Фундатор теплофізичних основ обробки і зварювання металів та плазмових процесів у металургії - академік М.М. Рикалін

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фундатор теплофізичних основ обробки і зварювання металів та плазмових процесів у металургії - академік М.М. Рикалін

Вступ

Зварювання є найбільш ефективним способом створення нероз'ємних з'єднань конструкційних матеріалів і отримання ресурсозберігаючих заготовок, максимально наближених по геометрії до оптимальної форми готової деталі або конструкції. Безперервне зростання наукоємності зварювального виробництва сприяє підвищенню якості продукції, її ефективності і конкурентоспроможності.

Дослідження історії відновлення деталей методом електродугового зварювання неможливе без вивчення життя та діяльності найбільш видатної людини М. М. Рикаліна. Основним завданням даної роботи стала спроба розглянути надбання науковця і винахідника М. М. Рикаліна в історії науки електродугового зварювання.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. У своїй науковій діяльності М.М. Рикалін виступав продовжувачем традицій великого вченого, академіка В.В. Петрова, який досліджував нове, на той час, фізичне явище - електричну дугу і показав людству можливість використання теплової енергії для розплавлення металів. Питаннями електродугового зварювання займались: М.М. Бенардос, В.П. Нікітін, В.П. Вологдін, О.О. Алексєєв, Є.О. Патон, Б.Є. Патон та ін. [1, 2, 3, 4, 5, 6, 11]. Однак питання історії розвитку цієї проблеми в даній літературі не висвітлено.

Метою даного дослідження є висвітлення діяльності М.М. Рикаліна в сфері відновлення деталей зварюванням. Методологічною основою дослідження є загальні принципи об'єктивності, історизму, які передбачають об'єктивний опис і аналіз подій на основі науково-критичного використання різноманітних джерел.

Результати. Сьогодні зварювання застосовується для нероз'ємного з'єднання найширшої гами металевих, неметалевих і композиційних конструкційних матеріалів в умовах земної атмосфери, Світового океану і космосу.

Дугове і контактне зварювання залишаться як і раніше домінуючими способами з'єднання металів. Передбачається, що частка ручного дугового зварювання покритими електродами до 2020 року складе 20 - 25% від загального обсягу зварювання. Частка механізованих і автоматичних способів зварювання в захисних газах, які вигідно відрізняються ручне дугове, складе в майбутньому 50 - 55% загального її обсягу [7].

Розвиток зварювання під флюсом, частка якої до 2020 року складе ~ 17% в загальному її обсязі, пов'язане зі створенням більш досконалого обладнання. З огляду на світові тенденції розширення сфери застосування прогресивних ресурсозберігаючих технологій можна припустити, що частка лазерної технології в зварювальному виробництві у майбутньому десятилітті істотно збільшиться і досягне 6 - 8% загального обсягу зварювальних робіт [7].

Такі способи зварювання, як електронно-променева, дифузійна та високочастотна, займають важливе місце в загальних технологічних процесах обробки металів і будуть розвиватися в залежності від потреб промисловості.

Ім'я академіка Миколи Миколайовича Рикаліна тісно пов'язане зі становленням і розвитком найбільш перспективного способу відновлення деталей - електродуговим зварюванням. Розроблена ним теорія теплових процесів при зварюванні стала основою для розробки технологічних процесів, в яких на речовину впливають висококонцентровані джерела енергії - термічна плазма, електронний промінь, іонні потоки, лазерне випромінювання [8].

Микола Миколайович Рикалін народився 27 вересня (за новим стилем) 1903 році в Одесі у родині моряка торгового флоту - шкіпера далекого плавання. За материнською лінією - серб. Після ранньої смерті батька в 1907 р сім'я опинилася на берегах Тихого океану у місті Владивосток. У 1912 р М. Рикалін вступив у Владивостоцьку гімназію, яку закінчив в 1921 році. Вищу освіту він здобув у Далекосхідному державному університеті, який закінчив в 1929 р з дипломом інженера-механіка. Такий тривалий термін навчання пояснюється тим, що для власного існування та допомоги матері М. Рикалін змушений був працювати на Уссурійській залізниці збирачем, мотористом, техніком, інженером з механізації [8, 9].

Після закінчення університету М.М. Рикалін займався науково- педагогічною роботою у Далекосхідному політехнічному інституті, де викладав курс «Зварні конструкції». У 1938 р. йому присуджено науковий ступінь кандидата технічних наук.

У 1939 р. М.М. Рикалін почав працювати в Московському вищому технічному училищі імені Баумана (МВТУ), де викладав новий курс «Теплові основи зварювання». У роки Великої Вітчизняної війни під керівництвом М.М. Рикаліна були виконані розрахунки і розроблені технологічні процеси підвищення продуктивності дугового зварювання у виробництві танків на Уралмашзаводі. Він обґрунтував вибір режимів і технологій зварювання різних сталей і сплавів в суднобудуванні, будівництві оборонних спорудах, артилерійському і танковому виробництвах (Уралмашзавод і Кіровський заводи). За цю роботу в 1945 р. він був нагороджений орденом «Знак Пошани» та медаллю «За доблесну працю у Великій Вітчизняній війні».

У 1945 р. Микола Миколайович в МВТУ захищає докторську дисертацію, присвячену теорії теплових процесів при зварюванні. Розроблена ним теорія принесла йому світову відомість. Тривалий час (1958-1978) М.М. Рикалін був головою Національного комітету СРСР зі зварювання, членом правління, а з 1965 р. віце-президентом Міжнародного інституту зварювання і до останнього дня життя (21 травня 1985 р.) головою дослідницької групи «Фізика дуги та інших джерел енергії для зварювання» Міжнародного інституту зварювання.

Праці М.М. Рикаліна, присвячені дослідженню нагріву і охолодженню металу при зварюванні, розповсюдженню тепла у зварювальних виробах, і впливу цих процесів на плавлення і структурні зміни металу, узагальнені в монографіях «Теплові основи зварювання» (1947) і «Розрахунки теплових процесів при зварюванні» (1951), які були удостоєні премій Президії АН СРСР за 1949 і 1954 роки. У монографіях вперше у світовій технічній літературі дано систематичний аналіз теплових основ зварювання. Роботи М.М. Рикаліна відрізнялися тісним зв'язком теоретичних представлень з потребами техніки, постійною перевіркою математичних висновків на практиці. При цьому проявився його неабиякий талант прикладного математика. Так, поклавши в основу свої дослідження загальне рівняння теплопровідності, він при різних умовах вивчив різноманітні випадки нагріву металу в процесі зварювання. Використовувався метод математичної фізики, що давав інформацію про різні джерела тепла (точкові, лінійні і плоскі), що розподілених по поверхні або за обсягом тіла, яке нагрівається, миттєво і діє безперервно. Залежно від характеру досліджуваних процесів зварювальна дуга або полум'я зварювального пальника замінялися відповідним джерелом, що дозволило провести математичний аналіз поширення тепла в теплопровідних тілах. Слід зазначити, що методи розрахунку температурного поля при сталому процесі зварювання підтверджені прямими експериментами. Ці методи вже в 1950-х роках знайшли широке застосування в практичній діяльності вітчизняних зварювальників [8].

Застосування плазмового зварювання і різання базувалося на результатах системних досліджень, які проводилися в «Институте металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова» під керівництвом М.М. Рикаліна. Були вивчені фізичні і енергетичні властивості стислої дуги в аргоні, визначені її технологічні можливості. Зокрема, було доведено, що плазмовий струмінь проявляє яскраво виражені ріжучі властивості.

Основне завдання, на вирішення якої була спрямована дослідницька думка фахівців з різання, складалася в максимальному підвищенні теплової концентрації і кінетичної енергії стислої дуги. На першій стадії розвитку плазмового різання в якості плазмоутворюючого газу використовували аргон. Його застосування забезпечувало високу стійкість вольфрамових електродів, легкість запалювання дуги і низька її напруга, що було особливо сприятливо для ручного способу зварювання при відновленні деталей.

До середини 60-х р. минулого століття були розроблені ручні і механізовані установки, а також технології для плазмового різання алюмінію, міді, латуні та нержавіючої сталі. Наступні роботи привели до створення процесів, в яких використовуються більш дешеві робочі середовища, а плазмотрони мали більш високу стійкість. Крім того, були визначені області раціонального застосування робочих середовищ при плазмовому різанні. В якості робочих середовищ найбільш широко використовували технічні гази: азот, водень, кисень, стиснене повітря.

Було розроблено кілька технологічних схем процесу плазмового зварювання. Для зварювання тонколистових матеріалів застосовані малоамперні дуги, що горять в імпульсному режимі. Імпульсне введення тепла в метал розширює межі регулювання теплового режиму зварювання і суттєво зменшує тепловідвід біля кромки металу. Для розширення діапазону товщини металу, що зварювався стислою дугою, застосовували інший прийом: знизили ефективність обтиснення дуги з одночасним збільшенням діаметра каналу сопла. Це дозволило зварювати нержавіючі сталі й алюмінієві сплави товщиною 10 мм. Дослідження щодо застосування для зварювання малоамперної дуги привело до створення мікроплазмового зварювання.

Високу оцінку працям М.М. Рикаліна, дав на схилі свого життя корифей радянської і світової зварювальної науки і техніки Є.О. Патон [10].

Основна наукова діяльність М.М. Рикаліна проходила в стінах Академії наук СРСР. У 1953 р. його обрали членом-кореспондентом АН СРСР, а в 1968 році - дійсним членом АН СРСР. З 1953 року М.М. Рикалін працював завідувачем лабораторії «Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова» АН СРСР.

Під керівництвом члена-кореспондента АН СРСР М.М. Рикаліна проводилися роботи, які були спрямовані на вивчення енергофізичних, фізико- хімічних і технологічних характеристик зварювальної дуги. В лабораторії було створено перші в країні технологічні плазмодугові плазмотрони (І.Д. Кулагін, А.В. Ніколаєв); глибоке пізнання фізико-хімічних процесів, що відбуваються у рідкій металічній ванні, що утворюється при впливі зварювальної дуги; теоретичне і експериментальне вивчення теплофізичних процесів у зварювальному виробі; видання практичних рекомендацій за технологією зварювання об'єктів нової техніки в різних галузях промисловості.

Помер Микола Миколайович Рикалін 21 травня 1985 року в Москві [9].

Академік М.М. Рикалін своїми працями вніс неоцінимий вклад у розвиток електричного дугового зварювання. Його наукові ідеї знайшли свій розвиток у роботах його численних учнів, а створена ним школа плідно впроваджує наукові досягнення у промисловість. Фундаментальні ідеї академіка М.М. Рикалін ще довго будуть визначати перспективні напрямки науково - технічного прогресу.

Список використаних джерел

1. Замечательные случаи применения электросварки по способу Бенардоса. - Горнозаводской листок, 1883. - №3. - С. 41.

2. Никитин В.П. Дуга переменного тока в условиях сварки /В.П. Никитин, И.Я. Рабинович. Труды КМММИ, 1936. - №6. - С. 78-81.

3. Алексеев А.А. Автоматы для дуговой сварки. в кн.: Сварочное дело в СССР. - М., 1937. - С. 66 - 78.

4. Патон Б. Е. Електричне зварювання і наплавка - могутній засіб економії металу. / Е.Б. Патон. - К.: Вид-во АН УРСР, 1957. - 35 с.

5. Патон Е.О. Избранные труды. в 3-х т. К.; Наукова думка, 1959 - 1961 - Т.1. - Исследования работ пролетных строений мостов - 580 с.; Т.2.

Сварные конструкции - 329 с.; Т.3. Сварка под флюсом - 558 с.

6. Горбачев И. Профессор Виктор Петрович Вологдин и дальневосточная школа сварки. - в кн.: Наш Дальневосточный политехнический. Владивосток: Дальневост. кн. изд-во, 1971. - С. 206-217.

7. Сукманюк О.М. Еволюція наукових поглядів на відновлення деталей сільськогосподарських машин зварюванням і наплавленням: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. істор. наук: спец. 07.00.07 «Історія науки і техніки» / О.М. Сукманюк. - Київ, 2010. - 16 с.

8. Цветков Ю.В. Основоположник новых направлений в металлургии: к 100-летию со дня рождения академика Н.Н. Рыкалина. Вестник Российской академии наук. 2003. Т.73, - № 10. - С. 948-951.

9. Рыкалин Николай Николаевич. Большая советская энциклопедия: [в 30 Т.] / гл. ред. А.М. Прохоров. 3-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 19691978.

10. Известия АН СРСР. От. технические наук. 1952. - № - 10. - С. 7-9.

11. Герук С.Н. Зарождение теоретических основ технологического процесса сварки и наплавки при восстановлении деталей машин [Текст] / С.Н. Герук, Е.Н. Сукманюк // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: матер. междунар. науч.техн. конф. в 3 т. Т.1 - Минск: НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского х-ва, 2014. - С. 230-237.

Размещено на Allbest.ru