Ученые научились залечивать трещины в металлах с помощью микросварки

Параллельно команда разработала концепцию и техническую реализацию оборудования для бесконтактного создания вихревых токов в металлах. Разработчики считают, что внедрение такого устройства откроет новые перспективы для промышленного применения технологии.

Проблема усталостного разрушения и коррозии деталей и конструкций продолжает оставаться одной из самых дорогостоящих для индустрии. Ежегодные убытки оцениваются в 2–3% от валового внутреннего продукта, что эквивалентно примерно 2,5 трлн рублей. 

Современные способы устранения дефектов и повышения устойчивости металлов к коррозии обычно требуют дорогостоящего оборудования, значительных энергоресурсов и трудоёмких процессов. В качестве перспективной замены традиционным методам эксперты рассматривают использование импульсного тока высокой плотности (ИТВП). Эта технология позволяет устранять микротрещины или останавливать их распространение и имеет ряд преимуществ. 

Одно из ключевых достоинств ИТВП - локальность воздействия. При распространенных методах, таких как пролонгированная термообработка и повторная прокатка или ковка, металл нагревается полностью, что делает процесс ресурсоемким. Электроимпульсная обработка действует точечно, на участки с дефектами, что снижает энергозатраты, трудоемкость и себестоимость работ. Исследования также показывают, что воздействие импульсным током высокой плотности повышает надежность и улучшает эксплуатационные характеристики материала. 

— Электроток, как выяснилось, способен влиять на атомы металлов гораздо эффективнее, чем обычное тепло. С помощью импульсного тока высокой плотности можно изменять микроструктуру материалов. А изменение структуры приводит к изменению свойств, — поясняет руководитель проекта, профессор кафедры «Оборудование и технологии сварки и контроля» УГНТУ Сергей Дмитриев. 

Учёный отметил, что исследования в области электроимпульсной обработки проводятся во всех промышленно развитых странах, включая Россию. Тем не менее, до сих пор не достигнуто полного понимания физических процессов взаимодействия тока с дефектами. На эффективность обработки оказывают влияние магнитные характеристики сплава, его химический состав, тип, размеры и расположение трещин, а также ряд других факторов. 

— Большинство исследований по восстановлению трещин основаны на эмпирических данных. Никто не наблюдал непосредственно, как трещины заживают внутри образцов, так как для этого нет подходящих технических средств. Есть лишь гипотезы, подтверждённые косвенными экспериментами. Найти идеальные условия для электроимпульсного воздействия, которое восстановит трещины без повреждения микроструктуры металла или сплава, чрезвычайно сложно. Именно эту проблему мы и пытаемся решить, — объясняет Сергей Дмитриев. 

В рамках проекта ученые УГНТУ разработали метод выбора оптимальных режимов для залечивания трещин с использованием ИТВП. Раньше исследователям удавалось лишь частично «заваривать» микротрещины, но команда под руководством Сергея Дмитриева научилась полностью устранять их. Помимо практической значимости, это исследование также обогатило фундаментальные знания о воздействии электроимпульсов на металлы и сплавы. 

Научный коллектив успешно завершил свою работу, опубликовав результаты в авторитетных изданиях и получив патенты. В дальнейшем команда планирует внедрить технологию в практическое применение. Для этого ученые начали разработку устройства, позволяющего бесконтактно генерировать вихревые токи в металлах. Это устройство должно стать основой для использования технологии в различных промышленных сферах. 

Профессор Дмитриев подчеркивает, что основная задача — превратить технологию в универсальный инструмент, который можно эффективно использовать для предотвращения коррозии. В мире уже проводятся исследования в этой области, и ученые подтверждают, что электроимпульсные методы действительно замедляют процесс разрушения металлов. Однако проблема заключается в огромном разнообразии материалов, каждый из которых требует индивидуального подхода. На данный момент накоплено недостаточно данных, чтобы определить оптимальные стратегии. Мы также активно участвуем в этой работе, поскольку устранение коррозии стало бы значительным достижением. 

Проект осуществляется в рамках государственной программы «Приоритет-2030» Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (национальный проект «Молодежь и дети»). 

Фото

Источник: https://campusufa.ru/news/1653