УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МЕТАЛЛА
DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE TESTING OF METAL SURFACE ROUGHNESS

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля шероховатости поверхностного слоя металла контролируемого изделия.
Известно устройство неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла (SU 670868 А1, МКП 5 G01N 25/32, опубл. 30.06.1979 г.), выбранное в качестве прототипа, содержащее две группы одинаково нагреваемых электродов из одного материала, одна из которых установлена на необработанную поверхность контролируемого изделия, а другая - на обработанную поверхность этого изделия. Электроды заключены в единый нагреватель и подключены к гальванометру. По величине термоЭДС судят о шероховатости поверхности.
Недостатком этого устройства является низкая повторяемость результатов контроля, обусловленная вариациями термоЭДС для изделий из разных плавок, и даже при незначительном отклонении химического состава эталонного образца и контролируемого изделия абсолютные значения термоЭДС могут отличаться значительно и превосходить абсолютные значения термоЭДС от обработанной и необработанной поверхности изделия. Поэтому таким устройством возможен контроль изделий только из одной плавки. Это вносит существенные ограничения в использование устройства для контроля шероховатости поверхностного слоя металла.
Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения.
Предложенное устройство для неразрушающего контроля шероховатости поверхностного слоя металла, так же как в прототипе, содержит нагреватель, два одинаково нагреваемых электрода из одного материала, первый нагреваемый электрод установлен на поверхность контролируемого изделия, причем электроды подключены к гальванометру.
Согласно изобретению последовательно соединены второй нагреваемый электрод, эталонный образец, контролируемое изделие, первый нагреваемый электрод. Нагреватель размещен с возможностью теплового контакта с первым и вторым нагреваемыми электродами. Первый блок измерения температуры, имеющий тепловой контакт с первым нагреваемым электродом, соединен с микроконтроллером. Второй блок измерения температуры, имеющий тепловой контакт со вторым нагреваемым электродом, соединен с микроконтроллером, первый выход которого подключен к блоку управления нагревателем, выход которого подключен к нагревателю. Второй выход микроконтроллера подключен к индикатору.
Предложенное устройство обеспечивает возможность мониторинга температуры нагреваемых электродов, что позволяет по разности их температур судить о шероховатости поверхности контролируемого изделия.
На фиг. 1 представлена схема устройства для неразрушающего контроля шероховатости поверхностного слоя металла.
На фиг. 2 приведена зависимость разностной температуры нагреваемых электродов от шероховатости.
В таблице 1 приведены результаты контроля шероховатости трех контролируемых образцов.
Устройство для неразрушающего контроля шероховатости поверхностного слоя металла (фиг. 1) содержит последовательно соединенные первый нагреваемый электрод 1, эталонный образец 2, контролируемое изделие 3, второй нагреваемый электрод 4. Нагреватель 5 размещен с возможностью теплового контакта с первым и вторым нагреваемыми электродами 1 и 4 соответственно. Гальванометр 6 подключен к первому и второму нагреваемым электродам 1 и 4. Первый блок измерения температуры 7, имеющий тепловой контакт с первым нагреваемым электродом 1, соединен с микроконтроллером 8. Второй блок измерения температуры 9, имеющий тепловой контакт со вторым нагреваемым электродом 4, соединен с микроконтроллером 8. Первый выход микроконтроллера 8 подключен к блоку управления нагревателем 10, выход которого подключен к нагревателю 5. Второй выход микроконтроллера 8 подключен к индикатору 11.
Первый и второй нагреваемые электроды 1 и 4 выполнены из одного материала, например из меди. Нагреватель 5 может быть стандартным мощностью 25 ватт. Гальванометр 6 может быть стандартным, например, М2031/2. Микроконтроллер 8 может быть стандартным, например ATMEGA 16. Индикатор 11 может быть выполнен на светодиодах АЛС324А. Блоки измерения температуры 7 и 9 могут быть стандартными, например, DS1820. Блок управления нагревателем 10 может быть выполнен на транзисторе, например, КТ818Г. Эталонный образец 2 должен быть изготовлен из того же материала, что и контролируемое изделие 3.
Предлагаемым устройством был проведен контроль шероховатости девяти контролируемых изделий, изготовленных из трех разных партий стали 12Х18Н10Т, по три образца в каждой партии. В качестве эталонного образца 2 использовали образец, изготовленный из этой же стали с шероховатостью Rz 0,6.
Процедуру контроля проводили следующим образом.
Вначале с помощью блоков измерения температуры 7 и 9 измеряли температуру первого 1 и второго 4 нагреваемых электродов и передавали данные в микроконтроллер 8, сигнал которого поступал в блок управления нагревателем 10, который поддерживал заданную температуру нагревателя 5. Нагреватель 5 воздействовал на нагреваемые электроды 1 и 4. Длительность воздействия контролировали микроконтроллером 8 и как только температура нагреваемых электродов 1 и 4 достигала требуемого значения (температура была задана в 100°С), микроконтроллер 8 выдавал сигнал на индикатор 11, сигнализируя о готовности прибора к измерению.
При контроле шероховатости первый нагреваемый электрод 1 установили на эталонный образец 2, а второй нагреваемый электрод 4 поочередно устанавливали на контролируемое изделие 3, причем эталонный образец 2 и контролируемое изделие 3 имели электрический контакт друг с другом, при этом между первым нагреваемым электродом 1 и эталонным образцом 2 возникала первая термоЭДС 1, которая поступала на первый вход гальванометра 6. Между вторым нагреваемым электродом 4 и контролируемым изделием 3 также возникала вторая термоЭДС 2, которая поступала на второй вход гальванометра 6. Гальванометр 6 регистрировал разностную термоЭДС. Одновременно с измерением термоЭДС проводили измерение температуры первого 1 и второго 4 нагреваемых электродов в течение заданного времени - 5 сек. Полученные данные с первого и второго блоков измерения температуры 7 и 9 поступали в микроконтроллер 8. Микроконтроллер 8 определял разность температур между первым 1 и вторым 4 нагреваемыми электродами и по этой разнице температур определял шероховатость контролируемого изделия 3 по зависимости разностной температуры нагреваемых электродов 1 и 4 от шероховатости (фиг. 2), предварительно построенной для образцов из стали 12Х18Н10Т с известной шероховатостью (например, Rz 1, Rz 10, Rz 20, Rz 50 и т.д.). Для других марок сталей и сплавов необходимо предварительно построить аналогичную зависимость, по которой можно определить шероховатость.
Шероховатость контролируемого изделия 3 отображалась на индикаторе 11.
Результаты контроля приведены в таблице 1, из которой видно, что использование заявляемого устройства для неразрушающего контроля шероховатости поверхностного слоя металла позволяет устранить влияние разброса химического состава на результат контроля. Результаты контроля шероховатости трех контролируемых изделий, изготовленных из второй партии, по дифференциальной термоЭДС приводят к неправильным выводам о завышенной шероховатости. Так, первое контролируемое изделие из второй партии имеет шероховатость Rz 20, а по результатам измерения термоЭДС с помощью прототипа шероховатость составила Rz 25. Второе контролируемое изделие из второй партии имеет шероховатость Rz 5, а по результатам измерения термоЭДС с помощью прототипа - Rz 8. Третье контролируемое изделие из второй партии имеет шероховатость Rz 2,5, а при измерении прототипом - Rz 4.