Поиск - новости науки и техники

Светом и звуком. Единственная в своем роде установка раскрывает все секреты материалов.

Впервые в отечественной практике в одном приборе удалось объединить лазер и ультразвук (на снимке) – теперь они вместе контролируют качество материалов. Выглядит это так: в установке размером меньше системного блока компьютера размещают лазер и всевозможную электронику. Оптическим волокном лазер соединяется с миниатюрным, напоминающим прикуриватель автомобиля, преобразователем. Это – чувствительная часть прибора. Преобразователь накладывают на металл, и широкополосный ультразвуковой импульс исследует образец. Многократное его отражение на компьютерном мониторе представлено в виде последовательных импульсов. Анализируя их, можно судить о механических свойствах материала…
Совершенствование методов неразрушающего контроля, без преувеличения, проблема вечная. Тем более сегодня: скажем, космическая и ракетная техника под влиянием огромных температур, высочайшего давления и агрессивной среды испытывает жесточайшие перегрузки. Даже наипрочнейшая сталь их не выдерживает. Это по силам лишь новым, более совершенным материалам – композитным, многослойным, снабженным защитными покрытиями, а также наноматериалам. Но вот вопрос: как следить за их состоянием?
Традиционные методы неразрушающего контроля – ультразвуковые, рентгеновские, магнитные, электрические и многие другие – с задачей уже не справляются, поскольку рассчитаны на “обычные” металлы и сплавы. В результате встает вопрос о развитии новых технологий мониторинга состояния исследуемых объектов. Так, ученые снова обратились к ультразвуку – едва ли не самому распространенному методу контроля, поскольку практически все конструкционные материалы в той или иной степени допускают его распространение. Однако даже этот известный метод нуждается в модернизации. Одному из первых решить эту задачу удалось профессору Международного лазерного центра МГУ им. М.В.Ломоносова Александру ­Карабутову, автору лазерно-ультразвуковой установки.
– Каким образом, объединив лазер и ультразвук, вы получили более совершенное и универсальное средство неразрушающего контроля?
– Для возбуждения ультразвуковых импульсов впервые в отечественной практике мы использовали лазер, – рассказывает Александр Алексеевич. – Теперь наша установка может исследовать внутренние свойства объекта в широкой полосе частот. Проще говоря, мы “копнули поглубже” – заглянули в сердцевину материала – и контролируем его структуру, характеристики, а также качество напыления и защитного слоя. Это дает значительно больше информации, чем стандартные методы контроля, позволяет более тонко интерпретировать результаты испытаний, которые проводятся практически молниеносно – в течение нескольких минут, а то и секунд. Сигнал традиционных контрольных приборов часто попадает в “мертвую зону”, которую невозможно проверить. Это слабое место действующих приборов. В нашей установке размеры “мертвой зоны” уменьшаются на порядок, а в некоторых случаях ее нет. Это очень важно. И еще, чтобы, скажем, испытать покрытие, его попросту приходилось отрывать от подложки и изучать разными методами (неразрушающий контроль здесь бессилен), трудоемкими, затратными и длительными – операция отнимала часа три-четыре. Теперь ничего этого делать не надо, а контроль занимает считаные секунды. Так в разы повышается качество испытываемых материалов.
Установка находит малейшие изъяны в неоднородных композитных материалах, обнаруживает микроскопические трещины. Причем ультразвук способен отличить трещину от неоднородности материала, установить, что это – дефект или нарушение технологии? Такие тонкие различия улавливает только наше оборудование, благодаря чему разработчики материалов получают очень ценную информацию. Правда, и традиционные методы их выявляют, но далеко не все.
– Есть ли в мире аналогичные установки?
– Прямых аналогов нет. Наши коллеги на Западе пошли другим путем. Их голубая мечта – создать бесконтактный метод измерений. И они ее осуществили. Лазер и звук сочетаются у них в одном приборе, но работает он иначе, более, я бы сказал, эффектно. Прибор не нужно подносить к поверхности материала, он действует на расстоянии. По сравнению с зарубежным, наш контактный метод кажется архаичным. Однако, уверен, он более надежен, поскольку качество измерений у нас выше. Причем различаются не только установки, но и “идеологии” проверки. Иностранные коллеги контролируют процесс производства, а мы – готовые изделия. Безусловно, важно убедиться, что, скажем, металл для самолета не подведет и отвечает всем требованиям. Однако, на мой взгляд, главное все же – проверить уже готовое крыло, чтобы удостовериться, что и сам материал, и технология изготовления не имеют изъянов. Но чтобы решить, чей подход лучше, эффективнее, нужно провести специальное исследование.
– Как вы вышли на эту тему, почему стали заниматься методами неразрушающего контроля?
– Я увлекся ими еще в 1973 году, когда был студентом-третьекурсником физического факультета МГУ. Как теоретически решить задачу: соединить лазер и ультразвук, создать принципиально новую установку – знал с самого начала. Но уровень развития электроники тогда не позволял быстро продвигаться вперед. Первый лабораторный образец появился на свет 10 лет назад, а установка в том варианте, в каком вы ее видите сейчас, существует шесть лет. Это серийный образец, располагающий набором преобразователей для контроля различных материалов и покрытий. Кстати, всего их около ста. Установка сертифицирована, снабжена многочисленными методиками, содержит описание всевозможных дефектов и уже выпускается. Управлять ею совсем не сложно, стоит она приблизительно столько же, сколько стандартные ультразвуковые приборы, а отдача, эффективность – значительно выше. Наше детище зарекомендовало себя как надежный контролер качества самой разнообразной серийной продукции. Был случай, когда она позволила предприятию, выпускающему ракетные двигатели, сэкономить 80 миллионов рублей.
– Казалось бы, производители должны в очередь становиться к вам, чтобы заполучить установку…
– На самом деле все не так просто. Хотя установка и сертифицирована, но нигде не записано, что изготовитель обязан применять наше средство неразрушающего контроля. Вот он и прикидывает все “за” и “против”: ему нужно найти два с лишним миллиона рублей, чтобы купить установку, освоить методики, обучить обслуживающий персонал… Но главное, руководство предприятия должно решить для себя: точно ли оно хочет знать, какого качества материал выпускает? Вдруг обнаружится, что с технологией не все ладно? А значит, надо срочно принимать меры, возможно, нарушать сроки договоров – в общем, бед не оберешься. Так зачем, спрашивается, лишняя головная боль?
В итоге в прошлом году малое предприятие, которое по лицензии делает установку, выпустило 10 приборов. Думаю, это рекорд, поскольку в 2014 году выход будет, наверное, вполовину меньше. Поэтому наша задача сегодня – добиться, чтобы лазерно-ультразвуковой метод был признан обязательным при контроле композитных материалов и покрытий, но дело это долгое и хлопотное.
 – Сколько, по вашему мнению, нужно производить подобных установок?
– Порядка ста. Без них, считаю, не обойтись предприятиям в таких важных отраслях, как аэрокосмическая, авиа- и судостроение, энергетика (для изготовления турбин). Возможно, и РЖД заинтересуется проверкой качества рельсов для высокоскоростного транспорта – в этом случае установок потребуется намного больше. Обратите внимание: когда новинка пойдет в серию, ее стоимость значительно снизится. Но произойдет это лишь в том случае, если производители ответственно отнесутся к качеству своей продукции. Посмотрим, многие ли на это способны.

Юрий ДРИЗЕ
Фото Андрея Моисеева  

Нет комментариев