Янгель. Уроки и наследие

В довершение ко всему выяснилось, что микродефекты, вызывающие проникновение компонентов топлива, образуются не только в самом шве, а чаще даже в околошовной зоне вследствие недостаточного качестве основного металла.

Обнаруженная неожиданно негерметичность сварных швов поставила исполнителей в щекотливое положение.

— Выступая с предложением перед Главным о переводе большинства разъемных соединений на сварные, — рассказывает Ф.П. Санин, — мы были уверены в успехе. Когда же обнаружилось, что они текут, то не сразу решились об этом сказать Михаилу Кузьмичу…

Рентгеноструктурный анализ показал, что главными дефектами макро- и микроструктуры сталей и алюминиевых сплавов являлись неметаллические включения оксидов, карбидов, нитридов, а также газовые включения.

Для устранения указанных дефектов и придания металлу плотно упакованной структуры на заводах-поставщиках были внедрены новые уникальные металлургические переделы: одинарный и двойной вакуумные переплавы металла, переплав в переменных физических полях, рафинирование и даже процеживание жидкого металла через стеклоткань. Эти технологические процессы позволили понизить содержание растворимых в структуре сплава газов до тысячных долей процента. Например, содержание водорода в ста граммах металла было доведено до четырех десятых в кубическом сантиметре, неметаллические включения были практически исключены полностью, кислорода содержалось не более восьми тысячных процента. О масштабности предпринятых мер, приведших к созданию качественно новых структур свидетельствует и тот факт, что на всех металлургических заводах, поставлявших металл, был введен автоматизированный ультразвуковой контроль полуфабрикатов, которые затем обязательно проходили входной контроль на Южном машиностроительном заводе. Дополнительно к проведенным мероприятиям были сформулированы специальные требования к сварочной проволоке, подготовке кромок под сварку и количеству допустимых подварок.

Результаты этих мероприятий превзошли самые смелые предположения. Если до введения описанных новых технологических процессов обнаруживалось по причине негерметичности металла до двадцати проявлений просачивания компонента, то после внедрения новой технологии начиная с 1970 года — ни одного!

Не обошлось без последствий и введение стальных трубок вместо алюминиевых. В результате возникла проблема сварки разнородных металлов: алюминий — сталь, титан — сталь, сталь — ниобий и других сочетаний, которые применялись не только на ракетах, но и на космических аппаратах. Для реализации этих вопросов в городе Орджоникидзе (Северная Осетия) был построен специальный цех изготовления биметаллических переходников.

В довершение было установлено (о чем имелись отрывочные сведения из американских источников), что, проникая через поры металла, компонент не только загазовывает воздух, но и производит разрушительную работу. Соединяясь с влагой, неизменно присутствующей в воздухе, компонент образует кислоту, которая, в свою очередь, вызывает коррозию в алюминиевом сплаве, тем самым еще больше увеличивая негерметичность отсека. Несколько позднее было выяснено, что при относительной влажности воздуха ниже сорока процентов названная реакция не происходит.

На всех ракетах, начиная с ракеты Р-36, для исключения пустых объемов, создаваемых за счет днищ и переходных отсеков, баки окислителя и горючего стали единой емкостью, в которой компоненты топлива разделены промежуточным днищем. Естественно, возник вопрос о возможности проникновения окислителя из верхней полости в нижнюю, где находится горючее. В лучшем случае, говорили оппоненты, будут образовываться нерастворимые нитриды, которые, естественно, могут забить форсунки работающего двигателя. А худший вариант при соединении — взрыв, как это было на ракетах "Титан-П". С целью проверки этих серьезных опасений был проведен смелый эксперимент, который в случае отрицательного исхода мог поставить знак вопроса над конструкцией бака с промежуточным днищем. Для этих целей изготовили опытную емкость с заведомым дефектом в промежуточном днище. Результаты испытаний превзошли все ожидания — образования нитридов и ситуации, инициирующей взрыв, не наблюдалось.

При анализе причин возникновения негерметичности было обнаружено новое неожиданное явление.

Как известно, в процессе прокатки исходной заготовки происходит одновременно и формирование ее структуры, приводящее к образованию волокон в направлении деформирования. Этого оказалось достаточно для того, чтобы в направлении прокатки, как по каналам, распространялся компонент. Пришлось в техническую документацию вводить дополнительное требование, согласно которому фланцы, мембраны и другие подобные детали должны были изготавливаться только из поковок и штамповок. При этом, если металл имел волокнистую структуру, волокна в готовой детали следовало направлять параллельно ее стыкам.