ВЗРЫВ КИПЯЩЕГО МЕТАЛЛА

02-04-2024

“…Прочность металла имеет электромагнитную природу. Она зависит от конфигурации электронной подсистемы, от расположения узлов кристаллической решетки, зависит от расстояния. После взрыва металлу представлялось право приобрести наиболее выраженное состояние. Но это косвенное воздействие. Здесь же представлено непосредственное действие и на электронную конфигурацию и на всю систему электромагнитных сил, определяющих и структуру, и прочность…”.

Из доклада профессора Лескова Г.И. в ИЭС им. Б.Е.Патона.

В 80-х годах ХХ века в городе корабелов – Николаеве выполнялся ряд крупных заказов на большегрузные транспортные суда и военные корабли, в частности, тяжелые авианесущие крейсера. Основные технологические линии стапельной сборки корабельных корпусов, броневых поясов, форштевней, ахтерштевней, боулеров рулей и экранирующей защиты ядерных реакторов силовых установок были оснащены аппаратами электрошлаковой сварки /ЭШС/. Выдающееся изобретение, сделанное в стенах ИЭС им. Б.Е.Патона, в области сварки плавлением – ЭШС намного упростила и повысила эффективность сварочного производства судовых конструкций. Осталась нерешенной лишь одна принципиальная задача – термоциклическая нормализация рекристаллизованного металла. Данная проблема, вполне решаемая для небольших соединений и мелких узлов, превращается в труднейший вопрос для крупногабаритных конструкций, требующий громадных материальных, энергетических и трудовых ресурсов.

Поиск альтернативных методов гомогенизации привел молодого исследователя - инженера-технолога Черноморского судостроительного завода - Дмитрия Ивановича Корнеева к идее электрогидрогидродинамического воздействия на застывающие сварные швы. Впоследствии доктор ф.т.н., профессор, академик Д.И. Корнеев вспоминал, как, будучи начальником бюро сварки ПКБ Электрогидравлики сделал удивительное открытие матрично-структурирующего эффекта, перейдя от гидродинамических ударов к непосредственному распространению сверхмощных импульсных разрядов в металлорасплавах.

“…Мы знаем, что воздействовать на эту систему можно лишь в том случае, если сила этого воздействия соизмерима с атомными электромагнитными явлениями. Это первый научный опыт, показывающий, что существуют технические средства, позволяющие обеспечить эти электромагнитные воздействия, соизмеримые с электромагнитными процессами в атомах. Это должно нас заставить задуматься. Мне кажется. Что это – наиболее прямой и эффективный путь воздействия на те процессы, которые нам нужны...”

Из доклада профессора Лескова Г.И. в ИЭС им. Б.Е.Патона.

Таким образом, проведя серию труднейших экспериментов /только затраты свариваемого металла в виде образцов идущих на микрошлифы составили десятки тонн/ Д.И.Корнееву удалось открыть принципиально новый электрометаллофизический эффект, названный им электротоковая импульсная обработка /ЭТИО/ кристаллизующихся металлов. Основу явления ЭТИО Корнеева составляют процессы особого неравновесного затвердевания металлов с последующей квазипериодической рекристаллизацией под воздействием серий сверхмощных электроимпульсов, подаваемых с определенной частотой. Следует подчеркнуть сложность затронутых здесь эффектов, т.к. высокоэнергетический разряд в кристаллизующимся металле порождает целую группу гетерогенных синергетических реакций физико-химической природы . Их первоначальная интерпретация основывалась на плазмогидродинамической аналогии коллапсионного схлопывания канала ствола разряда в плотной, упругой и проводящей среде жидкого металла.

После всестороннего исследования вопроса, академик Д.И.Корнеев сделал ряд далеко идущих заключений о вариантах особого развития эффекта ЭТИО в кристаллизующихся металлорасплавах. Прежде всего, следует учитывать, что неординарное течение ЭТИО Корнеева связано с квазипериодическим лидер-стримерным слиянием и временно-степенным ростом плотности тока в стволе разряда при экспоненциальном увеличении внутреннего давления плазмы. При этом испарение расплава вдоль осевой линии канала сверхмощного электроимпульса образовывает цилиндрическую область перегретой плазмы, взрывообразно расширяющейся в окружающую среду и формирующую фронт гидродинамических колебаний. При переходе ударных гидродинамических волн через зону эквилибриума ликвидус-солидус вторичные гидродинамические колебания распространяются по сужающимся междендритным капиллярам. Дальнейшее течение жидкого металла создает локальные перепады давлений, аналогичные т.н. “гидравлическим прыжкам” и деструктирующие ветви развитых дендритов при немонотонном росте относительной силы давления.

“…Именно в применении к ЭШС - это великолепное решение вопроса. Это проверено во всех других сварочных процессах. Шлаковый процесс, в данном случае, выглядит значительно благоприятнее, потому что вы вводите в расплав мощный импульс тока, и мне кажется, что это очень важная положительная сторона представленного нам технического решения. … Важно то, что есть принципиальное новое средство управления кристаллизацией металла…”

Из доклада академика Б.И.Медовара в ИЭС им. Б.Е.Патона.

Важнейшей частью метода ЭТИО Корнеева является корреляционная синхронизация частоты следования электротоковых импульсов с длительностью формирования микрокристаллитных ступеней. Соответствующая феноменологическая модель явления ЭТИО Корнеева имеет сложную

аналитическую форму в виде следующей функциональной зависимости:

vt = F{ [ExH], W, p(T), m, T}, (1)

где v – скорость кристаллизации; t – длительность цикла ЭТИО; Е, Н – параметры суперпозиционного электромагнитного поля; W – конвертационно-диссипированная энергия; р(Т) – плотность металлорасплава; m – магнитная проницаемость; Т – эффективная температура. Очевидно, что соотношение (1) должно содержать в неявном виде функционал электромагнитодинамических пондемоторных сил:

Р = Р{ Δ[ H( H*, H**), c, t]}, (2)

где с – координационно-полевой угол; Н*, Н** - гетеро- и гомогенные магнитные поля. Формула (2) соответствует ортогональной скорости движения носителей заряда к суперпозиционному магнитному полю. Подобное движение для плазмы индуцирует электродвижущую силу, пропорциональную скорости и полевым потенциалам. Реальная эмпирическая картина топологического перераспределения моментов экстериорных и интериорных сил усложняется при возникновении радиальных электродинамических сил кольцевых токов. Их учет показывает, что токовые макроплазмонные шнуры будут изгибаться и растягивать тороидальные витки под действием внутреннего давления и пондемоторных составляющих, обусловленных различием напряженности продольного магнитного поля в различных точках потока плазмы.

“…Очень важным и оригинальным техническим решением является и то, что для осуществления процесса ЭШС по новому способу - используется обычное стандартное сварочное оборудование, серийно выпускаемое нашей промышленностью. Сама по себе тема настолько актуальна, что не вызывает сомнений. Обязательность применения послесварочной термообработки при ЭШС ответственных конструкций, это сложнейший процесс…”

Из доклада доктора техн. наук Четвертко А.И. в ИЭС им. Б.Е.Патона.

Большой научный интерес представляет термодинамика явления ЭТИО Корнеева, определяющая течение системы следующих квазихимических реакций:

F + M + D => F* + Tf + Tw;

F* + Tw + M* + D* => F** + Tw* + M** + Tw**;

F** + Tw* + M