В 1736 году на речке Мотовилихе, впадающей в Каму, в четырех верстах от Егошихинского медеплавильного завода, давшего начало городу Перми, был заложен новый казенный медеплавильный завод. Он работал до 1862 года, а потом из-за истощения медистых песчаников он был закрыт. Царское правительство приняло решение построить здесь два новых завода: чугуннопушечный и сталепушечный.
Сталепушечный завод, который строился по проекту Н. В. Воронцова — впоследствии директора Горного института, был заложен 26 августа 1863 года. Через год заложили чугуннопушечный завод. Первая пушка чугуннопушечного завода имела вес 2800 пудов, на 400 пудов больше знаменитой царь-пушки в Кремле. В 1875 году на Мотовилихинском заводе (как по традиции стали называть тот и другой заводы) был пущен величайший в мире пятидесятитонный паровой молот, построенный по проекту Н. В. Воронцова. Под молот был отлит чугунный цельный шабот — стул, весом 630 тонн. Отлили его в январе, а остыл он только в апреле. Чтобы металл получился более плотным, шабот отливался верхней частью внизу. Мотовилиха была связана с другими заводами Урала Горнозаводской железной дорогой, построенной в 1874— 1878 годах от Перми до Екатеринбурга (теперь Свердловск) через Чусовую, Нижний Тагил. Здесь с 1876 года начал работать мартен.
К началу восьмидесятых годов Мотовилихинский казенный завод стал одним из крупнейших предприятий царской России. Здесь было занято свыше четырех тысяч человек. На заводе сложился высококвалифицированный коллектив рабочих. Многие из них приехали из Златоуста, с других уральских заводов, из Сормова. Это определило то обстоятельство, что Мотовилиха в начале XX столетия стала одним из центров революционного движения Прикамья и Урала. Кроме производства стальных пушек, завод принимал большое количество заказов на изготовление отдельных частей машин, строил пароходы, паровые машины, паровые котлы и многие другие машины и механизмы.
Первое время на Мотовилихинском заводе Николай Гаврилович Славянов работал управителем орудийных и механических цехов. Но уже в ноябре 1888 года его назначили помощником горного начальника (управляющего заводом), а в июле 1891 года — горным начальником. В этой должности он работал до конца жизни.
Широко образованный, энергичный инженер, Славянов с первых шагов своей деятельности на Мотовилихинском заводе был страстным поборником внедрения в производство всего нового, передового.
Среди многих других забот он стал задумываться и над вопросами применения электротехники на производстве. Электротехника — тогда дело новое — как самостоятельный предмет в высших учебных заведениях не изучалась, и Славянов был слабо знаком с ней. Он принимается за углубленное изучение электротехники. И прав член-корреспондент Академии наук СССР профессор М. А. Шателен, который пишет, что Славянов «приобрел свои знания по электротехнике самостоятельно, находясь уже вне высшей школы».
Вскоре после приезда на Мотовилихинский завод Славянов познакомился с богатой технической библиотекой завода. Эта библиотека возникла в 1871 году, когда начались работы по подготовке сооружения парового молота. Н. В. Воронцов предложил своему помощнику собирать всю известную в России и за рубежом литературу по паровым молотам. Помощник не был ограничен средствами, и уже через год в библиотеке было более тысячи томов на русском и иностранных языках. Библиотека восхитила Славянова богатством литературы по паровым молотам, но не удовлетворила его, так как профиль ее был очень узок. При активном содействии Славянова библиотека стала комплектоваться литературой по металлургии, электротехнике, литейному делу, механической обработке металлов, деревообработке, судостроению и другим специальностям. Библиотекой пользовались служащие и рабочие завода бесплатно.
Ещё в то время, когда Славянов работал управителем орудийных и механических цехов, он, никак не связанный с прокатным производством, разработал проект большой сварочной печи для проката кровельного железа. 28 июня 1884 года было решено «приступить к постройке таковой печи, установив ее в старой молотовой фабрике».
Новым делом для Славянова было мартеновское производство, и он ходатайствует перед горным департаментом о приглашении на Мотовилихинский завод А. А. Износкова — известного строителя первых мартенов в России.
В 1884 году на заводе по инициативе Износкова и при самой энергичной поддержке Славянова начались опытные работы по изготовлению артиллерийских снарядов более высокой прочности. Дело в том, что с появлением военных судов, корпуса которых изготовлялись из броневых плит, существующие сферические снаряды не пробивали борт корабля. Изготовляемые в России закаленные снаряды при ударе о броню разлетались на куски и никакого разрушительного действия не оказывали.
Износков и Славянов изготовили партию сферических снарядов из литой некованной стали и провели стрельбы на Мотовилихинском полигоне. Результаты превзошли все ожидания: новый снаряд пробивал шестидюймовую броню. Военное ведомство, связанное договорами на поставку снарядов крупповского производства, потребовало контрольных стрельб снарядами Круппа и Износкова — Славянова. Но и контрольные стрельбы дали прекрасные результаты.
Военное ведомство высоко оценило труды Славянова и Износкова.
В мае — сентябре 1885 года Славянов находился в четырехмесячной заграничной командировке в Бельгии и Германии. Он побывал на Всемирной выставке в Антверпене и электротехнической в Кенигсберге, знакомился с производством на заводах общества Кокериль и Круппа. На бельгийских заводах, чтобы лучше узнать производство, ему пришлось некоторое время работать простым рабочим. Многое Славянову дало посещение электротехнической выставки. Он все больше убеждался в том, что электричеству, электротехнике принадлежит большое будущее.
Русские инженеры и техники, когда это было необходимо, не считали зазорным учиться у заграницы. Но они не копировали слепо заграничный опыт, а всегда искали новые пути в технике, производстве. Таким инженером-новатором был и Николай Гаврилович Славянов.
Вернувшись из-за границы в Мотовилиху, он еще активнее занялся электротехникой. Славянов жил ею и на работе и дома. Одна из комнат в его квартире была превращена в опытную электрическую мастерскую и лабораторию. Здесь он часами размышлял, разрабатывал проекты, своими руками изготовлял всевозможные электрические приборы, модели динамо-машин.
В начале 1886 года на Мотовилихинском заводе началось строительство первой электростанции. Две динамо-машины постоянного тока для нее — одна на 800 ампер при 60 вольтах и вторая на 1000 ампер при 100 вольтах — были сделаны мотовилихинскими рабочими по чертежам и расчетам Славянова. Тогда это были крупные динамо-машины. Работать они начали в 1887 году и в действие приводились паровыми машинами. На распределительных щитах электростанции Славянов впервые в истории техники применил шинную проводку. Им были изобретены особые регуляторы для дуговых ламп.
Электростанция имела назначение освещать завод в ночное время. Всего на территории предприятия и в цехах горело семьсот дуговых фонарей. Когда Славяновым была построена вторая электростанция, количество дуговых фонарей увеличилось до двух с половиной тысяч.
Первая электростанция, построенная Славяновым, явилась технической базой двух выдающихся изобретений Николая Гавриловича: «электрической отливки металлов» — дуговой электрической сварки и «электрического уплотнения металлических отливок».
Летом 1887 года изготовленные Славяновым динамо-машина, дуговые лампы, различные электроизмерительные приборы экспонировались на двухнедельной Урало-Сибирской научно-промышленной выставке в Екатеринбурге. Экспертная комиссия этой выставки наградила Славянова большой серебряной медалью «За достоинства предметов, представленных на выставке».
В чем сущность изобретений Славянова? Прежде чем ответить на этот вопрос, необходимо сделать экскурс в историю.
В основу электрической сварки металлов положено явление электрического разряда в виде электрической дуги, открытой русским академиком Василием Владимировичем Петровым.
В 1802 году Петров в своем физическом кабинете при Медико-хирургической академии проводил опыты с электричеством, пропуская его через угли. Когда ученый сблизил концы двух углей до соприкосновения, то угли раскалились добела, при их медленном раздвигании вспыхнул ослепительно-яркий свет. Так была открыта электрическая дуга. Это открытие имело огромное значение для развития науки и техники.
Результаты опытов Петров опубликовал в 1803 году в книге «Известие о Гальвани-Вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров, посредством огромной наипаче баттереи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и находящейся при Санкт-Петербургской Медико-Хирургической Академии». Петров заметил, что угли, образующие электрическую дугу, давали температуру до трех тысяч градусов.
Заменив один уголь железной проволокой, ученый наблюдал, что между углем и проволокой появлялось большое яркое пламя, проволока почти мгновенно расплавлялась.
Петров не только открыл электрическую дугу, но и указал на возможность использования ее для освещения и для плавления металлов.
В 1811 году выдающийся английский химик и физик Гемфри Деви наблюдал аналогичное явление электрической дуги и назвал ее именем Александра Вольта — известного итальянского физика и физиолога. В 1812 году Деви дал описание вольтовой дуги. Но правильнее вольтову дугу называть дугой Петрова, потому что русскому академику Петрову принадлежит честь ее открытия.
Сварка металлов с глубокой древности применялась и до изобретения электрической сварки металлов — это сварка горновая, или кузнечная.
Но такая сварка имеет ряд существенных недостатков, главные из них: необходимость длительного нагрева металла в больших печах и применения мощного осадочного оборудования (для быстрой ковки металла молотами, прессования или прокатки). Горновая сварка крупных деталей — операция трудоемкая и малопроизводительная.
Горновая сварка требует высокой температуры, значительно превышающей точку плавления металла (не менее трех тысяч градусов). Промышленные источники тепла, позволяющие достичь такой температуры, появились только после открытия электрической дуги. Вот почему сварщики обратили внимание на тепло, выделяемое электрической дугой.
Первую попытку сваривания металла электрическим током предпринял американский инженер Э. Томсон в 1867 году. Он брал два куска металла, плотно сдвигал их и пропускал через них электрический ток большой силы, но малого напряжения. В месте стыка металлических кусков начиналось интенсивное выделение тепла, и кромки их плавились. В это время свариваемые куски металла сильно сжимались и проковывались молотом. По мере того как они сплавлялись, сопротивление тока уменьшалось, температура понижалась, и металл быстро остывал. Сварка готовых деталей при этом способе была невозможна: они деформировались.
В 1868 году немецкий инженер Г. Церенер для сварки применил угольный электрод. На специальном станке деталь, предназначенная для сварки, закреплялась горизонтально на станине. Горизонтально, параллельно со свариваемыми деталями, на двух бабках укреплялись четыре, по два с каждой стороны, угольных электрода. Через электроды пропускался ток, и образовавшаяся электрическая дуга быстро нагревала концы свариваемых деталей до белого цвета. Ток выключался, свариваемые детали быстро сжимались и проковывались специальным приспособлением, как это было и у Томсона.
В 1871 году на речке Данилихе в Перми стал работать первый в России завод по производству фосфора. Владельцем предприятия был Евграф Кузьмич Тупицын, бывший крепостной крестьянин Владимирской губернии.
Завод Тупицына первое время вырабатывал только желтый фосфор, транспортировка которого была очень трудным и опасным делом. Фосфор заделывали в бочки с водой, но во время транспортировки бывали случаи, когда бочки давали течь, и от трения сухой фосфор загорался и даже давал взрывы.
Тупицын, бывая за границей, узнал об электрической сварке металлов по способу Церенера и решил на своем заводе, имевшем небольшую электростанцию, применить для запайки банок с фосфором электрическую пайку.
На специальном керамическом столе Тупицын укладывал металлическую плиту и соединял ее с отрицательным полюсом динамо-машины. Положительный полюс динамо-машины соединялся с металлическим электродом, для которого Тупицын устроил специальную полуавтоматическую ручку — держатель. На плиту ставилась металлическая банка с фосфором, заполненная водой, имевшая небольшое отверстие. Для пайки брался специальный состав, включавший равные части олова и свинца. При соприкосновении металлического электрода с банкой сплав быстро таял и покрывал края банки не ровным, но прочным слоем. После завершения пайки ток выключался, и банка ставилась на бумагу для определения течи. Если течи не обнаруживалось, банки укупоривали в деревянные ящики и отправляли потребителям.
Этот способ электрической пайки Тупицын не запатентовал. Он скоро умер, а его сыновья занялись производством красного фосфора для безопасных спичек, транспортировка которого не представляла затруднений. Изобретение Е. К. Тупицына было забыто.
Первым в мире электротехником, который вполне успешно применил электрическую дугу для сваривания и разъединения металлов, был Николай Николаевич Бенардос, один из крупнейших изобретателей прошлого века.
Родился он в 1842 году в деревне Бенардосовке Херсонской губернии в поместье своего отца. Первоначальное образование получил дома, учился на медицинском факультете Киевского университета, откуда вскоре перешел в Петровскую земледельческую и лесную академию в Москве. В 1867 году побывал на Всемирной выставке в Париже. Вернувшись с выставки, не окончив академии, уехал в город Лух Костромской губернии и занялся изобретательской деятельностью.
В 1876 году Бенардос снова ездил за границу, где встретился с П. Н. Яблочковым — выдающимся русским изобретателем в области электротехники. Находясь в 1882 году в Барселоне, сделал большую аккумуляторную батарею. Возвратившись в Россию, стал усиленно заниматься вопросами применения электрической дуги для соединения металлов. Некоторое время работал на заводе П. Н. Яблочкова в Петербурге, где сконструировал специальный подсвечник для свечи Яблочкова.
Работу по сварке металлов Бенардос начал с усовершенствования аккумуляторов. Существующие аккумуляторы Планте и Фора не могли быть использованы для электрического паяния (так Бенардос называл электрическую сварку), так как при сильном токе они выходили из строя. Бенардос сконструировал новый тип аккумулятора, который был принят повсюду, где применялась электрическая сварка.
В 1886 году Бенардос получил патент в России «на способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока». Свое изобретение Бенардос назвал «Электрогефест» (в греческой мифологии Гефест — бог-кузнец, бог огня).
Бенардос вставлял угольный электрод в специальную рукоятку и соединял его с отрицательным зажимом батареи аккумуляторов. Положительный полюс батареи соединялся с подвергавшимся сварке металлическим предметом. Кроме ручных «паяльников», Бенардос сконструировал автоматический паяльник и специальные станки.
Способ сварки металлов, изобретенный Н. Н. Бенардосом, получил самое широкое распространение. Особенно успешно его применяли в железнодорожных мастерских. «Электрогефест» вытеснил способы Томсона и Церенера. Н. Н. Бенардос получил привилегии в России, Франции, Германии, Италии, Соединенных Штатах Америки и других странах.
По способу Бенардоса производились разнообразные работы: заливка пустот и трещин, например раковин в чугунных и медных отливках, сплавление друг с другом двух частей одной детали или двух деталей, наплавление отломанных частей, исправление изношенных поверхностей, электропаяние резервуаров и всякого рода сосудов из тонкого листового металла и больше всего — сварка металлических листов.
Но способ сварки, изобретенный Н. Н. Бенардосом, имел недостатки. Для сварки Бенардос применял угольный электрод, источником тока была огромная аккумуляторная батарея. Изобретатель только частично использовал открытие электрической дуги Петрова. Правда, в 1889 году Бенардос применил для сварки металлический стержень, помещая его между четырьмя стоящими угольными электродами. Но из-за высокой температуры электрической дуги между углями металлический шов получался науглероженным, твердым и хрупким.
Более совершенный способ электрической сварки-пайки металлов металлическим электродом был изобретен Николаем Гавриловичем Славяновым.
Первые удачные опыты по электрической сварке металлов были получены на Мотовилихинском заводе в октябре 1888 года. Электрическое уплотнение металлических отливок стало успешно применяться в 1889 году. Но привилегии на оба свои изобретения Славянов получил лишь в 1891 году.
История разработки Славяновым способа электрического уплотнения металлических отливок такова.
Мотовилихинский завод расходовал большое количество стальных литых болванок весом от нескольких пудов до семисот пудов и более. При отливке таких болванок в них нередко появлялись усадочные раковины и пустоты, чаще всего в верхней трети слитка, где металл дольше оставался жидким. Иногда в болванках образовывались песочины или шлаковины. Они появлялись в том случае, если металл во время отливки имел недостаточно высокую температуру и становился настолько густым, что шлак и землистые включения не всплывали и оставались внутри.
Для предупреждения усадочных раковин применяли «литники», или «прибыли». Над формой, в которой отливались болванки, устанавливали дополнительные питатели цилиндрической, призматической или конической формы. Другой способ предупреждения раковин заключался в добавке к отливаемому металлу так называемых металлургических реагентов: марганца, кремния, алюминия и т. д. Но эти способы предупреждения раковин (хотя они иногда применяются и в наше время) не вполне достигали цели. При отливке небольших деталей литник по весу бывал в два-три раза больше самой отливаемой детали. Добавка металлургических реагентов хотя и значительно меньше, но все-таки давала усадочные раковины в верхней части слитка.
На помощь металлургам пришло электрическое уплотнение металлических отливок.
Славянов
сделал вывод, что если верхнюю часть отливки — слитка поддерживать в расплавленном
состоянии, то застывание металла непременно пойдет снизу вверх. Благодаря этому
газы из жидкого металла будут свободно выходить, и усадочные пустоты не возникнут.
Поддерживать верхнюю часть слитка в расплавленном состоянии можно было сжиганием
различных горючих материалов, но Славянов использовал для этого электрическую
дугу.
Электродами при электрическом уплотнении служили поверхность слитка и угольный стержень. Чугунная толстостенная изложница (форма для отливки) наращивалась в верхней части тонкостенным металлическим цилиндром, выложенным внутри огнеупорным материалом.
С помощью угольного электрода Славянов в 1889 году уплотнил три болванки мартеновской стали — две весом по 320 пудов каждая и одну в 700 пудов. Подогрев велся до тех пор, пока застывание стали не дошло до верха слитка. Действие тока продолжалось пять часов. Все три болванки оказались без усадочных раковин, только самый верхний слой получился пузыристым. Три аналогичные болванки застывали без уплотнения, и пузыристый слой в них составил тридцать процентов. Стоимость пуда уплотненной стали была более чем на рубль дешевле неуплотненной.
Новый способ борьбы с раковинами и пустотами в металлических отливках вошел в практику Мотовилихинского завода. Его стали применять другие предприятия.
Заявку на свое изобретение Славянов сделал 8 августа 1890 года. Она была утверждена 13 августа 1891 года, и изобретатель получил привилегию «на способ электрического уплотнения металлических отливок». 15 апреля 1895 года Славянов на заседании Русского технического общества в Петербурге подробно изложил сущность своего способа. В 1896 году на Всероссийской промышленно-художественной выставке в Нижнем Новгороде он демонстрировал разрезы крупных слитков из неуплотненной и уплотненной стали.
Электрическое уплотнение металлических отливок по способу Славянова в конце прошлого столетия широко применялось как в России, так и за рубежом.
«Горный журнал» в 1902 году, через пять лет после смерти изобретателя, писал, что «уплотнение по способу Н. Г. Славянова с теоретической стороны вполне рационально, уменьшает значительно объем усадочной воронки, а при известной форме слитков, благоприятных условиях отливки, плотном по своему химическому составу металле и достаточной силе тока может давать вполне плотные болванки, без усадочной воронки и следов осевого разрыва... Для единичных слитков в 200—300 пуд. уплотнение может принести большую пользу, но экономически едва ли выгодно, вследствие затраты большого количества электрической энергии и трудности ведения самой операции».
В наше время, когда найден способ получения высококачественной стальной болванки — непрерывная разливка стали, электрическое уплотнение металлических отливок не применяется. Но на рубеже XX века изобретение Н. Г. Славянова сыграло выдающуюся роль.
Электрическая сварка металлов, изобретенная Николаем Гавриловичем Славяновым, конечно значительно усовершенствованная и получившая дальнейшее развитие, и в наши дни верно служит техническому прогрессу, людям.
Первые работы по электрической сварке на Мотовилихинском заводе, как уже указывалось, начались в октябре 1888 года. «Впервые свое изобретение, — пишет Л. Д. Радунский, — Н. Г. Славянов практически применил... в ноябре 1888 года при сварке вала паровой машины, и фактически эту дату следует считать началом практического применения данного способа на производстве».
Славянов
испытывал свой способ сварки на разных металлах и сплавах. Он брал такие детали,
которые можно было проверить в работе после ремонта, например, ступенчатые шкивы
от токарных станков, зубчатого колеса, маховики от сверлильных станков. Эти
детали считались совершенно вышедшими из строя и предназначались для мартеновской
печи.
С 1889 года электролитейная фабрика (так был назван цех электросварки), начала
вести «Ведомость о работах, произведенных с помощью электрической отливки горного
инженера Славянова в Пермских пушечных заводах». В ней записывались все поступающие
для электросварки детали, прилагались их чертежи и фотографии, указывалась стоимость
отремонтированных деталей, давались справки о проведенных работах, полученной
прибыли. В «Ведомости» обязательно ставились подписи заказчиков и прилагались
акты о качестве выполненных работ (эти акты составлялись в то время, когда отремонтированные
детали были уже в работе). Электролитейная имела узкоколейную железную дорогу,
и все большие детали доставлялись на специальных платформах.
К своему выдающемуся изобретению Славянов пришел не сам по себе. Во все периоды своей инженерной деятельности он настойчиво изучал и осваивал опыт, накопленный другими. Еще до своей поездки за границу Николай Гаврилович хорошо был знаком с русской и иностранной литературой по электротехнике. Славянов постоянно следил за новинками технической и особенно электротехнической литературы. Он был в курсе всех важнейших открытий, изобретений, усовершенствований. Все это помогало ему быть на уровне научных и технических достижений своего времени.
В библиотеке Мотовилихинского завода, о которой в свое время так заботился изобретатель, даже спустя тридцать пять лет после его смерти хранилось немало книг по электротехнике, металлургии, технологии обработки металлов, судостроению и другим специальностям со штампом «Пермские пушечные заводы», изданных в конце прошлого века, и, нет сомнения, многие из этих книг побывали в руках Николая Гавриловича. В библиотеке также хранились копии привилегий Н. Н. Бенардоса, описания способов сварки Э. Томсона, Г. Церенера и другие материалы.
Славянов не только был знаком с изобретениями Н. Н. Бенардоса, но и встречался с ним лично. Так, оба изобретателя активно участвовали в работе Четвертой электрической выставки Русского технического общества, которая проходила в 1892 году в Петербурге. На этой выставке изобретателям были присуждены золотые медали: Н. Н. Бенардосу — «За удачное применение вольтовой дуги к спаиванию металлов и наплавлению одного металла на другой», Н. Г. Славянову — «За удачное применение вольтовой дуги к производству металлических отливок и к последующей их обработке с целью изменения химического состава металла и улучшения его механических свойств».
Успешная деятельность Славянова во многом объясняется и тем, что он был хорошим организатором-практиком. Рабочие, мастера, инженеры глубоко уважали его за деловитость, принципиальность, умение подойти к людям. Даже будучи начальником завода, он, когда это было нужно, засучивал рукава и вместе с рабочими, мастерами занимался их нелегким физическим трудом.
Славянова никогда не покидало стремление творчески подходить к любому делу. Так было и в то время, когда он решал труднейшую задачу электрической сварки металлов.
Николай Гаврилович сразу же отказался от огромной аккумуляторной батареи Н. Н. Бенардоса и электрический ток для сварки стал брать от динамо-машины. Он отказался от угольного электрода. Один полюс динамо-машины он соединил с обрабатываемой деталью, а другой с металлическим стержнем, который вставлялся в специальный сварочный аппарат, так называемый плавильник. Электрическая дуга, которая при пропускании тока возникала между металлическим стержнем и обрабатываемой деталью, плавила металл стержня и детали. Когда действие электрической дуги прекращалось, металл застывал и получалось прочное соединение.
У
славяновского электроплавильника постоянная длина дуги поддерживалась автоматически
одним или двумя соленоидами (соленоид — проволочная спираль, намотанная на сердечник,
вокруг которой при пропускании тока создается магнитное поле). Соленоид, втягивая
железный сердечник, изменял длину дуги. При значительном обгорании, расплавлении
электрода подача его производилась вручную – маховичком. У рабочего-сварщика
одна рука была на маховичке, а вторая свободна (во время сварки по способу Бенардоса
обе руки рабочего были заняты).
Плавильник подвешивался на специальном приспособлении. Можно было работать одним плавильником, но можно было вести сварку и двумя последовательно соединенными плавильниками. Если сваривали крупную деталь, то в жидкую металлическую ванну подбрасывали кусочки металла, который значительно ускорял работу. При этом уменьшался угар металла. Большие детали сваривали на улице, под открытым небом, и паяльник подвешивали на поставленных бревнах.
Во время сварки меди и цветных сплавов выделялось много дыма. Для удаления его, если сварка шла в помещении, над горнами устраивались вытяжные колпаки.
Всякая деталь перед сваркой нагревалась. Почти все железные и медные предметы (кроме очень больших) и чугунные детали простой формы нагревались на открытом горне, без дутья. Чугунные сложные детали, которые от неравномерного нагрева могли лопнуть, а также очень большие детали подогревались в специальной печи. Для формования и последующего нагрева детали, сломанной на две или несколько частей, имелся поворотный круг. Нередко он использовался и непосредственно при сварке — вместо плавильника поворачивалась деталь.
Для часто повторяющихся работ применялись специальные станки. Так, например, Славянов сконструировал специальный станок для изготовления паропроводных труб из красной меди. Из листовой меди загибалась труба, заформовывалась, клалась на ролики и нагревалась. Плавильник подвешивался неподвижно, а труба передвигалась вдоль своей оси при помощи рейки на станке.
Для защиты глаз во время сварки были использованы цветные стекла. Брались три стекла — два красных и одно зеленое, которое вставлялось между красными. Стекла закреплялись в раме, которая устанавливалась на самом плавильнике.
Новым способом электрической сварки Славянов отливал небольшие детали, сваривал в одно целое два или несколько металлических предметов, исправлял негодные или неудачные отливки, поковки, заливал раковины в чугунном и бронзовом литье и в готовых деталях, заливал волосовины, песочины в стальных изделиях, приливал к готовым частям небольшие недостающие части. Плавильник Славянова позволял иметь чугун желаемой твердости, начиная от белого твердого и кончая мягким серым.
Так, в 1889 году электролитейная фабрика отлила золотниковую коробку к большому цилиндру строящегося на заводе парохода «Боярин» (этот пароход под названием «Шквал» до конца пятидесятых годов плавал между Мотовилихой и Верхней Курьей). Образовавшаяся на фланце раковина была залита обыкновенным способом, то есть пропусканием жидкого ваграночного чугуна. Раковина залилась хорошо, но серый чугун перешел в жесткий белый, и в нем никак не удавалось просверлить отверстие для золотникового штока. Тогда с помощью электрической отливки произвели размягчение белого чугуна (превратили его в серый), и в мягком чугуне просверлили нужное отверстие.
В 1889 году на Мотовилихинском заводе по заказу частного лица, штабс-капитана П. Н. Ушакова был построен буксирный пароход «Редедя князь Косогский». При постройке его Славянов впервые в истории судостроения применил вместо традиционной клепки сварку отдельных деталей и даже листов. Этот буксирный пароход (под названием «Степан Разин») в составе Волжского нефтеналивного пароходства «Волготанкер» работал до 1955 года.
Летом 1891 года в Мотовилиху приезжала специальная комиссия, которая ознакомилась с электрической сваркой по способу Славянова. В своем заключении она написала: «Способ электрической отливки Славянова не имеет ничего общего с известным способом электрической пайки Бенардоса, которым работает компания «Электрогефест». Нам остается только пожелать возможно более широкого распространения этого способа электрической отливки, имеющего такое громадное хозяйственное значение как для больших механических заводов, так и для всего промышленного округа, в котором заведена такая отливка».
Высокую оценку изобретению Славянова в 1892 году, как уже было сказано, дала Четвертая электрическая выставка в Петербурге, наградившая изобретателя золотой медалью. На Мотовилихинский завод один за другим поступали акты и письма, подтверждающие хорошее качество сварочных работ, выполненных по способу Славянова.
Летом 1892 года на электролитейную фабрику с парохода «Пушкарь» привезли стальной вал весом 95 пудов, который переломился на две части. При личном участии Славянова вал сварили и снова поставили на пароход. Спустя полтора месяца комиссия осмотрела вал и сделала заключение, что «после исправления вал был поставлен на место, и пароход работал с ним в продолжение 6-ти недель, причем прошел более 2000 верст при обыкновенных условиях своей работы и вполне благополучно».
Управляющий Лысьвенским заводом писал «Сим удостоверяю, что, имея необходимость исправлять железные и стальные машинные части значительных размеров (например, штоки паровых молотов до 6 дюймов в диаметре и др.), я девять раз с 1892 по 1895 г. обращался в Пермские заводы с заказами на исправление этих частей способом электрической отливки горного инженера Н. Г. Славянова. Исправления, требовавшие в шести случаях спайки сломанных частей, производились всегда удовлетворительно и быстро. Во всех упомянутых случаях я считаю способ инж. Славянова единственно применимым, так как исправления всеми другими способами обошлись бы дороже, чем изготовление частей вновь и потребовали бы гораздо больше времени».
Только за три года (1891—1894) на Мотовилихинском заводе по способу Славянова было отремонтировано более 1850 самых разнообразных по весу (от трех фунтов до восьмисот пудов) и по назначению деталей. На это было израсходовано 765 пудов металлических электродов.
К концу 1896 года на всех заводах России по способу Н. Г. Славянова было исправлено всевозможных деталей (орудийных лафетов, судовых механизмов, доменного и мартеновского оборудования, валов прокатных станов, якорей, цепей, зубчатых колес и т. д.) общим весом более 42 тысяч пудов, из них на Мотовилихинском заводе под руководством Славянова — 26 тысяч пудов. Эти данные свидетельствуют о том, что электрическая сварка на заводах, кроме Мотовилихинского, использовалась слабо.
Славянов большое внимание уделял вопросам пропаганды своего изобретения, внедрения его в производство. Популяризация электрической сварки началась задолго до получения изобретателем патента. Все это, конечно, не давало Славянову никакой экономической выгоды. Больше того, на все опытные работы он расходовал свои личные средства.
Изобретатель не один раз участвовал в различных промышленных выставках и этим содействовал внедрению электросварки на других заводах. Он обучил электросварке многих рабочих Мотовилихинского завода и других предприятий. Широкая пропаганда электросварки проводилась в печати.
В
1891 году «Горный журнал» опубликовал большую статью Славянова «Электрическая
отливка металлов». В том же году вышла книга «Электрическая отливка металлов
по способу горного инженера Николая Славянова (Ведомость о работах, произведенных
с помощью электрической отливки горного инженера Славянова в Пермских пушечных
заводах)». Напечатанная в частной типографии в Петербурге за счет изобретателя,
эта книга имела очень небольшой тираж - всего пятьсот экземпляров. Но она стала
популярной. В течение двух лет ее перевели на три языка - немецкий, французский
и английский. Немецкое издание имело тираж 1600 экземпляров, французское— 900,
английское — 5700 экземпляров. В 1892 году русский журнал «Известия общества
горных инженеров» напечатал статью Славянова «Об электрической отливке и электрическом
уплотнении металлов», а «Горный журнал» еще раз поместил статью «Электрическая
отливка металлов».
На Мотовилихинский завод стало поступать довольно много писем и запросов. Общество горных инженеров попросило изобретателя подготовить второе издание его книги. Но Славянов решил не заниматься переизданием, а написать новую книгу, что и было выполнено. Книга под названием «Электрическая отливка металлов. Руководство к установке и практическому применению ее» была издана в том же 1892 году в Петербурге. Она, по словам Л. Д. Радунского, «явилась первым в мире руководством по дуговой электросварке и подробной инструкцией электросварщику, написанной на строго научной основе». Любопытно, что берлинский журнал «Сварочный вестник» в 1929 году перепечатал эту книгу.
Славянов, как указывалось выше, был участником Урало-Сибирской научно-промышленной выставки, Четвертой электрической выставки в Петербурге, Всероссийской промышленно-художественной выставки в Нижнем Новгороде. Изобретение Славянова в 1892 году демонстрировалось на Московской электрической выставке, а в 1893 году — на Всемирной электротехнической выставке в Чикаго, где изобретателю «за дуговую электрическую сварку» была присуждена золотая медаль. На Всемирной выставке в Чикаго экспонировался так называемый Славяновский стакан: обработанный в виде двенадцатигранной призмы с круглыми основаниями сплавленный из разных металлов брусок, высверленный внутри. История этого экспоната такова.
Некоторые
американские газеты и журналы, в целом положительно отзываясь об изобретении
Славянова, в то же время указывали, что оно непригодно для сварки цветных металлов:
шов якобы получится очень непрочный, а спаивать цветные металлы с черными вообще
нельзя. Чтобы опровергнуть это, Славянов и наварил своим способом разные металлы
один на другой. Были сварены: колокольная бронза, томпак (сплав меди и цинка),
никель, сталь, чугун, медь, нейзильбер (группа медно-цинково-никелевых сплавов
серебристого цвета), бронза. Получился металлический стакан весом 5 килограммов
330 граммов, высотою 210 миллиметров.
Таких стаканов было изготовлено два. Один в 1892 году экспонировался на Четвертой электрической выставке в Петербурге, а другой был послан в Чикаго. Стакан, который демонстрировался на электрической выставке в Петербурге, хранится в электротехническом музее Ленинградского политехнического института, а второй — в Пермском краеведческом музее.
Как это ни парадоксально, но одними из первых пропагандистов великого изобретения Славянова явились... церковники. Им электрическая сварка металлов пригодилась для ремонта церковных колоколов. В связи с этим старожилы рассказывают такую любопытную историю.
На железнодорожных станциях Мотовилиха и Левшино в конце прошлого века долгое время находились два одинаковых сигнальных колокола, звук которых, мелодично-бархатистый, по словам железнодорожников, очень нравился пассажирам. И вот у левшинского колокола оторвалось било. Начали звонить обрезком рельса о край колокола и отбили от него кусок весом в три фунта (весь колокол весил полпуда). Звук, конечно, был не тот. Опечаленный начальник станции попросил Славянова отремонтировать колокол.
Изобретатель
провел анализ сплава разбитого колокола, сделал из такого сплава электрод и
заварил выбитый край. Взяв на время исправный колокол с Мотовилихинской станции,
оба колокола повесили за перегородкой и в присутствии знатоков звона стали звонить
поочередно то в один, то в другой. Разницы в звуке не оказалось.
Прослышал об этом староста Мотовилихинской церкви и обратился к Славянову с вопросом: нельзя ли способом сварки исправить большой церковный колокол. Изобретатель ответил, что величина колокола роли не играет, только понадобятся специальные приспособления и больше металла на электроды. Обрадованный староста привез в литейную двенадцатипудовый колокол, имевший чуть не аршинную трещину. Но оказалось, ремонтировать колокол нельзя — это была священная церковная утварь: колокола переливали, а ремонтировать их никогда никому не приходилось.
Прихожане, подкупленные дешевизной ремонта (они знали, что исправление станционного колокола стоило всего 38 копеек), отправились за разрешением к пермскому епископу Петру. Владыка не сказал ни да, ни нет, и ремонт колокола оттянулся почти на год. Только после просьб из других приходов, где тоже имелись неисправные колокола, а денег на покупку новых не было, епископ Петр, наконец, решился. Славянову сообщили: «Его преосвященство находит возможным разрешить на подведомственных ему (Славянову) заводах произвести ряд опытов над исправлением церковных колоколов».
Одними из первых явились с колоколом крестьяне из села Уинского. У них в 1890 году во время трезвона на пасху отвалился от почти пятидесятипудового колокола кусок весом в три пуда девять фунтов. Три года собирали прихожане деньги на новый колокол, но собрали всего двести рублей, а нужно было пятьсот рублей, не считая доставки.
Славянов лично сам ремонтировал уинский колокол. На его ремонт и доставку туда и обратно крестьяне израсходовали всего 58 рублей 50 копеек. Колокол подвесили на колокольню, и батюшка освятил его после ремонта. Оставшиеся деньги прихожане пропили, не отходя от церковной ограды, и так начали «клепать» в отремонтированный колокол, что он снова лопнул: трещина прошла поперек сварки. Хмель у мужиков прошел очень скоро, и они, сняв колокол с колокольни, снова повезли его к «колокольному мастеру».
Рано утром восемь мужиков с четырьмя пудовыми кадками меду остановились в Мотовилихе у дома Славянова, чуть не шепотом заговорили:
— Не прогонит, чай?
— Всякое может случиться.
— Идем, идем, чего там — прогонит...
Затащив кадки в прихожую, попросили прислугу доложить горному начальнику о себе. Когда Николай Гаврилович вышел, один из мужиков, брякнувшись на колени, начал:
— Ваше превосходительство...
— Встать! Встать! — вдруг крикнул Славянов. — Пока не научитесь обращаться ко мне, не буду с вами разговаривать.
Мужики робко переглянулись. Один несмело проговорил:
— Поди, надо: ваше высокое превосходительство...
— Да что вы, голубчики! Вот недолга, — улыбнулся Славянов.
— Николай Гаврилович, — выступил вперед волостной писарь Мельников, — научите, как обращаться: мы — мужики темные...
— Так вот и надо: Николай Гаврилович... А вас как звать? — обратился Славянов к мужику, который падал на колени.
— Меня-то? Я Епишка Палашкин.
— А отца как у вас зовут?
— Отец Софронкой был, а прозвище — не осудите — неприличное было.
— Вас, значит, зовут Епифан Софронович. Вот так и надо обращаться нам один к другому... А это что за кадки?
— Медку от нашего прихода вашему... вам, Николай Гаврилович.
— Зачем вы пришли ко мне?
— Колокол, Николай Гаврилович, опять лопнул, — почти хором ответили мужики.
Выслушав рассказ о злоключениях колокола, Славянов оделся и вместе с мужиками отправился на завод. Колокол был отремонтирован за четыре часа. После сам Николай Гаврилович, рабочие-сварщики и мужики из Уинского пили чай с медом в квартире Славянова.
Как мужики ни отнекивались, а Славянов уплатил им за мед по рыночной цене. Необыкновенно довольные, со связками баранок в мешках — гостинец детишкам от жены Славянова Варвары Васильевны — отправлялись мужики в Уинск, за сто пятьдесят верст. На этот раз ремонт колокола обошелся им в 34 рубля 70 копеек.
Спустя некоторое время Славянов запросил Уинское волостное правление написать ему о том, как служит колокол, и получил такой ответ:
«Господину Горному инженеру Николаю Гавриловичу Славянову. На отношение от 14 апреля с. г. за № 109, волостное правление имеет честь уведомить Вас, милостивый государь, что вторично исправленный ныне великим постом на пушечном заводе, в Мотовилихе, по способу электрической отливки колокол Уинской церкви в 48 пудов, в течение всей пасхальной недели подвергался трезвону, причем замечено, что он выносит порядочные удары своего языка и звук его сохранился вполне, за что правление со своей стороны, выносит Вам, как изобретателю электрической сварки, благодарность.
Волостной заседатель Курьянов, Волостной писарь Мельников».
История с исправлением уинского колокола скоро стала известна многим приходам. По указанию епископа Петра священник Илья Попов написал в «Пермских губернских ведомостях» специальную статью, в которой рекомендовал везти в Мотовилиху колокола для сварки по способу горного инженера Николая Гавриловича Славянова. Поступление колоколов для ремонта было столь значительным, что на заводе открыли специальную литейную по восстановлению колоколов. Здесь исправляли колокола из самых различных мест, даже из таких далеких, как Старая Русса Новгородской губернии, Кронштадт. Колокол из Кронштадта, названный рабочими «Иван Кронштадтский», весил восемьсот пудов. У него был отбит край весом в 89 пудов, и он имел 18 трещин.
Однажды на заседании Русского технического общества в Петербурге Славянова спросили: нельзя ли его способом отремонтировать знаменитый царь-колокол. Изобретатель ответил, что в принципе это возможно. Он занялся исследованием вопроса. Посетив проездом Москву, Славянов внимательно осмотрел колокол.
Чудо-колокол, отлитый русскими умельцами Иваном и Михайлой Материными, Гаврилой Смирновым и Андреем Маляровым в ноябре 1735 года, имел вес более двенадцати тысяч пудов. Когда он еще лежал в литейной яме, 29 мая 1737 года случился пожар: над колоколом загорелось деревянное строение. В яму начали падать пылающие бревна. Боясь, что колокол расплавится, сбежавшиеся люди принялись поливать его водой. Колокол лопнул: от него откололся кусок весом более чем в семьсот пудов, появились трещины. Спустя сто лет, в 1836 году, его подняли и поставили на пьедестал.
В 1893 году вышла из печати книжка Славянова «О возможности исправления Московского царь-колокола». В ней изобретатель дал детальный проект ремонта колокола по своему методу.
Вопросом исправления царь-колокола занимались многие, но все проекты сводились к его переливке. Только в 1890 году Н. Н. Бенардос предложил отремонтировать колокол электро-сваркой и выпустил брошюру «Проект способа починки, перевозки и подъема царь-колокола».
Предложение Славянова исправить царь-колокол была встречено по-разному. Одни приветствовали его, другие же отнеслись резко отрицательно. Так, газета «Русские ведомости» писала о том, «что московские техники настолько заинтересовались предложением Н. Г. Славянова, что Московское отделение Русского технического общества предполагает устроить специальное заседание, в котором примут участие и члены политехнического общества. Помимо доклада Н. Г. Славянова, будут подвергнуты обсуждению и предложения других лиц. Для наглядного ознакомления со способом, предлагаемым Н. Г. Славяновым, будет продемонстрирована на опыте примерная спайка довольно большого колокола, а затем по окончанию спайки, будет исследовано качество звука спаянного колокола». В то же время газета «Гражданин» метала громы и молнии: «Для чего нужно реставрировать «Царь-колокол»? Сейчас он имеет значение памятника, а тогда будет иметь значение практическое. Кому оно нужно?.. Не для чего трогать «Царь-колокол», как не для чего заряжать «Царь-пушку».
Дискуссия в таком духе продолжалась три года, в 1892—1894 годах. Но автор проекта не участвовал в ней: его мало интересовал вопрос — нужно или не нужно исправлять царь-колокол. Он знал, что сделать это технически возможно, а практическое решение зависело не от него. Дело кончилось тем, что правительство не разрешило ремонтировать царь-колокол.
Изобретение Славянова было высоко оценено передовой технической общественностью. Так, журнал «Наука и жизнь», говоря о Московской электрической выставке, писал в 1892 году: «...Мы видели на выставке образцы работ, исполненные при помощи плавильника Славянова, и должны сознаться, что образцы эти дают полное право надеяться на быстрое и обширное распространение этого прибора и электрического плавления вообще, так как оно дает возможность быстро и удобно производить такие работы, которые считались до сих пор совершенно невозможными».
Экономические выгоды электрической отливки были настолько очевидны, что, начиная со времени выдачи патента Славянову, никто не оспаривал значения этого изобретения, но, несмотря на это, она очень медленно внедрялась в производство.
К
1896 году электрическая сварка по способу Славянова применялась на паровозостроительном
заводе в Коломне, на заводах Леснера и Невского механического товарищества в
Петербурге, на трех заводах в Варшаве, в Обществе пароходства и торговли в Севастополе,
в Сормовских и Нижегородских судоремонтных мастерских, на Ижевском, Боткинском,
Луганском и Златоустовском заводах. Имели эти установки некоторые портовые и
железнодорожные мастерские. Кажется странным, что даже Обуховский завод, родственник
и ровесник Мотовилихинскому, до 1895 года не имел установки электрической сварки
по способу Славянова.
Гораздо энергичнее, чем в России, дуговая электрическая сварка металлов стала применяться на заграничных предприятиях. Уже в 1890—1892 годах Славянов получил патенты на свое изобретение во Франции, Англии, Австро-Венгрии, Бельгии, Германии, США, Швеции, Италии, и за границей сразу высоко оценили все преимущества электрической сварки.
Особенно широко изобретение Славянова стало использоваться на предприятиях Германии и США. В Германии первое место по количеству и весу обрабатываемых способом Славянова деталей занимали заводы Круппа в Эссене. В США больше всего электрическую сварку начали применять на машиностроительных заводах и в железнодорожных мастерских.