Инновационная разработка аспиранта АлтГУ Дениса Фадеева прошла в полуфинал Всероссийского инженерного конкурса. Его разработка позволяет выявлять скрытые дефекты и изменения в структуре металла после лазерной резки.
Всё начиналось с зубов
Денис Фадеев — аспирант АлтГУ и слесарь по контрольно-измерительным приборам и автоматике на Барнаульском заводе АТИ, там он работает три с половиной года. Но ещё раньше он начал работу над своим прибором, позволяющим выявлять скрытые дефекты в металле.
Изобретательская деятельность Дениса началась на втором курсе тогда ещё физико-технического факультета классического университета, когда преподаватель привёл его в лабораторию электромагнитных исследований. Там он и разработал свой первый датчик — «пирамиду Хеопса», как шутя называли её коллеги из-за формы и габаритов.
При этом с металлом и заводским производством он тогда вообще не был связан и на защиту диплома бакалавра выходил с проектом, посвящённым дефектам в зубных протезах и коронках. Направление, как говорит Денис, было перспективным, вполне можно было бы договориться с какой-нибудь стоматологией и опробовать разработку в реальных условиях. Но молодой учёный решил сменить направление.
Рентген для металла
На промышленных предприятиях для «раскройки» металла используют метод лазерной резки. Его минус — неизбежное повреждение участка в районе разреза.
«Я бы не назвал это дефектом, скорее, особенностью резки. В зоне реза происходит нагрев и расплавление металла, приводящие к изменениям в кристаллической решётке, возникает зона термического воздействия, в которой меняются физические свойства», — объяснил Денис Фадеев.На многих предприятиях для выявления дефектов используют разрушающие методы, которые, во-первых, достаточно трудоёмкие, а во-вторых, делающие исследуемый образец непригодным для дальнейшего использования, даже если дефектов в нём нет или они некритические, а на готовых изделиях это вообще не применимо. При этом деталь со скрытым дефектом может сломаться в самый неожиданный момент.
Молодой учёный АлтГУ уже шесть лет работает над прибором, позволяющим обнаружить изъяны в металле на расстоянии.
Его разработка основана на методе вихретоковой дефектоскопии. Сама технология не нова: вихревые токи описал ещё в середине XIX века французский физик Луи Фуко. Но Денис смог «уложить» сложный метод в небольшой прибор, который исследует металл на расстоянии. Если сильно упростить, это можно назвать рентгеном для металла.
«Прибор создаёт магнитное поле, проникающее в металл. В нём появляются вихревые токи, которые в свою очередь меняют магнитное поле. Любая неоднородность влияет на распределение вихревых токов. Так возникают отличия от эталонного сигнала. Сравнивая его с полученными данными, можно сделать вывод о степени повреждения металла», — рассказывает Денис Фадеев.Металл на производстве используется различный, соответственно, и его параметры отличаются. Денис уточнил: использовать его прибор можно применительно к любому металлу. Но для определения дефекта необходимо знать данные ГОСТа эталонного образца.
«Мой датчик — в форме конуса, он достаточно сильно локализует магнитное поле. Мы можем определить показания в нескольких точках, сравнить их с эталонным сигналом. И любое отклонение от какого-то среднего значения будет являться некоторым дефектом», — сказал учёный.Такой метод позволит не только сохранить исследуемый образец для дальнейшего использования или направить его туда, где выявленные дефекты не будут критичными, но и скорректировать параметры оборудования для лазерной резки, чтобы минимизировать повреждения металла в дальнейшем.
В реальное производство
Над своей разработкой Денис Фадеев трудится около шести лет, регулярно проводя модернизацию. Когда-то вообще всё исследование его прибором делалось вручную: взял датчик, приложил к металлу, получил данные.
Сейчас же всё автоматизировано: датчик установлен на системе позиционирования, задаётся область сканирования, аппарат сам двигается, сканирует и выдаёт массив данных.
«Из последнего: мы ввели метод дискретного сканирования. Датчик движется останавливается в одной точке и берёт в ней несколько значений, усредняет их, что улучшает качество сканирования, — объяснил Денис. — На данный момент это последнее, чего мне не хватало, результатом доволен. Но в дальнейшем возможны другие доработки, допустим, внедрение искусственного интеллекта для определения каких-либо неоднородностей. Но это уже изменение не самой технологии исследования, а, скорее, оценки результатов».В реальном производстве разработка барнаульского учёного испытания пока не проходила. Но интерес есть, в частности, после участия Дениса на фестивале Всероссийского инженерного конкурса в Москве с ним пообщались представители предприятий «Росатома», даже пригласили на стажировку.
«Понимаю, что такая технология не всем необходима, где-то достаточно механических испытаний. Скорее, это нужно для производств, где требуется высокоточный контроль качества, — сказал Денис. — Но, конечно, хочется, чтобы проект нашёл практическое применение, а не просто жил в лаборатории. Для этого нужно более тщательно проработать все составляющие датчика, красиво оформить программную часть. Но всё реально, считаю, мы способны изготовить тестовый образец».К своим инженерным опытам Денис подходит философски. Сейчас он работает над созданием четырёхзондового датчика. Его не смущает, что они уже существуют и успешно используются. Аспирант не считает, что он изобретает велосипед:
«Во-первых, интересно собрать всё самому из того, что есть. Во-вторых, люблю, когда мой труд выливается во что-то материальное, не статичное, а динамичное. Не результаты на бумаге, а реальный аппарат, движущийся, издающий звуки. Вполне возможно, что, создавая всё вручную в лаборатории, можно понять, за счёт чего реально удешевить их массовое производство».Над изобретением Денис трудится в рамках работы над диссертацией, которая посвящена исследованию дефектов ферромагнитных и неферромагнитных материалов, формирующихся под воздействием лазерного излучения. Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент кафедры общей и экспериментальной физики Владимир Маликов. Существенную поддержку в работе оказывает доцент той же кафедры Александр Катасонов.
