки наклонным электродом.

На рис.13 прямой металлический электрод, на рис.14 электрод, свернутый спиралью, поставлены в наклонном положении и подаются вручную вращением рукоятки. На рис.15 дуга закрыта, и подача электрода достигается автоматически давлением пружины. Наклон электрода во всех указанных устройствах мог меняться по желанию.

В целях автоматизации процесса Николай Николаевич впервые разработал несколько автоматических устройств для сварки, являющихся прототипами сварочных автоматов и полуавтоматов.

На рис.16 представлено устройство для сварки продольных швов металлическим электродом. В этой конструкции, по мере плавления неподвижного металлического электрода, подвигалась тележка, поддерживающая конец электрода с прикрепленным к ней автоматическим регулятором тока и длины дуги.

Рис.10. Держатель для сварки угольной дугой прямого действия в атмосфере защитного газа

На рис.17 изображен станок для сварки продольных швов листов, труб и цилиндров большого диаметра, угольной автоматически регулируемой дугой. Обрабатываемое изделие было закреплено неподвижно, а устройство, в котором закреплен электрод, двигалось вдоль шва вперед и назад, после чего проходили прокатные валки, подвергающие шов прокатке.

Кроме сварки, Н.Н. Бенардос уделял большое внимание наплавочным работам, для которых им было разработано несколько устройств, представленных на рис.18.

Первое (рис.18а) представляет собой «ручной паяльник для наплавления металлов; А – есть металлический стержень, плавящийся в точке прикосновения к углю В. Расплавленный металл стекает по бокам угля на данную поверхность». В этой конструкции приготовление присадочного металла вынесено из зоны сварки.

Конструкция на рис.18б представляет собой «ручной электропаяльник с металлическим стержнем А и четырьмя углями В». По мере плавления стержень опускался вниз.

Для увеличения количества наплавляемого металла был разработан дополнительный прием к основному способу.

По описанию Н.Н. Бенардоса, рис.19 «изображает расплавливание металлического бруска, введенного концом в вольтову дугу, образованную между угольным электродом и данной металлической поверхностью. Такая работа наплавливания металла начиналась обыкновенно с того, что предварительно то место предмета, куда надлежало прилить металл, расплавлялось вольтовой дугой от угля и затем, когда уже образовывался жидкий слой металла, в дугу вводился рукой металлический брусок таким образом, чтобы к концу его прикасался угольный стержень, как показано на рисунке.

Рис.11. Держатель для сварки независимой дугой в атмосфере защитного газа

Ток, проходя по концу бруска, плавил его и по мере плавления уголь подвигался выше, а брусок опускался вниз, поддерживая дугу. При этом через известный промежуток времени, металлический стержень отводился в сторону, а работа продолжалась дугой от угля, чтобы дать время выделиться из массы налитого металла пузырькам газов и шлакам. Этим приемом оканчивалась всякая работа, при которой получалась мало-мальски значительная масса жидкого металла».

Рис.12. Держатель (электропаяльник) с автоматическим регулятором длины дуги

Таким образом, для получения большого количества расплавленного присадочного металла, Н.Н. Бенардос не только вводил присадочный металл в виде бруска в зону дуги, горящей между угольным электродом и основным металлом, а включал брусок последовательно в электрическую цепь указанным приемом и возбуждал дугу между металлическим бруском и основным металлом, оставляя в то же время под воздействием тока угольного электрода значительную часть бруска. Благодаря этому увеличивалась скорость плавления бруска за счет дополнительного подогрева протекающим током.

Рис.13. Устройство для сварки наклонным электродом

Брусок в этом случае уже представлял собой металлический электрод, расплавляющийся под действием дуги и нагрева протекающим током. Эта схема является прототипом современной двухэлектродной сварки.

При работе вручную металлическим электродом Николай Николаевич применял прием, показанный на рис.20. «С помощью этого приема, – пояснял он, – я производил заплавливание трещин, раковин, пустот и т. п. посредством прямолинейного металлического электрода без употребления автоматического регулятора.

Рис.14. Устройство для сварки спиральным наклонным электродом

Надо заметить, что образовать вольтову дугу между двумя металлами весьма трудно, так как в момент соприкосновения электродов, они припаиваются друг к другу. Для избежания этого я кладу на обрабатываемый предмет возле того места, где предполагается произвести наплавливание, кусочек угля и прикасаюсь стержнем паяльника не к металлу, а к этому углю, вследствие чего последний накаливается и плавит стержень. Затем, когда накопится около угля известное количество жидкого металла, я перевожу вольтову дугу на этот расплавленный металл, на котором она уже легко держится, и продолжаю работу. Предмет перед началом манипуляций обыкновенно подогревается.

Рис.15. Устройство для сварки закрытой дугой наклонным электродом с автоматической подачей

Но если почему-либо этого нельзя было сделать, или предварительное подогревание оказалось недостаточно, то я всегда начинаю работу угольными электродами и затем уже, когда на обрабатываемой поверхности образуется достаточное количество жидкого металла, я заменяю уголь металлическим стержнем и продолжаю, как выше сказано.

Для непрерывности работы с металлическим электродом я обыкновенно употреблял два паяльника, присоединенных к одному разветвляющему проводнику. Пока один паяльник работал, в другой подручным рабочим заправлялся стержень. При отливках металлическим электродом в неметаллическую форму я начинаю работу прямо металлическим стержнем, получаю дугу с положенного уголька на металлический проводник, который должен иметь контакт с наливаемым в форму металлом».

Рис.16. Устройство для сварки металлическим электродом с автоматическим регулятором дуги

На IV электрической выставке в Петербурге в 1892 г. Н.Н. Бенардос демонстрировал целый ряд образцов изделий и приспособлений для процесса электрической сварки. В напечатанном и представленном на выставке описании «электрогефеста» он сообщил, что работы по его способу могут производиться как вручную, так и машинами или станками с регулятором, автоматически поддерживающим длину дуги.

«В некоторых случаях, – пишет он, – дуга направляется в желаемую сторону посредством электромагнита или струи газов, служащих вместе с тем для увеличения поля нагрева вольтовой дуги и раскисления поверхностей обрабатываемых металлов. Вольтова дуга возбуждается различным образом: 1) между обрабатываемым металлом и углем; 2) между двумя металлами; 3) между двумя углями.

Рис.17. Станок для сварки продольных швов

Для возбуждения вольтовой дуги употребляются в большинстве случаев прямые токи и в некоторых случаях переменные. Источником электрического тока служат: динамо-машины, аккумуляторы и первичные батареи».

Среди основных работ, которые могли быть произведены по его способу металлическим электродом, Н.Н. Бенардос перечислял заливку раковин в чугунных и медных отливках, заливку трещин и пустот, сварку отдельных частей или деталей, наплавку изношенных поверхностей, наплавку одного металла на другой для уменьшения коэффициента трения, для предохранения от окисления или же для уменьшения способности изнашиваться благодаря наплавке слоя более твердого или более прочного металла.

«Перечисленные работы, – пишет он далее, – производятся главным образом дугой, возбуждаемой между двумя металлами, один из которых более или менее расплавляется, а другой, расплавляясь совершенно, служа материалом для отливки, приливки или наплавливания, сливается в высшей степени совершенно с первым. Работы эти производятся ручными приборами, причем дуга регулируется рукою рабочего или станками с автоматическими регуляторами, смотря потому, какой источник тока, т. е. производится ли работа прямо от динамо-машины или при помощи аккумуляторов».

а)	б)
Рис.18. Устройства для наплавки металлов

К работам, производимым угольным электродом, Н.Н. Бенардос относил сварку сосудов, резервуаров и т. п. из тонкого листового железа. При сварке всевозможных металлических частей дугой с угольным электродом прямого или косвенного действия свариваемые поверхности нагревались, как он писал, «до варочной температуры, не доводя металл до плавления».

Рис.19. Комбинированный способ наплавки дугой с угольным и металлическим электродами

В зависимости от свариваемых изделий, писал он далее, «сварка бывает ручная, где нагревание частей производится рукой рабочего на обыкновенной наковальне, или сварка бывает машинная, где вся работа производится сварочной машиной, которая автоматически нагревает дугой свариваемый шов и уплотняет, прокатывая его вальцами».

Среди работ, производимых дугой с угольным электродом, Николай Николаевич перечислял резку металлов как на поверхности, так и под водой, нагрев металлов при их закалке, отжиге и т. п., а также электроплавку тугоплавких металлов и приготовление различных сплавов. Экспонаты, выставленные им на этой выставке, были описаны в специально изданном каталоге его изобретений. Среди них перечислялись сваренные пластины встык с разделкой шва, с накладками, в нахлестку, под углом, различные сварные сосуды и их детали, труба из металлической ленты, свернутой спиралью, цилиндры из котельного железа, часть борта спасательного бота с непроницаемыми переборками из листовой стали и т. д. Также были описаны образцы сварки медной проволоки, наплавки меди, олова, свинца на железо, несколько токарных резцов с наплавкой из инструментальной стали, резка котельного и круглого железа, сварка двух отрезков рельсов, локомотивной коленчатой оси и треснувшего колокола. Среди выставленных экспонатов представлены образцы, сваренные металлической дугой, чертежи различных устройств и приемов для осуществления этого процесса.

Рис.20. Схема сварки металлическим электродом с возбуждением дуги на угольной подкладке

Кроме дуговой электросварки, было представлено 5 чертежей устройств для контактной электросварки, разработанной им в 1887 г. На рис.21 представлены клещи для точечной контактной электросварки.

В этот же период им был разработан способ покрытия железных судов медью, чертежи прибора были также представлены на выставке (рис.22).

Прибор состоял из сосуда, в котором расположен медный электрод, плотно прижимаемый к покрываемому медью месту судна. Посредством особых приспособлений сосуд заполнялся медным раствором, через который пропускали ток, соединяя положительный полюс источника тока с медным электродом внутри сосуда и отрицательный – с корпусом судна. Когда данное место было покрыто, раствор выливали, и сосуд передвигали для покрытия медью другой части судна. Кроме этого, Н.Н. Бенардосом были созданы гребные винты, в том числе поворотный, стальная броня для судов, аккумуляторы с пластинами из губчатого свинца, электрическая шлюпка, плуг «электроудобритель», в котором впервые был применен электрический ток для переработки почвы, и многое другое. Также им были составлены проекты и написаны брошюры: 1) проект парохода, переходящего мели (1890 г.), 2) проект снабжения города Петербурга дешевым электрическим током для освещения и движения (1892 г.).

Рис.21. Устройство клещей для точечной сварки

В первой брошюре приводится описание парохода с особыми колесами-катками, на которых пароход мог бы, выходя из воды на берег по особо проложенным рельсовым путям, обходить неудобные для судоходства места; таким образом, не требовалось бы устройства шлюзов и т. п. Мысль избежать устройства шлюзов получила осуществление в более позднее время в виде подъемно-транспортных сооружений, при помощи которых суда поднимались и перевозились по рельсовым путям.

Вторая брошюра содержит проект гидроэлектрической станции на р. Неве у Ивановских порогов и линии электропередачи в Петербург. Этот проект интересен тем, что в нем предлагалось «взять у Невы десяток другой тысяч сил для добычи тут же электрического тока и переслать его в С.-Петербург» в то самое время, когда в Германии осуществлялась первая мощная электропередача Лауфен – Франкфурт в 300 л.с.

Рис.22. Схема устройства для покрытия железных листов медью

В 1891 г. Николай Николаевич разработал «способ ваграночного электропаяния, электроотливки и электронаслоения металлов» (Приложение 4). Сущность этого способа заключается в том, что для нагрева используется тепло, выделяемое при прохождении электрического тока непосредственно через металл, предназначенный для отливки.

Последним по времени изобретением Н.Н. Бенардоса, является «Гидро-электроплавка и накаливание металлов», запатентованное им в 1896 г. (рис.23, Приложение 5). Сущность этого способа заключается в том, что одним из электродов служит струя жидкого водного раствора. Нагрев обрабатываемого изделия, если струя направлена непосредственно на изделие, производится теплом, выделяемым при прохождении тока через струю и металл изделия в месте их контакта, или теплом от электрического разряда, если струя направлена параллельно обрабатываемому изделию.

Рис.23. Устройство для гидро-электроплавки металлов

Паяльники, изображенные на рис.23, имеют разные наконечники в зависимости от величины обрабатываемой площади изделия и рода работы. Подобные паяльники стали прототипами современных устройств для металлизации.

Прогрессивная научно-техническая общественность высоко оценила творческие работы Н.Н. Бенардоса. На IV электрической выставке в 1892 г. за успешное применение дуги в изобретенной им электрической сварке он был удостоен высшей награды Русского технического общества – золотой медали. В 1899 г. Электротехнический институт в Петербурге присвоил ему звание почетного инженера-электрика, поставив его изобретение в один ряд с такими выдающимися русскими изобретениями, как радио А. С. Попова и электролампа накаливания А. Н. Ладыгина (Приложение 6 ). 

Приложения

  Приложение 1. Привилегия, выданная из департамента торговли и мануфактур в 1886 г. дворянину Николаю Бенардосу на способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока

  Приложение 2. Электрическое паяние металлов по способу «Электрогефест»

  Приложение 3. Выборка из доклада Ф.И. Герца, начальника тракции и подвижного состава орловско-витебской железной дороги, сообщенного на 15-м совещательном съезде инженеров службы подвижного состава и тяги русских железных дорог, бывшего в с.-петербурге в январе 1893 г.

  Приложение 4. Описание способа электроотливки и паянья накаливанием

  Приложение 5. «Гидро-электроплавка и накаливание металлов» изобретение Н. Н. Бенардоса

  Приложение 6. М.В.Д. Журнал Совета Электротехнического института императора Александра III 7 декабря 1899 г. №53