СПОСОБ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2014 года по МПК G01N19/06 

Описание патента на изобретение RU2518360C1

Изобретение относится к области контроля и диагностики структуры материалов и деталей, применяемых в машиностроении, судостроении и других отраслях, а также находящихся в условиях гидродинамического нагружения, в частности узлов судостроительной техники, эксплуатируемых в условиях Севера, где присутствует многофазная твердо-жидкофазная шугообразная среда. Изобретение связано, прежде всего, с эрозионной стойкостью поверхности деталей и узлов судостроения.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ для определения эрозии материалов, таких как почвы и грунты сельхозугодий. Согласно способу направленную струю жидкости или воздуха подают на поверхность материала в воздушной среде при фиксированном расстоянии от объекта. При постоянном давлении или в диапазоне давлений оценивают влияние этого воздействия на испытываемый материал (патент СА1150530 (А1), 1983-07-26, CARTWRIGHT FREDERICK D). Данный способ принят за прототип.

Недостатком известного способа является то, что способ имеет ограниченные возможности применения, используется только для оценки эрозии почв и грунтов вследствие того, что струя жидкости не является кавитационной, а ее энергии не достаточно для воздействия на металлы.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - воздействие на поверхность материала струи жидкости; оценка результатов этого воздействия.

Задача предлагаемого способа - расширение технологических возможностей воздействия струи на объект и применение его для процедуры диагностики материалов и деталей машиностроения, авиастроения, судостроения и гидротехнических сооружений различного назначения.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе, включающем воздействие на поверхность материала струи жидкости и оценку результатов этого воздействия, согласно изобретению воздействие осуществляют кавитирующей струей смеси воды и частиц льда под давлением не ниже 50 МПа при скорости 100 - 850 м/с.

Целесообразно промежуток времени гидроструйного воздействия эмпирически определять в диапазоне 10-60 с, исходя из физико-механических характеристик материала и толщины диагностируемого образца.

Кроме того, число ледяных частиц в гидроструе может варьироваться в широких пределах за счет увеличения или уменьшения расхода подаваемого в камеру смешивания жидкого азота.

Оценка результатов воздействия включает: относительный унос массы материала детали в результате эрозии поверхности, вызванной воздействием гидростатического давления гидроструи, кавитационными эффектами и абразивным износом в месте ее контакта с материалом, а также сравнение полученных результатов с исходными значениями массовых характеристик образцов с точностью до 0,001 грамма. По разнице результатов этого воздействия судят о физико-механическом состоянии поверхностного слоя образца и его эрозионной стойкости при комбинированном воздействии жидкости, кавитации и абразива (льда) в условиях эксплуатации.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, осуществляют воздействие кавитирующей струей смеси воды и частиц льда под давлением не ниже 50 МПа при скорости 100 - 850 м/с; определяют промежуток времени гидроструйного воздействия эмпирически в диапазоне 10-60 с исходя из физико-механических характеристик материала и толщины диагностируемого образца; число ледяных частиц в гидроструе может варьироваться в широких пределах за счет увеличения или уменьшения расхода подаваемого в камеру смешивания жидкого азота.

Благодаря модификации свойств воды путем подачи в нее жидкого азота полученная смесь приобретает абразивные свойства.

Воздействие на поверхность испытуемого материала кавитирующей струей смеси воды и частиц льда под давлением не ниже 50 МПа при скорости 100 - 850 м/с позволит обеспечить для любого исследуемого материала получение гидроструйных надрезов, по величинам которых можно исследовать свойства любых материалов практически любой твердости, тем самым гарантируя эффективную диагностику.

Определение промежутка времени гидроструйного воздействия эмпирически в диапазоне 10- 60 с исходя из физико-механических характеристик материала и толщины диагностируемого образца обеспечит получение необходимого количества уноса материала для определения потери массы образца.

На фиг.1 показана схема установки для осуществления способа.

На схеме обозначены: 1 - фокусирующее гидросопло; 2 -высокоскоростная кавитирующая водно-ледяная струя; 3 - образец (материал или деталь); 4 - эродированная поверхность (гидрокаверна); 5 - емкость с жидким азотом для захолаживания гидроструи; 6 - высоконапорное гидросопло малого диаметра; 7 - камера смешивания; 8 - высокоэнергетическая струя жидкости; L - расстояние между гидросоплом и поверхностью образца; S - рабочая подача. Тогда время воздействия гидроструи определяют по формуле τ=L/S.

На фиг.2 изображены гидроструйные надрезы (гидроэрозионные следы) на образцах из различных материалов.

Способ экспресс-диагностики поверхностного слоя материалов осуществляют следующим образом.

Проводят взвешивание диагностируемого образца с точностью до 0,001 г, его фиксацию в приспособлении (тисках) на рабочем столе установки для гидроструйной диагностики (фиг.1). Процедуре гидроструйной кавитационной водно-ледяной экспресс-диагностики могут подвергаться образцы из различных материалов, включая покрытия деталей и узлов, обладающие разными селективными физико-механическими свойствами, сформированными благодаря реализации различных технологических процессов изготовления и нанесения, использованию различных по составу сплавов.

Воду под давлением нагнетают через высоконапорное гидросопло малого диаметра 6. Из высоконапорного гидросопла 6 под давлением не ниже 50 МПа подают высокоскоростную (~100... 850 м/с) жидкостную струю 2, предварительно смешивая высокоэнергетическую струю 8 в камере смешения 7 с подаваемым жидким азотом из емкости 5. Образующуюся кавитационную водно-ледяную струю формируют в фокусирующем гидросопле 1 и воздействуют на диагностируемую поверхность образца 3, вызывая абразивный износ из-за ударов частиц льда и кавитационную эрозию его поверхности 4 в направлении подачи S.

Промежуток времени гидроструйного воздействия эмпирически определяют в диапазоне 10-60 с, исходя из физико-механических характеристик материала и толщины диагностируемого образца.

Число ледяных частиц в гидроструе может варьироваться в широких пределах за счет увеличения или уменьшения расхода подаваемого в камеру смешивания 7 жидкого азота.

Вследствие комбинации факторов (гидроэрозия - действие гидростатического давления жидкости, кавитация - схлопывание пузырьков вблизи поверхности диагностируемого материала, абразивный износ - удар ледяных частиц о поверхность) осуществляется унос массы образца. Производят его повторное взвешивание, определяют значение массового уноса материала. Сравнивают относительные значения массового уноса материала либо с эталонным образцом, либо с имеющимися значениями (базой данных) ранее диагностированных данным способом образцов.

Пример конкретного исполнения.

Производили кавитационную водно-ледяную экспресс-диагностику поверхностного слоя материалов двух образцов различных сплавов (АМГ6, В95) при следующих параметрах: давление воды 350 МПа, скорость подачи 500 м/с, расстояние между гидросоплом и поверхностью детали - 3 мм.

Результаты проведенных исследований предлагаемым способом приведены в таблице и на фиг.2.

Результаты кавитационной водно-ледяной экспресс-диагностики поверхностного слоя материалов № образца Сплав Масса, теряемая образцом при гидроструйной обработке, на 1 мм длины воздействия струи m,г/мм 1 В95 0,0079 2 АМГ6 0,0089

Качественный анализ результатов кавитационной водно-ледяной диагностики поверхностного слоя материалов деталей показывает, что образец №1 обладает лучшими эксплуатационными характеристиками, так как унос массы для этого материала являлся меньшим.

Таким образом, предложенный способ экспресс-диагностики поверхностного слоя материалов позволяет расширить технологические возможности воздействия струи на объект и применить его для процедуры диагностики материалов и деталей машиностроения, авиастроения, судостроения и гидротехнических сооружений различного назначения, а также в узлах конструкций, где велика вероятность воздействия одновременно нескольких неблагоприятных факторов: кавитации, гидроэрозии, абразивного износа.

Похожие патенты RU2518360C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МАТЕРИАЛОВ 2013
  • Бочкарев Сергей Васильевич
  • Цаплин Алексей Иванович
  • Ташкинов Анатолий Александрович
  • Петроченков Антон Борисович
  • Галиновский Андрей Викторович
  • Барзов Александр Александрович
  • Арбузов Игорь Александрович
  • Щенятский Дмитрий Валерьевич
  • Бибичев Александр Павлович
RU2518359C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2013
  • Бочкарев Сергей Васильевич
  • Цаплин Алексей Иванович
  • Галиновский Андрей Викторович
  • Барзов Александр Александрович
  • Абашин Михаил Иванович
  • Петроченков Антон Борисович
  • Арбузов Игорь Александрович
  • Щенятский Дмитрий Валерьевич
RU2518590C1
СПОСОБ ГИБРИДНОЙ УЛЬТРАСТРУЙНО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2018
  • Бочкарев Сергей Васильевич
  • Казанцев Владимир Петрович
  • Галиновский Андрей Леонидович
  • Барзов Александр Александрович
  • Абашин Михаил Иванович
  • Коберник Николай Владимирович
  • Белов Владимир Андреевич
  • Мунин Евгений Николаевич
  • Ли Сюеянь
RU2698485C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 2019
  • Бочкарев Сергей Васильевич
  • Казанцев Владимир Петрович
  • Галиновский Андрей Леонидович
  • Барзов Александр Александрович
  • Сысоев Николай Николаевич
  • Коберник Николай Владимирович
RU2718631C1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ 2015
  • Абашин Михаил Иванович
  • Барзов Александр Александрович
  • Барзов Евгений Александрович
  • Галиновский Андрей Леонидович
  • Мазаева Инга Владимировна
  • Никулин Валерий Яковлевич
  • Сысоев Николай Николаевич
  • Сысоев Павел Николаевич
  • Тутнов Игорь Александрович
  • Хахалин Андрей Владимирович
RU2578324C1
СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОТРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2023
  • Бочкарев Сергей Васильевич
  • Галиновский Андрей Леонидович
  • Мартысюк Дмитрий Александрович
  • Сальников Алексей Федорович
  • Михайлов Александр Александрович
  • Долгих Анна Игоревна
RU2806241C1
Способ диагностики и контроля качества контролируемого объекта 2022
  • Игнатьев Михаил Сергеевич
  • Кузнецов Антон Владимирович
  • Янко Мария Алексеевна
  • Пузаков Вячеслав Сергеевич
RU2797941C1
Способ диагностики состояния поверхностного слоя твердотельной мишени под действием внешних нагрузок 2022
  • Кравченко Игорь Николаевич
  • Галиновский Андрей Леонидович
  • Вышегородцева Анастасия Сергеевна
  • Фомин Александр Юрьевич
  • Коберник Николай Владимирович
  • Деревич Игорь Владимирович
  • Боровик Татьяна Николаевна
  • Апатенко Алексей Сергеевич
  • Севрюгина Надежда Савельевна
RU2796454C1
Способ гидромассажа потоками водных струй субмиллиметрового диапазона 2021
  • Барзов Александр Александрович
  • Ветлинская Мария Викторовна
  • Камалов Армаис Альбертович
  • Мацкеплишвили Симон Теймуразович
  • Сысоев Николай Николаевич
  • Янко Мария Алексеевна
RU2788278C1
СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ, НАНОСИМЫХ НА ПОВЕРХНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ 2022
  • Бочкарев Сергей Васильевич
  • Галиновский Андрей Леонидович
  • Мартысюк Дмитрий Александрович
  • Вышегородцева Анастасия Сергеевна
  • Ковалева Диана Эльдариевна
RU2795376C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 518 360 C1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области контроля и диагностики структуры материалов и деталей, применяемых в машиностроении, судостроении и других отраслях, а также находящихся в условиях гидродинамического нагружения, в частности узлов судостроительной техники, эксплуатируемых в условиях севера, где присутствует многофазная твердо-жидкофазная шугообразная среда. Изобретение связано, прежде всего, с эрозионной стойкостью поверхности деталей и узлов судостроения. Способ экспресс-диагностики поверхностного слоя материалов включает воздействие на поверхность материала кавитирующей струи смеси воды и частиц льда под давлением не ниже 50 МПа при скорости 100 - 850 м/с и оценку результатов этого воздействия. Промежуток времени гидроструйного воздействия эмпирически определяют в диапазоне 10-60 с исходя из физико-механических характеристик материала и толщины диагностируемого образца. Число ледяных частиц в гидроструе может варьироваться в широких пределах за счет увеличения или уменьшения расхода подаваемого в камеру смешивания жидкого азота. Техническим результатом является расширение технологических возможностей воздействия струи на объект и применение его для процедуры диагностики материалов и деталей машиностроения, авиастроения, судостроения и гидротехнических сооружений различного назначения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 518 360 C1

1. Способ экспресс-диагностики поверхностного слоя материалов, включающий воздействие на поверхность материала струи жидкости и оценку результатов этого воздействия, отличающийся тем, что воздействие осуществляют кавитирующей струей смеси воды и частиц льда под давлением не ниже 50 МПа при скорости 100-850 м/с.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что промежуток времени гидроструйного воздействия эмпирически определяют в диапазоне 10-60 с, исходя из физико-механических характеристик материала и толщины диагностируемого образца.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что число ледяных частиц в гидроструе может варьироваться в широких пределах за счет увеличения или уменьшения расхода подаваемого в камеру смешивания жидкого азота.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2518360C1

US 4276767 A 07.07.1981
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОТ ВСЕВОЗМОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ И ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОКАВИТАЦИОННОГО ЭФФЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2009
  • Савкин Владимир Иванович
  • Поваров Олег Викторович
  • Баранов Сергей Васильевич
RU2421285C2
СПОСОБ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Ларин В.И.
RU2250145C2
CN 201862492 U 15.06.2011
US 5217163 A 08.06.1993

RU 2 518 360 C1

Авторы

Бочкарев Сергей Васильевич

Цаплин Алексей Иванович

Галиновский Андрей Викторович

Барзов Александр Александрович

Абашин Михаил Иванович

Петроченков Антон Борисович

Арбузов Игорь Александрович

Щенятский Дмитрий Валерьевич

Даты

2014-06-10Публикация

2013-01-09Подача