Поиск - новости науки и техники

На взрывной волне. Контакты науки и производства дали кумулятивный эффект.

Ученые из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (ИСМАН) в очередной раз доказали старую истину: нет ничего практичнее хорошей теории. Проведенные ими фундаментальные исследования позволили значительно усовершенствовать технологию промышленного производства биметаллов сваркой взрывом. А налаженные институтом контакты с предприятиями оборонного комплекса и малого бизнеса привели к организации в Подмосковье крупнейшего в России промышленного производства данного класса материалов. Это уже в ближайшем будущем позволит исключить зависимость стратегических отраслей промышленности страны от импорта биметаллов.
Слово “сварка” для дилетанта означает соединение двух металлов при нагревании по узкому шву. Оказывается, в ходе некоторых сварочных процессов можно “сращивать” поверхности, исчисляемые несколькими квадратными метрами. Теория этого явления до сих пор находится в стадии разработки, хотя само оно было открыто довольно давно. Еще во время Первой мировой войны был замечен интересный факт: некоторые осколки снарядов прилипали к броне намертво – не оторвешь.
Исследовать данный феномен всерьез начали только в 1960-х годах. В СССР этим занялась группа ученых из Новосибирска под руководством академика М.Лаврентьева. Работы носили закрытый характер, поэтому в научной литературе свои результаты первыми опубликовали американские исследователи.
Физическую суть явления ученые объяснили так: в результате высокоскоростного соударения разнородных металлов, разгоняемых взрывной волной, на их контактной поверхности образуется металлическая связь. Получаемую таким образом композицию назвали биметаллом.
К изучению процесса, который окрестили “сваркой взрывом”, ввиду его практической ценности подключились многие научные коллективы. Сотрудникам Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН удалось далеко продвинуться в понимании механизма этого явления и в результате решить ряд серьезных технических проблем, приводивших к потерям ценных металлов и ухудшавших качество изделий. Мы попросили директора ИСМАН доктора физико-математических наук Юрия
Гордополова, который возглавляет работы по взрывной тематике, рассказать о достигнутых результатах.
– Юрий Александрович, в чем особенность и ценность такого оригинального класса соединений, как биметаллы?
– Это очень прочное соединение. В плоскости контакта биметаллы “сцеплены” на атомном уровне: их ионные решетки консолидированы общими электронами. “Шов” получается очень крепким, более того, в зоне контакта оба металла еще и упрочняются. Так что при испытании на разрыв образцы биметаллов обычно рвутся не в месте сварки. Сегодня мы умеем “соединять взрывом” практически любые металлы и сплавы. Получаемые биметаллы обладают уникальным сочетанием таких свойств, как химическая стойкость, электропроводность, и используются для изготовления токоподводов электролизных матриц, реторт и плазменных печей для выплавки титана, лопаток гидротурбин, корпусов химических и ядерных реакторов.
– Какие усовершенствования внес в технологию производства биметаллов ваш институт?
– Важная проблема, которую мы решили, – устранение краевых непроваров. Процесс сварки взрывом в общем виде выглядит так. Пластины металла располагаются друг над другом с небольшим зазором. На верхней размещается слой взрывчатого вещества, при детонации которого она разгоняется и с огромной скоростью (порядка 1 км/с) соударяется с нижней. При этом на контактной поверхности создаются сверхвысокие давления, которые позволяют сблизить металлы на расстояние действия атомных сил, а пластические течения металлов в зоне контакта и вытесняемый из зазора сжатый воздух обеспечивают необходимую очистку контактных поверхностей. Но для того, чтобы прочность соединения была в каждой точке одинаковой, нужно создать на всей контактной поверхности эквивалентные условия соударения. На краях листов этого сделать долгое время не удавалось. Плохо проваренные части приходилось отрезать, и ценные металлы тоннами шли в отходы производства.
Мы провели углубленные исследования процессов, протекающих в сварочном зазоре, и выявили новые, ранее неизвестные закономерности. Разработанные на основе полученных результатов технологические приемы позволили справиться с проблемой. Они являются ноу-хау и сегодня готовятся к патентованию.
– Понятно, что все такие работы академический институт не мог вести в одиночку. Как складывались контакты с партнерами?
– До недавнего времени биметаллы в Россию поставляли в основном из-за рубежа. Изучая рынок, мы поняли, что отечественной промышленности требуются крупногабаритные биметаллические листы. Это требовало взрывов мощностью свыше 300 кг тротилового эквивалента. В Черноголовке, где расположен ИСМАН, производить такие мощные взрывы мы не могли. Выяснилось, что это можно делать в двух десятках километров от нашего научного центра в Красноармейске, на полигоне оборонного комплекса, находящегося в ведении ФКП НИИ “Геодезия”. Однако ни у нас, ни у них не было достаточного опыта коммерциализации научных разработок. Так в нашем альянсе появилась третья организация – ООО “Битруб Интернэшнл”, которая такой опыт имела и, кроме того, ранее уже занималась производством биметаллов сваркой взрывом.
Важную роль в получении равнопрочного соединения на большой площади играет и стабильность детонации применяемого взрываемого вещества. В содружестве перечисленных организаций было разработано очень эффективное и недорогое взрывчатое вещество на основе микропористой аммиачной селитры и дизельного топлива.
Сегодня по нашей технологии успешно производятся 500-600 листов крупногабаритных биметаллов в год. В 2011 году сделаны уникальные заготовки трубных решеток сталь-титан для третьего энергоблока Ростовской АЭС. В связи с этим ООО “Битруб Интернэшнл” разработало инвестиционную программу по расширению производства до 30 тысяч квадратных метров биметалла в год, предусматривающую строительство в Красноармейске современного завода с полным циклом производства, включая отделку биметалла по современным европейским стандартам. Предполагаемый объем инвестиций – 1,5 млрд рублей. Строительные работы планируется завершить в 2013 году.
– При выполнении конкретных заказов наверняка потребуются новые исследования, доработка технологии. Есть ли у института для этого кадры?
– В Лаборатории ударно-волновых процессов ИСМАН, которую я возглавляю на общественных началах, многие молодые ученые вовлечены в инновационную деятельность. Мы вообще активно работаем с научной молодежью. В институте функционирует Научно-образовательный центр, проводится ежегодная школа-семинар с привлечением в качестве лекторов известных ученых. ИСМАН является организатором самого представительного международного симпозиума по получению взрывом новых материалов, на котором традиционно выступают и молодые ученые нашего института. Так что у нас есть все основания полагать, что научные разработки института не залежатся на полках.

Надежда ВОЛЧКОВА

Нет комментариев