книги из ГПНТБ / Зубков Б.В. Луч, искра, взрыв обрабатывают металл рассказы о новом и необыч. в обраб. металла

Взрывы соединяют конструкцию

Не вооруженный знанием глаз за слепящим пламе­ нем электрической дуги не увидит ничего, кроме одного п тиго же нспскон известного «способа соединения дета­ лей расплавлением». А специалист назовет вам десятки

женных под одну гребенку общим названием «сварка»: ручная и автоматическая; под слоем флюса и в угле­ кислом газе; электрошлаковая; атомноводородиая; электронная, усовершенствованная в Киевском ннститу-

.те электросварки имени академика Е. Патона; аргоно­ вая; контактная; точечная; ультразвуковая; рельеф­ ная; печная; автогенная; ударная; плазменная; термит­ ная; сварка трением и т. д. и т. п.

Но об одном способе сварки вам не расскажут даже старые сварщики. Ибо он только что появился и не ус­ пел еще выйти из научных лаборатории. Но недалеко время, когда, выйдя на просторы цехов, этот младенец потеснит заслуженных ветеранов.

Речь идет о сварке взрывом, которую изучают, в частности, ученые Сибирского отделения АН СССР. Основана она на том простом факте, что два куска металла, мгновенно сжатые огромным усилием, соеди­ няются накрепко так, что. их потом не оторвешь друг от друга. Лучше всего взрывная сварка удается в ва­ кууме, в этом случае взрыву не приходится преодоле­ вать неподатливую воздушную подушку между свари­ ваемыми 'деталями, снижающую качество шва.

При сварке конструкций будущих орбитальных и межпланетных станций или лунных сооружений воздух удалять не придется, его там и так нет, а вот в земных условиях детали нужно помещать в вакуумную камеру. Но это дает еще то дополнительное преимущество, что

30

стенки камеры защищают сварщика, а шум от взрыва становится не громче шума от ударов пневматического клепального молотка. Чтобы не строить слишком боль­ шую камеру в случае длинных детален, ее делают на­ движной, прикрывающей непосредственно зону сварки. Открытые концы закрывают резиновыми щитками или упаковочным материалом, тем более, что вакуум нужен не особенно глубокий — порядка одного миллиметра ртутного столба. Впрочем, хорошие швы уже удалось получить и без всякого вакуума, на открытом воздухе.

Пусть вы хотите сварить взрывным способом два плоских металлических листа. Практически это делает­ ся так. Нпж'шй лист кладут на тяжелую плиту—нако­ вальню для предотвращения деформаций во время сварки, а между листами помещают тоненькие опорные стойки из пенопласта так, чтобы угол между сварива­ емыми поверхностями составлял 2—4°. Если этот угол невыдержать, сварка может не удаться. Взрывчатку распределяют ровным слоем на верхнем листе, а под нее подкладывают равный ей по толщине кусок рези­ ны. При этом давление взрыва передается равномернее и листы не растрескиваются. Что касается наковальни, то можно обойтись и без нее. В этом случае необходима только вторая порция взрывчатки, которая уравновесила бы давление взрыва.

Итак, приготовления закончены. Листы, стойки, взрывчатка— все на своем месте. Удар по капсюлю. Взрыв. Ничтожная, почти не поддающаяся измерению

около девяти километров в секунду. Подсмотреть таин­ ственную механику мгновенного взрыва, заглянуть в непрозрачную вакуумную камеру помогла сверхско-

31

ростная рентгеновская съемка. Если вложить теперь заснятую пле.жу в обыкновенный кинопроектор, мы увидим, что, после того как листы соприкоснулись сво­ ими кр..ямп, по их внутренней поверхности со скоростью 5 тысяч ме*рсв в секунду (5 тысяч метров — скорость звука в стали) побежала упругая ударная волна. Точ­ ка соприкосновения листов помчалась за волною вдо­ гонку и, как бегунок' застежки-молнии, сшила листы намертво. Теперь понятно, зачем нам нужен был угол 2—4У Если угол между листами будет меньше, точка их сопрш основеппя перегонит звук, волнистая поверх­ ность, необходимая для сцепления, не успеет образо­ ваться, листь останутся гладкими и не сварятся. Если же угол будет слишком велик, листы сдвинутся, форма их исказится и сварки опять-таки не получится.

Исследования показали, что волнистость обеспечи­ вает механическое сцепление огромной прочности. Во всяком случае при испытаниях на срез основной металл разрушается всегда раньше, чем шов. Высота волн, похожих при увеличении на витки резьбы Эдисона, со­ ставляет примерно 12 микрон.

Поверхность листов перед сваркой неплохо зачи­ стить, но нет нужды делать это особенно тщательно: тонкий слой ржавчины практически не влияет на ка­

чество шва.

Интересно, что взрыв не только сваривает листы, но к легирует металл, так что вблизи шва образуется заметшя зона нового сплава. А при сварке золота с медью специфическая диаграмма рассеивания рентге­ новых лучей свидетельствует даже об образовании интерметаллическсго соединения. В будущем металлы можно будет специально легировать взрывом для изу­ чения, химгчсск; х реакций, происходящих при высоком давлении, но при низких температурах (пои сварке взрывом на поверхности шва выделяется так мало тепла,

32

Что температура не поднимается выше 150СС). Обычное легирование для этого непригодно, так как требует расплавления металлов и, следовательно, высоких тем­ ператур.

Взрывная сварка помогает существенно уменьшить число неприятных для сварщиков «несвариваемых» сочетаний, таких, как медь и золото, серебро и сталь, сталь и никель, молибден, ниобий, титан.

Вообще говоря, способ холодной сварки листов из разнородных материалов под действием давления был известен и раньше. Его предлагали, например, совет­ ские изобретатели Г. Орловский и Л. Адрианов (ав­ торское свидетельство 101058). Однако такой способ требовал тщательной предварительной обработки по­ верхности. Достаточно было ничтожного загрязнения, например от касания рукой, чтобы прочность шва резко понизилась. К тому же нельзя обойтись без гро­ моздких и дорогостоящих прессов. А при сварке взры­ вом обеспечиваются колоссальные давления, до 70 ты­ сяч атмосфер, практически без всякого оборудования. И это; конечно, чрезвычайно удобно, когда в полевых условиях приходится варить крупные резервуары, пло­ хо правленные листы, тяжелые элементы железнодо­ рожных мостов и т. д.

Вместе с тем взрыв способен выполнить и филигран­ ную, ювелирную, вернее сказать, недоступную самому искусному ювелиру работу.

Так, для одного радиоэлектронного прибора понадо­ билась деталька, состоящая из 1 300 шестиугольных мед­ ных ячеек с толщиной стенки 50 микрон и размером от­ верстия приблизительно 0,7 миллиметра. Настоящие пчелиные соты, только гораздо ажурнее. Технологи в отчаянии развели руками: ни одним из известных спо­ собов изготовить деталь было невозможно.

Тогда сварщики нарезали 1 300 кусков крупной алю=

33

миниевой проволоки, покрыли их с помощью электро­ лиза тончайшей медной пленкой и запрессовали весь жгут в толстостенную медную трубку. Обмотав эту трубку полоской взрывчатки, произвели взрыв. Затем алюминиевую начинку удалили специальным химиче­

другом. И на всю эту фантастическую работу ушла все­ го одна стотысячная секунды!

Знаменитому американскому физику Роберту Вуду понадобилось как-то прочистить узкую трубу телескопа. Недолго думая, остроумный ученый схватил кошку и за­ ставил ее протиснуться сквозь отверстие. Но никакая кошка не смогла бы сварить изнутри две алюминиевых трубы диаметром 5—7 сантиметров, да еще в таком месте, куда никак не подлезешь. Такая задача по си­ лам только взрывной сварке. Внутрь трубы помещают заряд с электродетонатором, а снаружи надвигают кольцевую обечайку в стальном футляре. Нажатие кнопки — и прочное герметическое соединение готово.

Взрывная сварка только что родилась. Еще не окон­ чательно ясна суть лежащих в ее основе физических процессов, еще не появились в технических справочни­ ках надежные цифры и рекомендации. Но достоинства нового технологического процесса бесспорны, а .пер­ спективы, открывшиеся для изобретательской смекал­ ки, очень заманчивы.

Открытие Н. Ф. Казакова

История эта началась давно, еще в конце прошлого века. И началась с неприятностей. Технологи — специ­ алисты по резанию металла в те годы впервые столк­ нулись с загадочным и коварным врагом. Без всякой

34

■Видимой причины резцы работающих станков «амина* да бить дрожь. Изделия, еще минуту назад отливавшие матовой гладью, покрывались предательской рябью.

Обнаружить виновников всех этих бед оказалось нелегко. Лишь изредка на кончике резца невооружен­ ным глазом можно было разглядеть еле заметный на­ рост. А чаще лишь микроскоп да тончайшие лаборатор­ ные исследования были в состоянии обнаружить его присутствие. Впрочем, и не видя нароста, технологи безошибочно узнавали о его появлении по поведению

с этим страшным и неумолимым врагом точности и ка­ чества обработки.

Задача эта оказалась не из легких.

Десятки лет ученые занимались.« упорно занимаются проблемой нароста, а решения — кардинального и окон­

все больше склонялись к мысли, что предательский на­ рост— это налипшие на резец частицы обрабатываемо­ го металла. Под чудовищным давлением, возникающим на режущей кромке, раскаляясь докрасна от трения, спрессовываясь в плотный комок, они прилипают' к по­ верхности инструмента.

В технических журналах появлялись все новые и но­ вые статьи, подтверждавшие эти соображения. И ка­ залось, что вот-вот будут получены последние данные, раскрывающие тайны нароста.

Но природа не слишком охотно расстается со сво­ ими секретами. И . когда до разгадки тайн нароста ос­ тавался, казалось, всего один шаг, нехитрый опыт по­ колебал и разрушил стройное здание теорий, возве­

35

тые куски металла, не доводя их до плавления. Раска­ лив стальные полосы в горне, они сильными удавами прижимали их друг к другу. И после охлаждения по­ лучали цельный к прочный единый кусок металла.

Правда, чтобы добиться этого, нужно было исполь­ зовать специальные приемы. Стальные полосы в горне посыпали особым кварцевым песком, который, сплав­ ляясь с окалиной, покрывал их тонкой блестящей плен­ кой шлака. При первых же ударах молота эта пленка разлеталась искристыми брызгами, обнажая чистые, неокисленные слои металла. Только так можно было получить хорошее соединение. Без песка металл в горне «горел», покрывался прочными слоями окислов, и ника­ кие усилия кузнецов не помогали.

Ученый без труда подметил те же закономерности в образовании нароста. Он появлялся, если в точке, где стружка касалась резца, не было пленок окислов. Эго

окислы, обнажая чистые слои металла. Если же окисная пленка оставалась целой, никакого нароста не па являлось. Резец мог работать часами, не подавая никаких угрожающих сигналов.

Во всем, с чем мы сталкиваемся в жизни, тесней­ шим образом соседствуют, переплетаются добро и зло, полезное и вредное, нужное и бессмысленное. Заме­ тить «плохое» в «хорошем» обычно не так-то сложно Но вот увидеть ценное в том, что на первый взгляд не сулит ничего, кроме неприятностей, гораздо труднее.

Николаю Федотовичу Казакову удалось это еде лать: удалось разглядеть в коварном наросте прообраз нового замечательного типа сварки.

Раз за разом повторяя в лабопатопии условия, з которых находится резей во время обработки, Казаков постоянно "получал прочное соединение двух металлов

37

наконец нашел... .виновника своих неудач! Хотя «на­ шел» — совсем не то слово. Найти .его было почти не­ возможно. О нем, а точнее о них, можно было только догадаться. Виновниками оказались ничтожные доли примесей, которые всегда были в самых чистых инерт­ ных газах, используемых им.

Понятие чистоты вообще относительно. И когда сварщики требуют для себя «чистый» аргон или «чи­ стый» гелий, надо еще уточнить, что именно они хотят получить. Обычная сварка в среде инертного газа впол­ не довольствуется аргоном с чистотой 99,95 процента. Да это и на самом деле не так уж плохо: пять сотых процента постороннихпримесей! Чистота же гелия и того выше: 99,99 процента.

К сожалению, то, что вполне, устраивало «обычную сварку», оказалось совершенно недостаточным для но­ вой, которую изучал Казаков. Ничтожных количеств примесей — сотых и даже тысячных долей процента — вполне хватало для образования тончайшего слоя оки­ слов. А с ними ни о каком прочном соединении, конеч­ но, не могло быть и речи.

да оказывается самым верным и коротким. Так случи­ лось н на этот раз. Решение было найдено вовсе не в сверхсовершенисй системе очистки. гелия или аргона.

Его «взяли» буквально с письменного стола учено­ го— из обыкновенной электрической лампочки. Ее рас­ каленный волосок лишь потому не сгорает в доли се­ кунды, что или окружен инертными газами, или... В этом-то «или» и был весьсекрет. Или... ничем не окру­ жен!

В. лампочке создано разрежение, вакуум. По. поня­ тиям современной техники, вакуум в лампочке не очень

39