Электроимпульсы против трещин: ученые УГНТУ создают революцию в ремонте сталей

Научная группа УГНТУ, работающая в Центре реверсивного инжиниринга на базе Межвузовского студенческого кампуса в Уфе, разрабатывает инновационную технологию восстановления дефектов в сталях с использованием электроимпульсной обработки.

Учёные разработали оригинальную методику и алгоритм подачи кратковременных импульсов тока высокой плотности, способных эффективно ликвидировать микротрещины любого типа — усталостные, пластические, а также вызванные коррозией.

Команда также продвинулась в создании концепции и технического решения для бесконтактного формирования вихревых токов в металлических изделиях. По мнению разработчиков, наличие такого аппарата станет решающим фактором для массового применения технологии в промышленности.

Проблема усталостного разрушения и коррозионного износа остаётся одним из наиболее дорогостоящих вызовов для промышленности — ежегодные потери составляют 2–3% ВВП страны, что эквивалентно примерно 2,5 триллионам рублей.

Традиционные методы ремонта дефектов и повышения устойчивости металлов к коррозии обычно связаны с высокими энергозатратами, необходимостью сложного оборудования и значительными трудозатратами.

В качестве перспективной альтернативы учёные рассматривают использование импульсного тока высокой плотности (ИТВП), который обеспечивает целенаправленное восстановление микроскопических повреждений без существенного изменения состояния всего изделия.

Ключевым преимуществом технологии является её локализованное действие. В отличие от длительной термообработки или многократной прокатки/ковки, которые требуют прогрева всей детали, электроимпульсная обработка воздействует исключительно на участки с дефектами, что минимизирует расход энергии и трудозатрат, а также снижает стоимость ремонта. Дополнительно установлено, что такой метод повышает долговечность материала и улучшает его рабочие качества.

— Современные данные показывают, что электрический ток может влиять на атомную структуру стали более эффективно, чем тепло. Пропуская мощные импульсы тока, возможно изменять микроструктуру — а значит, и свойства материала, — поясняет руководитель проекта, профессор кафедры «Оборудование и технологии сварки и контроля» УГНТУ Сергей Дмитриев.

По его словам, хотя изучение электроимпульсной обработки ведётся во многих передовых странах мира, включая Россию, до сих пор не существует единого понимания физики взаимодействия тока с дефектами.

На результат влияют множество переменных: магнитные свойства сплава, его химический состав, форма и масштаб трещин, их расположение и другие параметры.

— Подавляющее большинство исследований в данной сфере носят эмпирический характер. Прямое наблюдение за процессом заживления трещин внутри образца никогда не проводилось — технические ограничения не позволяли это делать.

Все выводы основываются на косвенных данных. Определить идеальные условия воздействия, при которых трещина будет полностью залечена без нарушения структуры материала, крайне сложно. Это именно та задача, которую мы решаем, — отмечает учёный.

За время проекта учёные УГНТУ разработали систему расчётов для выбора оптимальных режимов обработки. В отличие от прежних попыток, когда ремонт был неполным, новая методика позволяет полностью устранять микротрещины.

Полученный результат имеет не только практическое значение, но и важное теоретическое значение — он углубляет понимание физики взаимодействия импульсного тока с металлами и сплавами.

Достижения команды уже отражены в публикациях в авторитетных международных журналах и получили защиту патентами. Следующим этапом станет промышленное внедрение технологии. Для этого учёные приступили к созданию нового устройства для бесконтактного возбуждения вихревых токов в металле — ключевого элемента для перехода от лабораторных испытаний к реальному применению.

— Главная наша цель — сделать технологию универсальным инструментом, который сможет эффективно использоваться в разных сферах промышленности, особенно в борьбе с коррозией, — заявляет Сергей Дмитриев.

— Подобные исследования ведутся по всему миру, и есть доказательства того, что электроимпульсная обработка действительно замедляет коррозию. Однако проблема в том, что материалы чрезвычайно разнообразны, и каждый требует индивидуального подхода. Пока исследований мало, чтобы выстроить общую модель. Мы включились в этот процесс — ведь победа над коррозией могла бы кардинально изменить ситуацию!

Проект финансируется в рамках национальной программы Минобрнауки РФ «Приоритет-2030» (в рамках национального проекта «Молодёжь и дети»).

Справочно:

Согласно указу Президента Владимира Путина, в России формируется сеть современных образовательных кампусов. К 2030 году планируется создать 25 таких комплексов. Проект реализуется совместно правительством РФ и Минобрнауки. На данный момент в рамках национального проекта «Молодёжь и дети» ведутся работы по проектированию и строительству 24 студенческих городков. К 2036 году число объектов возрастёт до 40.

Башкортостан был выбран в числе первых пилотных регионов для реализации федеральной инициативы. Первая очередь Межвузовского студенческого кампуса Евразийского научно-образовательного центра в Уфе была официально открыта в феврале 2024 года.