неразрушающий способ определения деформирующей способности технологических остаточных напряжений

Формула изобретения

Неразрушающий способ определения деформирующей способности технологических остаточных напряжений путем подачи на испытуемую поверхность сигналов с частотой f и амплитудой G и измерения амплитудофазочастотной характеристики (АФЧХ), отличающийся тем, что значения частот образуют убывающую последовательность, значения амплитуд образуют возрастающую последовательность, удовлетворяя соотношению G_f^* = const, и по измеренной АФЧХ определяют деформирующую способность технологических остаточных напряжений по формуле



где q - деформирующая способность технологических остаточных напряжений;

f - частота измерительного сигнала;

G - амплитуда измерительного сигнала;

U - амплитуда выходного сигнала или падение напряжения на исследуемом участке изделия;

cos - косинус разности фаз между входным и выходным сигналами;

K_f - коэффициент частотного ряда (K_f = 1 - 2);

K_m - коэффициент, учитывающий физико-химические свойства материала испытуемого изделия (K_m = 0 - 1).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения деформирующей способности технологических (внутренних) остаточных напряжений (ОН) в поверхностном слое изделий из металлов и сплавов с различными электромагнитными свойствами.

Аналогами предлагаемого изобретения являются:

1. Авт. св. 1357691, кл. G 01 B 5/30 - способ определения деформирующей способности технологических остаточных напряжений. Это разрушающий способ. Измерения производятся на специально изготовленном образце. Деформирующая способность ОН определяется по величине деформации образца.

2. Авт. св. 1566234, кл. G 01 L 1/12 - способ определения остаточных напряжений при двухосном нагруженном состоянии ферромагнитных изделий. Это вихретоковый неразрушающий способ, применимый только для ферромагнитных материалов. ОН определяются при сравнении амплитудно-частотной характеристики эталона и образца.

3. Авт. св. 1539509, кл. G 01 D 7/06 - способ контроля качества покрытий. При помощи точечных контактов подводят высокочастотное напряжение на поверхность образца. Определяют резонансные частоты для образца и эталона. По разности резонансных частот судят о качестве и толщине покрытия.

Прототипом предлагаемого изобретения является авт. св. 1573335, кл. G 01 B 7/06 - электроконтактный способ измерения толщины электропроводящих покрытий, плоских изделий или стенок изделий. Способ заключается в том, что измеряемый участок изделия включают в электрическую цепь, состоящую из источника тока, двух щупов и измерителя, и пропускают через него постоянный ток (или переменный ток низкой частоты) и переменный ток разных высоких частот, образующих возрастающую последовательность. Измеряют падение напряжения на участке, вычисляют значение толщины, соответствующей каждому значению высокой частоты, затем определяют толщину покрытия.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в повышении точности определения деформирующей способности ОН без разрушения или повреждения испытуемого объекта путем измерения амплитудофазочастотной характеристики (АФЧХ) участка поверхности.

При этом подают последовательно измерительные сигналы - переменные токи низкой частоты f, значения которых образует убывающую последовательность, а значения амплитуд G входного напряжения образуют возрастающую последовательность; произведение текущих значений частоты на амплитуду - постоянная величина.

Деформирующую способность ОН определяют путем математической обработки полученной АФЧХ



где q - деформирующая способность технологических остаточных напряжений;

f - частота измерительного сигнала;

G - амплитуда измерительного сигнала;

U - амплитуда выходного сигнала или падение напряжения на исследуемом участке изделия;

cos - косинус разности фаз между входным и выходным сигналами;

K_f - коэффициент частотного ряда (K_f = 1... 2);

K_m - коэффициент, учитывающий физико-химические свойства материала испытуемого изделия (K_m = 0...1).

На чертеже изображено устройство, реализующее данный способ, где 1 - источник измерительных сигналов, 2 - датчик, 3, 4 - нагрузочное и согласующие сопротивления датчика, 5 - испытуемое изделие, 6 - приемник измерительных сигналов, 7 - ПЭВМ.

Способ осуществляется следующим образом. Через участок поверхности испытуемого изделия подают последовательно измерительные сигналы - переменные токи низкой частоты f, значения которых образуют убывающую последовательность, а значения амплитуд G входного напряжения образуют возрастающую последовательность; произведение текущих значений частоты на амплитуду - постоянная величина G_i f_i = const, введенное для определения разности фаз тока и напряжения. Значения частот f_i соответствуют значениям глубин h_i проникновения тока в материал изделия согласно поверхностному эффекту, т.е. функциональной зависимости глубины проникновения в испытуемый материал электромагнитного поля от его частоты.

Примером реализации способа является устройство, состоящее из источника измерительных сигналов 1, выход которого соединены со входом датчика 2. Датчик содержит в экранирующем корпусе, заполненном диэлектрическим материалом, подводящий и отводящий электроды. Электроды соединены через нагрузку 3 и согласующие элементы 4 так, чтобы обеспечить подвод и отвод сигналов к испытуемой поверхности изделия 5. Наибольшее значение амплитуды входного сигнала G ограничивается условием бесприжогового контакта электродов датчика с испытуемой поверхностью. С выхода датчика снимается величина падения напряжения на исследуемом участке изделия U и величина входного сигнала G, которые подаются на вход приемника измерительных сигналов 6, соединенного с ПЭВМ 7.

АФЧХ участка поверхности испытуемого изделия образует совокупность измерений (при i = 1... k) - ослабления сигналов U_i/G_i, разности фаз _i и частоты f_i. Текущие значения величины деформирующей способности технологических ОН q_i определяют по формуле (1).

Данный способ обеспечивает достоверное определение совокупности значений q_i (i = 1...k), при этом q_o = 0 (как интеграл ОН по глубине h_o = 0).

Величина ОН может быть определена при этом как



где E - модуль упругости 1 рода материала испытуемого изделия;

h_k - толщина слоя материала испытуемого изделия, соответствующая поверхностному эффекту для частоты f_k.

Способ позволяет исследовать напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя изделий из металлов и сплавов с различными электромагнитными свойствами, независимо от формы и размеров изделия, без специальной подготовки поверхности изделия к измерению, экологически чисто (без применения вредных химических реактивов и ионизирующего излучения), безотходно (без разрушения или повреждения испытуемого изделия), экономично.