Взрыв: история, практика, перспективы

ВЗРЫВ И МЕТАЛЛ

Археологи свидетельствуют, что впервые металл был выплавлен за 7 тыс. лет до того, как появился порох. Во втором тысячелетии стал известен сыродутный процесс, посредством которого из руд получали железо. В XIV в., когда в Европе начался пороховой бум и стали строиться заводы, родилось доменное производство и был изобретен способ передела чугуна в ковкое железо, что привело к получению металлов чрезвычайно высокого качества — булата и дамасской стали. Не удивительно, что порох, который порождал слабую взрывную волну (главное составляющее при взрыве накладного заряда), был бессилен нарушить структуру, выкованную огнем и молотом.

В XIX в. родились новые процессы получения литой стали — бессемеровский (1856), мартеновский (1864) и, наконец, томасовский (1878). Но это был также век ВВ, не виданных ранее удельных энергий — в первую очередь пироксилина и нитроглицерина. Прочность металла и давление взрыва стали, наконец, соизмеримы. В мае 1863 г. в Вандсбеке недалеко от Гамбурга зарядом в 40 г нитроглицерина была разрушена наковальня, весившая около 1 т. Затем в Швеции и Германии нитроглицерином с успехом разбивали «козлы» в доменных печах. В воздухе носилась идея не только разрушать, но также и обрабатывать металл взрывом.

В 1900 г. английские и немецкие инженеры получили патенты на взрывную формовку металлов. Этим патентам суждено было пролежать без движения на полках архивов почти 50 лет!

Между тем практическое использование энергии взрыва для работ по металлу нашло незапатентованное решение в молодой Советской республике, где в начале 20-х годов взрывом успешно дробили крупные детали при заготовке металлолома, взрыв применяли для резания цилиндрической части корпуса старых паровозов на листы, для снятия колес с железнодорожных скатов и высвобождения стальных осей с целью повторного использования, для дробления козлов в доменных печах.

Заряд ВВ и металл вновь встретились на полях сражений второй мировой войны, где появились армады танков, снабженных лобовой броней из высококачественных сталей. Перед этой броней обычный артиллерийский снаряд оказался бессильным. Поиски привели к использованию эффекта кумуляции, при исследовании которого несколько позже родилась мысль о способности взрыва сваривать металлы.

Явление кумуляции, впервые обнаруженное М. М. Бо-ресковым в 1864 г. и описанное 14 лет спустя Монрое, долгое время не находило применения. Начало изучения этого явления положено М. Я. Сухаревским в 20-е годы. XX в. Тогда же в нашей стране этот эффект был использован в капсюле-детонаторе. В первые годы Великой Отечественной войны М. А. Лаврентьев и Г. И. Покровский провели теоретические и опытные исследования кумуляции. Она стала применяться в военном деле, и в первую очередь в противотанковых снарядах.

Что же представляет собой эффект кумуляции? Известно, что энергия заряда ВВ обычно распространяется более или менее равномерно во все стороны. Однако бывают случаи, когда необходимо сконцентрировать ее в одном, определенном направлении, например перерезать металл, передать детонацию. Так родился кумулятивный эффект, под которым понимают усиленное в одном заданном направлении действие взрыва одиночного заряда ВВ (рис. 10).

Первые снаряды, в которых был использован кумулятивный эффект, успешно пробивали лобовую броню фашистских танков во время войны. Эффект достигается благодаря наличию в заряде ВВ кумулятивной выемки в форме конуса, обращенного своим основанием к разрушаемому объекту. Выемку покрывают тонким слоем металла, измеряемым миллиметрами.

Механизм взрыва сводится к следующему. Детонационная волна, достигнув вершины конической облицовки выемки, распространяется по образующим облицовки и сжимает оболочку. При смыкании оболочки по ее оси вы-

плескивается металлическая струя, имеющая примерно первую космическую скорость. Эта струя пробивает броню так, как если бы она состояла из жидкости. Хорошо спроектированный кумулятивный заряд может пробить лучшую броню, толщиной в 3—4 раза превосходящую диаметр отверстия кумулятивной выемки.

Идея гидродинамической теории кумуляции впервые была высказана Г. И. Покровским в 1943 г. Развивая эту идею, М. А. Лаврентьев в 1945 г. опубликовал гидродинамическую теорию кумуляции (подобные идеи независимо были высказаны Г. Биркгофом в США). Было установлено, что при соударениях со скоростями, исчисляющимися километрами в секунду, в металлах развивается напряжение порядка модуля упругости; при этом поведение металлов можно анализировать на основе модели идеальной несжимаемой жидкости.

Экспериментальные работы по кумуляции, проведенные под руководством М. А. Лаврентьева, позволили установить, что при соударении металлических оболочек образуется волнообразная поверхность контакта — характерный признак сварки взрывом. Но вывода о целесообразности сварки этим методом сделано не было. Значительно позднее, в 1954 г., эффект сварки взрывом был отмечен В. Алленом и исследован Г, Абрахамсоном в США,

Через три года после этого сварка при высокоскоростных соударениях была обнаружена в лаборатории мощного американского концерна Дюпон де Немур, три сотрудника которого — Г. Кован, Д. Дуглас и А. Хольцман — в I960 г. представили этот способ к патентованию. Спустя четыре года патент был получен, но прошло еще два года, пока о его содержании стало известно научному миру.

Между тем в 1961 г. в СССР в Институте гидродинамики СО АН СССР велись работы по упрочнению металла взрывом. Одна из схем такого упрочнения предусматривала метание металлической пластинки (с помощью взрыва) на упрочняемую деталь. Скорость метания пластины достигала 2 км/с, а давление соударения составляло несколько сотен тысяч атмосфер. Американцы держали в секрете свои работы по взрывной сварке, поэтому, когда в одном из экспериментов метаемая пластина намертво приварилась к упрочняемой детали и это удалось повторить несколько раз, ученые поняли, что ими открыто явление сварки взрывом. Два месяца спустя описание взрывной сварки было опубликовано в США.


::Следующая страница::