СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ПЛОСКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ Российский патент 2023 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении остаточных напряжений в металлических деталях с неравномерным распределением напряжений по глубине поверхностного слоя.

Известен способ определения остаточных напряжений в образцах, включающий анодное травление в электролите при постоянной плотности тока, определение деформации образца с использованием механического датчика деформации и расчет остаточных напряжение по величине деформации и глубине травления поверхностного слоя. Известный способ реализуют с использованием устройства для определения остаточных напряжений, содержащего электролитическую ванну и амперостат с обратной связью. Устройство снабжено блоком управления режимом травления и электродом сравнения, электрод сравнения и образец подключены к входу блока управления, а его выход соединен с амперостатом.

(SU 1236779, C25F 5/00, опубликовано 28.02.1994)

Известен способ определения остаточных напряжений в поверхностном слое плоской металлической детали, при котором деталь помещается в ванну с электролитом и катодом. Деталь подключается к источнику постоянного тока в качестве анода и осуществляется электрохимическое удаление (травление) ее поверхностного слоя. Измеряются возникающие в процессе травления остаточные деформации детали и время травления, которое пересчитывается по скорости травления в глубину удаленного поверхностного слоя. Остаточные напряжения определяют расчетом по остаточным деформациям детали и глубине удаленного поверхностного слоя. Процесс травления ведут в два этапа с длительностью первого этапа 30-60 с, при длительности паузы, равной длительности первого этапа травления. При этом измеряют скачки деформации при включении и выключении тока. При определении остаточных напряжений скачки деформации учитывают для каждого включения тока.

(SU 1436609, G01B 5/30, опубликовано 30.10.1993)

Наиболее близким по технической сущности является способ и устройство определения остаточных напряжений в поверхностном слое плоской детали с электропроводным покрытием или без него.

Известный способ включает анодное травление размещенной горизонтально поверхности детали, которая одним концом неподвижно закреплена в держателе, регистрацию в процессе травления времени, тока, потенциала и деформации детали по величине вертикального перемещения конца рычага-увеличителя, соединенного со свободным концом детали. При этом расчет остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя ведут, определяя толщину удаленного слоя по количеству пропущенного электричества.

Известное устройство содержит ванну травления с катодом и деталь, исследуемая поверхность которой размещена горизонтально, при этом деталь одним концом закреплена в держателе, который соединен с положительным полюсом источника тока, а на другом конце детали закреплен рычаг-увеличитель, снабженный на конце стойкой со сферой, контактирующей со средством регистрации перемещения конца детали по вертикали, при этом на все поверхности устройства, контактирующие с электролитом травления, кроме исследуемой поверхности детали, нанесено электроизолирующее покрытие.

(RU 2412428, G01B 5/30, G01L 1/06, опубликовано 20.02.2011)

Недостатком известного контактного способа и устройства являются значительные погрешности измерений, которые связаны с дополнительной силовой нагрузкой на исследуемую деталь и рычаг-увеличитель.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение точности измерения остаточных напряжений в поверхностном слое металлической детали при электрохимическом травлении, а также обеспечение простоты осуществления способа и подготовки устройства к работе.

Технический результат достигают тем, что способ определения остаточных напряжений в поверхностном слое плоской металлической детали включает неподвижное закрепление в держателе одного конца детали, которую подвергают электрохимическому травлению на аноде в электролитической ванне с регистрацией времени, тока и напряжения травления, а также деформации детали по величине перемещения ее свободного конца, и проведение расчета распределения остаточных напряжений по глубине их залегания в поверхностном слое, причем используют две одинаковые плоские детали, один конец которых закрепляют в держателях с размещением исследуемых плоских поверхностей вертикально и параллельно друг другу, подсоединяют держатели к разным полюсам источника постоянного тока и ведут травление только в зазоре между деталями, при этом величину перемещения свободных концов деталей регистрируют лазерными измерителями перемещений рычагов-увеличителей, снабженных отражателями света и установленных на свободных концах деталей.

Технический результат также достигают тем, что устройство для определения остаточных напряжений в поверхностном слое плоской металлической детали содержит источник постоянного тока, ванну электрохимического травления, соединенный с анодом источника постоянного тока держатель, неподвижно закрепляющий один конец плоской металлической детали, и датчик перемещения детали, размещенный на ее свободном конце и взаимодействующий со средством регистрации этого перемещения, причем устройство дополнительно содержит второй держатель, вторую плоскую металлическую деталь, второй датчик перемещения и второе средство регистрации перемещения, при этом второй держатель соединен с катодом источника тока и неподвижно закрепляет конец второй детали, снабженной на свободном конце вторым датчиком перемещения, который взаимодействует со вторым средством регистрации перемещения, при этом оба держателя закрепляют исследуемые поверхности деталей вертикально и параллельно друг другу с постоянным зазором между ними, датчики перемещения выполнены в виде рычагов-увеличителей, снабженных отражателями света, а изменение положения отражателей света регистрируют лазерные измерители перемещения.

Технический результат также достигают тем, что на все элементы устройства, расположенные в электролите ванны электрохимического травления, за исключением поверхностей двух плоских деталей в зазоре между ними, нанесено электроизолирующее покрытие; держатели деталей и лазерные измерители размещены на диэлектрической плите, снабженной прорезями для закрепления держателей и прохода рычагов-увеличителей с отражателями света.

Изобретение может быть проиллюстрировано примером с использованием фиг. 1-2, где:

1 - ванна электрохимического травления;

2 - электролит;

3 - диэлектрическая плита с прорезями;

4 - держатель плоской металлической детали, соединенный с анодом;

5 - держатель второй плоской металлической детали, соединенный с катодом;

6 - плоская металлическая деталь;

7 - вторая плоская металлическая деталь;

8, 9 - лазерные измерители перемещений;

10, 11 - рычаги-увеличители с отражателями света.

12 - компьютер для обработки данных режимов травления и сигналов лазерных измерителей перемещения;

13 - прорези (пазы) диэлектрической плиты;

а - зазор между металлическими деталями.

Элементы устройства по изобретению размещают на диэлектрической плите 2 с прорезями (пазами) 13. Один из концов первой и второй металлической деталей 6 и 7 неподвижно закрепляют соответственно в держателях 4 и 5, которые соответственно соединяют с анодом и катодом источника постоянного тока (не показано). На концах деталей 6 и 7 устанавливают соответственно рычаги-увеличители 11 и 10, снабженные на концах отражателями света (зеркалами).

Затем держатели 4 и 5 с рычагами-увеличителями 11 и 10 закрепляют под диэлектрической плитой, снабженной прорезями для их закрепления и прохода рычагов-увеличителей. При этом оба держателя 4 и 5 закрепляют таким образом, чтобы исследуемые поверхности деталей 6 и 7 были размещены вертикально и параллельно друг другу с постоянным зазором «а» между ними. После этого устанавливают лазерные измерители перемещений 8 и 9, настроенные на регистрацию изменений положений отражателей света рычагов-увеличителей 10 и 11, которые выдают результаты измерений на компьютер 12 для обработки данных режимов травления и сигналов лазерных измерителей перемещения.

После этого диэлектрическую плиту 3 размещают над ванной 1 электрохимического травления. Перед этим на все элементы устройства, которые будут расположены в электролите ванны электрохимического травления, за исключением поверхностей двух плоских деталей в зазоре между ними, наносят электроизолирующее покрытие в виде тонкого слоя лака или воска.

Затем ванну электролитического травления 1 заполняют электролитом 2 травления. При этом деталь и катод погружают в электролит. Устанавливают требуемые ток и напряжение электролитического травления, обеспечивающие равномерное удаление поверхностного слоя детали.

Измерение и регистрация величины перемещений отражателей света рычагов-увеличителей 10 и 11 лазерными измерителями перемещения в процессе удаления поверхностного слоя осуществляют в координатах «время удаления - величина перемещения» с последующим пересчетом в координаты «глубина снятого слоя - величина перемещения» по скорости удаления поверхностного слоя.

Результаты измерения режимов травления и данных лазерных измерителей деталей синхронно автоматически передают в компьютер 12, обрабатывают методом дискретно-параболической и дискретно-линейной аппроксимации, а остаточные напряжения по глубине поверхностного слоя детали рассчитывают по известной программе.

Использование двух деталей с формированием равномерного зазора между ними, а также использование лазерных измерителями перемещений рычагов-увеличителей обеспечивает равномерное стравливание поверхностных слоев металла и, как следствие, достижение поставленного технического результата: повышение точности измерения остаточных напряжений в поверхностном слое металлической детали при электрохимическом травлении. Устройство по изобретению обеспечивает простоты осуществления способа и подготовки устройства к работе.

Изобретение может быть использовано при определении остаточных напряжений в металлических деталях с неравномерным распределением напряжений по глубине поверхностного слоя. Технический результат - повышение точности измерения остаточных напряжений при электрохимическом травлении, при одновременной простоте осуществления способа и подготовки устройства к работе. Способ определения остаточных напряжений включает неподвижное закрепление в держателе одного конца детали, которую подвергают электрохимическому травлению на аноде в электролитической ванне с регистрацией времени, тока и напряжения травления, а также деформации детали по величине перемещения ее свободного конца, и проведение расчета распределения остаточных напряжений по глубине их залегания в поверхностном слое, причем используют две одинаковые плоские детали, один конец которых закрепляют в держателях с размещением исследуемых плоских поверхностей вертикально и параллельно друг другу, подсоединяют держатели к разным полюсам источника постоянного тока и ведут травление только в зазоре между деталями, при этом величину перемещения свободных концов деталей регистрируют лазерными измерителями перемещений рычагов-увеличителей, снабженных отражателями света и установленных на свободных концах деталей. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения остаточных напряжений в поверхностном слое плоской металлической детали, включающий неподвижное закрепление в держателе одного конца детали, которую подвергают электрохимическому травлению на аноде в электролитической ванне с регистрацией времени, тока и напряжения травления, а также деформации детали по величине перемещения ее свободного конца, и проведение расчета распределения остаточных напряжений по глубине их залегания в поверхностном слое, отличающийся тем, что используют две одинаковые плоские детали, один конец которых закрепляют в держателях с размещением исследуемых плоских поверхностей вертикально и параллельно друг другу, подсоединяют держатели к разным полюсам источника постоянного тока и ведут травление только в зазоре между деталями, при этом величину перемещения свободных концов деталей регистрируют лазерными измерителями перемещений рычагов-увеличителей, снабженных отражателями света и установленных на свободных концах деталей.

2. Устройство для определения остаточных напряжений в поверхностном слое плоской металлической детали, содержащее источник постоянного тока, ванну электрохимического травления, соединенный с анодом источника постоянного тока держатель, неподвижно закрепляющий один конец плоской металлической детали, и датчик перемещения детали, размещенный на ее свободном конце и взаимодействующий со средством регистрации этого перемещения, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит второй держатель, второй датчик перемещения и второе средство регистрации перемещения, при этом второй держатель соединен с катодом источника тока и неподвижно закрепляет конец второй детали, снабженной на свободном конце вторым датчиком перемещения, который взаимодействует со вторым средством регистрации перемещения, причем оба держателя закрепляют исследуемые поверхности деталей вертикально и параллельно друг другу с постоянным зазором между ними, датчики перемещения выполнены в виде рычагов-увеличителей, снабженных отражателями света, а изменение положения отражателей света регистрируют лазерные измерители перемещения.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на все его элементы, расположенные в электролите ванны электрохимического травления, за исключением поверхностей двух плоских деталей в зазоре между ними, нанесено электроизолирующее покрытие.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что держатели деталей и лазерные измерители размещены на диэлектрической плите, снабженной прорезями для закрепления держателей и прохода рычагов-увеличителей с отражателями света.