Ці події дитинства глибоко врізалися у мою пам'ять. Взимку 1941 -42 років місто ночами занурювалося в непроглядну темряву. Вікна були завішані чорними шторами та хрест-навхрест заклеєні паперовими смугами. А за тривожним сигналом заводського гудку ми швидко одягалися, хапали протигази та бігли до бомбосховища. Іноді не встигали заскочити за броньовані двері. І я бачив спалахи і здригався від гуркоту. Це німецькі літаки бомбили завод. З дитинства я зненавидів стрілянину і не радів навіть салютам. Через багато років держава назве нас «дітьми війни».
ХІХ століття
А в школі на уроках історії, фізики та хімії ми дізналися, що вибухає порох, що тисячі років його застосовують для руйнування та знищення людей та тварин. Вчені, винахідники, народні умільці вдосконалювали гармати, рушниці, автомати, гранати, міни.
У цій «роботі» порох був поза конкуренцією. Але під кінець ХІХ століття людство отримало нову вибухову речовину – динаміт. Більш ефективна речовина (якщо можна так оцінювати такі речовини). Щоправда, крім знищення, динаміт почали успішно використовувати для гірничо-рудних і будівельних справ.
Досі порох та динаміт застосовуються для багатьох господарських справ. Вибухові роботи проводять у шахтах, підземних виробках і на поверхні копалень, при сейсморозвідці і роботах у нафтових, газових, водяних та інших свердловинах, при підривання льоду, підводних підривних роботах, ліквідації заторів при лісосплаві, боротьби з лісовими пожежами, при проведенні тунелів та будівництві метрополітену, у наукових та навчальних цілях, при проведенні гірничо-розвідувальних виробок.
Друга половина ХХ століття. Закінчилась Друга світова війна. Загинули мільйони людей, зруйновано тисячі років та селищ. Для цього використали енергію давно відомого пороху. Вибухової речовини у всіх її різновидах. А за місяць до закінчення війни застосували новий вид енергії. Усього дві атомні бомби повністю знищили два японські міста.
корисних копалин
В історії людства розпочинався новий етап науково-технічного прогресу. І як завжди, основним стимулом було вдосконалення зброї. Між США та СРСР, двома наддержавами, розпочалися перегони озброєнь та ідеологічне суперництво. Тепер порох був потрібен не тільки для звичайної зброї, святкових та сигнальних ракет. Їм начиняли двигуни та головні частини бойових ракет. Та й у ядерній зброї без неї не обійшлося.
Але з’ясуємо загальні потреби нової техніки. Вчені розраховували, конструктори проектували, але виготовити ці конструкції не вдавалося. Основною причиною став перехід техніки на екстремальні умови експлуатації. Частини вузлів машин, апаратів та багатьох інших конструкцій працювали в різних умовах і необхідно було виготовляти їх із різних металів та сплавів. Різко збільшується обсяг застосування алюмінієвих та титанових сплавів в якості конструкційних матеріалів.
Зварні з'єднання повинні були витримувати високі динамічні навантаження, понад низькі та високі температури, агресивні середовища та ін. Виникла проблема зварювання різноманітних матеріалів. Найбільш затребуваними виявилися вироби з пар металів та сплавів алюмінію, титану, сталі, зокрема, у ракетобудуванні.
Однак при поєднанні їх методами зварювання плавленням утворювалися інтерметаліди з неприпустимими експлуатаційними властивостями (крихкістю, тріщинами та лр.). Розгорнувся пошук нової надійної технологій з’єднання. Більше того, потрібно було знайти можливість виробництва біметалевих деталей.
Рішення прийшло несподівано з зовсім іншої області.
У СРСР 1925—1926 роках вивченням вибухових речовин (ВР) займався М.Я. Сухаревський. Дослідженням порохових ВР приділяли увагу при розробці бойових ракет. У цьому займалися у 1930-х роках С.П. Корольов, В.П. Глушков та ін. Інтенсивні дослідження дій ВР розгорнулися у зв'язку з роботами зі створення атомних бомб. У створенні перших атомних бомб у США брав участь завідувач відділу розробки вибухових речовин у Лос-Аламосі Г.В. Кістяківський. (Народився у с. Мотовілівка, тепер Києво-Святошинський район. Україна. Радник президента Д. Айзенгавера у справах науки і техніки (1959–61).
Його основний внесок полягав у створенні вибухівки "боратол" - детонатора, який забезпечив точний і потужний імпульс для ініціювання ланцюгової реакції в плутонієвій бомбі. У 1938 р. завідувач лабораторії в Інституті хімічної фізики Я.Б. Зельдович створив теорію горіння і теорію детонації. Виникла область фізики та фізикохімії високих температур. У 1941 р. Зельдович розрахував внутрішню балістику реактивного снаряда "Катюша". Його праці з фізики вибуху, детонації та ударних хвиль, ядерної фізики, використовувані при створенні атомної бомби (29 серпня 1949 року) та водневої бомби (1953) в СРСР.
В історії техніки, військової та вибухової справи можна знайти приклади утворення з'єднань куль і снарядів з металевими тілами, які за своєю природою розцінювалися як чисто механічні. В 1792 р. гірський інженер Франц фон Баадер висловив припущення, що енергію вибуху можна сконцентрувати на невеликій площі, використовуючи порожній заряд. Однак у своїх експериментах Баадер використав чорний порох, який не може формувати необхідну хвилю детонації. Вперше продемонструвати ефект застосування порожнистого заряду вдалося лише з винаходом високобризантних ВР. Це зробив у 1883 році Макс фон Ферстер. У 1888 р. у США кумулятивний ефект досліджував та описав Чарльз Манро. У 1938 році Франц Томанек у Німеччині та Генрі Мохоупт у Швейцарії незалежно один від одного відкрили ефект збільшення пробивної здатності при застосуванні металевого облицювання конуса. Кумулятивний ефект - ефект Манро почали використовувати у дослідницьких цілях (можливість досягнення великих швидкостей речовини – до 90 км/с), у гірській справі, у військовій справі (бронебійні снаряди).
У 1941-1943 роках співробітники Інституту математики АН УРСР під час евакуації до Уфи під керівництвом М.О. Лаврентьєва вивчали дію на перешкоду металевого стрижня, що рухається з великою швидкістю вздовж осі. Цим передбачається, по суті, ідея кумулятивної дії вибуху, теорією якого Лаврентьєв впритул зайнявся після повернення до Києва. Лаврентьєв запропонував оригінальне гідродинамічне трактування явища кумуляції, відповідно до якого при величезних тисках, що виникають у момент вибуху, метал можна розглядати як ідеальну стисливу рідину; після цього, використовуючи рівняння гідродинаміки, можна було розрахувати динаміку струменя та обчислити пробивний ефект.
Утворення нероз'ємних з'єднань металів при ударі, викликаному вибухом, встановили одночасно незалежно в Україні та США. У 1944 р. в американському журналі Л. Р. Карл описав випадок з'єднання двох латунних дисків, що метаються за допомогою детонатора. У 1944-1946 pp. М. О. Лаврентьєв та його співробітники в Інституті математики АН УРСР у Києві при проведенні експериментів з кумуляції отримали перші зразки з'єднання - монолітні стрижні з пучків мідних дротів осесиметричні і біметалічні зразки з характерним для зварювання вибухом явищем хвилеутворення на поверхні контакту тіл, що стикаються.
Учасник цих робіт М. М. Ситий зварював монолітні стрижні з пучків мідного дроту, обмотуючи їх шнуром, що детонував. У 1950 р. у США Г. Кован і Дж. Дуґлас дослідили коси співудари пластин і розробили першу практичну технологію зварювання вибухом (ЗВ). У 1958 р. в Інституті гідродинаміки Сибірського відділення АН СРСР (м. Новосибірськ, РФ) продовжено дослідження в напрямку металообробки вибухом (М.О. Лаврентьєв, Ю.І. Фадеєнко).
У 1950-х роках розвиток і широке впровадження технології штампування вибухом відкривало можливість застосування вибухових речовин для з'єднання металів. зробив не дуже вдалу спробу застосувати техніку штампування вибухом для зварювання, використовуючи нормальні зіткнення шорстких тіл. Ця схема виявилася неефективною і не знайшла практичного застосування. В ці ж роки Г. Кован, А. Хольцман, Дж. Дуглас з американської фірми Дюпон Де Немур в результаті досліджень косих зіткнень пластин, що металися плоским зарядом ВР, розробили досконалу технологію зварювання вибухом (ЗВ), яка була запатентована і опублікована тільки в 1964.
У СРСР системні дослідження ЗВ. розгорнуто на початку 1960-х рр., зокрема в Інституті гідродинаміки. Надалі науково-дослідні роботи зі ЗВ проводилися в ІЕЗ ім. Є.О.Патона, у Дніпропетровському гірничому інституті. У Волгоградському політехнічному інституті, у Всесоюзному науково-дослідному та конструкторсько-технологічному інституті трубної промисловості (ВНДКТП) (м. Дніпропетровськ, УРСР) та ін.
Для отримання належного зварного з'єднання необхідно було навчитися керувати локальним вибухом, визначити склад і форму ВР, технології підготовки кромок і поверхонь, що зварюються, взаємне розташування зварюваних деталей і ВР, особливості з'єднання різних металів, вирішити проблему техніки безпеки. В ІЕЗ розпочато інтенсивний пошук методів зварювання різнорідних металів.
Борис Євгенович Патон наказав: «Відзначити, що розвиток хімічного машинобудування, атомної енергетики та інших галузей техніки висунув актуальне завдання створення основ зварювання конструкцій та виробів із різноманітних матеріалів. Вважати однією з найважливіших тем, які мають розроблятися у технологічних відділах».
В 1967 р. в ІЕЗ створено лабораторією, а з 1972 р. - відділ зварювання й різання металів вибухом на чолі з В.М. Кудіновим.
В ІЕЗ розгорнулися дослідження фізико-механічних явищ при обробці металів вибухом. Зварювання вибухом (ЗВ) мало декілька етапів розвитку, використовувались: кутова схема, паралельна схема та інші варіанти розміщення деталей і вибухівки. Як вибухову речовину найчастіше застосовують амоніти, амонали, гранулотол тощо.
Було досліджено явище хвилеутворення на поверхні з'єднання вибухом - з'єднання у формі хвиль, розроблено пружнопластичну модель хвилеутворення, що дозволяє врахувати індивідуальні властивості ЗВ різних металів і сплавів.
Було розроблено промислові технології обробки вибухом зварних з'єднань металоконструкцій відповідального призначення для забезпечення їх експлуатаційної надійності. У Дніпропетровськом гірничому інституті та ВНДКТІ трубної промисловості, досліджували та розробляли технологічні процеси зварювання, зміцнення і отримання нових матеріалів за допомогою вибуху.
Спочатку для зварювання вибухом використовувалися високобризантні ВР із великою швидкістю детонації, які зазвичай застосовувалися в кумулятивних зарядах та для створення сильних ударних хвиль. У цих умовах зварювання між пластинами спостерігалося лише у певному діапазоні початкових кутів і незмінно супроводжувалося значною залишковою деформацією поверхневих шарів металу з характерною хвилеподібною формою. Особливим досягненням слід вважати створення подовжених зарядів, розроблення безпечної технології їх виготовлення та застосування для зварювання і різання металевих конструкцій.
Під керівництвом В.М. Кудінова проведено фундаментальні дослідження зварювання та плакування вибухом і запропоновано нову модель фізичної теорії явища хвилеутворення. Комплекс досліджень, виконаних в ІЕЗ, став основою виділення окремого класу зварювальних процесів, які отримали назву конструкційного зварювання вибухом. (Результати цих досліджень застосували для розвитку технологій синтезу вибухом нових матеріалів, у тому числі алмазів).
У 1960 - 1970-х роках в ІЕЗ створено промислову технологію зварювання вибухом алюмінієвих оболонок кабелів зв'язку, яка відразу ж була впроваджена при будівництві кабельних ліній зв'язку загальною довжиною понад 5000 км. ЗВ застосована для з'єднання потужних струмопроводів та струмопровідних елементів. Розроблено та впроваджено на Південно-Західній залізниці та інших 12 залізницях СРСР кілька ефективних способів з'єднання багатожильної арматури контактних мереж та технологію приварювання мідних з'єднувачів до об'ємно-загартованих рейок
З 1970 х років посилюються досліджував фізико-механічних явищ при обробці металів вибухом, включаючи зварювання й різання, зміну їх фізико-механічних властивостей. Розроблено теорію й промислові технології обробки вибухом зварних з'єднань металоконструкцій відповідального призначення для забезпечення їх експлуатаційної надійності, зокрема, для підвищення корозійно-механічної міцності зварних з'єднань в основних і кислих середовищах. (В.М. Кудінов, В.Г. Петушков). За допомогою зварювання вибухом плоских поверхонь одержують біметалеві і багатошарові листи, здійснюють плакування спеціальними сплавами великогабаритних виробів (лопатей гідротурбін, конструктивних елементів реакторів тощо), з'єднують елементи металевих конструкцій.
У 1979 р. досліджено механізм детонації великомасштабних зарядів вибухової речовини стосовно плакування зварюванням вибухом. Встановлено пульсуючий режим детонації, запропоновано способи стабілізації процесу детонації. Розроблено технологію приєднання відводів до діючих магістральних газопроводів з використанням біметалічного перехідника. Визначено вплив відмінностей густини та твердості при з'єднанні різнорідних матеріалів.
Високими техніко-економічними показниками відрізняється технологія локального зварювання вибухом сталеалюмінієвих струмопідводів до аноду електролізерів для виплавки алюмінію. За допомогою цієї технології на Усольському заводі гірничого обладнання безпосередньо в цехових умовах організовано великосерійне виробництво сталеалюмінієвих штирів. Завдяки застосуванню механізованої вибухової камери. технологічний цикл зварювання вибухом одного виробу становить 5 хв. На Красноярському алюмінієвому заводі організовано відкриту вибухову ділянку реставрації сталеалюмінієвих штирів продуктивністю 10 тис. штирів на рік.
деталей ракет
Прикладом ефективного застосування зварювання і різання вибухом є комбінована технологія підключення відводів до газопроводів під тиском, що забезпечує безпечне проведення робіт без припинення транспортування газу. Зварювання і різання вибухом може здійснюватися в польових умовах, де складно застосування іншого стандартного, або громіздкого устаткування. Здійснюється з'єднання в польових умовах приводів і вузлів контактної мережі, алюмінієвих кабелів, струмопідводів і інших деталей.
У 1980-х роках розроблено принципово нові технологічні схеми та конструкції оснастки, що забезпечують локальне плакування вибухом оболонок у будь-яких просторових положеннях. Розроблено технологію ремонту локальних пошкоджень – наскрізних отворів та витончених оболонок.
У 1970-1980-х роках Дослідне виробництво СКТБ ІЕЗ виготовило та поставило на адресу підприємств нафтової та газової промисловості (Ташкентська, Тюменська та Куйбишевська обл., Чорнобильська АЕС) подовжені кумулятивні заряди для різання вибухом трубопроводів та інших конструкцій. Для виготовлення вузлів ракетних двигунів, систем подачі палива, аеродинамічних кермів керування, перехідних відсіків та інших вузлів з біметалу на Південному машинобудівному заводі було створено спеціальний цех. Але В ІЕЗ для Південного машинобудівного заводу зварюванням вибуху виготовили вузли ракет. Електромеханічному заводу (м. Первомайськ, Луганська обл.), виготовлено партію біметалевих листів мідь-сталь (100 шт.); для вторинних елементів роторів електродвигунів, що працюють у загазованих, запилених умовах; виготовлені підводні заряди для різання конструкцій глибоководних стаціонарних платформ при установці їх на акваторії Каспійського моря на глибині 120 м.
У 1979 р. в ІЕЗ найбільш важливими роботами є розробка технології зварювання вибухом триметалевих перехідників для аерокосмічної техніки; розробка труборізів для демонтажу нафтопроводів, для вирізки «котушек» з нафтопроводу в аварійній ситуації, для підключення відводів до діючих нафто- і газопроводів, для демонтажу під водою морських стаціонарних платформ тощо. Розроблено та впроваджено системи для аварійного відділення лопастей вертольота при катапультуванні екіпажу, для руйнування засклення літаків при покиданні екіпажем літальних апаратів у аварійних ситуаціях, для екстренного відокремлення «чорного ящика» від літального апарата у випадку аварії, а також технології для утворення аварійних виходів у космічному кораблі багаторазового використання в комплексній системі аварійного порятунку екіпажу; технології ліквідації й утилізації шахтних пускових установок ракет вибухом й утилізації кумулятивних снарядів. Спільно з Міністерством цивільної авіації та Київським авіаційним заводом ім. О.К. Антонова розроблено бортові пристрої та технологію застосування ВР для руйнування скління кабіни літальних апаратів і для утворення аварійних виходів у літаках різних типів (враховувався допустимий фізіологічний рівень звукового імпульсу шуму (150 Дб).
З 1990-х років одним з основних напрямків наукової діяльності ІЕЗ було підвищення циклічної довговічності зварних з'єднань обробкою вибухом. Було розроблено уявлення про механізм впливу обробки вибухом на довговічність зварних з'єднань, способи призначення режимів обробки та їх практичної реалізації. Технологія обробки зварних з'єднань вибухом успішно використовувалась при виготовленні прогінних споруд, ободів коліс великовантажних самоскидів БеЛаз, поворотного механізму радіотелескопа з діаметром дзеркала 70 м, при усуненні дефектів форми резервуарів для нафтопродуктів тощо.
У 1999-2003 роки виявлено явище різкого зниження схильності зварних з'єднань алюмінієвого сплаву В95 до крихких руйнувань в умовах низькотемпературного підігріву, що дало можливість виконати плакування вибухом зварних з'єднань з тріщиноподібним концентратором (В.Г. Петушков). У 2008 р. виявлено ефект запобігання розтріскуванню та покращенню зварюваності при зварюванні вибухом високовуглецевих сталей підвищеної твердості (наприклад 65Г) з різними металами та сплавами з використанням низькотемпературного (до 150 °С) попереднього підігріву. Цей ефект дозволяє отримувати з'єднання з надтвердих металів та сплавів зварюванням вибухом.
ЗВ застосовують при виготовленні трубних дощок теплообмінників і трубчастих перехідників для енергетики й ракетобудування. Корпуси парогенераторів виготовляють з перлітних сталей, а трубки і колектори – з аустенітної корозійностійкої сталі. Для виготовлення незвичайно складних конструкцій цих вузлів АЕС розроблено технології вибухового розвальцювання, приварювання дугою в інертних газах.
Протягом багатьох років в ІЕЗ займалися проблемами безпеки й екологічної чистоти вибухових технологій. Було розроблено декілька конструкцій вибухових камер. ЗВ виконують у пристосованих звукопоглинаючих приміщеннях (на майданчиках, у басейнах, камерах) або під піною у певному діапазоні швидкостей і кутів співударяння. На полігоні діє велика камера, у якій здійснюються вибухи з використанням до 300 кг вибухівки. У ній можна виготовляти біметалеві вироби значних габаритів і конфігурації.
Література
US patent 3137937, Cowan, George R.; Douglass, John J.; Holtzman, Arnold H., "Explosive bonding", issued 1964-06-23
Кудинов В.М. Гидродинамическое моделирование процесса образования волн при сварке металлов взрывом // Автомат. сварка. - 1971. - № 8. - С. 71-76 (співавт.).
Кудинов В.М.. Сварка взрывом в металлургии. - М.: Металлургия, 1978. - 168 с. (співавт.).
Дерибас А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск, 1972.
Кудинов В.М. Теоретическая оценка размеров локальных расплавов при сварке взрывом // 2nd Intern. symp. «Use of explosive energy for manufacturing metallic materials with new properties», Marianske Lasne, 1973. - Vol. 1. - P. 53-60.
Кудинов В.М., Фадеєнко Ю.І. Explosion cutting by linear core-shaped charges and its on-land, underwater and heavy-duty applications // Proc. of the intern. conf. – Hannover, 1977. - P. 131-135
Волгин Л.А Способы и технологические средства замены поврежденных участков магистральных трубопроводов. - М.: ЭНГ, 1980. – 54 с. (співавт.).
Кудинов В.М.. Влияние обработки взрывом на температурные интервалы и объемные эффекты превращения аустенитной высокомарганцевой стали // Докл. АН СССР. - 1981. – 256, № 6. - С. 1372-1375 (співавт.).
Дідик Р.П. Биметаллические трубы. Москва, 1974; Технология горного машиностроения: Учеб. Москва, 1986;
Кудинов В.М., Петушков В.Г., Федеенко Ю.И. Обработка взрывом сварных соединений металлоконструкций. - М.: Металлургия, 1993.- 364 с.
Петушков Волгини Л.А. Опыт применения энергии взрыва в сварочной технике // Свароч. пр-во. – 1994. - № 4. - С. 33-37
Петушков В.Г., Фадеєнко Ю.І. Волгін Explosion treatment of welded joints / Ed. B.E.Paton. - Harwood аcad. publ., 1994. - 95 р. – (Welding and Surfacing Reviews; Vol. 3, рt 4)
Петушков В.Г.. Волгини Л.А., Фадеєнко Ю.І. Explosion welding criteria / Ed. B.E.Paton. - Harwood аcad. publ., 1995. - 127 р. – (Welding and Surfacing Reviews; Vol. 3, рt 4)
Петушков В.Г.,. Ю.І. Фадеєнко Welding stress relief by explosion treatment. New-York: Backbone publ. Co., 1999. - 179 р.
Lysak V. I. and Kuzmin S. V. Explosive welding of metal layered composite materials / edited by B. E. Paton. — Kiev : The E. O. Paton electric welding institute of the National Academy of Science of Ukraine, 2003. — 127 с. — (Welding and allied processes).
Петушков В. Г. Применение взрыва в сварочной технике. — К. : Наукова думка, 2005. — 753 с. — ISBN 966-00-0286-6.
Добрушин Л. Д., Корнієнко О. М. // Зварювання вибухом / Енциклопедія Сучасної України [Електронний ресурс] / редкол. : І. М. Дзюба [та ін.] ; НАН України, НТШ. – Київ: Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2010. — Т. 10 : З — Зор. — 712 с. 2010. ISBN 978-966-02-5721-4.
Зварювання вибухом // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 98. — ISBN 978-966-7407-83-4.
О.М. Корнієнко, канд. техн. наук, Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
![Секвойя – величні людина і дерево [2]](https://www.krainaz.org/images/202505ua/sequoyah.jpg?width=850&height=587)
Засновник та видавець