Способ закрепления тензорезистора на поверхности детали
METHOD FOR FIXING RESISTIVE STRAIN GAUGE ON SURFACE OF PART

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам монтажа тензорезисторов на объектах детали, которых имеют кривизну и сложную геометрическую форму и может быть использовано при испытаниях высоконагруженных материалов и конструкций, в частности, лопаток газотурбинного двигателя.
Известен способ закрепления тензорезистора на детали, включающий нанесение слоя клея на деталь, закрепление тензорезистора, обезжиривание поверхности активным реагентом, нанесение на поверхность подслоя клея, его подсушивание на воздухе, нанесение водостойкого покрытия в виде слоя герметика из битума, сырой резины и смазки и выдержку детали с тензорезистором до перехода герметика в резиноподобное состояние.
/SU №1762114 А1 МПК G01В 7/18 Опубликовано 15.09.92 г./ /1/
Тензорезистор, закрепленный на детали известным способом обладает повышенной надежностью работы в условиях повышенной влажности. Однако при использования тензорезистора, закрепленного на испытываемой детали известным способом, наблюдаются значительные погрешности измерений связанные с проскальзованием датчика относительно детали по клеевому слою. Другим недостатком датчика является незначительная стойкость и отрывы датчика при вращении, в случае его использования при испытании лопаток газотурбинного двигателя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ закрепления тензорезистора на поверхности детали, включающий нанесения клея на основе эпоксидных олигомеров на рабочие поверхности детали и тензорезистора, установку тензорезистора на клей, полимеризацию и отверждение клея при термообработке под давлением, нанесение влагозащитного покрытия и его термообработку.
/SU №1004750 МПК G01В 7/18 Опубликовано 15.03.83 г./ /2/
Установленный на поверхности детали тензорезистор, вследствие завершения процесса полимеризации и отверждения клея при термообработке, обладает значительно меньшим проскальзыванием датчика относительно детали, что позволяет снизить погрешность измерения. Вместе с тем известный способ не позволяет значимо повысить стойкость датчика на отрыв при вращении, например: в случае использования его при испытании лопаток газотурбинного двигателя.
Задача изобретение повышение эффективности (монтажа) закрепления тензорезистора на поверхности детали.
Ожидаемый технический результат снижение погрешности измерения и повышение стойкости закрепления тензорезистора на поверхности детали.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном способе закрепления тензорезистора на поверхности детали, включающем нанесение клея на основе эпоксидных олигомеров на рабочие поверхности детали и тензорезистора, установку тензорезистора на клей, полимеризацию и отверждение клея при термообработке под давлением, нанесение влагозащитного покрытия и его термообработку, по предложению, в качестве влагозащитного покрытия используют стеклошифон, пропитанный гелем на основе фенолформальдегидной смолы, а в качестве клея используют модифицированный электрокорундом клей на основе эпоксидных олигомеров, перед нанесением клея рабочие поверхности детали и/или терморезистора подвергают пескоструйной обработке смесью электрокорунда и твердого ангидрида и очищают с использованием нефраса и ацетона, нанесение клея на рабочие поверхности производят в два этапа, сначала нанесение грунтовочного, а затем основного слоев и последующую их сушку после нанесения каждого слоя, при этом полимеризацию и отверждение клея производят перед нанесением стеклошифона, а нанесенный на терморезистор стеклошифон подвергают термообработке при температуре 100…180°С в течение 2-3 часов. Смесь для пескоструйной обработки оптимально содержит, масс %: электрокорунд 70 - 90 и твердый ангидрид 10-30. В качестве твердого ангидрида в смеси используют малеиновый ангидрид или диангидрид. В качестве клея модифицированного электрокорундом используют клей составленный на основе смеси эпоксидированной новолачной смолы, эпоксидированной смолы на основе резорцина, диангидрида бензофенонтетракарбоновой кислоты, электрокорунда и 1,3 диоксолана. Для полимеризации и отверждения клей термообрабатывают при температуре 170-225°С течение 1,5…2,0 часа. В предложенном изобретении в качестве влагозащитного покрытия используют стеклошифон, пропитанный гелем на основе фенолформальдегидной смолы. Разработанные новые поколения связующих на основе жидких резольных фенолформальдегидных олигомеров обладают комплексом повышенных физико-химических и технологических свойств. Стеклошифон (тонкая стеклоткань) обработанный гелем на основе фенолформальдегидной смолы и подвергнутый термической обработке, для завершения отверждения связующего (геля), при температуре 100…180°С в течение 2-3 часов, образует полимер типа «стеклотекстолит». Образующийся полимер обладает высокими механическими свойствами соответственно пределом прочности: на изгиб - 530…590 МПа; растяжение - 360…420 МПа; сжатие - 270…330 МПа. Такие механические свойства позволяют значительно повысить стойкость датчика к отрыву при испытаниях.
По предложению предусмотрено, что рабочие поверхности детали и/или терморезистора, каждую отдельно (обе вместе), подвергают пескоструйной обработке смесью электрокорунда и твердого ангидрида и очищают с использованием нефраса и ацетона. Такая обработка позволяет получить требуемую шероховатость поверхностей, а также удержать на рабочих поверхностях, вследствие развития адгезионных процессов, части микрокристаллов электрокорунда. Наличие микрокристаллов в месте склеивания датчика и детали препятствует проскальзыванию их относительно друг друга, что значительно уменьшает погрешность отклика тензорезистора на деформацию детали.
Пескоструйную обработку предпочтительно производят смесью электрокорунда и твердого ангидрида, содержащей соответственно, масс %: электрокорунд 70-90 и твердый ангидрид 10-30. Твердый ангидрид в смеси проявляет кислотные свойства, а, следовательно, способствует очистке и обезвоживанию поверхности. При содержании в смеси менее 10% твердого ангидрида эффект очистки и обезвоживания поверхности незначителен. Увеличение содержания ангидрида в смеси более 30% является излишним, так как эффект очистки и обезвоживания поверхности не увеличивается. В качестве твердого ангидрида в смеси могут использоваться любые ангидриды. По предложению, для рассматриваемых условий например: в случае использования тензорезистора при испытании лопаток газотурбинного двигателя, предусмотрено использование малеинового ангидрида и (или) диангидрида бензофенонтетракарбоновой кислоты, а в качестве обезжиривающих очищающих материалов нефраса и ацетона.
Для закрепления на поверхности детали тензорезистора может использоваться широкий круг клеев на основе эпоксидных олигомеров. Особенностью предложения является то, что полимеризацию и отверждение клея производят при термообработке, перед нанесением водозащитного слоя. Опытным путем было установлено, что наилучшие результаты закрепления тензорезистора на детали получены при использовании клея модифицированного электрокорундом составленного на основе смеси эпоксидированной новолачной смолы, эпоксидированной смолы на основе резорцина, диангидрида бензофенонтетракарбоновой кислоты, электрокорунда и 1,3 диоксолана. Для полимеризации и отверждения такого клея между деталью и наклеенным на нее терморезистором разработан специальный режим термообработки. Клей термообрабатывают, нагревают и выдерживают при температуре 170-225°С течение 1,5…2,0 часа.
Клей на рабочие поверхности наносят в два этапа, сначала образуют грунтовочный, а затем основной слой и производят предварительную сушку после нанесения каждого слоя. Полученный опытным путем клей позволяет значительно сократить время предварительной сушки слоев и позволяет начинать термообработку для полимеризации и отверждения уже через 10 минут предварительной сушки.
Пример.
Закрепление тензорезистора на поверхности детали сборочной единицы (например: лопатки газотурбинного двигателя) испытывали на тензорезисторах ВАВ120-ЗАА250(9) (фольговый константан на полииамидной подложке). После разметки на поверхности детали мест расположения тензорезисторов, поверхность детали, не подлежащую обработке, закрывали, например, скотчем. При наличии криволинейных поверхностей для лучшего прилегания скотч подогревали.
воз
2
Открытые поверхности лопатки обдували смесью: 80% электрокорунда и 20% малеинового ангидрида фракцией F100 (100 мкм). Смесь подавали под углом 30° к горизонтали на расстоянии от сопла до поверхности 150-200 мм под напором воздуха Р=5 кгс/см. Продолжительность обработки 40 с. Поверхность тензорезистора не подвергали пескоструйной обработке. Для приклеивания тензорезисторов использовали подготовленный клей содержащий: эпоксидированную новолачную смолу 11%, эпоксидированную смолу на основе резорцина 3%, диангидрид бензофенонтетракарбоновой кислоты - 11%, электрокорунд 0,8% и 1,3 диоксолан остальное. Перед нанесением первого грунтовочного слоя на поверхность лопатки и тензорезистора подвергали обезжиривающей очищающей обработке нефрасом и ацетоном. После подсушивания грунтовочного слоя в течении 3 минут наносили основной слой клея на грунтовочный слой. После выдержки на воздухе 5 мин тензорезистор прижимали к поверхности лопатки и с помощью ленты, резины, прижимной пластины и зажима создавали давление на тензорезистор. Наличие приведенного набора компонентов в клее обеспечивает надежное приклеивание тензорезистора, без учета конкретного состава, который в рамках приведенного примера является случайным. Предложенный способ допускает и другие процентные содержания компонентов в клее.
Не позднее чем через 10 минут после начала подсушивания грунтовочного слоя деталь с приклеенным тензорезистором помещали в электрическую печь, где их подвергали термообработке для полимеризации и и отверждения клея по режиму: нагрев и выдержка при температуре 170°С течение 60 минут и выдержка при температуре 225°С в течение 60 минут. После остывания вместе с печью, деталь с приклеенным тензорезистором, освобождали от зажима и на поверхность датчика наносили гель на основе фенолформальдегидной смолы и специально подготовленная стеклоткань (стеклошифон), которую подвергали термической обработке, для завершения отверждения связующего (геля), при температуре 180°С в течение 2,0 часов, до образования полимера типа «стеклотекстолит».
O
Сравнительные испытания качества наклейки тензорезисторов по известному и предлагаемому способам осуществляли на измерительной консольной балке равного сопротивления, которая обладает эталонной относительной упругой деформацией при ее изгибе. На измерительную консольную балку равного сопротивления длиной 0,5 м и толщиной 0,01 м по известному и предлагаемому способам наклеивали тензорезисторы ВАВ120-ЗАА250(9) с длиной базы 3 мм сопротивлением R=120 Ом. Тензорезисторы подключали к компенсационным мостовым измерительным схемам с температурной компенсацией. После подключения тензорезисторов, осуществляли изгиб балки посредством дискретного смещения ее свободного конца от 0 до 25 мм, и с помощью датчиков проводили измерение относительной упругой деформации.
Полученные результаты показали, что отклонение измеренной относительной упругой деформации от эталонной для измерительной консольной балки равного сопротивления вычисленной по формуле:
2
Е=(hμ)/I где h - толщина балки; μ - величина прогиба свободного конца балки; I - длина балки, для предложенного способа закрепления при смещении ее свободного конца на 25 мм, не превышает Е=1,2%,а для датчика приклеенного по известному способу Е=4,4%.
Для испытания надежности способов закрепления тензорезистора на поверхности детали на «отрыв», на газотурбинном двигателе проводили испытания 30 датчиков закрепленных по известной и 30 тензорезиторах по предлагаемой технологии. В результате испытаний в 12 случаях (≈40%) наблюдались нарушения условий закрепления датчиков, закрепленных по известной технологии и 6 случаев (≈20%) по предложенной технологии.
Применение предложенного способа закрепления тензорезистора позволяет повысить точность измерений, снизить погрешности измерения, повысить стойкость и надежность закрепленных тензорезисторов на поверхности детали.