УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезные модели относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для определения остаточных напряжений в образцах после различных видов обработки.
Известно устройство для определения остаточных напряжений, содержащее основание, на котором установлена ванна с электролитом и с размещенным в нем электродом, токопроводящий держатель для размещения образца и измеритель деформации, расположенные над ванной, а также источник постоянного тока, подключенный соответствующими полюсами к электроду и держателю, и каретка с приводом вертикального перемещения для погружения образца в электролит (RU 2340867, G01B 7/16, 10.12.2008). Данное устройство принято за прототип.
Недостатком указанного устройства является недостаточная точность измерения, обусловленная малой жесткостью элементов каретки и измерителя деформации при наличии вибраций от перемещения образца в электролит, а также повышенный неконтролируемый «выбег» каретки после достижения образцом уровня электролита, что влияет на глубину его погружения в электролит и, следовательно, на процесс травления и точность определения остаточных напряжений.
Задачей предлагаемых полезных моделей является повышение точности определения остаточных напряжений.
Решение указанной задачи достигается тем, что в первом варианте устройство для определения остаточных напряжений содержит установленную на неподвижном основании ванну с электролитом и расположенным в нем электродом, токопроводящий держатель для размещения образца и измеритель деформации, расположенные над ванной. Устройство также имеет источник постоянного тока, подключенный соответствующими полюсами к упомянутым электроду и держателю. При этом оно снабжено жестко установленной на основании траверсой, дополнительной емкостью с электролитом и насосом с переменным направлением потока, связанным трубопроводами с ванной и дополнительной емкостью, а измеритель деформации и токопроводящий держатель установлены на траверсе с возможностью регулировки их положения.
Во втором варианте устройство содержит неподвижное основание, ванну с электролитом и расположенным в нем электродом, токопроводящий держатель для размещения образца и измеритель деформации, расположенные над ванной. Устройство также имеет источник постоянного тока, подключенный соответствующими полюсами к упомянутым электроду и держателю. При этом оно снабжено подвижным основанием с приводом его вертикального перемещения и жестко установленной на неподвижном основании траверсой, ванна с электролитом размещена на подвижном основании, а измеритель деформации и токопроводящий держатель установлены на траверсе с возможностью регулировки их положения.
Полезные модели поясняются чертежами, где показаны:
на фиг.1 - схема устройства для определения остаточных напряжений по первому варианту;
на фиг.2 - то же по второму варианту.
Устройства содержат неподвижное основание 1, ванну 2 с электролитом и траверсу 10, с расположенными на ней над ванной токопроводящим держателем 3 и измерителем деформации 5. Исследуемый образец 4 располагается в держателе 3, который установлен с возможностью регулировки его положения. С другой стороны на образце 4 закрепляется наконечник 11, взаимодействующий с измерителем деформации 5, который также имеет возможность регулировки положения посредством микровинта 9. В электролите, находящимся в ванне 2, расположен электрод 12, являющийся катодом и подключенный к отрицательному полюсу источника постоянного тока 13, с положительным полюсом которого соединен токопроводящий держатель 3, при этом исследуемый образец 4 является анодом.
Устройство по первому варианту содержит также дополнительную емкость 6 с электролитом и насос 7 с переменным направлением потока. Насос 7 связан трубопроводами 8 с ванной 2 и дополнительной емкостью 6. Ванна 2 в данном случае расположена на неподвижном основании 1.
Устройство по второму варианту содержит вертикальные стойки-направляющие 14, по которым перемещается подвижное основание 15 с установленной на нем ванной 2 с электролитом. Устройство имеет также привод вертикального перемещения подвижного основания 15, выполненный, например, в виде электродвигателя 16, установленного на траверсе 10, и ходового винта 17, связанного с подвижным основанием 15 и электродвигателем 16.
Устройства работают следующим образом.
Исследуемый образец 4, предварительно покрытый защитным составом (воск, парафин, лак и т.п.) кроме зоны травления, размещается (например, горизонтально) в держателе 3 таким образом, чтобы наконечник 11 оказался под штоком измерителя деформации 5. Вращением микровинта 9 измеритель деформации 5 устанавливают в середину диапазона измерений.
В исходном состоянии устройства по первому варианту ванна 2 пуста, а весь электролит находится в дополнительной емкости 6. Включают насос 7 на подачу электролита из дополнительной емкости 6 через трубопроводы 8 в ванну 2. Уровень электролита в ванне 2 начинает повышаться до появления тока травления при контакте электролита с зоной травления образца 4, при этом ток травления фиксируется связанным с источником постоянного тока 13 компьютером (условно не показан). После появления тока травления, т.е. начала процесса травления, насос 7 выключается и повышение уровня электролита в ванне 2 прекращается с достижением точного положения, необходимого для процесса травления.
В исходном состоянии устройства по второму варианту подвижное основание 15 с установленной на нем ванной 2 с электролитом расположена в нижнем положении. Включают электродвигатель 16 и подвижное основание 15 с ванной 2 поднимается вверх по ходовому винту 17 до момента появления тока травления при контакте электролита с зоной травления образца 4, при этом ток травления фиксируется связанным с источником постоянного тока 13 компьютером (условно не показан). После появления тока травления, т.е. начала процесса травления, электродвигатель 16 выключается и перемещение подвижного основания 15 с ванной 2 прекращается с минимальным «выбегом» за счет действия силы тяжести, направленной против движения основания с ванной, при этом достигается точное положение уровня электролита по отношению к образцу 4, необходимое для процесса травления.
В процессе стравливания с образца 4 слоев материала осуществляется измерение появляющейся деформации образца 4, по значениям которой, а также по времени травления и величине тока травления по известным соотношениям определяют остаточные напряжения в образце на определенной глубине. Процесс травления заканчивается через определенное, наперед заданное, время. После этого в устройстве по первому варианту включается насос 7 на перекачку электролита из ванны 2 в дополнительную емкость 6 и устройство возвращается в исходное состояние.
В устройстве по второму варианту включается электродвигатель 16 и подвижное основание 15 с ванной 2 опускаются вниз в исходное положение.
Использование предлагаемых полезных моделей позволяет повысить точность определения остаточных напряжений в образце за счет исключения процесса перемещения исследуемого образца с сопутствующими вибрациями и более точной установки уровня электролита по отношению к образцу.