Покоренная плазма - Борис Васильевич Фомин

Юткин опустил на дно обыкновенной тарелки два электрода и заставил электрическую искру проскочить между ними. К великому удивлению студента, тарелка раскололась. Опыт был повторен — результат тот же самый. Пытливый студент заинтересовался открытым им явлением и стал изучать его. Свою работу он продолжил и после того, как получил диплом инженера.

Годы упорного труда принесли успех. Советский инженер, возглавивший лабораторию, создал удобное «оружие» для большого числа промышленных производств.

Но прежде чем рассказывать о том, что делает плазма в новой для нее роли, посмотрим, как получается «гроза» под водой, как протекает физический процесс после возникновения искры.

Электрическая искра под водой, как и в воздухе, мчится с огромной скоростью — свыше десяти тысяч километров в секунду.

Молекулы воды, которые плотной толпой окружают искровой канал, получают короткий и резкий удар. Вода под натиском плазмы расступается в стороны. Там, где промчалась искра, на мгновение образуется пустота.

Но вода во много раз плотнее воздуха. И вслед за искрой она мгновенно смыкается, как и над камнем, брошенным в воду, но только во много раз быстрее.

Заполнение водой пустоты за хвостом искры вызывает второй удар, который называется кавитационным. При этом ударе в воде возникают такие давления, что даже огромный булыжник, если разряд произведен в его середине, разваливается на отдельные куски. Электрическая энергия непосредственно переходит в механическую.

Теперь горняки могут не закладывать взрывчатку в скважины. Достаточно наполнить их водой, поместить туда электроды, подать по проводам высокое напряжение и включением рубильника произвести «взрыв».

Изобретение инженера Юткина прошло проверку временем. Созданные им умные «машинки» взрывают крепчайшие валуны, бурят скважины, измельчают камни. «Искровая мельница» супругов Лазаренко могла превращать в пудру куски металла, установки инженера Юткина силой искр умеют размельчать в песок камни и валуны.

Есть еще одно применение «подводной грозы» — получение эмульсии.

Существуют жидкости-враги. Например, масло и вода. Масло всегда собирается над водой, смешать воду и масло обычным перемешиванием не удается. Трудно также получить однородную смесь газа и жидкости. А такие смеси — эмульсии — очень нужны. Они широко применяются при обогащении руд, при омылении жиров, при производстве маргарина и т. д.

Много лет эмульсии получали простым перемешиванием. Сейчас с этой работой хорошо справляется электрическая искра. В семействе приборов, сконструированных инженером Юткиным, есть такой, который создает в жидкостях каскады искр и образует идеальные эмульсии.

Можно не сомневаться, что приборы и установки, делающие «грозу под водой», в ближайшие годы станут такими же распространенными, как автоматические сварочные аппараты, станки для холодной штамповки и скоростной обработки металлов и другие совершенные машины, которые работают в цехах заводов и фабрик.

Плазма — упрочнитель и плазма — резец

Едва ли можно сейчас найти какое-либо предприятие или мастерскую, не говоря уже о больших фабриках и заводах, где не было бы токарного, сверлильного, фрезерного или какого-либо другого металлорежущего станка. Любой такой станок мертв без инструмента — сверла, резцов, фрезы, метчика. В совнархозах нашей страны есть десятки предприятий, которые только тем и занимаются, что день и ночь делают режущий инструмент. И все равно его не хватает. Слишком много у нас всевозможных станков, слишком велико количество изделий, изготовляемых на них.

Поэтому проблемой номер один в станкоинструментальном производстве является увеличение срока службы резцов, сверл, метчиков.

В каком случае сверло или резец проработает больше времени? Разумеется, в том, когда оно, обрабатывая металл, само не будет тупиться.

Ученые предложили немало способов продления жизни инструмента.

Важнейшим из них является закалка инструмента. Она состоит в том, что стальную деталь сильно разогревают, а потом опускают в масло или в воду.

Чтобы инструмент не стал хрупким, нужно закаливать лишь его рабочую поверхность, то есть те его части, которые режут металл. Делают это как правило в мощных индукционных печах.

Кажется, предпринято все, чтобы инструмент исправно и долго работал. Но плазма заявляет: «Нет, еще не потрудилась я. А если потружусь, то почти вдвое увеличу жизнь этих сверл и резцов…»

И трудится, делает инструмент прочнее и выносливее, помогает экономить материалы и средства.

…На столе стоит небольшой чемоданчик. В нем собран простой выпрямитель переменного тока. Кстати, выпрямительной лампой в нем служит газотрон — плазменный прибор, о котором в этой книжке будет рассказано особо.

Таким образом, потребляя из электрической сети переменный ток, наш чемоданчик превращает его в постоянный — чтобы «кормить» электрический разряд, чтобы получать искры, плазму.

Предположим, нужно удлинить жизнь резца, сделать его поверхность более прочной. Для этого резец проводом соединяют с минусом выпрямителя, а плюс подключают к небольшой пластинке из твердого сплава. Эта пластинка сидит в гнезде вибратора и, когда прибор включен, непрерывно прыгает то вверх, то вниз.

Теперь, чтобы дать искре возможность показать свои способности, нужно прикоснуться пластинкой к резцу и водить ею по поверхности металла.

Вибрирующая пластинка — анод, «танцуя» на резце, будет то замыкать, то размыкать электрическую цепь. Крохотные искорки, получающиеся при этом, тотчас начнут делать свое дело.

Помните, я говорил, что внутри электрической искры, несмотря на ее «тщедушность» и «несолидность», температура на мгновение достигает десятка тысяч градусов. Искра-упрочнитель, касаясь резца, нагревает его до четырех-пяти тысяч градусов. Не весь, а одну ничтожную по размерам точку. Такая температура держится меньше миллионной доли секунды. Но этого достаточно, чтобы закалить металл.

Вспомните опыты супругов Лазаренко, создавших «искровую мельницу». У них превращался в пудру положительный электрод.

В нашем аппарате электроискрового упрочнения положительным электродом является пластинка из тугоплавкого металла, вставленная в вибратор. От этой пластинки тоже отрываются мельчайшие частички металла. Часть этих частиц расплавлена, часть — твердая. Расплавленные капельки металла успевают соединиться с азотом воздуха, образовав более прочные вещества — нитриды, которые вместе с твердыми осколками электрода-пластинки увязают в металле резца и еще больше повышают его прочность.

Вот видите, какие последствия вызывает еле заметная искорка, ударяющаяся в поверхность инструмента. Немало пришлось потрудиться ученым, чтобы обнаружить все это. Работа искр окупается с лихвой. Сейчас с помощью простых и удобных аппаратов, рождающих искры, увеличивают рабочий стаж сверл, фрез, зубил, осей, лопастей бетономешалок и сотен других деталей. При этом расход энергии получается более чем скромным: для обработки тысячи квадратных сантиметров поверхности деталей требуется столько же энергии, сколько потребляет одна сорокаваттная осветительная лампа в течение часа. Это стоит меньше полукопейки.

Итак, плазма умеет не только сверлить, резать и долбить сталь, но и делать ее прочнее.