Виктор Финкель - Портрет трещины

• Название: Портрет трещины
• Автор: Виктор Финкель
• Жанр: Техническая литература

Разрушение… Мы сталкиваемся с ним ежедневно, ежечасно. Вот слабый стебель травы пророс сквозь асфальт и победно зеленеет. Как это призошло? Вот совершенно неожиданно переломилась мощная металлическая конструкция, которой стоять бы века… Почему? В чем причина катастроф и разрушений, происходящих в мире прочнейших материалов? Как ведет себя микроскопическая трещинка, откуда у нее такая сила и такое коварство? Как человек учится управлять этой страшной силой и обращать ее себе на пользу? На эти и многие другие вопросы отвечает автор. Непринужденная форма изложения, поэтические примеры, подтверждающие мысль автора, делают книгу интересной и познавательной. Книга предназначена для широкого круга читателей, для всех, кто хочет постичь одну из великих загадок природы. И прежде всего она адресована молодежи, стоящей перед выбором профессии.

---

тысячекилометрового нефтепровода, немыслимо. Поэтому, где сварка, там и рентген. Однако и у него свои недостатки: длительность процесса, необходимость фотолаборатории, опасность радиационного поражения обслуживающего персонала. И все же этот метод применяют. Ведь при гигантских авариях, например на газопроводах, не только подвергаются опасности тысячи человеческих жизней, но и наносится колоссальный материальный ущерб. Поэтому специальные группы исследователей просматривают абсолютно все сварные стыки и если обнаружены трещины, вырезают дефектные места и проваривают все заново.

В шутке из «Крокодила»: «Дефекты, имеющиеся в сварных швах, устранены путем вырубки дефектов и наложения новых» – немалая доля правды. Ведь каким бы качественным ни был сварной шов, в нем всегда, к сожалению, найдется место, если не крупным, то уж мельчайшим трещинам. И зафиксировать их при помощи рентгеновских лучей определенно не удается. Это не значит, что шов разрушится, но достоверно одно: микротрещины в нем будут.

Как бы ни было трудно фиксировать трещину, но если она неподвижна, это возможно. Иное дело, когда она движется, да еще с бешеной скоростью 1-2 км/с. Ясно, что возможность здесь одна – киносъемка. Да не простая, а скоростная. В простейшем случае это делают так. Световое изображение движущегося объекта, например трещины, падает на быстро вращающееся зеркало. Оно

как бы разворачивает изображение по неподвижной пленке. А чтобы кадр не получился «смазанным», свет направлен через небольшую линзу, как бы останавливающую изображение на одном участке пленки. Линз таких десятки; зеркало вращается с частотой в десятки тысяч оборотов в минуту. Частота киносъемки – миллионы кадров в секунду. На пленке получают изображения, отделенные интервалами в миллионные доли секунды. Этого достаточно для изучения поведения довольно большой трещины, движущейся относительно долго. Ну, а если нас интересуют тонкие особенности разрушения, скажем, на протяжении одной десятой или стомиллионной доли секунды? Тогда покадровая съемка бесполезна из-за своей относительной медлительности, нужны более тонкие дробления времени. К счастью

Времена полны, не так ли,
Мириадами мгновений?

(А. Церетели)

Поэтому вращающимся зеркалом просто разворачивают изображение на неподвижную пленку, без промежуточных линз. Теперь уже не до качества и не до объемного изображения трещины. Получают лишь ее тень. Зато скорости регистрации сразу подскакивают в сто раз. И мы уже различаем временные промежутки в одну стомиллионную долю секунды.

Ну, а если и этого мало? Тогда есть еще один путь. Читатель знает, что лазер сегодня превратился в подлинного труженика науки. Помогает он и здесь. Длительность свечения лазера может составлять одну миллиардную секунды. Включенный в определенный момент времени, лазер создает однократное изображение летящего объекта за это время. Так снимают полет пули, снаряда, метеора или ракеты. Если нужны не один, а много последовательных снимков, то устанавливают несколько лазеров, срабатывающих с помощью электроники последовательно через заданные промежутки времени.

Полбеды, как мы видим, если трещина сечет прозрачный материал. А если она растет в стали? Как быть тогда? Сегодня для этого случая существует, пожалуй, один отработанный метод – скоростная съемка в рентгеновских лучах. Проблема заключается в том, что рентгеновские лучи не преломляются и не «соблюдают» привычный для света закон: угол падения равен углу

отражения. Поэтому развернуть рентгеновскую тень движущегося предмета вращающимся зеркалом невозможно.

Поступают так. Устанавливают несколько импульсных рентгеновских трубок со временем испускания рентгеновского луча в одну миллионную долю секунды. Лучи от каждой трубки создают тень объекта и дают изображение на своей пленке. Трубки срабатывают поочередно, и мы получаем пять-шесть отдельных кадров процесса, происходящего внутри металла. Таким способом изучают проникновение снаряда в броню или форму фронта трещины в стали.

Не слишком ли все это сложно для простой трещины? Нужно ли?

Да, нужно. Хорошо известно со времен Спинозы, что «невежество не есть аргумент». В нашем же отношении к трещине оно было бы попросту преступным.

Достаточно вспомнить те беды, которые может принести с собой разрушение, чтобы стремиться узнать о трещине все: и время, и место ее рождения, и ее «родителей», и условия роста, и характер. Для всего этого нужны и методы, и инструменты.

Забьется под стрелою трещина,
Как пригвожденная змея…

А. Вознесенский

МОЖНО ЛИ ВЗЯТЬ ТРЕЩИНУ ПОД УЗДЫ?

Против неугодной силы силу мы в себе найдем.

И. В. Гёте

Теперь, когда мы твердо убеждены, что разрушение – зло, уместен вопрос: как его остановить? Каким образом можно прервать распространение трещины, «взнуздать» ее?

Чтобы понять, насколько это не просто, вспомним некоторые качества трещины. Прежде всего она стремительна – расстояния, исчисляемые километрами, преодолевает в секунду. При таких скоростях разрушение хрупко и в пластической деформации не нуждается. Поэтому трещина довольствуется ничтожной энергией из разрушаемого объекта. Практически она безынерционна, поэтому способна мгновенно поворачиваться в любом направлении, сулящем ей новую порцию «пищи»-упругой энергии. К тому же трещина обладает удивительным качеством – молодеет с возрастом, то есть способна бежать по металлической конструкции со все возрастающей скоростью. Не страшны ей не только метровые детали, но и многокилометровые нефтяные и газовые трубы. Наоборот, чем больше размеры конструкции, тем больше у трещины возможностей «развернуться». Вот с каким врагом нам предстоит встретиться! И слабых мест у него сразу не видно! Но ведь нам нужны эти уязвимые места! Следовательно, они должны быть! В связи с этим мне вспомнился эпизод из книжки Роберта Крайтона «Тайна Санта-Виттории»: «Один человек, охотясь на медведя, вышел на большую поляну, и вдруг у него отказало ружье. На поляне не было ни дерева, чтобы на него залезть, ни камня, за который можно было бы укрыться, и тут из леса вышел огромный разъяренный медведь и пошел прямо на охотника. Охотник был на волосок от гибели и едва уцелел, – сказал Роберто.

– Как так – едва уцелел? Что же он сделал?

– Он залез на дерево.

– Но ты как-будто сказал, что там не было дерева?

– В этом-то все и дело, там ДОЛЖНО было быть дерево, оно ДОЛЖНО было там быть».

Вот так, должны быть слабые места и у трещины! Давайте сейчас их и поищем!

Прежде всего трещина питается упругой энергией нагруженного объема. А нельзя ли ею управлять? Оказывается, с трудом, но можно.

Вершина трещины очень острая. Поэтому концентрация напряжений в ней невероятно высока. А нельзя ли ее затупить? Обезглавить трещину? Непросто это – обстричь вершину у быстрой трещины, но вполне реально.

Хрупкая трещина требует для бега совсем немного упругой энергии. Не означает ли это, что и для ее торможения нужны не слишком большие затраты? Означает. Попробуем в этой главе поискать, пофантазировать: нет ли каких-нибудь барьеров, способных придержать разрушение.

Трещина испускает упругие волны, в том числе звуковые. Значит, она в свою очередь должна быть чувствительна к волнам, падающим на нее извне. Ведь композитор не может быть равнодушен к чужой музыке.

Трещина, даже быстрая, создает в своей вершине дефекты кристаллической решетки. Это, очевидно, означает, что и сама она будет чувствительна к ним. А значит, есть шанс использовать такие дефекты, как барьеры.

Вспомните ветвление трещины. Ведь оно похищало у трещины скорость. А вдруг?…

Таких «изъянов» у трещины много. Надо их только

внимательно «выследить». И тогда окажется, что разрушение не всесильно. Неся людям зло, оно уязвимо само. И мы должны этим воспользоваться. Вы можете возразить мне: но почему же природа сама не позаботилась о предотвращении разрушения? Значит, оно ей выгодно? Может быть и так- природа часто стремит упорядоченное к хаосу. Вместе с тем еще Паскаль, веря в возможности человечества, сказал: «Природа не знает своего величия, но мы знаем».

МАНИКЮР ТОПОРОМ

…И вот – внезапный свет сквозь тени…

В. Брюсов

Каким бы ни было торможение трещин, это всего лишь торможение, а не залечивание их. Поэтому цели его ограничены: срочно остановить разрушение, предотвратить надвигающуюся катастрофу, выиграть минуты, чтобы закончить какой-то производственный цикл, и провести ремонт изделия, например заварить разрыв. Ясно поэтому, что все то время, пока в теле работающего металла существует трещина, хоть и приторможенная, он будет неполноценным, ущербным. И тем не менее даже такой умеренный процесс, как торможение трещины, нужен и полезен, ведь он предотвращает аварию, чреватую отрицательными последствиями, а часто и непоправимыми бедами.