O vzryve i o tom, kakaya ot nego pol'za

S.A.Novikov(Filial N 4 Moskovskogo inzhenerno-fizicheskogo instituta, Sarov (Arzamas-16) Nizhegorodskoi obl.)
Opublikovano v Sorosovskom obrazovatel'nom zhurnale, N 7, 1996 g. Soderzhanie

---

Vzryvnye tehnologii obrabotki materialov

Razlichayut tehnologii, osnovannye na vzryve v kontakte s materialom (kontaktnye) i osnovannye na rabote produktov vzryva (vzryv na rasstoyanii).

Vzryvnaya rezka (kontaktnaya)

Odin iz osnovnyh metodov vzryvnoi rezki materialov osnovan na ispol'zovanii yavleniya obrazovaniya kumulyativnyh strui. Shema kumulyativnogo zaryada s konicheskoi vyemkoi i metallicheskoi oblicovkoi priveden na risunke 1a. Shema formirovaniya metallicheskoi kumulyativnoi strui pokazana na risunke 1b. Pri shozhdenii metalla k osi zaryada voznikayut ogromnye (do neskol'kih desyatkov gigapaskalei) davleniya v uzkoi zone (yavlenie kumulyacii), rasplavlennyi metall v vide tonkoi strui s bol'shoi skorost'yu "vypleskivaetsya" po osi zaryada. Pri vzaimodeistvii etoi strui s pregradoi proishodit ee probitie na bol'shuyu glubinu (imenno tak kumulyativnye snaryady porazhayut tankovuyu bronyu). Shema probitiya pregrady struei pokazana na risunke 1v. Glubina probitiya ocenivaetsya po formule gde L - dlina strui, opredelyaemaya dlinoi kumulyativnoi vyemki, p_c - plotnost' materiala strui, p_n - plotnost' pregrady.

Ris. 1. Deistvie kumulyativnogo zaryada. a - Shema kumulyativnogo zaryada s konicheskoi vyemkoi i metallicheskoi oblicovkoi etoi vyemki; b - shema formirovaniya kumulyativnoi strui; v - shema probivaniya pregrady kumulyativnoi struei.

Nebol'shie zaryady takogo tipa shiroko ispol'zuyutsya dlya probivaniya otverstii na bol'shoi glubine v trubah (perforacii) pri dobyche nefti i gaza (takie zaryady nazyvayutsya perforatorami). Esli zaryad sdelat' ne osesimmetrichnym, a udlinennym v odnom napravlenii (takie zaryady i poluchili nazvanie udlinennyh kumulyativnyh zaryadov UKZ), to obrazuyushayasya v vide lezviya nozha kumulyativnaya struya pozvolyaet razrezat' listy metalla tolshinoi do 100 mm. Obychno takie UKZ izgotavlivayut s primeneniem plastichnyh VV, chto pozvolyaet raspolagat' zaryady na lyuboi krivolineinoi poverhnosti, chto yavlyaetsya sushestvennym pri razrezke razlichnyh konstrukcii (korabli, samolety, vagony i t.p.). Tshatel'no otrabotannye UKZ pozvolyayut dazhe provodit' razborku boepripasov bez vzryva nahodyashegosya v nih zaryada VV. Eto yavlyaetsya ochen' sushestvennym faktorom s tochki zreniya ekologii i pozvolyaet utilizirovat' kak VV, tak i dorogostoyashie konstrukcionnye materialy. Dlya razrezki massivnyh stal'nyh konstrukcii tolshinoi mnogo bol'she 100 mm v poslednie dva goda primenyalsya sposob, osnovannyi na vzaimodeistvii tak nazyvaemyh udarnyh voln razrezheniya (UVR) v zheleze i stali, nagruzhennyh udarnyh voln s davleniem, prevyshayushim davlenie fazovogo perehoda v zheleze. Nemnogo ob UVR. Profil' davleniya v obychnoi udarnoi volne pokazan na risunke 2a : on sostoit iz skachkoobraznogo uvelicheniya davleniya na fronte udarnoi volny i plavnogo ego umen'sheniya v volne razrezheniya.

Ris. 2. Profil' impul'sa davleniya s udarnym frontom (a) i profil' impul'sa davleniya, vklyuchayushii udarnuyu volnu razrezheniya (b).

V ryade veshestv, v chastnosti v zheleze, pri davlenii ~ 130 GPa proishodit mgnovennaya perestroika kristallicheskoi reshetki zheleza iz kubicheskoi v geksagonal'nuyu, chto privodit k znachitel'nomu izmeneniyu plotnosti zheleza. Pri snyatii davleniya v volne razrezheniya proishodit, sootvetstvenno, obratnyi fazovyi perehod. Eto privodit k tomu, chto profil' davleniya v udarnoi volne znachitel'no izmenyaetsya (ris. 2b): obrazuetsya oblast' skachkoobraznogo umen'sheniya davleniya, to est' formiruetsya udarnaya volna razrezheniya. Eto yavlenie eksperimental'no bylo obnaruzheno Ya.B. Zel'dovichem, A.G. Ivanovym i avtorom i zaregistrirovano v kachestve otkrytiya (Diplom ¹ 321). Pri vzaimodeistvii (stolknovenii) UVR v ochen' uzkoi zone shirinoi neskol'ko angstrem voznikayut rastyagivayushie napryazheniya, znachitel'no prevyshayushie prochnost' zheleza i stali. Proishodit razrushenie stal'noi konstrukcii na dve chasti s ochen' rovnymi poverhnostyami razrusheniya. Takoi sposob prakticheski ne imeet ogranichenii po tolshine metalla i trebuet sushestvenno (v desyatki raz) men'shego kolichestva VV po sravneniyu s obychnym metodom (vzryv bol'shogo kolichestva VV v kontakte s konstrukciei), chto osobenno sushestvenno pri podvodnyh vzryvah. Na etom principe razrabotan metod fragmentacii morskih i okeanicheskih neftyanyh platform. Na risunke 3 predstavlena fotografiya, illyustriruyushaya etot metod.

Vzryvnaya svarka

Svarka vzryvom obespechivaet nadezhnoe soedinenie dvuh plastin (dvuhsloinyi material) i neskol'kih plastin (mnogosloinyi material). Plastiny mogut byt' iz razlichnyh metallov (ne svarivaemyh s pomosh'yu obychnoi svarki), geometricheskie razmery plastin mogut dostigat' neskol'kih metrov. Mehanizm svarki napominaet obrazovanie kumulyativnoi strui, obrazuyusheisya v zone soudareniya plastin.

Kompaktirovanie vzryvom

K chislu kontaktnyh vzryvnyh tehnologii otnositsya vzryvnoe kompaktirovanie. Odnim iz naglyadnyh primerov takih operacii yavlyaetsya vzryvnoe kompaktirovanie ul'tradispersnyh almazov (UDA). UDA s razmerami chastic 2-20 nm poluchayutsya vo vzryvnyh eksperimentah za schet ugleroda, vhodyashego v sostav VV. Odnako dlya prakticheskih celei chasticy takih malyh razmerov ne nuzhny. Dlya sozdaniya, naprimer, abrazivnyh instrumentov trebuetsya almaznyi poroshok s razmerami bolee 10 mkm. Spekanie (kompaktirovanie) UDA do takih razmerov - slozhnaya tehnologicheskaya zadacha. V poslednie gody razrabatyvayutsya effektivnye sposoby ee resheniya. Odin iz ochevidnyh putei - sozdanie davlenii ~ 10 GPa (10 GPa - prochnost' almaza) dlya plasticheskogo spekaniya poroshka. Osnovnaya trudnost' etogo napravleniya - obespechit' otsutstvie obratnogo perehoda (almaz-grafit), kotoryi neizbezhno nachinaetsya pri takih davleniyah udarnogo szhatiya. Vtoroi put', nedavno osvoennyi eksperimentatorami, - sozdanie sravnitel'no nebol'shih udarnyh davlenii, no deistvuyushih bol'shoe vremya (~100-400 mks). Pri etom iz-za maloi temperatury udarnogo szhatiya ne proishodit ukazannogo obratnogo perehoda i poluchaetsya > 90% prozrachnyh almaznyh chastic s razmerami do 1 mm, chto daet vozmozhnost' ispol'zovaniya ih i dlya dekorativnyh celei. Oba etih napravleniya realizovany v razrabotannyh v poslednie gody special'nyh vzryvnyh ustroistvah, pozvolyayushih sohranyat' ukrupnennye almaznye chasticy posle nagruzheniya.

Ris. 3. Fotografiya stal'nogo cilindra diametrom ~ 500 mm, razrezannogo s pomosh'yu udarnyh voln razrezheniya.

Mozhno privesti eshe mnogo primerov ispol'zovaniya "kontaktnyh" vzryvov VV v narodnom hozyaistve. Zavershim etot razdel sovsem neobychnym primerom: vzryv risuet.

Ris. 4. Fotografiya otpechatka vetki ryabiny na mednoi plastine pri detonacii tonkogo sloya vzryvchatogo veshestva.

Nekotorye iz kondensirovannyh VV, naprimer, izgotovlennye na osnove melkodispersnyh poroshkov ili zhidkie VV, obladayut ochen' malym kriticheskim diametrom, o kotorom govorilos' vyshe, to est' detoniruyut v vide ochen' tonkih sloev (desyatye doli millimetra). Kratkovremennost' impul'sa davleniya, peredavaemaya pri etom pregrade, na kotoroi raspolagaetsya tonkii sloi VV, privodit k tomu, chto velichinu davleniya v udarnoi volne mozhno legko regulirovat', razmeshaya pod VV tonkie sloi inertnyh materialov (naprimer, bumaga i t.p.), chto pozvolyaet izmenyat' pri detonacii VV glubinu otpechatka na poverhnosti plastichnoi pregrady (med', alyuminii). Etot metod vzryvnoi gravirovki primenyaetsya dlya izgotovleniya prekrasnyh risunkov na metalle. (Sm., naprimer, ris. 4, gde predstavlen otpechatok list'ev ryabiny.)

Nazad | Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: vzryv - detonaciya - yadernyi vzryv - kumulyativnyi effekt Publikacii so slovami: vzryv - detonaciya - yadernyi vzryv - kumulyativnyi effekt
Sm. takzhe: Ekstremal'nyi vzryv chernoi dyry Udarnyi shram na Yupitere Gruppa issledovanii sverhnovyh zvezd, GAISh MGU Tunguska.ru