Использование спектрально-акустических методов контроля качества колоколов
В наше время, когда происходит возрождение Православия на земле Русской, получили вторую жизнь казалось бы навсегда забытые ремесла и искусства. Одним из них является литье колоколов.
Современные колокололитейщики сталкиваются с большими трудностями, вызванными разрывом традиций, утерей опыта колокольного литья, который накапливался веками. Сейчас многое, практически всё, надо начинать заново. Но непреодолимых трудностей не бывает. В России появляется все больше колокололитейных предприятий. Это не может не радовать, но есть в этом процессе и отрицательная сторона – часто низкое качество изготавливаемых колоколов. Одно дело, когда колокола изготавливает предприятие, имеющее для этого необходимое производственное оборудование, опыт работы, а, главное, дорожащее своей репутацией, и совсем другое – когда приходится покупать колокол у начинающих колокололитейщиков, или, того хуже, на предприятии, поставившем во главу угла своей деятельности получение прибыли любой ценой.
В свете этой проблемы особенно остро встает необходимость разработки методов контроля качества колоколов, причем как новых, приобретаемых на заводе, так и старых, исторически ценных. Первые необходимо проверять при покупке на отсутствие литьевых дефектов, на качество звучания (благозвучие), и т.д., а последние – на общее состояние, наличие эксплуатационных дефектов (сколов, трещин), наличие литьевых дефектов. Хотя сам возраст этих колоколов свидетельствует об отсутствии в них критических заводских дефектов, тем не менее – каждый литьевой дефект является потенциально опасным, здесь могут концентрироваться напряжения, которые в последствии могут привести к образованию трещин и т.д. На основании дефектоскопического обследования определяется пригодность колокола к дальнейшему звону. Как известно, колокольная бронза стареет и исторически ценный колокол может разрушиться в процессе звона, поэтому разумно вовремя оценить его состояние и может быть правильнее провести его своевременное «лечение» или продумать для него щадящий режим использования. Бывают и крайние случаи, когда приходится отправить колокол в музей, а на звонницу приобретать новый. Этим мы можем способствовать сохранению нашего исторического наследия.
Новые колокола также требуют диагностики своего состояния. Как известно, колокольная бронза – вещь хрупкая, особенно зимой, при температурах ниже минус 20 градусов Цельсия. В это время звон в колокола требует особой осторожности. Опытные звонари это знают и принимают соответствующие меры. Тем не менее, иногда происходят случаи раскола колоколов (образования в них трещин). Если в колоколе образовалась трещина, то его можно отремонтировать, для этого существует довольно много способов, от сложных и дорогих (сварка) до довольно простых и относительно дешевых (остановка роста трещины путем снятия напряжений достигается сверлением отверстий на ее концах). Но независимо от способа, успех ремонта колокола в значительной мере зависит от своевременности его начала. На ранних этапах развития трещины ремонт, как правило, проходит успешно и не требует очень больших капиталовложений. По мере развития трещины, сложность и стоимость ремонта растет, а шансы на успех падают. Исходя из выше сказанного, важность контроля качества колоколов трудно переоценить.
В Московском Колокольном Центре разработана и многократно проверена на практике методика диагностики колоколов как после их отливки, так в процессе эксплуатации. Данная методика включает в себя следующие виды неразрушающего контроля и диагностики:
Первые четыре технологии достаточно хорошо известны в промышленности и я не буду останавливаться на их применении, хотя они и имеют некоторые особенности при диагностике состояния колоколов.
Последний способ является сравнительно новым, разработан нами с учетом особенностей звучания колоколов и в печати подробно нигде не описан. В чем его суть? Собственные колебания колокола после удара происходят в трехмерном пространстве и очень сложны. Конечное его звучание зависит как от внутренних факторов, так и внешних (т.е. окружающей среды).
К внутренним факторам относятся: механические свойства материала (плотность, модуль упругости и коэффициент затухания звука), состояния материала (структура и пористость) и геометрические параметры (профиль колокола, отклонения от идеальной формы и место удара). Все эти параметры влияют, в конечном счете, на звучание колокола и любые изменения в нем могут говорить о внутреннем состоянии колокола.
Здесь возможны как статические методы исследования (анализа), так и динамические. Но оба они не возможны без проведения паспортизации колокола, включая его акустику, которая отличается своей индивидуальностью. В числе наиболее важных акустических диаграмм считаются:
Анализ этих диаграмм позволяет оценить качество литья, особенности музыкальной организации звучания, правильность веса языка, целостность колокола, геометрические отклонения и т.д.
Если мы знаем исходные данные по звучанию колокола, то мы можем уже отслеживать его состояние в динамике (что особенно важно для исторически ценных колоколов). Анализ изменения в вышеуказанных диаграммах уже на первом этапе (без использования других технических средств неразрушающего контроля) может выявить такие дефекты как: начало раскола колокола, изменение подвески языка, появление наклепа, старение материала и т.д. Ясно, чем своевременнее мы обнаружим эти изменения, тем раньше мы можем принять меры по их устранению или «лечению». А для этого надо планомерное динамическое отслеживание состояния колоколов. Здесь мы можем сказать, что начало этому процессу нами положено. Московским Колокольным Центром уже паспортизировано более 1200 колоколов, проводится отслеживание в динамике состояние уникальных звонниц в Ростовском Кремле, Покровском соборе в Москве, Свято-Троицкой Сергиевой Лавре. И нам думается, что со временем это даст положительные результаты.
В заключение хотелось бы отметить, что идея паспортизации колоколов не нова, у нас в стране ее основоположником является блаженной памяти настоятель Успенского Собора Ростовского Кремля протоиерей Аристарх Израилев. В конце XIX века он с помощью изобретенного им акустического прибора и изготовленных им самим специальных камертонов измерил основные тона уникальных колоколов Ростовской звонницы. Эти камертоны до сих пор хранятся в музее Ростовского Кремля. Дошедшие до нас научные труды отца Аристарха содержат уникальные данные, которые оказывают неоценимую помощь сегодняшним исследователям колоколов. Одним из таких трудов является его книга «Ростовские колокола и звоны», 120 лет со дня выхода которой мы отмечаем в этом году.
Хадорич А.Б., Шариков П.В.
ЛИТЕРАТУРА: