Лазерно-Ультразвуковая Структуроскопия Материалов


Компания:НИТУ МИСиС

Новым перспективным направлением современной ультразвуковой структуроскопии, необходимой для широкого спектра исследований и контроля состояния конструкционных материалов (металлов, углерода, композитов, пластиков, керамик, бетонов и т.д.), является лазерная ультразвуковая дефектоскопия. Лазерно-ультразвуковые структуроскопы "ГЕОСКАН-02МУ" и лазерно-ультразвуковые дефектоскопы серии УДЛ-2М, созданные в рамках ФЦП в Горном институте НИТУ "МИСиС" совместно с МЛЦ МГУ имени М.В. Ломоносова и позволяющие возбуждать мощные короткие акустические импульсы с хорошо контролируемой гладкой формой и широким спектральным диапазоном, нашли свое применение в гражданской и военной промышленности. Один из созданных лазерно-ультразвуковых дефектоскопов (УДЛ-2М) внесен в государственный реестр средств измерений. Его использование позволяет почти на порядок увеличить пространственное разрешение и уменьшить глубину мертвой зоны контроля (при тех же глубинах зондирования) почти в десять раз. Для каждой из решаемых задач ультразвукового неразрушающего контроля необходимы специализированные, адаптированные к ней, оптико-акустические преобразователи. На сегодняшний день разработаны преобразователи, дающие возможность проведения прецезионной дефектоскопии углепластиковых композитов, измерения остаточных напряжений в металлических конструкциях и сварных швах, осуществления контроля их качества, измерения упругих модулей твердых тел. В настоящее время разрабатывается томографическая система ультразвукового контроля с лазерными источниками пробных ультразвуковых импульсов и 32-канальной антенной сверхширокополосных пьезоприемников.

Сочетание лазерного возбуждении коротких гладких ультразвуковых импульсов и регистрации ультразвуковых сигналов сверхширокополосными пьезоприемниками повышает информационность, достоверность и эффективность диагностики, обеспечивая по сравнению с традиционными методами контроля ряд существенных преимуществ, среди которых:

Ультразвуковой контроль с лазерными источниками особенно полезен при контроле тонкостенных конструкций и мест их сочленения, конструкций сложной геометрии. Он успешно конкурирует с лучшими цифровыми ультразвуковыми системами (особенно по параметру цена/качество контроля).

Лазерно-ультразвуковая структуроскопия обеспечивает повышенную разрешающую способность, информативность и достоверность контроля при использовании в автоматизированных системах. Она позволяет измерять:

  • Скорость ультразвука с прецизионной точностью лучше 0.1% на малой базе (от 2 мм).
  • Локальное значение плотности у поверхности объекта с точностью не хуже 5%.
  • Упругие модули материала с точностью лучше 2% при толщине 2-20 мм и шагом по поверхности объекта 2 мм.
  • Средние по толщине и локальные (с локальностью от 2 мм) действующие и остаточные напряженияв приповерхностных слоях объектатолщиной 0.3-3 мм.
  • Неоднородности плотности и упругих модулей на уровне 2-5% в металлах, керамиках, моно- и поликристаллах, пластиках, горных породах и минералах.
  • Спектр затухания ультразвука и дисперсию скорости ультразвука в полосе частот 0.1-100 МГц.
  • Локальную пористость материала.

С помощью лазерно-ультразвуковой структуроскопии можно проводить 2D и 3D визуализацию внутренней структуры, обнаруживая микротрещины и расслоения протяженностью менее 100 мкм, микропоры, микровключения и другие дефекты. Уникальные свойства лазерно-ультразвуковых структуроскопов дают новые возможности в контроле

  • Композитных материалов, в том числе стекло- и углепластиков (с принципиальной возможностью оценки их остаточного ресурса и несущей способности в конструкции).
  • Конструкционных материалов (металлы и их сплавы сложного состава) в конструкциях различной сложности с оценкой их несущей способности и остаточного ресурса.
  • Строительных конструкционных материалов с оценкой их пористости и трещиноватости, а также напряженного состояния.
  • Сварных швов в трубопроводных и теплообменных системах.
  • Оребренных конструкций систем теплообмена.

Методы лазерно-ультразвуковой структуроскопии находят применение в авиа- и ракетостроении, двигателестроении, судостроении, атомной и тепловой энергетике, строительстве и др.


Опубликовано: 30 Ноябрь 2016
Просмотров: 1600