Исследователи представят свою работу сегодня на 253-м Национальном собрании. Экспозиция Американского химического общества (ACS).«Металлы часто подвергаются механическому напряжению или усталости, которые могут ослабить их структуру, но вы не можете сказать этого, просто взглянув на них», — говорит доктор философии Джеймс Э. Паттерсон.Один из реальных примеров — самолет ВВС США, который в полете непреднамеренно перевернулся вверх ногами, для чего он не был предназначен.
По словам Паттерсона, маневр превысил спецификации по устойчивости самолета к нагрузкам, но не было возможности узнать, действительно ли инверсия повредила компоненты в достаточной степени, чтобы самолет разбился во время будущего полета. Так что весь многомиллионный самолет пришлось утилизировать.«Вот тут-то и пригодится неразрушающий контроль», — говорит Паттерсон из Университета Бригама Янга. «НК, как это известно, уже является отраслью с миллиардным оборотом», — отмечает он. Современные методы проверки материалов без нанесения им вреда включают рентгеновское изображение, которое позволяет обнаруживать микроскопические трещины в металлах.
Но этот метод дорог, требует защиты от рентгеновских лучей и его трудно адаптировать для использования в полевых условиях. По его словам, другие методы неразрушающего контроля дают неоднозначные результаты и требуют высококвалифицированных технических специалистов.Его команда вместо этого полагается на спектроскопический метод, известный как генерация второй гармоники (ГВГ), который изменяет длину волны света.
Один из аспирантов Паттерсона, Шон Аверетт, понял, что эту технику можно адаптировать для поиска признаков внутренних повреждений металлов. Аверетт и его студенты Скотт Д. Смит и Алекс Фарнсворт работают с Паттерсоном над этим проектом.Они начинают с того, что направляют зеленый лазерный луч на металлический образец.
Посредством SHG металл преобразует часть входящего света в ультрафиолетовый свет, который отражается от металла вместе с оставшимся зеленым светом. «Степень превращения зависит от свойств металла, и если эти свойства были изменены в результате какой-либо формы напряжения, мы можем обнаружить это в преобразованном свете», — объясняет Паттерсон. Проведенные на сегодняшний день испытания показывают, что этот метод может различать металлические части, которые все еще не повреждены, и те, которые были необратимо повреждены и требуют замены. Исследователи говорят, что их метод более чувствителен, чем существующие методы неразрушающего контроля, и поэтому может предупреждать об опасности раньше.
По словам Паттерсона, с некоторыми дальнейшими усовершенствованиями этот метод может найти применение в аэрокосмической промышленности, где детали самолетов обычно заменяют после определенного периода использования, чтобы избежать катастрофического отказа. График замены основан на средней производительности нескольких одинаковых компонентов, а не на фактическом состоянии этого отдельного компонента. Метод SHG можно использовать для проверки того, действительно ли конкретный компонент изношен или еще имеет срок полезного использования, что приведет к экономии времени, денег и материалов.Команда Паттерсона также изучает возможности применения в ВМС США.
Алюминиево-магниевый сплав, используемый на судах ВМФ, может подвергаться невидимой коррозии с серьезными последствиями. «Есть истории о том, как кто-то шел по металлической палубе и ступил не в то место, а большой кусок провалился на нижнюю палубу», — говорит он. «Трещины также образуются в стенах. И как только образуются видимые трещины, часто бывает слишком поздно исправить повреждения».
Исследователи надеются превратить свою технику в портативную систему, которая будет определять, находится ли отсканированный объект в хорошей форме. «В принципе, вы можете использовать палочку и оптоволокно и сканировать большие площади корабля на предмет скрытых повреждений», — говорит Паттерсон. Другие потенциальные конструкции, которые можно оценить с помощью этой технологии, включают нефтепроводы, компоненты зданий и мосты.
Видео об исследовании доступно на https://www.youtube.com/watch?v=PGeDPvlRaNs.