Первые попытки применения для сварки и резки горючих газов в смеси с кислородом относятся к началу ХХ-го века. Созданию газовой сварки и резки способствовали исследования процессов горения газовых смесей французским ученым Анри Луи Ле Шателье. В 1895 г. он доложил французской академии наук о получении им высокотемпературного пламени (свыше 3000о С) при сжигании ацетилена и кислорода. Ацетилен был открыт еще в 1836г., а в 1863г. был синтезирован М. Бертло. Однако доступным техническим продуктом стал лишь после того, как в первой половине 90-х годов XIX века химики Муассан во Франции и Вильсон в Америке нашли способ приготовления карбида кальция из известняка и угля.
Первую ацетилено-кислородную сварочную горелку сконструировали французские инженеры Эдмон Фуше и Шарль Пикар, которые получили на нее патент Германии в 1903 году. Предложенные ими конструкции газосварочных горелок принципиально почти не изменились до настоящего времени.
Промышленные предприятия начали применение ацетилено-кислородная сварки с 1906 года, когда появились достаточно надежные конструкции ацетиленовых генераторов. Хотя уже тогда была известна дуговая электросварка, разработанная русскими учеными Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым, газовое пламя получила широкое распространение для сварки технологического оборудования, газопроводов и др. конструкций.
В 1904г. во Франции была обнаружена возможность использования ацетилено-кислородной горелки для резки металлов, а в 1908 – 1909гг. во Франции и в Германии были проведены первые успешные опыты по кислородной подводной резке. В последующие 5 – 9 лет было получено несколько патентов в этой области и разработаны промышленные конструкции резаков для подводной резки.
В 1917г. французское сварочное общество, после значительных усовершенствований резака для подводной кислородной резки, передало этот процесс для эксплуатации во флоте. Вскоре подводная кислородная резка стала применяться во флотах Америки и Англии.
В России газовая сварка стала известна предположительно в 1905 году, в 1906г. она впервые демонстрировалась в Московском техническом училище, после чего, ввиду ее портативности и невысокой стоимости аппаратуры, интенсивно началось ее промышленное освоение, что привело к временному снижению интереса к электродуговой сварке. Однако небольшие объемы производства кислорода, карбида кальция и газосварочной аппаратуры существенно тормозили применение газовой сварки и резки металлов в России.
В начале ХХ в. газовая сварка и резка в России использовалась весьма ограниченно при ремонте изделий из низкоуглеродистой стали, меди и чугуна на ряде заводов, например на Ижорском в Петербурге, исправлении брака литья и сварки некоторых неответственных конструкций в небольших мастерских, главным образом железнодорожных. При этом использовалась аппаратура и материалы, ввозимые из-за границы. В 1911г. Комиссия при Министерстве торговли и промышленности допустила газовую сварку для изготовления паровых котлов, разрешив сварку некоторых неответственных частей котла.
Более интенсивное развитие в России газовая сварка получила в период первой мировой войны. В это время Петроградский технологический институт организовал особую школу «свинцово-паяльного дела и автогенной сварки». Профессор института В.Я. Курбатов написал для этой школы специальную книгу: «Самосварка и различные способы спаивания металлов» (последнее издание - в 1918 году), которая содержала необходимые практические и технические указания. Начиная с этого времени и вплоть до 30-х годов, газовая сварка занимает ведущее положение в сварочном производстве России, а, затем, и СССР. Поскольку в то время она обеспечивала наиболее высококачественные сварные соединения, то с ее помощью выполнялись все ответственные работы. Например, все магистральные нефтепроводы и продуктопроводы в СССР в 1926 – 1935 годы выполнялись газовой сваркой.
Начало промышленного производства газосварочной аппаратуры в СССР относится к 1927 – 1928гг. после создания в 1926г. русско-американского смешанного акционерного общества «Рагаз», в рамках которого в городе Росток был пущен в эксплуатацию цех, выпускавший горелки, резаки и редукторы.
В 1931г. на базе Автогенного комитета и предприятий акционерного общества «Рагаз» был создан Всесоюзный автогенный трест (ВАТ), который развернул строительство новых предприятий по производству сварочной аппаратуры. В частности, был быстро построен крупнейший в стране цех производства аппаратуры для газовой сварки и резки – горелок, резаков, редукторов, вентилей, ацетиленовых генераторов – на Московском автогенном заводе № 1. Расширено производство карбида кальция, кислорода и ацетилена на ленинградском заводе «Красный автоген» № 1. В течение 1933 – 1934гг. окончательно прекратился ввоз автогенной аппаратуры. К этому же времени относятся крупные исследования в области автогенной сварки и резки Н.Н. Клебанова, работы которого сохранили большое значение до настоящего времени.
После того как в технику дуговой сварки начали широко внедряться толстопокрытые электроды, появились новые способы дуговой сварки, разработаны совершенные и высокопроизводительные машины для контактной сварки, газовая сварка постепенно начала вытесняться на многих производствах электрической сваркой. Теперь на первое место выдвигается кислородная резка. В 30-х годах в связи с дефицитом карбида кальция широкое распространение получила резка с использованием жидких горючих, сначала бензина, а впоследствии главным образом керосина. К этому периоду относится и возникновение механизированной кислородной резки.
Новый всплеск развития газопламенной обработки металлов приходится на период второй мировой войны и послевоенные годы. В частности в СССР в годы Великой Отечественной войны возникли новые предприятия по выпуску автогенного оборудования, такие как Барнаульский аппаратурно-механический завод, Свердловский автогенный завод № 2.
В 1944г. создан специализированный Всесоюзный научно-исследовательский институт автогенной обработки металлов – ВНИИавтоген (ныне ВНИИавтогенмаш). Деятельность института направлена на научно-теоретическое изучение существующих технологических процессов и разработку новых, их механизацию и автоматизацию. За годы своего существования институт разработал несколько десятков новых прогрессивных технологических процессов и технологических материалов для газотермического напыления, газопламенной сварки, резки, наплавки, пайки, закалки и нагрева. Создал несколько сотен новых газорезательных машин, установок для наплавки, пайки и закалки, генераторов и другого оборудования для производства ацетилена, горелок, резаков, редукторов, металлизационных аппаратов и т.п.
Кроме ВНИИавтогенмаша вопросами газопламенной обработки занимались и другие научно-исследовательские организации, например сварочные лаборатории МВТУ им. Н.Э. Баумана, Киевского и Ленинградского политехнических институтов, ЦНИИ Министерства путей сообщения, базовые сварочные лаборатории при некоторых крупных промышленных предприятиях и отраслевых институтах.
В послевоенные годы создана специальная отрасль промышленности – автогенное машиностроение, в рамках которой был построен одесский завод «Автогенмаш», начавший выдавать продукцию в 1952г. На Воронежском экспериментальном заводе автогенного машиностроения, ранее производивший кислород и ацетилен, был организован выпуск ацетиленовых генераторов и оборудования для получения растворенного ацетилена. Позднее автогенную аппаратуру начал выпускать Кироваканский завод автогенного машиностроения, также построенный в рамках отрасли автогенного машиностроения.
В результате проводимых научных изысканий увеличивается количество процессов газопламенной обработки. Помимо кислородной резки и газовой сварки, получили развитие и многие другие процессы газопламенной обработки: металлизация, наплавка, поверхностная закалка, напыление и сварка пластмасс, газопламенная пайка и др. Но доминирующее значение по-прежнему имеет кислородная резка.
В первые послевоенные годы широко стала внедряться резка с использованием пропан-бутана и природного газа, а в конце 40-х годов параллельно фирмой “Union Carbide and Carbon Corp” (США – ФРГ), институтом ВНИИавтоген и кафедрой сварочного производства МВТУ им. Баумана были разработаны и внедрены в производство способы кислородно-флюсовой резки.
Период после 50-х годов характеризуется в основном качественными изменениями в технологии и оборудовании для газопламенной обработки. Особенно интенсивно развивается механизация и автоматизация процессов резки металла. Создаются машины для газокислородной резки, разрабатываются новые разновидности процессов и оборудования для кислородно-флюсовой резки, безгратовой резки, резки кислородом низкого давления, сплошной огневой зачистки проката и резки горячей стали в металлургии, газофлюсовой сварки и наплавки, «низкотемпературной» пайкосварки чугуна и цветных металлов и т.п.
Весьма бурно развиваются механизация и автоматизация процессов газопламенной обработки металлов, в первую очередь это касается процессов газокислородной резки. Наибольших успехов в этом добились такие страны, как Япония, ФРГ, США. С начала 70-х годов прошлого столетия на крупных промышленных предприятиях широко начинают использоваться газорезательные машины с числовым программным управлением. Они позволяют производить высокоточную резку под сварку и механообработку заготовок любой конфигурации и сложности, с постоянной повторяемостью размеров и минимальными отклонениями этих размеров от номинала, а также чистотой поверхности реза, сопоставимой с этими же параметрами при механообработке.
Существенным вкладом в решение проблемы качественных показателей кислородной резки является разработанный в конце 60-х – начале 70-х годов ВНИИавтогенмашем под руководством А. Н. Шашкова новый способ резки «смыв-процессом». На этом принципе разработаны специальные многоструйные резаки, сочетающие в себе преимущества способа скоростной резки с одновременным повышением чистоты поверхности реза. При резке «смыв-процессом» скорость резки в 1,5 – 2 раза выше, чем при обычной резке, а чистота поверхности соответствует 5 – 6 классу чистоты (Ra - 1,6).
В 50-е годы кафедрой сварочного производства Киевского политехнического института проводятся исследования газодинамики кислородной струи, которые привели к разработке новой технологии резки кислородом низкого давления (0,1 – 0,4 МПа), позволяющей резать металл толщиной до 1,5 – 2 м. К началу 70-х этот процесс внедрен на большинстве металлургических предприятий СССР.
Широкое развитие в 50-е – 60-е годы получила резка в металлургии, где она используется для обработки больших сечений и поверхностной резки металла, а также обработки металла, нагретого до температуры 500 – 1000 оС. Изучение механизма образования канавок при поверхностной резке приводит к разработке технологического процесса сплошной огневой зачистки поверхности горячего проката в потоке прокатки со скоростью 30 – 50 м/мин. Исследования основных закономерностей процесса кислородной резки горячей стали заканчиваются разработкой технологии и аппаратуры для резки заготовок при непрерывной разливке стали и отрезки прибылей на отливках из высоколегированной стали.
Источники:
1. Сварка в СССР. Том первый. Издательство «Наука». Москва 1981
2. История техники. Зворыкин и др.
3. Большая Советская энциклопедия.
