Санкт-ПетербургНебольшой дождь+4°C
$ЦБ:73,75ЦБ:89,67OPEC:64,00

Как граненый стакан сделал всемирно известным русского ученого

славянов
© Общественное достояние

«Стакан Славянова» в 1893 году на всемирной выставке в Чикаго получил золотую медаль с формулировкой: «За произведённую техническую революцию». Его фотографии, сопровождающие соответствующую новость, появились во многих газетах Европы и США. О каком же научном прорыве шла речь?

Перед специалистами был продемонстрирован образец сварки из восьми чёрных и цветных металлов, считавшихся на тот момент несоединимыми: бронзы, никеля, стали, меди, чугуна, колокольной бронзы, томпака и нейзильбера. Гранёный цилиндр был изготовлен горным инженером Славяновым методом дуговой электросварки металлическим электродом. Когда двумя годами ранее он получал патенты на описание способа, в том числе в США, американские эксперты не верили в его пригодность. Они утверждали, что «спаять цветные металлы с черными вообще нельзя». В качестве своеобразного ответа Николай Гаврилович сделал тот самый стакан и привез его в Чикаго.

славянов
© Общественное достояние

Изделия из металла научились создавать еще в Железный и Бронзовый века. Пластины соединяли внахлест, путем давления и трения. В Средневековье появилась холодная и горячая ковка. Однако назвать древних умельцев сварщиками нельзя - они скорее были кузнецами и первыми металлургами. До изобретения электричества, электродов и электрической дуги пришлось подождать еще более 500 лет.

Все изменилось с приходом XIX века. Для перехода к новой модели общественно-экономического развития — крупному машинному производству - необходимы были реперные точки. Ими стал паровой двигатель, развитие железных дорог, токарный станок и, конечно, электросварка.

История ее развития началась в 1802 году, когда электрик-самоучка Василий Петров открыл явление электрической дуги. Она представляет собой один из видов электрического заряда в газе. При увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня происходит образование плазмы и горение дуги, которая являла собой мощный и концентрированный источник тепла.

В 1881—1882 годах изобретатели Николай Бенардос и Николай Славянов на основе вышеупомянутой дуги и независимо друг от друга разработали способ соединения металлических деталей с использованием сварки. Правда, между их вариантами существовали серьезные технологические различия. Бернадос предлагал работать с помощью угольного электрода, однако этот метод имел недостатки: он был крайне энергозатратным, а соединение получалось достаточно хрупким и неравномерным. Металл быстро ломался. Кроме того, существовала опасность порчи металла под влиянием высокой температуры угольного электрода и сильного обуглероживания в месте сварки за счет угольных частиц, попадающих в расплавленный металл от накаленного до высокой температуры угольного стержня.

славянов
Фото © Промышленное использование сварки Славянова

Славянов создал принципиально другой способ, который предполагал использование металлического электрода (плавящегося — в связи с чем он называл свой метод «электрическая отливка металлов»). Именно он является аналогом современного и самого распространённого варианта сварки. В качестве второго полюса предлагалось брать присадочный материал – подходили разные виды металла (медные сплавы, чугун, разные сорта стали и железа). Главное условие - их химический состав должен был аналогичен составу свариваемого изделия. Стрежни-электроды расплавлялись под действием дуги, а их толщина варьировалась в зависимости от силы тока.

Новый метод обеспечивал непрерывность плавления и значительное повышение эффективности процесса. Если способ Бенардоса требовал наличие постоянного тока, технология Славянова была более универсальной и предусматривала использование переменного тока. Уже через месяц в присутствии государственной комиссии он сварил коленчатый вал паровой машины. Совершенствуя технологию, изобретатель в том же году разработал дифференциальный электрорегулятор-автомат, способный поддерживать постоянную длину дуги, и создал электросварочный генератор – первый в мире источник питания сварочной дуги постоянным током.

славянов
Фото © Первый в мире электрогенератор для электрической сварки, построенный по проекту Славянова в 1888 году

Николай Гаврилович родился в 1854 году в Воронежской области. Он происходил из старинной обедневшей дворянской семьи, отличившейся в основном ратными делами. Чтобы сын получили достойное образование, родителям даже пришлось продать родовое имение. Как оказалось впоследствии, возложенные на отпрыска надежды были с лихвой оправданы.

После окончания Воронежской гимназии с золотой медалью юноша поступил в старейшее техническое учебное заведение России – Петербургский горный институт. Во время обучения молодой человек проявлял интерес к революционным идеям. Вместе с другим студентом Горного, Григорием Плехановым, имя которого вуз носил с 1956 по 2011 годы, он активно участвовал в волнениях. И если будущий теоретик марксизма был исключен из института за подобное поведение, то Николая Гавриловича от отчисления спасли незаурядные инженерные способности. Например, на последних курсах он разработал авторский проект паровой машины, оснащенной особым парораспределительным устройством. В итоге студент окончил обучение в числе лучших выпускников и получил звание горного инженера 1-ого разряда по специальности «металлург».

Начальный производственный опыт Славянов получил на уральских заводах – Воткинском казенном горном заводе и Омутинских чугуноплавильных и железоделательных заводах.

пушечный завод
Фото © Пермские пушечные заводы

В 1883 году его пригласили служить на Пермские пушечные казенные заводы. Уже через 8 лет Николай Гаврилович возглавил эти предприятия, проработав там до конца жизни и сделав большую часть своих изобретений.

В России в конце XIX века электротехника находилась в зачаточном состоянии – у нас не производили электроприборы, поэтому инициаторы развития области самостоятельно проектировали оборудование, испытывали и внедряли его в промышленность страны.

Славянов помимо электросварки спроектировал две динамо-машины постоянного тока, работавшие от пара. На базе одной из них изобретатель построил электростанцию, призванную освещать заводские цеха.

славянов
Фото © Славянов в главном зале заводской электростанции у динамо-машины собственной конструкции

Продолжая работать над модернизацией производственного процесса, инженер предложил «ванный способ» в металлургии: в борьбе с утечкой расплавленного основного и электродного металла, он заключал обрабатываемую деталь в формовку из кокса или кварца.

К другим инновациям ученого относятся дуговые лампы собственной конструкции, различные электроизмерительные приборы и полуавтоматический регулятор длины сварочной дуги, названный им «электрическим плавильником». Механизм стал первым в мире сварочным полуавтоматом и позволил использовать вместо аккумуляторной батареи динамо-машину.

славянов
Фото © Славянов с рабочими

Изобретения Николая Гавриловича позволили сваривать стальные детали большого сечения и ремонтировать узлы и механизмы – коленвалы, паровые цилиндры, зубчатые колеса, рамы паровых установок и многое другое. На рубеже XIX-XX веков благодаря его идеям были изготовлены большие установки промышленного назначения для металлургических предприятий в Екатеринодаре, Луганске, Ижевске, Златоусте, Севастополе.

Жизнь талантливого инженера оказалась недолгой. Осенью 1897 года в 43-летнем возрасте Николай Гаврилович руководил процессом сварки на открытом воздухе в Перми, сильно простудился и скоропостижно скончался.

Сегодня процесс сваривания металла выполняют сотни тысяч людей и десятки тысяч роботов по всей Земле. Значимость изобретения наиболее экономичного и эффективного способа неразъемного соединения металлов, при котором две или более деталей становятся единым целым, невозможно переоценить. В развитых странах более половины созданного ВВП, так или иначе, связано с его использованием. Сварка применяется на масштабных производствах, в частных мастерских, под водой и даже в космосе. Без нее не обойдется ни одна отрасль промышленности: без подъемных кранов невозможно представить строительство, без трубопроводов и цельносварных буров – добывающую отрасль, без тракторов и комбайнов – агрокомплекс.

сварка
© Общественное достояние

"Выдающийся русский ученый и талантливый изобретатель дуговой электросварки металлическим электродом Николай Гаврилович Славянов был одним из пионеров электротехники в России и своим величайшим изобретением, обогатив человечество, навсегда вошел в историю науки и техники в нашей стране и во всем мире", - Сергей Вавилов, президент АН СССР и основатель научной школы физической оптики в СССР.