Способ определения остаточных напряжений в металлических образцах Советский патент 1992 года по МПК G01B5/30 

Изобретение относится к определению остаточных напряжений в металлах и металлических композиционных материалах путем удаления слоев и замера деформаций и может быть использовано при определении остаточных напряжений в композиционных анизотропных материалах.полученных сваркой взрывом и в обычных конструкционных металлах и сплавах.

Известны устройства и способы определения остаточных напряжений в металлах и сплавах методом удаления слоев и замера деформаций, в которых для удаления слоев используют химическое, электрохимическое травление или механическое удаление слоев (строжка, шлифование). Так как невозможно подобрать травитель с равной скоростью травления для различных составляющих композиционного материала, то применение и электрохимического Травления затруднено для удаления слоев при исследовании композиционных материалов, состоящих из различных по составу слоев, если требуется их одновременное удаление.

Механические способы удаления слоев вносят значительное остаточное напряжение (до 80 кг/мм на глубину до 0,4 мм при шлифовании). Это происходит в основном из- за большого локального разогрева о.бразца. В случае исследования композиционного материала возникают температурные деформации, значительно искажающие картину остаточных напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения остаточных наЧ

СО

о

ел го о

пряжений и устройство для его осуществления, в котором предложено использовать два образца. Поочередно, например шлифовальным кругом, удаляют слои идентичных образцов. Каждый образец используют в качестве рабочего и термокомпенсационного. Устройство содержит станок для механической обработки, приспособление для крепления образца, механический индикатор.

Однако при использовании этого способа к слоистым композиционным материалам из-за неоднородности температурного поля в образцах возникают температурные деформации изгиба, которые делают невозможным точный расчет остаточных напряжений. Контроль температуры образцов в указанном способе также не предусмотрен, что ведет к невозможности учета температурных деформаций. При удалении слоев в данном способе невозможно точное задание толщины и длины удаляемого слоя, что также снижает точность определения остаточных напряжений. К тому же способ весьма трудоемок, так как требуется два образца и их смена в установке, что делает невозможным непрерывное измерение напряжений в одном образце и увеличивает время исследования.

Целью изобретения является повышение точности определения остаточных напряжений, производительности и снижение трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что образец консольно закрепляют в ванне для снятия слоев, на свободный конец образца закрепляют рычаг и измеряют перемещение этого рычага, по которому определяют остаточное напряжение в соответствующем слое, снятие слоев в ванне осуществляется с помощью электроэрозионной обработки образца электродом, положение которого задают для каждого момента времени по программе, гашение колебаний в процессе электроэрозионной обработки образца обеспечивают жидкостным виброгасителем, закрепленным на конце рычага, а положение рычага измеряют лазерным интерферометром.

Предлагаемый способ отличается тем, что используют электроэрозионный станок с ЧПУ для задания программы на последовательное снятие слоев, а величину деформаций, вызванных остаточными напряжениями в процессе удаления напряженных слоев с образца (деформации поворачивают рычаг-удлинитель образца с призмой), фиксируют лазерным интерферометром с последующей передачей информации на электронный индикатор и далее на ПЭВМ.

На фиг. 1-6 изображены схема реализации предлагаемого способа и устройство

для осуществления способа.

Способ осуществляют следующим образом.

Берут испытуемый образец 1 (фиг. 3) и одним концом укрепляют в рычаге-удлини0 теле 2, а другим - на станке 3 в приспособление (фиг. 4-6), причем трипель-призму 4, закрепленную на рычаге-удлинителе 2, устанавливают в исходное положение против выхода луча лазерного интерферометра 5

5 (оптическая схема измерительного устройства показана на фиг, 2). Затем в ЧПУ вводят программу на последовательное снятие слоев с образца по толщине и длине в зоне (около 40 мм), свободной от крепления.

0 После этого включают электроэрозионную обработку и способ осуществляют в автоматическом режиме. При снятии слоя с образца меняются остаточные напряжения в нем, образец деформируется и рычаг-удлинитель

5 2 с трипель-призмой 4 отклоняется, изменяется угол отражения лазерного луча от три- пель-призмы 4, что непрерывно фиксируется лазерным интерферометром 5. Постоянно фиксируемые отклонения рычага-удлините0 ля 2 в микронах отображаются на цифровом электронном индикаторе 6, автоматически вводятся в компьютер после удаления каждого слоя, а информация, отображаемая на цифровом электронном индикаторе 6, слу5 жит для визуального контроля за работой устройства. После окончания съема слоев по специальной программе ПЭВМ производит расчет О Достаточных напряженней дает их распределение по толщине образца в виде

0 таблиц и графиков.

Оптическая схема измерительного устройства (фиг. 2) включает в себя телескоп 7, склеенную призму 8, призму БР-1800 9, трипель-призму 4, зеркала 10 и 11, линзу 12,

5 маску 13.

Приспособление для крепления образца (фиг. 4-6) содержит винты 14 и 15 для крепления образца, винт 16 регулировки положения рычага, пружину 17, винт 18 креп0 ления пружин и сборки приспособления, уголок 19 крепления приспособления на станке, основную пластину 20 и полку 21 для установки образца.

Использование предлагаемого способа

5 обеспечивает более высокую точность определения остаточных напряжений за счет точности задания программной толщины и длины удаляемого слоя на станке с ЧПУ; отклонения рычага-удлинителя, вызванные остаточными напряжениями, непрерывно

фиксируются лазерным интерферометром и электронным индикатором в процессе удаления слоев и по сигналу с ЧПУ их величины вводятся с измерительного блока в память ПЭВМ.

Результатом обработки полученной информации являются графики распределения остаточных напряжений по толщине образца и таблица отклонений рычага-удлинителя.

Производительность способа увеличивается за счет непрерывного измерения деформаций в процессе удаления слоев согласно программе ЧПУ. Трудоемкость снижается путем автоматизации процесса после установки образца.

Формула изобретения

Способ определения остаточных напряжений в металлических образцах, заключа0

5

0

ющийся в том, что образец консольно закрепляют в ванне для снятия слоев, на свободный конец образца закрепляют рычаг и измеряют перемещение этого рычага, по которому определяют остаточные напряжения в соответствующем слое, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования способа для композиционных анизотропных материалов, снятие слоев в ванне осуществляется с помощью электроэрозионной обработки образца электродом, положение которого задают для каждого момента времени по программе, гашение колебаний в процессе электроэрозионной обработки образца обеспечивают жидкостным виброгасителем, закрепляемым на конце рычага, а положение рычага измеряют лазерным интерферометром.

Изобретение может быть использовано при определении остаточных напряжений в металлах и композиционных анизотропных материалах путем удаления слоев и замера деформаций. Целью изобретения является расширение области использования способа для композиционных анизотропных материалов. Это достигается тем. что снятие слоев в ванне осуществляют с помощью электроэрозионной обработки консольно закрепленного образца электродом, положение которого задают для каждого момента времени по программе на станке с ЧПУ. Гашение колебаний в процессе электроэрозионной обработки образца обеспечивают жидкостным виброгасителем, закрепленным на конце рычага. Положение рычага измеряют лазерным интерферометром с последующей передачей информации на электронный индикатор и далее на компьютер. 6 ил.

Фиг.1

ws/м.

л

6290Ш

1В 85 гО ®

ФигЗ

Щи iff

+}&CL№L

Ью. У/. I

(Риг. 6