Лаборатория Лазерного Неразрушающего Контроля

В настоящее время в мире не существует лазерно-ультразвуковой структуроскопии горных пород. В Горном институте НИТУ МИСиС ведутся работы по созданию прототипов лазерно-ультразвуковых структуроскопов для диагностики геоматериалов.

Синтез новых гетерогенных материалов для авиационной и космической техники, создание ресурсосберегающих технологий при добыче полезных ископаемых требуют новых подходов для диагностики структуры и свойств данных материалов, дающих более точную информация о наличии пор, трещин и других дефектов в них по сравнению с существующими методами.

Совершенствование методов исследования структурных особенностей и физико-механических свойств сложных природных и синтезированных гетерогенных материалов является одной из приоритетных задач геомеханики, горной геофизики, решение которой имеет важное фундаментальное и прикладное значение для повышения эффективности как горной, так и других отраслей промышленности.

Благодаря наличию устойчивых функциональных и корреляционных связей с важнейшими физико-механическими свойствами и структурными особенностями сложных природных и синтезированных гетерогенных материалов особое значение для исследования последних имеют ультразвуковые методы. В то же время, значительные потенциальные возможности этих методов не реализованы из-за ограниченности спектра и мощности зондирующих сигналов, недостаточной чувствительности пьезоэлектрических преобразователей.

Принципиально новый подход в реализации ультразвуковых методов заключается в сочетании лазерного возбуждения мощных широкополосных импульсов упругих волн и широкополосной пьезорегистрации. В рамках грантов РФФИ ((№ 08-05-00281-а «Структурная диагностика горных пород на основе принципов лазерной ультразвуковой спектроскопии» и № 11-05000574-а «Обоснование лазерно-ультразвукового метода изучения анизотропии и ее влияния на структуру и свойства горных пород») авторами проекта были выполнены предварительные исследования, доказавшие возможность выявления дефектности структуры, оценки размеров отдельных структурных элементов, определения упругих характеристик различных сред с использованием указанного подхода. Однако отсутствие аппаратного обеспечения, позволяющего реализовать весь потенциал возможностей метода лазерно-ультразвуковой дефекто- и структуроскопии, сдерживает его реальное применение.

Разработанные в течение последних нескольких лет российскими учеными, в том числе и участниками проекта, уникальные автоматизированные лазерно-ультразвуковые дефектоскопы позволяют возбуждать короткие мощные ультразвуковые импульсы с амплитудой давления до 10 МПа, длительностью менее 100 нс, частотным спектром от 50 кГц до 200 МГц. Динамический диапазон данных систем составляет 60-70 дБ. Аналогов данным дефектоскопам в мире не существует. Их применение в рамках предлагаемого проекта позволит осуществить практическую реализацию поставленных задач.

Создание лаборатории лазерно-ультразвуковой диагностики структуры и свойств горных пород и гетерогенных конструкционных материалов позволит реализовать новый метод контроля таких объектов, дополняющий существующие в НИТУ МИСИС методы просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской дифрактометрии, механических испытаний и др. Преимущество метода заключается в повышенной чувствительности, информативности, возможности работать с образцами малых размеров, повышении производительности процесса измерений. Исследования, проведенные в лаборатории, послужат основой для создания лазерной ультразвуковой томографии геоматериалов и гетерогеннных конструкционных материалов.