Техника-молодежи №3 2000 г
 
 
ГЛАВНАЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВПЕРЕД
НАЗАД

"КАК МАМАЙ ПРОШЕЛ" Вредитель-термические напряжения

Вызывает меня как-то к себе в кабинет заведующий отделом, и со свойственной ему прямолинейностью говорит: «Не верю я в твою термообработку, но тут такое дело. Срывается сдача спецобъекта, - и называет мне крупный сибирский город. - Вечером полиэтиленовыми листами обложат металлический аппарат - это, значит, чтобы коррозии не было, а утром - как Мамай прошел! Все болты вырваны, полиэтиленовые листы потрескались и повисли кусками. Неужели мы такие плохие листы выпускаем? Может быть, там какие внутренние напряжения? Так ты уж помоги, сделай термообработку. Поезжай туда немедленно".

Дело это было весной, в городе с резко континентальным климатом: в апреле на солнышке плюс тридцать, а ночью - мороз. Монтировали аппарат на открытом воздухе. Болты, стальные аппараты, полиэтиленовые листы, континентальный климат - все это меня насторожило. Взяла я техническую документацию на проект... Так оно и есть! Намертво - металлическими болтами - прикреплены толстые полиэтиленовые листы к внутренней поверхности стального аппарата.

Тут и невооруженным глазом видно, что, кроме всех прочих видов внутренних напряжений, которых предостаточно в полиэтиленовых экструзионных листах, главную роль сыграли термические.

Еще со школьных времен врезались в память картинки из учебника физики - приборы, основанные на биметаллах. Нарисованы две пластины из разных металлов. И этот «сэндвич» при нагреве изгибается в сторону пластинки с меньшим коэффициентом термического расширения. Будь на месте металлической пластинки полиэтиленовая, она бы отслоилась или разрушилась.

Мало кто знал - да и сейчас, видимо, не знают - какие драматические последствия влечет за собой бездумное, некорректное объединение таких разных материалов, как металлы и полимеры. Например, лаковые покрытия металлических поверхностей троллейбусов и других видов уличного транспорта. При колебании атмосферной температуры зимой и летом они осыпаются из-за разности термического расширения лаков и металла. Антикоррозионное полиэтиленовое покрытие трубопроводов отслаивается тоже по этой же причине... Оконным стеклам еще повезло - им дают «играть» в пазах рамы, когда за окном меняется температура. Зато эмалированная посуда, постояв зимой на даче, приходит в негодность - эмаль имеет коэффициент термического расширения вдвое больший, чем металл... С металлокордными покрышками та же проблема: от остальных слоев покрышки отслаивается металлокордный брекер.

Многие удивляются, когда узнают, что полиэтилен имеет в десятки, сотни раз большую величину коэффициента термического расширения, чем металл. Это же относится и к резине. Как же ей не отслаиваться в контакте с металлокордом? Правда, для некоторой компенсации термических напряжений, придумана целая система хитроумных сплетений нитей металлокорда. Их назначение - спружинивать, уменьшать возникающие силы. Есть и другие меры для компенсации напряжений, возникающих на границе материалов, сильно отличающихся по своей природе.

На шинных заводах местные «умельцы» пытаются разгадать те конструкторские «фокусы», из-за которых иностранные шины не отслаиваются. Встречаются иногда им непонятные детали. Считают их такие «умельцы» лишними и выбрасывают по соответствующему рацпредложению, как мне рассказывали технологи на двух шинных заводах. Возможно, это и были компенсаторы напряжений.

Еще одно важное заблуждение существует даже среди опытных специалистов. При выборе материала они ориентируются на такой показатель, как удлинение при разрыве. Но пластмассы и резины в шине работают как твердое тело и разрушаются после многократных циклических нагрузок при удлинении не табличных 500 - 900 %, а 2 - 5%, что уже соизмеримо с термическими деформациями в условиях контакта различных материалов по своей природе и свойствам.

Поэтому не надо надеяться, что высо-коэластические свойства полимеров, проявляющиеся при высоких температурах, компенсируют напряжения, возникающие на морозе.

А тут жесткое крепление болтами толстых полиэтиленовых листов к металлической поверхности. Это уже не биметаллические «игрушки»...

Меня обычно не затащить к «верхнему» начальству, но тут пришлось побороть свою природную робость. Пошла к директору института. Так и так, говорю. Коэффициент термического расширения полиэтилена в сто раз больше, чем для стали. Зачем жестко крепить полиэтиленовые листы к металлической поверхности? Это одна из причин разрушения.

Директор посмотрел на меня недоверчиво: какая-то девчонка усомнилась в правильности проекта, под которым стоит его подпись. «Ну да ладно! Отправляйтесь на завод и на месте разберитесь». Четыре часа на самолете и я оказалась в том самом сибирском городе.

Мне показали работу «Мамая». И правда, зрелище было удручающее. Почти готовая стальная обечайка стояла на заводском дворе, а внутри свешивались листы полиэтилена толщиной 5 мм. Они должны были защитить рабочую жидкость от продуктов коррозии и от прочих примесей, выделяющихся из металла.

Собрали совещание. Я рассказала суть моих сомнений в правильности выбранного решения проекта. Рядом сидел маститый специалист, начальник КБ, вызванный из Ростова.

После совещания я спросила у него, как же не просчитали термические деформации? Ведь здесь континентальный климат, колебания температуры воздуха довольно большие. По крайней мере, сборку нужно было бы производить в отапливаемом помещении! Протяженность поверхностей контакта разных материалов по длине 20 м, по диаметру -10м, разность коэффициентов термического расширения огромная. Набегают десятки миллиметров. Вот они и сотворили такое.

«Черт его знает! - ответил начальник КБ. - Рабочие температуры в аппарате почти комнатные, а монтаж... Всегда на оборотной стороне логарифмической линейки стояли такие маленькие величины: 1 умножить на 10 в минус шестой степени. Блохи!»

Но ведь это на ОДИН градус и на ОДНОМ миллиметре!..

Возникает еще одна проблема: а как измерить коэффициент термического расширения? Читатель скажет, какая ерунда! Есть же приборы, выполнен-ные на очень высоком техническом уровне, для определения аналогичного показателя у металлов. Да, я сама работала с такими, и убедилась в полной непригодности. Они производят замер образцов, находящихся между двумя зажимами, это называется «контактный способ измерения», предусматривающий первоначальный зажим с некоторой силой. Это ни в коей мере не годится для измерения нежестких образцов: на их показатели влияет даже собственный вес, особенно при повышенных температурах.

Я покинула поле научных баталий лет десять назад, когда началось время «перестройки». Но похоже, за это время так и не нашелся хоть один энтузиаст, который создал бы нужный прибор, измерил коэффициенты термического расширения для целого ряда материалов из пластмасс и резин и заполнил бы нишу в ряду свойств конструкционных материалов.

Галина
КВЯТКОВСКАЯ,
инженер



на предыдущую страницу к началу этой страницына следующую страницу