дома нескучно
Как весело и с пользой пережить самоизоляцию

Взрывчатое производство новых материалов: наука, технологии, бизнес и инновации

9 November 2019

Многослойные металлические материалы впервые были обнаружены при проникновении бронебойных снарядов. Такие снаряды были изобретены в конце XIX века и использовались во время Второй мировой войны в боевых танках. Снаряды с полыми коническими оболочками при ударе барьером создают высокоскоростную струю из металла, которая прорывается сквозь барьер. Внешняя часть оболочки образует так называемую пулю. Если материалы струи и оболочки различаются, то получается двухслойная пробка. Это, по-видимому, первый способ производства двухслойных материалов путем сварки взрывом.

Во время войны исследователи сосредоточились на изучении бронебойного оружия и пренебрегли этим эффектом. В 1944 году Л.Р. Карл опубликовал в журнале "Прогресс металла" краткую публикацию о сварке металлических листов взрывом. Взрывная сварка фактически не применялась до 1960-х годов. В 1960 году американские ученые Г.Р. Кован, Дж. Дуглас и А.Хольцман опубликовали патент на процесс сварки взрывчатых веществ.

Институт гидродинамики Сибирского отделения Академии наук СССР был основан в 1957 году. Институт под руководством М.Л. Лаврентьева занимается изучением взрывных процессов. Однажды, в 1960 году, Е.И. Биченков, Ю.И. Биченков и А. Тришин, сотрудники группы, обнаружили "побочный продукт" одного из экспериментов - склеенные куски стали и меди. Они привезли этот образец В.С. Седыху, специалисту по сварке, старшему научному сотруднику института, и спросили, что это такое. Он внимательно осмотрел шов и сказал, что это сварка.

Этот образец был таким же, как и образец штампа, который М.А. Лаврентьев сразу после войны нашел под Киевом. Они начали анализировать процесс сварки. Куски стали и меди лежали друг над другом. В результате взрыва один металл проник в другой и в пограничный слой получен сплав на основе этих металлов. Ученые успешно проводили эксперименты и стали целенаправленно развивать взрывоопасную сварку металлов. Они выяснили, что с помощью взрыва можно сваривать практически любые металлы, осталось только выбрать условия: расстояние между пластинами, скорость столкновения, равную отношению массы заряда к массе летящего листа и другие параметры.

В 1962 г. В.С. Седич, А.А. Дерибас, Е.И. Биченков, Ю.И. Биченков, А. Тришин выпустили первую публикацию, посвященную сварке взрывчатых веществ в СССР (в сварочном изготовлении). Так, в начале 1960-х годов были созданы два научно-исследовательских центра по сварке взрывчатых веществ - в США и СССР. Количество исследований и промышленных применений нового процесса в 60-х и 70-х годах в США и СССР было примерно одинаковым.

Затем американские исследователи прекратили публикацию по неизвестным причинам. Взрывная сварка получила значительное развитие в Европе (Германия, Польша, Франция, Нидерланды и др.). Основываясь на результатах работы наших ученых и личных контактах, процесс сварки взрывом был применен и значительно усовершенствован в Китае, Индии и Японии. Первое практическое применение взрывчатой сварки было реализовано в Институте гидродинамики.

Исследователи изготовили экспериментальную партию биметаллических листов для космического корабля. Заместитель генерального конструктора С.П. Королёв приехал в Институт для бесед. Он сообщил, что им не удалось традиционным способом приварить листы металла к запланированному назначению запуска космического корабля, и предложил применить сварку взрывом. После положительных результатов тестов они получили заказ на 500 листов. Приказ был выполнен в течение недели на полигоне под Новосибирском и отправлен в Москву. Затем ученые получили телеграмму с автографом С.П. Королева: "Спасибо за вашу дальновидную работу". 

В 1964 году ОАО «Анитим» совместно с ОАО «РПА ЦНИИТМАШ», ООО «Битруб Интернэшнл» и Алтайским государственным техническим университетом начали использовать взрывную сварку. Наиболее известными достижениями являются коррозионностойкая стальная облицовка лопаток гидротурбин для Красноярской, Саяно-Шушенской, Чарвакской ГЭС и площадки No 1 (Канада), трубчатые пластины для химических реакторов, биметаллические паросепараторы и гидроаккумуляторы Билибино и Чернобыля - атомной электростанции.

Были разработаны и освоены сварочные процессы для стали с медью, алюминием, титаном, а также технология изготовления трехслойного антикоррозионного листа методом взрывной сварки с последующей прокаткой. До 1991 года общий объем производства составлял более 17 тыс. тонн, объем производства трехслойной заготовки достиг 30 тыс. кв. м. Совместно с АГТУ была разработана и промышленно освоена уникальная технология производства крупногабаритных стальных/титановых листов в среде аргона.

С 1995 г. ООО "Импульсные технологии" (Красноярск, Россия) производит алюминиевые и медно-алюминиевые биметаллические вставки и медно-алюминиевые адаптеры методом взрывной сварки и применяет сварку взрывчатым способом для изготовления алюминиевых токовых выводов большого сечения. Заказчиками являются все российские алюминиевые заводы (РУСАЛ).

Техника сварки взрывчатыми веществами хорошо развита и применяется в различных отраслях промышленности уже более 50 лет. Основное преимущество взрывоопасной сварки заключается в соединении металлов, которые часто являются несовместимыми. В то время как обычный способ требует разработки технологии индивидуально для каждой комбинации с использованием сложного дорогостоящего оборудования. В будущем этот процесс должен развиваться, и объем производства многослойных металлических материалов будет увеличиваться.