Способ определения остаточных напряжений при травлении

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей после различных технологических процессов. Изобретение позволяет повысить точность измерения остаточных напряжений в образцах при травлении. Способ реализуется путем травления образца в ванне с электролитом в электрохимической ячейке, обеспечивающей послойное удаление поверхностных слоев образца, чередующегося паузами, во время которых измеряют температуру образца и электролита 3, а в момент их равенства измеряют деформацию. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s 601 В 7/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4724376/28 (22) 24.07.89 (46) 15.07.91. Бюл. N 26 (71) Казанский авиационный институт им. А.

Н. Туполева (72) А. С. Касаткин„ Н, А. Кравченко, В. А.

Смирнов и Ю. Б. Тюрин (53) 531.781.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР й. 1180675, кл. G 01 В 5/30, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ТРАВЛЕНИИ (57) Изобретение относится к измерительИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения остаточных напряжений в поверхностных слоях образцов при их травлении.

Цель изобретения — повышение точности за счет устранения температурных деформаций образца, На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — временные диаграммы изменения температуры Т1 исследуемого образца и температуры Т2 электролита в процессе травления и соответствующая им временная диаграмма включения тока травления I.

Способ осуществляют следующим образом.

Остаточные напряжения определяют в образцах, вырезаемых из контролируемой детали. Образец 1, являющийся анодом, ванна 2 с электролитом 3, катод 4 — пластина из свинца и источник постоянного тока 5 образуют электрохимическую ячейку, обес„„. Ж„„1663409 Al ной технике и может быть использовано для определения остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей после различных технологических процессов. Изобретение позволяет повысить точность измерения остаточных напряжений в образцах при травлении. Способ реализуется путем травления образца в ванне с электролитом в электрохимической ячейке. обеспечивающей послойное удаление поверхностных слоев образца. чередующегося паузами, вЬ время которых измеряют температуру образца и электролита 3, а в момент их равенства измеряют деформацию. 2 ил. печивающую послойное удаление поверхностных слоев образца электрохимическим травлением. Для осуществления этого процесса образец 1 укрепляют в ванне 2 с электролитом 3 с помощью приспособления-захвата 6, В ходе процесса определения остаточных напряжений непрерывно измеряют деформацию f и температуру Т1 О образца 1, а также температуру электролита

Tz. Для определения остаточных напряже- (Д ний в образцах в виде полосок или колец ф„ используются зависимости, из которых сле- Ср дует, что остаточные напряжения являются функцией приращения деформаций образца по толщине удаленного (стравленного) слоя, т,е, о — F

cf

1 д — ).Толщине стравленного слоя а е процессе травления не измеряется, а определяется расчетом по закону Фарадея в предположении, что скорость травления поверхностных слоев образца постоянна. Это условие обеспечивается выбором и поддержанием режимов процесса электрохимического травления и, в первую очередь, тока

1663409 травления !. В процессе электрохимического травления происходит нагрев образца, Наиболее интенсивный в начальный момент после включения тока травления. Нагрев образца даже на несколько градусов по сравнению с исходной, до травления, температурой вызывает его температурные деформации, которые, если их не учесть, суммируются с деформациями от снятия слоев с остаточными напряжениями, что искажает точность определения остаточных напряжений. Для устранения температурных деформаций в течение всего процесса измеряют температуру Т1 образца и температуру Т электролита, а интервалы ht травления чередуют паузами, во время которых образец остывает до температуры электролита, и в момент равенства температур образца и электролита измеряют деформацию образца. При включении тока травления i в течение весьма короткого времени (5 — 10 с) происходит нагрев образца на несколько градусов (2 — 7 С), а затем его дальнейший нагрев существенно менее интенсивен. Электролит же прогревается значительно медленнее (0,5-2 С за 10-15 мин процесса электрохимического травления).

Температура Т1 нагрева образца и температура Tz электролита зависят в первую очередь от плотности тока травления, состава и обьема электролита. Обычно интервал травления At имеет длительность ЗО—

120 с. за это время в зависимости от материала образца, состава электролита и режима травления стравливается слой а толщиной 2 — 10 мкм. При выключении источника тока температура Т1 образца снижается и через некоторое время (обычно 60 — 120 с) становится равной температуре электролита Т2, Несмотря на то, чтодеформация образца измеряется непрерывно, в вычислительное устройство .вводится только ее значение, соответствующее моменту достижения равенства температур Т1=Т . Это значение деформации используется для расчета остаточных напряжений. После паузы; в течение которой образец остывает и тем самым устраняются температурные деформации, вновь включается источник тока и осуществляется дальнейшее травление образца. Обычно длительность второго и последующих интервалов Ь: травления выбирается равной длительности первого интервала. Вновь при травлении образец нагревает и через 30 — 120 с процесс прерывается паузой, которая длится до достижения равенства температур Т1=Т2, и в этот момент в вычислительное устройство вводится соответствующее значение деформации образца, В такой последовательности осуществляется способ и далее, Интервалы

ht электрохимического травления, за время которых стравливается поверхностный слой

Б образца определенной толщины а и при этом он претерпевает деформации за счет удаления слоя с остаточными напряжениями и нагрева, сопровождающего травления, чередуются с паузами, во время которых

10 при остывании до температуры электролита устраняются температурные деформации образца. В конце каждой паузы в момент равенства температур образца и электролита измеряемая деформация образца ис15 пользуется для расчета остаточных напряжений.

Данный способ реализуется с помощью устройства, содержащего, как уже описывалось выше, электрохимическую ячейку, со20 стоящую из ванны 2 с электролитом 3, анода (образец 1), катода 4, подключенных к источнику постоянного тока 5, На поверхности образца 1, не подвергаемой травлению, закреплен приклеиванием датчик температу25 ры 7, а в самом электролите 3 находится второй датчик температуры 8, Поверхности образца, не подвергаемые травлению, а также температурные датчики 7 и 8 защищены от воздействия электролита тонким слоем

30 лака. Для измерения деформации образца предусмотрен соответствующий измери- тельный канал. который состоит из последовательно соединенных датчи.<а деформации

9, преобразователя перемещений 10, АЦП

35 11 и устройства сопрях<ения 12, связанного информативным выходом с информативным входом вычислительного устройства 13. В свою очередь вычислительное устройство

13 связано управляющим выходом с упрзг40 ляющим входом устройства сопряжения 12 канала измерения деформации и с управляющим входом дешифратора запуска 14 реле времени 15, который управляет через ключ

-16 включением источника постоянного тока

45 5. Для измерения и сопоставления температур датчики температуры 7 и 8 включены в мостовую схему 17, которая через компаратор 18 соединена с управляющим входом

АЦП 11 канала измерения деформации, Ре50 эультаты определения напряжений выводятся на регистратор 19, с которым связано вторым информативным выходом вычислительное устройство 13, . Устройство реализует способ определе55 ния остагочных напряжений следу.ощим образом.

По заданной программе вычислите-:ь,-ное устройство 13 через управляющий выход воздействует на дешифратор 14 запуска

16 "3409 так, что на его выходе появляется сигнал включения реле 15 времени, которое:,ере.-., ключ I6 включает источник 5 постоянног . тока. Реле 15 времени устанавливает длительность интервалов Ж :равления,величи- 5 на которых определяет шаг по толщине образца 1, с каким определяются остаточные напряжения. Включение источника 5 постоянного тока вызывает электрохимическое травление образца 1 в ванне 2 с элект- 10 ролитом 3 на толщину, определяемую силой тока I между катодсм 4 и образцом 1, составом электролита 3, физико-химическими свойствами материала образца 1 и температурными условиями. Одновременно с трав- 15 лением увеличивается температура Т1 образца 1, которая контролируется датчиком 7 температуры, и температура Т2 электролита 3, которая контролируется датчиком

8 температуры. По окончании интервала 20

hi травления ток i прекращается, так как реле 15 времени отключает через ключ 16 источник 5 постоянного тока. Во время этого процесса датчик 9 деформации измеряет деформации образца 1, а преобразователь 25

10 перемещений вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный этой деформации, который подается на вход АЦП

17. Информация g деформации образца 1 не поступает на вход вычислительного устрой- 30 ствя 13 через устройство 1? сопряжения до тех пор, пока не поступит управляющий сигнал с выхода компаратора 18, который срабатывает от сигнала мостовой схемы, в которую включены датчики 7 и 8 температур 35

Т7 и Tz. 1Лостова."-, схема 17 вырабатывает сигнал, достаточный для срабатывания компаратора 18 после окончания интервала

Лт травления и остывания образца 1 с тем,-:.=ратурой Т1 до температуры Tz электролита 3, После ввода информации через устройство сопряжения 12 в вычислительное устройство 13, которое через управляющий выход сопровождает этот процесс, воздействуя на устройство 12 сопряжения, а затем по программе воздействует на дешифратор 14 запуска и процесс электрохимического травления следующего слоя повторяется аналогично описанному выше.Пройдя все шаги по слоям образца 1, количество которых заложено в программе вычислительного устройства 13, информация о деформациях накапливается в памяти вычислительного устройства 13, обрабатывается и выдается в удобной форме на регистратор 19. После этого освобождают образец 1 из приспособления-захвата 6, отсоединяют датчик 7 температуры и устанавливают следующий образец.

Формула изобретения

Способ определения остаточных напряжений при травлении, заключающийся в том, что в процессе травления измеряют деформацию образца, травление образца осуществляют с паузами, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью пОвышения точности за счет устранения температурных деформаk ций образца, постоянно измеряют температуру образца и элекгролита, фиксируют .",;,ачение деформации в момент равенства упомянутых температур, а пауза между интервалами травления выдерживается додостижения равeíñòâà упомянутых температур.

1663409

Составитель Е,Щелина

Редактор Г.Мозжечкова Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Заказ 2256 Тираж 388 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101