СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации    Электрофизика ВЗРЫВ КИПЯЩЕГО МЕТАЛЛА

ВЗРЫВ КИПЯЩЕГО МЕТАЛЛА

К 20-летию открытия явления электротоковой импульсной обработки металлорасплавов

© Олег Орестович Фейгин

Контакт с автором: tor@3s.kharkov.ua

“…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*** + D** => <F> + Tw* + M** + D* + Tw**; (3)

здесь F, F*, F**, <F> - спектр флюенсов носителей; М, М*, М**, М*** - агрегатные фазы; D, D*, D** - структурные образования; Tf, Tw, Tw*, Tw** - термофлуктуации, волны, пики и вихри. Первичные реакции связаны с механизмами формирования каналов электротокового импульса. Металлорасплав при этом является квазиравновесной аморфной фазой с тенденцией к кристаллизации, путем гомогенных бездиффузионных структурно-фазовых превращений. На следующем этапе вторичный поток носителей рассеивается на взвеси микрокристаллитных конгломератов в области эквилибриума: ликвидус-солидус. Это сопровождается термоконвертацией электромагнитной энергии разряда и генерацией динамических термонеустойчивостей. Заключительная стадия ЭТИО Корнеева характеризуется рекомбинационной релаксацией волн зарядной плотности и термальной энергии на первично кристаллизованной металломатрице. Процесс завершается мало изученной рекристаллизацией с реализацией дендритно-вырожденных субмикрополикристаллитных модификаций плотноупакованных полиэдров.

“…Самое интересное – это вопрос о возможности дальнейшего учета механической энергии и импульса тока. Очевидно, имеет место и то и другое. Но как они располагаются, не совсем ясно. Вероятно, здесь понадобиться более тонкая методика. Если это доля энергии импульса, преобразованная в ударную волну, то она вводиться в расплавленный металл и затем распространяется в сторону линии сплавления. Очевидно, на линии солидуса происходит основное преобразование этой энергии и именно в этой зоне, где наиболее важно получить измельчение. Но значительная доля энергии, не преобразованная в механическую волну, вероятно, воздействует непосредственно на микроструктурные элементы металла на уровне кристаллов и зерен. Особенно интересен механизм воздействия на зерна в околошовной зоне...”

Из доклада доктора техн. наук Волошкевича Г.З. в ИЭС им. Б.Е.Патона.

Не вызывает сомнения, что применение метода ЭТИО Корнеева вплотную приближает к созданию уникальных изделий из мало - и бездендритных металлов. Другие применения явления ЭТИО позволят составлять необычные твердые растворы и материалы с аномальными магнитными и коррозионными свойствами. Открытие доктора ф.т.н., профессора, академика Дмитрия Ивановича Корнеева нашло самую высокую оценку в научных кругах металлофизиков, его заслуги отмечены Президиумом Украинской Академии Наук НП, наградившем действительного члена Академии Д.И.Корнеева большой серебряной медалью “За выдающиеся научные результаты”. В настоящее время академик Корнеев продолжает активную научную деятельность, исследуя новые закономерности открытого им явления. Им выпущена в печать серия статей и подготовлена уникальная научная работа – монография “Электроимпульсные сварочные технологии”.

ЛИТЕРАТУРА:

  1. Корнеев Д.И. Современные способы электроразрядной импульсной обработки металла шва и сварных конструкций.- Л.: ИПКРРССП, 1988.- 40 с.
  2. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Модельные физические механизмы высокоэнергетического магнитно - импульсного воздействия на расплав металла // Сб. научн. работ УАННП.- 2000.- №1. - С. 52 – 53.
  3. Фейгин О.О. Воздействие сверхвысокоэнергетичных электроимпульсов на металлорасплавы
  4. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Парадоксальная физика сверхмощных электроимпульсных разрядов
  5. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Феноменологическая термодинамика сверхвысокоэнергетических электроимпульсов в металлорасплавах
  6. Корнеев Д.И., Фейгин О.О. Термодинамика жидких металлов при сверхвысоких энергиях электротокового воздействия
Дата публикации: 14 июля 2003
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.