Ученые резидента Кампуса научились залечивать трещины в металлах с помощью микросварки

Научный коллектив УГНТУ разрабатывает в Центре реверсивного инжиниринга Межвузовского студенческого кампуса Уфы технологию регенерации дефектов в сталях на основе электроимпульсной обработки. Ученые создали методику и алгоритм подачи коротких импульсов токов высокой плотности для залечивания микротрещин различного происхождения, включая усталостные, деформационные и коррозионные. 

Параллельно команда разработала концепцию и техническое решение оборудования для бесконтактного генерирования вихревых токов в металлах. Появление такого устройства, по мнению разработчиков, позволит технологии найти широкое промышленное применение. 

Проблема усталостного разрушения и коррозии деталей и конструкций остается одной из самых затратных для индустрии. Ежегодный ущерб оценивается в 2–3% валового внутреннего продукта, что составляет около 2,5 трлн рублей. 

Существующие методы устранения дефектов и повышения коррозионной стойкости металлов, как правило, требуют сложного оборудования, значительных энергозатрат и трудовых ресурсов. Перспективной альтернативой традиционным подходам специалисты называют применение импульсного тока высокой плотности (ИТВП). Технология позволяет залечивать микротрещины или предотвращать их рост и при этом обладает рядом 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. 

— Электрическим током, оказывается, на атомы металлов можно воздействовать гораздо эффективнее, чем просто теплом. Пропуская импульсный ток высокой плотности, можно менять микроструктуру материалов. А меняя структуру, мы меняем свойства, — объясняет руководитель проекта, профессор кафедры «Оборудование и технологии сварки и контроля» УГНТУ Сергей Дмитриев. 

По словам ученого, исследования в области электроимпульсной обработки ведутся во всех промышленно развитых странах, включая Россию, однако до сих пор нет полной ясности в физических механизмах взаимодействия тока с дефектами. На результат влияют магнитные свойства сплава, химический состав, тип, размер и расположение трещин и другие факторы. 

— Большинство опубликованных работ по залечиванию трещин носят эмпирический характер. Прямые наблюдения процесса залечивания трещин внутри образцов никем не проводились, ввиду отсутствия технических возможностей для проведения подобных экспериментов. Имеются только предположения, подтверждаемые косвенными экспериментами. Определить оптимальные параметры электроимпульсного воздействия, которое залечит трещины и при этом сохранит микроструктуру металла или сплава, очень сложно. Именно эту задачу мы и решаем, — рассказывает Сергей Дмитриев. 

В ходе проекта ученые УГНТУ выработали методику выбора оптимальных режимов залечивания трещин путем воздействия ИТВП. Если ранее исследователям удавалось «заваривать» микротрещины лишь частично, то команда Сергея Дмитриева научилась заваривать их полностью. Помимо прикладного результата, исследование внесло вклад в развитие фундаментальных знаний о физике электроимпульсного воздействия на металлы и сплавы. 

Результаты работы научного коллектива закреплены публикациями в высокорейтинговых журналах и патентами. Следующим шагом команда считает внедрение технологии в практику. Для этого ученые приступили к созданию устройства для бесконтактного генерирования вихревых токов в металлах, которое должно стать ключом к применению технологии в различных отраслях промышленности. 

— Наша главная цель — сделать технологию «рабочей лошадкой». В частности, использовать её для борьбы с коррозией, — говорит профессор Дмитриев. — Работы в этом направлении в мировой науке ведутся, исследователи видят, что электроимпульсная обработка действительно замедляет коррозию. Но всё упирается в то, что материаловедение — это неисчерпаемое количество разных материалов, и к каждому нужен свой подход. Поэтому исследований пока недостаточно, чтобы нащупать какую-то верную дорожку. Мы к этой работе тоже подключились, ведь победить коррозию было бы просто замечательно! 

Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»). 

Справочно. 

Напомним, по поручению Президента Владимира Путина в России создается сеть современных кампусов. К 2030 году в стране должно появиться созвездие из 25 кампусов. Работу по данному направлению ведет Правительство Российской Федерации и Минобрнауки России. В настоящее время при поддержке национального проекта «Молодежь и дети» проектируются и строятся 24 таких студгородка. К 2036 году количество кампусов увеличится до 40. 

Башкортостан стал одним из пилотных регионов России, где реализуется федеральный проект по созданию сети современных кампусов. Первая очередь Межвузовского студенческого кампуса Евразийского научно-образовательного центра в Уфе была открыта в феврале 2024 года. 

#молодежьидети 

#нацпроектмолодежьидети