стр. 1-2 Знание сила №1 1970 - ЧИТАТЬ
Плазменный пистолет, созданный в Киевском институте электросварки Академии наук Украинской ССР. Прибор позволяет вести различные тонкие сварочные работы — сваривание штампованных тонких пластин, пайку деталей радиосхем и т. д. Плазменный пистолет в работе. ФОТО Н. С. Селюченко (АПН).
В январе в Москве проходят Ленинские дни науки Украинской ССР, посвящены 100-летию со дня рождения В. И. Ленина. В этом номере мы публикуем рассказ о некоторых работах Украинской Академии наук.
Е. ТЕРЕЩЕНКО
КИЕВСКИЕ ВСТРЕЧИ
РАЗГОВОР С ПРЕЗИДЕНТОМ
Навстречу 100-летию со дня рождения В. И. ЛЕНИНА
Разговор с президентом не был долгим, потому что это был именно тот случай, когда коротко перечисленные факты очень выразительно говорили за себя. Судите сами: первый в Союзе электростатический ускоритель заряженных частиц построен украинскими учеными и на нем впервые было расщеплено ядро атома лития. Первая тяжелая вода, первые атомы изотопов водорода, кислорода и азота получены на Украине. Первая в стране и континентальной Европе электронно-вычислительная машина была украинская...
Та Малороссия, сонная крестьянская страна, по степям которой даже во времена Чехова тянулись скрипучие чумацкие возы, несколько десятилетий спустя построила самый мощный в мире линейный ускоритель электронов на два миллиарда электрон-вольт.
— А 27 лет назад, — вспоминает Борис Евгеньевич, — здесь были фашисты. Они устроили методический, хорошо продуманный грабеж республики. Погибли многие лаборатории, вместе с оборудованием были похищены уникальные научные ценности. Фашисты умудрились вывезти даже единственный в мире скелет слона-трогонтерия. Странный интерес к столь отвлеченной и безобидной науке, как палеонтология, не правда ли? Зачем им понадобился древний слон?
Война была тяжелыми годами для украинской науки. Погибло много оборудования. Академия была оторвана от родной земли, разрознена как единое, четко функционирующее целое. Но украинские ученые в эвакуации много сделали для нашей победы.
Тем большую гордость вызывает теперешний взлет научной мысли возрожденной Украинской Академии, ее тесная связь с практическими нуждами страны.
Разговор зашел о сварке.
— Вообще, что касается работ украинских ученых в области электросварки, можно смело сказать, что они имели огромное влияние на развитие всей промышленности нашей страны. Тут даже можно говорить о целых совершенно новых отраслях индустрии, — заканчивает академик Патон.
... Как только произносят слово «электросварка», в воображении возникает фигура рабочего с опущенным забралом, в руках тонкий стержень электрода, из-под электрода — сноп искр... Этот, в общем-то, незамысловатый процесс и новые отрасли индустрии!
— Вам не верится?
Конечно, мне не верилось.
— Поезжайте в Институт, посмотрите все сами, — посоветовал Борис Евгеньевич, прощаясь.
РЕМОНТ МОСТОВ, ЧИСТЫЕ МЕТАЛЛЫ И ШЛАК
Первое, что я услышал в Институте электросварки имени Е. О. Патона, была история о том, как получали особо чистую сталь.
Наверное, нет нужды говорить о том, что современная цивилизация остро нуждается в особо чистых высокопрочных сталях, жаропрочных сплавах, устойчивых к агрессивным средам металлах. Наша страна разворачивает громадный фронт работ на Севере, где трескучие морозы делают обычную сталь хрупкой. Она крошится даже при малых напряжениях. Поднимается Большая химия, она требует устойчивых к агрессивным средам материалов. Чистые металлы до-зарезу нужны новому приборостроению, аэрокосмическому оборудованию...
В 1935 году американец Роберт Гопкинс предложил получать сталь путем дуговой плавки электродов в шлаке. Однако в самой Америке этот способ не прижился. Американские металлурги усовершенствовали вакуумиодуговой переплав. Ну что ж, это хорошая, надежная технология, и сейчас с ее помощью в США производится около 2600 тысяч тонн стали. Однако это очень недешевая сталь.
А вот что было у нас.
После войны специалисты Института предложили использовать электрошлаковую сварку при восстановлении разрушенных войной мостов. Были созданы специальные агрегаты, и сварка шла автоматически, под слоем флюса или шлака. Это была смесь окиси алюминия, двуокиси кремния и извести. Во время сварки смесь плавилась, в результате химических реакций из стали удалялись сера, азот и кислород. Качество сварного шва значительно повышалось.
Так был создан новый процесс, на этот раз уже металлургический — электрошлаковый переплав.
В основе этой технологии, кроме удаления из стали (при помощи флюса) серы, азота и кислорода, лежит еще один весьма простой металлургический принцип: когда расплавленный металл остывает и затвердевает, из него выходят неметаллические примеси. При обычном сталеварении металл, разлитый в изложницы, остывает и затвердевает по направлению от поверхности к центру. Поэтому примеси собираются в центре слитка. При новом способе переплава слиток затвердевает снизу: примеси как бы всплывают на поверхность.
... Больше всего Институт похож на завод. Цеха, мастерские. Во дворе снуют электрокары, ходят рабочие...
Профессор Медовар, один из авторов новой технологии, ведет меня в институтскую лабораторию, раскладывает иа столе первые образцы чистого железа и меди. Ни пятнышка ржавчины или окислов, а бруски лежат в шкафу уже несколько лет.
Вместе с профессором идем в экспериментальный цех лаборатории. У стен — массивные болванки, больше метра в поперечнике. Некоторые слитки распилены вдоль, на срезах сверкают синевато-стальные и темно-золотые кристаллы. Это те же самые образцы, которые я видел минуту назад в лаборатории, только увеличенные в десятки раз. Это уже масштабы! Тут уже считают на десятки и сотни тонн. И это в институтском цехе! А ведь выплавка чистых металлов освоена многими металлургическими комбинатами страны.
— Ну, а сам процесс переплава?
В ответ профессор ведет меня смотреть работу установок.
... Несколько круглых тиглей, наполненных флюсом. В каждый из них медленно опускаются заготовки меди и стали. Слиток касается поверхности ванны.
— Тут все дело в том, — объясняет профессор Медовар, — что через слиток пропущен электрический ток большой силы. У шлака высокое электрическое сопротивление, и погруженный в него конец заготовки нагревается до очень высокой температуры. Видите? Заготовка начинает плавиться. А теперь капли расплавленного металла пройдут через шлаковую ванну. Из них уйдет, как я уже говорил, сера, азот и кислород. На дне ванны металл остынет и затвердеет.
А примеси всплывут на поверхность,
— Чем же отличается эта технология от технологии вакуумного дугового переплава, сокращенно ее называют ВДП?
— Видите ли, — отвечает профессор Медовар, — сначала мне придется сказать несколько слов о том, чем эти два процесса похожи друг на друга. И там и здесь очистка металлов основана на одном: неметаллические примеси всплывают на поверхность расплава.
Но есть важные различия между двумя технологиями и их результатом. Электрошлаковый переплав удаляет из сплава серу (это основной враг стали, сера делает сталь хрупкой), а ВДП ее не удаляет.
Ученый показывает мне статью из солидного американского журнала «Бизнес уик». Автор ее сравнивает две технологии: ВДП от этого сравнения серьезно проигрывает. С помощью вакуумного переплава, например, получают только цилиндрические слитки. ЭШП сразу дает удобную заготовку для прокатного стана. Очень важен размер слитка. Чем больше слиток высококачественной стали, тем меньше отхода металла при изготовлении, например, гигантских турбинных двигателей. Из 130-тонного слитка, полученного методом ЭШП, можно изготовить стотонную деталь. Раньше для этого требовался обычный слиток весом в 300 тонн. Вакуумный же переплав не приближается даже к 60 тоннам.
— А перспективы? — спрашиваю я.
— Перспективы? Хорошо бы научиться получать новые слитки из особо чистой и жаропрочной стали. Ведь высокопрочный полый слиток — это прекрасная заготовка для производства резервуаров, работающих при высоких давлениях. Это очень важно, например, для химической промышленности.
— А можно создать такие слитки?
— Вполне.
Ну, а как же вакуумный переплав? Неужели он себя окончательно скомпрометировал?
— Кто вам сказал? — улыбается Медовар. — Вакуумным переплавом наш Институт занимается очень серьезно.
И советует побывать в лаборатории члена-корреспондента Украинской Академии наук Бориса Алексеевича Мовчана.
ИСТОРИЯ О ТОМ, КАК УДАЧНО ИСПОРТИЛАСЬ РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА
Заведующий лабораторией чистых металлов, член-корреспондент Украинской Академии наук Борис Алексеевич Мовчан, перенимая эстафету, рассказывает мне еще одну любопытную историю.
Несколько лет назад начались опыты по сварке ниобия, молибдена, вольфрама, циркония. Это было острой необходимостью.
Не найди ученые надежного способа сварки, современное самолетостроение, ракетостроение, ядерная энергетика были бы поставлены в аварийное положение. Но опыты не шли. В раскалённом состоянии все эти металлы жадно всасывают газы и вообще всякие посторонние вещества. Металл шва становится хрупким, сам шов — ненадежным. Нужна была стерильность, вакуум, нужен был какой-то иной источник нагрева. Где его взять?
Решение пришло не сразу.. Были высказаны и отвергнуты несколько предложений. А потом кто-то вспомнил о рентгеновских трубках. О том, что они время от времени таинственным образом выходят из строя.
Но какое отношение имеет испорченная рентгеновская трубка к сварке жаропрочных металлов?
Прямое. Чаще всего у трубки сгорает анод, сгорает и даже испаряется, а ведь состоит он именно из жаропрочного металла. Ученые знали, что сжигает жаропрочный металл. Поток электронов, мчащийся между анодом и катодом. Механизм этого явления был известен давно: поток ускоренных электронов несет большую энергию. При остановке электрона его кинетическая энергия превращается в тепловую. И вот когда анод трубки не охлаждался, электроны расплавляли и даже испаряли его.
Это, вообще-то говоря, глубоко нежелательное явление было положено в основу электронно-лучевой сварки. Нужно было создать установку, которая бы формировала очень тонкий ускоренный поток электронов. Это устройство создали, назвали его электроннолучевой пушкой.
... Первые опыты по сварке и первые удачи. Шов получался прочным, точность соединения тугоплавких металлов высокая.
И тут началось самое интересное. Как только появилась первая электронная пушка, как только она расплавила первый кусок металла, на нее с вожделением стали смотреть металлурги. После истории сварки под флюсом у них уже был опыт. Так сварщики снова стали металлургами.
— История металлургии, — говорит Борис Алексеевич Мовчан, — это, прежде всего история борьбы за чистоту металла. Новая техника требует сверхчистых, высококачественных металлов, а металлурги не смогли их дать. Их ненавистным врагом был огнеупорный тигель. Ведь плавка обязательно предполагает сосуд, в котором она идет. В чем-то же надо плавить! А при высокой температуре любое инертное вещество перестает быть инертным. Вещество тигля загрязняет металл. Порочный круг. Электронный луч позволил разорвать этот круг.
А сосуд, в котором нужно плавить металл? Борис Алексеевич подводит меня к установке. Сосуд не нужен!
... В камере с очень высоким вакуумом висит стержень жаропрочного сплава. Я наблюдаю, как невидимый электронный луч оплавляет кончик стержня. Капельки металла падают вниз, вакуум мгновенно выхватывает вредные примеси: кислород, углерод, азот, неметаллические включения интенсивно испаряются в пустоте, которую природа, как известно, терпеть не может.
— Да, но ведь капельки эти все равно должны попадать в какой-то сосуд, а он опять загрязнит очищенный металл, — говорю я.
— Да нет, вы забыли, что загрязняет раскаленный тигель, — возражает Борис Алексеевич, — а его можно охладить.
И указывает мне на медный кристаллизатор. По нему постоянно циркулирует холодная вода. В нем формируется слиток особо чистого металла или сплава.
Электроннолучевая плавка — будущее вакуумной металлургии.
КАРУСЕЛЬ ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ
Здание Киевского политехнического института своим фасадом с остроконечными готическими башнями похоже на средневековый замок. И парк вокруг института со столетними деревьями, посаженными руками первых студентов института, похож на лес.
Но внутри сходство с замком быстро исчезает — институт традиционно тесно связан с производством и его наиболее злободневными и трудноразрешимыми проблемами.
Вместе с заведующим кафедрой электропровода доцентом Леонидом Александровичем Радченко мы буквально пробираемся в его кабинет, лавируя между какими-то установками. На секунду задерживаюсь у стенда с фотографиями приборов, созданными, судя по надписям, здесь, на кафедре. Что за странное сооружение, похожее на карусель? Карусель для автомобилей. Кто на ней катается?
— Вы знаете, — начинает Леонид Александрович...
И мне рассказывают еще одну любопытную историю...
В Киевском государственном автодорожном научно-исследовательском институте работает инженер Владимир Васильевич Малеванский. Этот опытный дорожный инженер, ученик Евгения Оскаровича Патона, тридцать лет строит дороги Украины. Он знает дорогу. Он знает, какой она должна быть — вечной. Как шоссе Цезаря в Риме, как Аппиева дорога, пронесшие почти нетронутыми свои каменные ленты через столетия в наши дни.
Но дорога должна быть и дешевой. Ведь автомагистрали нашей страны в тысячи раз длиннее шедевров древнеримского дорожного искусства! Вряд ли было бы разумным выкладывать их гранитными или известняковыми плитами. А что если использовать отходы камня в карьерах, где добывают гранит и известняк?
Эта мысль Владимира Васильевича Малеванского получила поддержку и сочувствие. Для испытания новых дорожных покрытий выделили участки дороги на территории Украины и на Севере.
Для своих экспериментов инженер получил все и получил быстро. Что еще нужно? Нужно строить дорожные участки и испытывать их.
Легко сказать - испытывать дороги. На это уходят годы, десятки лет! Это не станок, не мотор, не трактор: их можно проверить на стендах и дать заключение о качестве через два-три дня. С дорогами не то. Отчет о качестве автострады Франкфурт - Берлин, построенной в 1945 году, был сдан через двадцать одни год! Значит, о том, насколько плодотворна его идея, дорожный инженер узнает только через 20 лет. Как же быть? Может быть, построить и испытательный стенд? Правда, никто в мире еще не пробовал этого делать. Но, допустим, так: концентрические круговые полосы выложить различными образцами дорожных покрытий. По ним день и ночь будут мчаться грузовики. Моторы машин можно сделать электрическими. Шоферов не надо: на круговой траектории электромобили будут удерживать кронштейны — стенд будет напоминать гигантскую карусель.
И снова идея инженера Малеванского получает сочувствие и поддержку. Посланы заказы на детали и узлы будущего автодорожного полигона.
И снова возникает препятствие. На этот раз оно выглядит непреодолимым. Многие специалисты убеждены, что рассчитать электрическую часть стенда невозможно.
Шутка ли, электромобили делают 60—70 километров в час. Малейший просчет — столкновение, авария, груды лома.
И тогда инженер идет со своей бедой туда, где он учился много- много лет назад, — в Киевский политехнический институт. Он проводит долгие часы в беседах с доцентом Леонидом Александровичем Радченко. Оба понимают: дело очень, очень не простое. Но выполнимое ли в принципе? В принципе — да.
Может быть, доцент со своими учениками еще раз просчитают электрическую часть?
Через несколько дней ответ готов: построить электрические системы стенда можно.
Ну, тогда... может быть, кафедра и возьмется их построить?
. Леонид Александрович Радченко понимает, что значит создать совершенно новое устройство, ведь он руководитель многих научных работ. Он знает, как трудно отменить приговор специалистов, признавших задачу неразрешимой. Он знает, к чему это обязывает. И он очень хорошо понимает чувства автора, окрыленного отменой этого приговора. И он понимает важность работы. Но, — приходит в отчаяние Леонид Александрович, — мы ведь не научно-исследовательский институт! У нас нет, например, подъемного крана, талей. А ведь некоторые узлы будут весить не меньше двух тонн!
... Когда расчеты и чертежи были готовы, заводы отказались взять заказ на изготовление, ведь нужны были единичные экземпляры деталей. Лаборатория института — не цех, там, в самом деле, нет кранов и подъемных талей. И тогда на кафедре проектируют и собственными руками изготовляют агрегаты для уникального стенда!
Стенд уже работает. Он испытывает до двенадцати образцов дорожных покрытий одновременно. Причем грузовики могут идти по имитированному шоссе и в колонне, и на разных круговых траекториях.
На «карусели» испытывают и автопокрышки. Причем такие испытания не идут ни в какое сравнение с испытаниями на обычных заводских стендах. Там обычно механическое истирание шин, здесь—реальные условия на реальных автомобилях: под открытым небом, в дождь, в снег, в жару. Срок испытания сократился в 17 раз.
Итак, мечта инженера-дорожника осуществилась. Теперь дороги будут испытываться не 20 лет, а год-полтора.
Перед отъездом я бродил по Киево-Печерской лавре. Блестело золото соборных луковиц, в прозрачном воздухе меланхолически плыл колокольный перезвон, строго поглядывали с икон святые. И как-то странно было попасть из лабораторий, где так остро чувствовался пульс века, на этот остров старой Малороссии.