Центр нанотехнологий
и наноматериалов
Республики Мордовия

+7 (8342) 33-30-63
Приборы и комплексы
Нанотехнологии в строительстве
Силовая электроника
Современная светотехника

Портативные рентгеновские дифрактометры «ДРП» для определения уровня остаточного напряжения и прогнозирования рабочего ресурса изделий из металла и сплавов

Продукция:

  • Программно-аппаратные комплексы портативных рентгеновских дифрактометров;
  • Услуги по проведению выездного исследования и прогнозированию рабочего ресурса изделий, сервисное сопровождение комплексов, обучение операторов заказчиков.

Инновационная составляющая / преимущества

  • Метод определения упругой деформации кристаллической решетки по угловому смещению дифракционной линии маломощного рентгеновского излучения.
  • Технология и оборудование экспресс-анализа остаточного напряжения в металле и прогнозирование пригодности и рабочего ресурса металлических изделий с использованием метода рентгеновской дифрактометрии, адаптированные к отраслевой специфике эксплуатации.
Преимущества:
  • Прямой неразрушающий контроль (метод рентгеновской дифрактометрии) - самый высокий коэффициент эффективности - 85% (в 1,5-2 раза выше других методов)
  • В 20 раз ниже мощность рентгеновского излучателя (соответствие требованиям ОСПОРБ);
  • В 3 раза ниже стоимость в сравнении с конкурирующими решениями;
  • Возможность использования в полевых условиях - существенное снижение массогабаритных параметров, энергопотребления, а также снижение затрат на обслуживание по сравнению с функционально аналогичным зарубежным оборудованием.
  • Легкость в обучении и пользовании, полная автоматизация.
  • Отечественных аналогов нет. Зарубежные – несопоставимо уступают в цене и применимости для массового использования (высокая мощность рентгеновского излучения).

Применение:

- РЖД,

- предприятия металлургии,

- предприятия тяжелого машиностроения,

- предприятия стройиндустрии.

 
О технологии
 

Суть технологии

Метод рентгеновской дифрактометрии является одним из немногих методов, позволяющих осуществлять прямой неразрушающий контроль кристаллической решетки материала.

Применение нанотехнологии

Длина волны рентгеновского излучения составляет n х 10-10м.

Преимущества

Преимущество в определении упругих напряжений имеет метод рентгеновской дифракции, по которому упругая деформация определяется по угловому смещению дифракционного максимума (дифракционной линии) рентгеновского излучения. Угловое положение этого максимума является в методе непосредственно измеряемой величиной и связано с межплоскостным расстоянием в кристаллической решётке d, изменение которого и представляет собой деформацию кристаллической решётки, уравнением Вульфа-Брэгга 2d sinӨ=nλ, где d – межплоскостное расстояние, Ө – угол дифракции, λ – длина волны рентгеновского излучения;

Рентгеновский дифракционный метод может быть использован в качестве технического эталона для тарировки косвенных методов, он даёт возможность прогнозирования остаточного ресурса изделий, и, наконец поверка аппаратуры этого метода осуществляется по государственному стандартному образцу (ГСО) параметр кристаллической решётки.

Инновационность

Отечественных аналогов нет. Западные – несопоставимо уступают в цене и применимости для массового использования (высокая мощность рентгеновского излучения).

Сравнение применяемых методов определения остаточного напряжения

Для сравнения выбраны два прямых метода неразрушающего контроля: рентгеновский метод и тензометрии, два прямых метода разрушающего контроля: голографический и метод послойного стравливания (метод Давиденкова), а также три косвенных метода: магнитный метод (например, Боркгаузена), электрический (например, АФЧХ – амплитудных фазово-частотных характеристик) и акустический.

Сравнение проводили в условиях МИСиС, ВНИИЖТ, НПО «Салют» на цельнокатаном колесе с криволинейным диском, а также на различных образцах стали и сплавов.

Критерии:

Прямой метод

Неразрушающий контроль

Без подготовки поверхности

Определение ОН 

Форма поверхности

ОН в направлении

Металлы

На объекте

Эффективность, %

Уровни:

Вmax

Вmax

Оmax

Оmax

Оmax

Вmax

Оmax

Оmax

Методы Рентгеновский

100

100

1

100

80

100

100

100

85

Послойного

стравливания

100

1

1

100

20

100

100

1

48

Тензометрирования

100

100

1

1

60

100

100

100

54

Голографический

100

1

100

10

70

100

100

100

58

Магнитный

1

100

100

10

100

1

40

100

47

Акустический

1

100

100

10

90

1

100

100

47

Электрический

1

100

1

100

90

50

100

100

54

Выводы: Рентгеновский метод – самый высокий коэффициент эффективности 85% (1,5-2 раза выше других методов оценки напряженного состояния) (47%...58%). При этом он прямой и неразрушающий.

 
Основные рынки, маркетинг
 

Описание продукции проекта

Портативный рентгеновский дифрактометр «РИКОР»

Рис.1. Гониометр с рентгеновской трубкой и детектором

 

Рис.2 Блок питания и управления

Портативный рентгеновский экспресс-анализатор – прибор обеспечивающий возможность определения остаточных и действующих напряжений в деталях и конструкциях различного назначения при их изготовлении, эксплуатации и ремонте.
Конструкция прибора позволяет определять напряжения в заданных направлениях (метод «синус квадрат пси»), а также сумму главных напряжений в поверхностном слое металла деталей и конструкций. О наличии напряжений в материале можно судить по смещению максимума дифракционной линии на угол ∆ϴ.

Технические характеристики ДРП «РИКОР» Состав оборудования:
1. Гониометр
2. Детектор
3 Блок питания и управления
4. Рентгеновская трубка:
мощность –10(5)Вт
анод - Cu ,Cr (V,Fe- опции)
размер фокуса-0,2х2мм
охлаждение – воздушное
Минимальный шаг перемещения излучателей – 0,5°.
Диапазон углов наклона излучателей и детектора относительно вертикальной оси - 0÷55°.
Угловой интервал одновременной регистрации – от 6о до 23о по Θ.
Угловой интервал по 2Θ – 60 –160°.
Детектор – газонаполненный, позиционно-чувствительный, пропорциональный.
Электрическая потребляемая мощность- 220В,50-60Гц,125Вт 
Общая масса прибора – 14 кг.



Линейка аппаратных
средств комплекса
«РИКОР»
Программно-
методологическое
обеспечение
комплекса
Инжиниринговые
и иные услуги
Линейка приборов для применения в различных отраслях (ж/д транспорт, авиация, энергетика, строительство) и для различных условий эксплуатации с возможной кастомизацией под требования Заказчика.
  • ПО автоматизированного рабочего места оператора для применения в различных отраслях
  • Методология экспресс-анализа
  • Дифрактометрические методы оценки состояния материалов, включая прогнозирование;
  • Технология управления ресурсами, рисками на этапах жизненного цикла на основе анализа надежности.
  • Сервисное обслуживание в течение жизненного цикла изделия
  • Обучение операторов заказчика
  • Обследование изделий Заказчиков
  • Заказные R&D

Обзор целевых рынков

Целевой рынок проекта – рынок методов и средств неразрушающего контроля изделий из стали и сплавов. Среди них рентгеновский метод обладает самым высоким коэффициент ом эффективности. Портативность прибора и малая мощность радиационного излучения (соответствие требованиям ОСПОРБ) существенно расширяют спектр применения прибора.
Потребителями являются предприятия-изготовители и эксплуатанты ответственных сооружений, узлов и механизмов, таких как мосты, авиадвигатели и другие элементы авиационной техники, железнодорожные колеса и т.п.

Потенциал роста рынка обусловлен:

  • устареванием подвижного состава и необходимостью продления ресурса на основе испытаний;
  • заменой традиционных разрушающих и косвенных методов контроля на дифрактометрический;
  • распространением данного метода контроля среди производителей и эксплуатантов менее ответственных изделий;
  • вытеснением конкурирующих средств контроля иностранного производства (отечественных аналогов нет);
  • расширением географии рынка (выход на зарубежные рынки).

Выводы: Платежеспособный спрос на приборы данного типа в России оценивается от 600 до 800 приборов в год.
В стоимостном выражении объем рынка составляет 780 – 1040 млн. рублей.

Основные конкуренты на целевых рынках

  • Proto manufacturing. Присутствует на рынке 35 лет. Имеет офисы в Канаде, США, Японии
  • Производит рентгеновские дифрактометры нескольких модификаций, осуществляет поставку комплектующих, программного обеспечения, проводит лабораторные и полевые обследования объектов, выполняет контрактные НИОКР.
  • Финансовые показатели не раскрываются.


  •  
  • Stresstech Group. Создана в 1983 году компанией American Stress Technologies, Inc. Офисы в США, Германии, Финляндии, Индии и два десятка официальных дистрибьюторов.
  • Производит рентгеновские дифрактометры нескольких модификаций, приборы на основе использования магнитных и тензометрических методов измерений, оказывает услуги по контролю остаточных напряжений в изделиях.
 
 

Выводы: Конкурентов, реализующих данный метод на мировом рынке мало.

Сопоставительный анализ с продукцией конкурентов

Сравнение портативного рентгеновского дифрактометра ДРП с зарубежными аналогами по основным характеристикам (см. Таблицу) позволяет сделать вывод о том, что ДРП по своим функционально-техническим возможностям превосходит аналоги.

 

ДРП
Россия

XS3000
США

IXRD
Канада

SET-X
Франция

Портативность

14 кг

25 кг

17,2 кг

22 кг

Система коллимации

Диафрагменная,
расходящийся пучок

Диафрагменная,
расходящийся пучок

Диафрагменная,
расходящийся пучок

Диафрагменная,
расходящийся пучок

Мощность рентгеновской трубки

10 Вт

200 Вт

200 Вт

250 Вт

Охлаждение
рентгеновской
трубки

Радиационное,
воздушное

Водяное,
замкнутое

Водяное,
замкнутое

Водяное,
замкнутое

Тип детектора

Линейно-координатный,
пропорциональный,
отпаянный

Позиционно-чувствительный,
полупроводниковый

Позиционно-чувствительный,
полупроводниковый

Позиционно-чувствительный,
проточный

Реализуемый метод определения напряжений

метод наклонных съемок «Sin2Ψ»,
метод вертикальной съемки

«ω»-метод,
метод вертикальной съемки

метод «Sin2χ»

«ω»-метод,
метод вертикальной съемки

Точность определения остаточных напряжений

Высокая

Средняя

Средняя

Средняя

Быстрота и легкость подготовки к работе

Высокая

Средняя

Средняя

Средняя

Легкость в обучении  и пользовании

Высокая

Средняя

Средняя

Средняя

Условия эксплуатации

Одинаковые

Одинаковые

Одинаковые

Одинаковые

Стоимость

40 000 евро

 

от 150 000 евро

 

 

Спрос на продукцию

Произведено и поставлено более 30 шт. ДРП-Рикор:

ГосНИИ (ЭРАТ) Министерства обороны РФ (Люберцы) 5 приборов
НИИ Неорганических материалов им. Бочвара (Москва) 1 прибор
ЗАО Институт рентгеновской оптики (Москва) 12 приборов
ООО завод Полимертепло (Москва) 1 прибор
Инженерно-авиационное управление СВО ВС РК  (Казахстан) 1 прибор
ЦИАМ (Москва) 1 прибор
ВИАМ (Москва) 2 прибора
МИСиС (Москва) 2 прибора
Орел ГАУ (Орел) 1 прибор
Унисантис (Швейцария) 4 прибора
ФГУП «НИИСУ» (Москва) 1 прибор
 
Проведены и описаны 50 применений ДРП-РИКОР
  • Космические объекты (1 применение)
  • Авиационная техника (16 применений)
  • Железнодорожный транспорт (4 применения)
  • Автомобильный транспорт (3 применения)
  • Атомные, тепловые и гидроэлектростанции (3 применения)
  • Продуктоводы, сосуды высокого давления, химическая промышленность (5 применений)
  • Металлические сооружения, мосты, туннели (3 применения)
  • Металлургия (4 применения)
  • Машиностроение (2 применения)
  • Электронная промышленность (1 применение)
  • Горнодобывающая промышленность (2 применения)
  • Наука, образование (3 применения)

Выводы: Представленная информация говорит о наличии существенного задела по внедрению данного прибора в различные сегменты рынка.

Список областей применения ДРП-РИКОР достаточно широкий. Однако, с точки зрения продвижения продукции наиболее проработаны следующие отрасли:

  • Диагностика газотурбинного оборудования (сектор эксплуатации)
  • Диагностика подвижного состава РЖД (сектор эксплуатации)
  • Металлургия (производство)

По данным секторам наработаны связи, представлены письма, подтверждающие заинтересованность в данном приборе, ведётся работа по включению в отраслевые реестры и инвестиционные программы.

Комфортные письма от заказчиков

Выражают заинтересованность в приобретении ДРП-Рикор:

ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат», ОАО «Электросталь», ОАО «Выксунский металлургический завод», ОАО «ЧТПЗ», ОАО «Челябинский металлургический комбинат», ОАО «Златоустовский металлургический завод»

ОАО «АВИАДВИГАТЕЛЬ», ОАО «Новатек», ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Лукойл-Западная Сибирь», ОАО «АК им. С.В.Ильюшина», ООО «Башкирская генерирующая компания», ОАО «РЖД», Люблинский литейно-механический завод, ОАО «Уралвагонзавод», ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА».

Готовы пользоваться услугами по измерению:

ОАО «ИНВЕСТСТРОЙ», ФГУП «Гормост», ОАО «РЖД»

Нормативная документация, стимулирующая спрос

По предложению заявителей и в результате проведенных испытаний метод рентгеновской дифрактометрии внесен в  национальный стандарт ГОСТ  Р 54093-2010 «Колеса железнодорожного подвижного состава. Методы определения остаточных напряжений». Это позволяет вести дальнейшую работу по внедрению прибора в структуры РЖД:

  • Вагоноремонтные депо  –  более 250 предприятий    
  • Локомотивные депо
  • Эксплуатирующие предприятия

Выводы: Представленные письма от потребителей, а также наличие нормативной базы для внедрения позволяет сделать вывод о наличии спроса в количестве не менее  300 шт./год.

 
Реализация проекта
 

Цели и задачи проекта:

  • Разработка технологии, создание опытно-промышленного образца и мелкосерийное производство портативных рентгеновских дифрактометров для экспресс-анализа состояний металлических конструкций и деталей с целью оценки работоспособности, надежности, долговечности изделий.

Статус проекта:

Создается новое предприятие для серийного производства портативных комплексов на основе имеющихся опытных образцов, для разработки новых методов экспресс-анализа, оценки состояния изделий и конструкций, прогнозирования рабочего ресурса.

 
Требуемые ресурсы
 

Проектная компания регистрируется в Республике Мордовия, функционирует на двух площадках – в Москве и в Саранске.

Москва

  • Отработка методологии;
  • организация испытаний совместно с научными партнерами;
  • офис продаж.

Площадка: на базе площадей заявителя ООО «Академия безопасности»

До 70 кв.м./14 человек

 

Саранск, Мордовия

  • Изготовление опытно-промышленного образца;
  • ОКР по ТЗ заказчика, дальнейшая доработка комплекса; 
  • Сборочное производство комплексов;
  • Испытательные стенды;
  • Учебный центр.

Площадка: на базе Технопарка Мордовия

До 200 кв. м./ 13 человек

 
Участники проекта
 

Участники проекта

 
  • ООО «ЦНН» (Мордовия);
  • Заявитель – ООО «Академия Безопасности»
  • НИ МГУ им. Н.П.Огарева.

ООО «Академия Безопасности» создано в 2008 году с целью коммерциализации научно-технических и опытно-конструкторских разработок в области обеспечения технической безопасности на транспорте, производстве и инфраструктурных объектах.

В состав предприятия вошла группа ученых МИСиС, более 20 лет занимающаяся разработкой и применением метода рентгеновской дифрактометрии для определения ресурса ответственных деталей, узлов и конструкций.

Наработан самый большой в стране методический материал по применению портативного рентгеновского дифрактометра, проведено более 50 исследований на ведущих предприятиях и объектах в РФ, сделаны соответствующие публикации. Полученный опыт позволил создать 6 поколений прибора.

В настоящее время коллектив Заявителя составляет 8 человек, со средним профессиональным стажем работы по данному направлению - 25 лет;

В процессе работы компании налажены прочные деловые связи с потенциальными потребителями продукции (РЖД, авиастроение, машиностроение, металлургия и др.).

 
Медиа
 

Скачать PDF версию проекта

 
Новости проекта
 
 

Другие проекты данной специализации