Группа ученых НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Александра Карабутова разработала уникальный отечественный прибор лазерно-ультразвуковой диагностики материалов, способный обнаружить мельчайшие внутренние дефекты с точностью до сотых миллиметра. Применение разработки в производстве и эксплуатации авиатехники поднимет на новый уровень ее качественные характеристики и надежность.

Развитие техники связано с ростом механических и тепловых нагрузок на наиболее ответственные силовые элементы конструкции и требует использования новых стратегических материалов, таких, как композиты и аддитивные покрытия. Эти материалы уникальны по прочности и легкости, но структурно неоднородны, поэтому развитие критического разрушения в них происходит стремительнее, чем в традиционных металлах.

Мельчайшие поры и дефекты в деталях авиационных механизмов при воздействии совокупности переменных напряжений в воздухе могут превратиться в магистральную – то есть по размерам сравнимую с функциональными частями самолета – трещину, и стать причиной катастрофы. Для предотвращения разрушений наиболее значимые узлы лайнера должны проходить трехмерную экспертизу внутренней структуры, которая обнаружит дефектные очаги на самой ранней стадии.

«Научный коллектив новой лаборатории НИТУ «МИСиС», созданной в 2015 году в рамках программы повышения конкурентоспособности, под руководством доктора физико-математических наук, профессора Александра Карабутова представил новую, не имеющую мировых аналогов, технологию лазерно-ультразвуковой структуроскопии с уникальными возможностями для 3D-контроля материалов, деталей и изделий авиационной техники», – сообщила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.

Лазерно-ультразвуковой структуроскоп, разработанный в НИТУ «МИСиС», обладает повышенным пространственным разрешением (50 микрон) при сохранении большой глубины зондирования (до 40 мм) и позволяет характеризовать дефекты по их механическим характеристикам и форме, получая фактически 3D-модель детали.

По словам руководителя проекта, профессора Александра Карабутова ,

«в отличие от традиционного УЗИ, в лазерно-ультразвуковой структуроскопии для создания зондирующих импульсов используется лазер, а для регистрации эхо-сигналов – сверхширокополосные пьезоприемники. Это позволяет повысить в 6–10 раз пространственное разрешение УЗ-контроля, а также его чувствительность, получать количественную информацию о состоянии материала – упругих модулях, пористости, напряженных состояниях, различать жесткие и мягкие неоднородности. Измерения могут быть автоматизированы, что повышает достоверность контроля».

Ультразвуковой пучок, создаваемый лазерным импульсом, обладает рядом уникальных характеристик, которые практически невозможно реализовать традиционными средствами – «сверхкороткие» импульсы, сохранение четкой формы сигнала, узкий ультразвуковой пучок без боковых помех. Это позволяет проводить контроль деталей в условиях, когда другие методы неэффективны, например, обнаружить и различить расслоение между каждым последовательным слоем композитного материала.

Опытный прототип разработанной автоматизированной системы неразрушающего контроля успешно опробован для контроля углепластиковых кессонов крыла нового российского ближне-среднемагистрального пассажирского лайнера, в том числе и при нагрузочных испытаниях.

Первая партия инновационных лазерно-ультразвуковых дефектоскопов уже запущена в мелкосерийное производство и планируется к применению в отечественной авиакосмической промышленности.

Профессор Александр Карабутов – заведующий лабораторией «Лазерно-ультразвуковая диагностика структуры и свойств горных пород и гетерогенных конструкционных материалов» НИТУ «МИСиС», победитель открытого международного конкурса на получение грантов НИТУ «МИСиС». Область научных интересов: мощные акустические пучки, самовоздействие разрывных волн, самофокусировка ультразвуковых пучков, лазерная оптоакустика, лазерно-ультразвуковая спектроскопия и томография.