книги из ГПНТБ / Муслин Е.С. Металл меняет форму

выполнить любой объект. Сырьем ей послужит воздух и вода: превращая элементы, дубликатор сам обеспечит себя любым сырьем. А выделяющуюся при этом энергию он утилизирует на производство энергетической «зо­ лы» — золота или свинца.

В эпоху дубликаторов исчезнут заводы, фабрики, транспорт — каждая семья, все что ей нужно, будет производить на месте. Мы возвратимся к натуральному хозяйству, но па высочайшем уровне. Общество эпохи дубликаторов будет весьма своеобразным. Грязные но­ совые платки, алмазные тиары, Мойны Лизы и пустые бутылки, когда в них минует надобность, люди будут бросать в утилизаторы. Любые вещи сделаются всем доступны, но не потеряют привлекательности, как не утратили свое очарование музыка и книги, несмотря на звукозапись и книгопечатание. Единственной ценностью станет умение, изобретательность, подлинный вкус и мастерство в составлении программ. Наши потомки бу­ дут влюблены не в вещи, а в красоту, доброту п щед­ рость»...

Так описывает технику будущего известный англий­ ский ученый и писатель Артур Кларк. Пока мы еще бес­ конечно далеки от нарисованной им картины. Но в прин­ ципе английский фантаст прав: жизненные ресурсы человечества неисчерпаемы, так как все сводится в конечном счете к материи, энергии и мастерству.

Все чаще единственным «сырьем» для производства становятся лишь воздух, вода и электричество.

...В прозрачной стеклянной/ колбе полыхают голубые молнии. Из кислорода здесь синтезируют озон. В дру­ гом сосуде электричество «сшивает» атомы азота и кис­ лорода. Получив из азотнокислородной смеси нитрозный газ, его смешивают с азотом и конденсируют. В резуль­ тате образуется стопроцентная азотная кислота. Способ

250

ее получения из воды и воздуха изобретен советскими учеными Н. И. Кобозевым, А. А. Шнеерсоном, Е. Н. Пицхелаури. Такому химическому заводу не нужно никако­ го транспорта. Ему достаточно иметь водопровод, элект­ рокабель и трубопровод для вывоза готовой продукции.

В таежных дебрях Камчатки и Якутии, на ледяных просторах Арктики и Антарктиды, где пока еще не от­ крыты месторождения нефти, для работы автомобилей, бульдозеров, буровых установок требуется много горю­ чего. Керосин и бензин приходится сюда везти за тыся­ чи километров. Химики подсчитали, что гораздо выгод­ нее с помощью энергии атомных реакторов на месте синтезировать из воды и воздуха аммиак и использовать его вместо бензина. Первые установки для получения горючего «из ничего» уже проектируются.

Сырье «из ничего» соблазняет и машиностроителей. Вот, например, сварщики. Сваривают они в каких-ни­ будь пустынных дебрях плети трубопроводов, металло­ конструкции будущих плотин, электропередач, промыш­ ленных сооружений, а транспортники за сотни километ­ ров везут к ним тяжеловесные баллоны с кислородом, природным газом, пропан-бутаном, бочки с карбидом. Скоро этого не потребуется. Появились сварочные аппа раты, разлагающие воду на кислород и водород и удов­ летворительно работающие на их смеси — на взрыво­ опасном горючем газе.

Недавно к аналогичному решению пришли и штам­ повщики. Чем только ни штамповали они детали: при­ родным газом, магнитным полем, жидким воздухом, по­ рохом, электрической искрой и т. д. Теперь очередь дош­ ла и до воды, вернее, до гремучего газа.

Западногерманские изобретатели Г. Зигмунд, БингенКемптен и Йозеф Шабергер, разработавшие этот способ (патент ФРГ 1135853), пришли к выводу, что он имеет

251

определенные преимущества по сравнению со штампов­ кой подводным электрическим разрядом или взрывчаты­ ми веществами. Так, электрогидравлическая штамповка требует довольно сложной аппаратуры, а поле давлений, в какой-то степени зависящее от расположения электро­ дов, не позволяет штамповать заготовки любой конфигу-

Схема электролизно-штамповочного устройства.

рации. Штамповка порохом или другой взрывчаткой тре­ бует от производственников соблюдения обременитель­ ных правил техники безопасности, к тому же и стоимость взрывчатки довольно высока.

По новому способу заготовка опускается в разборную матрицу, куда наливается вода. Затем в воду погружают устройство для электролитического разложения воды. Оно представляет собой два концентрических кольцевых электрода, изолированных друг от друга, к которым под­ веден постоянный или переменный ток. Снизу электроды охватывает пластмассовая полиэтиленовая оболочка, также полностью погруженная в воду. Посередине смон-

252

тирована электрическая запальная свеча типа автомо­ бильной. Кроме того, в пространство между электрода­ ми набита непроводящая масса — стекловата, пропитан­ ная слабым раствором фосфорной кислоты. Кислота под­ кисляет воду и облегчает электролиз.

...Включен ток. Крохотные пузырьки водорода и кис­ лорода лопаются на электродах. В полиэтиленовой обо­ лочке постепенно накапливается гремучий газ. Отмерить точную его порцию очень просто — по электрическому счетчику. Но вот газа достаточно. Электроды отключают­ ся от сети. Свеча подает искру. Взрыв! Поскольку ско­ рость детонации гремучего газа в полтора раза превы­ шает первую космическую и в восемь раз скорость звука в воде, достигая 12000 метров в секунду, вода реагирует на взрыв, как твердое тело, не выплескивается из матри­ цы, а равномерно передает давление удара во все сторо­ ны. Отштампованная деталь получается настолько глад­ кой и чистой, что дальнейшей обработки обычно не тре­ буется. Удобно и то, что при взрыве не выделяется ника­ ких газов и не остается никакого нагара: ведь единствен­ ным продуктом взрыва является вода.

Взрывы сваривают сталь

Порох легирует и варит металл

Не вооруженный знаниями человек за слепящим пла­ менем электрической дуги не увидит ничего, кроме одного и того же испокоп известного «способа соединения дета­ лей расплавлением». А специалист назовет вам десятки разновидностей, десятки совершенно непохожих друг на друга технологических процессов, объединенных под общим названием «сварка». Ручная и автоматическая; под слоем флюса и в углекислом газе; электрошлаковая; атомно-водородная; электронная, усовершенствован-

253

пая в Киевском институте электросварки имени акад. Патона; аргоновая; контактная; точечная; ультразвуковая; рельефная; печная; автогенная; ударная; конденсаторная; плазменная; термитная; 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 успел еще выйти из научных лабораторий. Но недалеко время, когда, выйдя на просторы цехов, этот младенец потес­ нит заслуженных ветеранов.

Речь идет о сварке взрывом, которую изучают в част­ ности ученые Сибирского отделения АН СССР. Основа­ на она на том простом факте, что два куска металла, мгновенно сжатые огромным усилием, соединяются на­ крепко так, что их потом не оторвать друг от друга. Лучше всего взрывная сварка удается в вакууме, в этом случае взрыву не приходится преодолевать неподатли­ вую воздушную подушку между свариваемыми деталя­ ми, снижающую качество шва.

При сварке конструкций будущих орбитальных и меж­ планетных станций или лунных сооружений воздух уда­ лять 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 стенки камеры защищают сварщика, а шум от взрыва становится не громче шума от ударов пневматического клепального молотка. Чтобы не строить слишком боль­ шую камеру для изготовления длинных деталей, ее де­ лают надвижной, прикрывающей непосредственно зону сварки. Открытые концы закрывают резиновыми щитка­ ми или упаковочным матерйалом, тем более что вакуум нужен не особенно глубокий — порядка одного милли­ метра ртутного столба. Впрочем, хорошие швы уже уда­ лось получить и без всякого вакуума, на открытом воз­ духе.

254

Допустим, надо сварить взрывным способом два плос­ ких металлических листа. Практически это делается так. Нижний лист кладут на тяжелую плиту — наковальню для предотвращения деформаций во время сварки, а между листами помещают тоненькие опорные стойки из пенопласта так, чтобы угол между свариваемыми по­ верхностями составлял 2°—4°. Если этот угол не выдер­ жать, сварка может не удаться. Взрывчатку распреде­ ляют ровным слоем на верхнем листе, а под нее под­ кладывают равный ей по толщине кусок резины. 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 бы уравновесила давление взрыва.

Итак, приготовления закопчены. Листы, стойки, взрыв­ чатка — все на своем месте. Удар по капсюлю. Взрыв. Ничтожная, почти не поддающаяся измерению доля се­ кунды, и детали превратились в единое целое. Как про­ следить, проконтролировать процесс сварки, если он идет с космической скоростью? С космической в буквальном смысле: раскаленные газы пробегают около 9 километров в секунду. Подсмотреть таинственную механику мгновен­ ного взрыва, заглянуть в непрозрачную вакуумную каме­ ру помогла сверхскоростная рентгеновская съемка. Если вложить теперь заснятую пленку в обыкновенный кино­ проектор, мы увидим, что после того как листы соприкос­ нулись своими краями, по их внутренней поверхности со скоростью 5000 метров в секунду (5000 метров — скорость звука в стали) побежала упругая ударная волна. Точка соприкосновения листов помчалась за волною вдогонку и, как бегунок застежки-молнии, сшила листы намертво. Теперь понятно, зачем нам нужен был угол 2°—4°. Если угол между листами будет меньше, точка их соприкосно-

255

вения перегонит звук, волнистая поверхность, необходи­ мая для сцепления, не успеет образоваться, листы оста­ нутся 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 обеспечивает механическое сцепление огромной прочности. Во всяком случае при испытаниях на срез основной металл разру­ шается всегда раньше, чем шов. Высота волн, похожих при увеличении на витки резьбы Эдисона, составляет примерно 12 микрон.

Поверхность листов перед сваркой неплохо зачистить, но нет нужды делать это особенно тщательно: тонкий слой ржавчины практически не влияет на качество шва.

Интересно, что взрыв не только сваривает листы, но и легирует металл, так что вблизи шва образуется замет­ ная зона нового сплава. А при сварке золота с медью специфическая диаграмма рассеивания рентгеновских лучей свидетельствует даже об образовании интерметал­ лического соединения. В будущем металлы можно будет специально легировать взрывом для изучения химиче­ ских реакций, происходящих при высоком давлении, но при низких температурах (при сварке взрывом на по­ верхности шва выделяется так мало тепла, что темпера­ тура не поднимается выше 150° С). Обычное легирование для этого непригодно, так как требует расплавления смешиваемых металлов и, следовательно, высоких тем­ ператур.

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

Вообще говоря, способ холодной сварки листов из раз­ нородных материалов под действием давления был из-

256

вестеи и раньше. Его предлагали, например, советские изобретатели Г. Орловский и Л. Адрианов (авторское свидетельство 101058). Однако такой способ требовал тщательной предварительной обработки поверхности. Достаточно было ничтожного загрязнения, например, от касания рукой, чтобы прочность шва резко понизилась. К тому же нельзя обойтись без громоздких и дорогостоя­ щих прессов. А при сварке взрывом обеспечиваются ко­ лоссальные давления (до 70 тысяч атмосфер) практиче­ ски без всякого оборудования. II это, конечно, чрезвы­ чайно удобно,, когда в полевых условиях приходится варить крупные резервуары, плохо правленные листы, тяжелые элементы железнодорожных мостов, трубопро­ водов и т. д.

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

Гак, для одного радиоэлектронного прибора понадо­ билась деталька, состоящая из 1300 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 спосо­ бов изготовить деталь было невозможно.

Тогда сварщики нарезали 1300 кусков алюминиевой проволоки, покрыли их с помощью электролиза тончай­ шей медной пленкой и запрессовали весь жгут в толсто­ стенную медную трубку. Обмотав эту трубку полоской взрывчатки, произвели взрыв. Затем алюминиевую на­ чинку удалили специальным химическим реактивом. На фотографии вы видите готовую деталь. Ровно 1300 иде­ альных шестиугольных ячеек, тщательно сваренных друг с другом. И на всю эту фантастическую работу ушла всего одна стотысячная секунды!

Детали под обстрелом

Способ изготовления деталей из любых металлов с помощью газовой детонационной пушки, стреляющей порошком

«...Л1еня принял субъект, выглядевший, как свободный художник, оглядел меня, согласился, что мне идут про­ сторные вещи. Кончилось все это тем, что он сделал мне тут же несколько свитеров. Я стоял, подняв руки, а он вертелся вокруг меня, оперируя сразу четырьмя флако­ нами. Жидкость, белая, как пена, на воздухе мгновенно застывала...»

Так описывает в своем романе «Возвращение со звезд» ателье мод будущего Станислав Лем, известный поль­ ский писатель-фантаст. Впрочем, подобная картина не так уж фантастична. Конечно, обнаженному клиенту стоять под струей быстро твердеющей пластмассы будет не очень-то приятно, но что мешает заменить живого че­ ловека обычным манекеном? Что же касается самой жидкости, способной за несколько минут твердеть и превращаться в волокнистопористую ткань, хорошо со­ храняющую тепло, пропускающую воздух и водяные па­ ры не хуже шерсти или шелка, то ее созданием уже несколько лет занимается специальная лаборатория в Институте физической химии АН СССР. В будущем чу­ додейственная жидкость преобразит текстильную про­ мышленность, избавит ее от множества трудоемких операций, но пока проблема эта не решена, она еще не по зубам современной химии.

Однако в «одежде» нуждаются не только люди. По­ крытия необходимы и деталям машин, чтобы уберечь их от износа и коррозии, действия электрического тока и агрессивных жидкостей. Конечно, одевать детали легче, чем людей. Это можно сделать несколькими способами: