SU1663409A1 - Способ определени остаточных напр жений при травлении - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  остаточных напр жений в поверхностных сло х деталей после различных технологических процессов. Изобретение позвол ет повысить точность измерени  остаточных напр жений в образцах при травлении. Способ реализуетс  путем травлени  образца в ванне с электролитом в электрохимической  чейке, обеспечивающей послойное удаление поверхностных слоев образца, чередующегос  паузами, во врем  которых измер ют температуру образца и электролита 3, а в момент их равенства измер ют деформацию. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  остаточных напр жений в поверхностных сло х образцов при их травлении .

Цель изобретени  - повышение точности за счет устранени  температурных деформаций образца.

На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - временные диаграммы изменени  температуры Ti исследуемого образца и температуры Т2 электролита в процессе травлени  и соответствующа  им временна  диаграмма включени  тока травлени  I

Способ осуществл ют следующим образом .

Остаточные напр жени  определ ют в образцах, вырезаемых из контролируемой детали. Образец 1,  вл ющийс  анодом, ванна 2 с электролитом 3, катод 4 - пластина из свинца и источник посто нного тока 5 образуют электрохимическую  чейку, обеспечивающую послойное удаление поверхностных слоев образца электрохимическим травлением. Дл  осуществлени  этого процесса образец 1 укрепл ют в ванне 2 с электролитом 3 с помощью приспособлени -захвата 6. В ходе процесса определени  остаточных напр жений непрерывно измер ют деформацию f и температуру Ti образца 1, а также температуру электролита Т2. Дл  определени  остаточных напр жений в образцах в виде полосок или колец используютс  зависимости, из которых следует , что остаточные напр жени   вл ютс  функцией приращени  деформаций образца по толщине удаленного (стравленного) сло , т.е.

о - f( тг ) -Толщина стравленного сло  а в

процессе травлени  не измер етс  а определ етс  расчетом по закону Фараде  в предположении, что скорость травлени  поверхностных слоев образца посто нна. Это условие обеспечиваетс  выбором и поддержанием режимов процесса электрохимического травлени  и в первую очередь, тока

со

о

Оч

со N о

Ю

травлени  I.В процессе электрохимического травлени  происходит нагрев образца, Наиболее интенсивный в начальный момент после включени  тока травлени . Нагрев образца даже на несколько градусов по сравнению с исходной, до травлени , температурой вызывает его температурные деформации , которые, если их не учесть, суммируютс  с деформаци ми от сн ти  слоев с остаточными напр жени ми, что искажает точность определени  остаточных напр жений. Дл  устранени  температурных деформаций в течение всего процесса измер ют температуру Ti образца и температуру Та электролита, а интервалы At травлени  чередуют паузами, во врем  которых образец остывает до температуры электролита, и в момент равенства температур образца и электролита измер ют дефор- мацию образца. При включении тока травлени  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 прогреваетс  значительно медленнее (0,5-2°С за 10-15 мин процесса электрохимического травлени ). Температура Ti нагрева образца и температура Та электролита завис т в первую очередь от плотности тока травлени , состава и объема электролита. Обычно интервал травлени  At имеет длительность 30- 120 с, за это врем  в зависимости от материала образца, состава электролита и режима травлени  стравливаетс  слой а толщиной 2-10 мкм. При выключении источника тока температура TI образца снижаетс  и через некоторое врем  (обычно 60-120 с)становитс  равной температуре электролита Т2. Несмотр  на то, что деформаци  образца измер етс  непрерывно, в вычислительное устройство -вводитс  только ее значение, соответствующее моменту достижени  равенства температур . Это значение деформации используетс  дл  расчета остаточных напр жений. После паузы , в течение которой образец остывает и тем самым устран ютс  температурные деформации , вновь включаетс  источник тока и осуществл етс  дальнейшее травление образца. Обычно длительность второго и последующих интервалов At травлени  выбираетс  равной длительности первого интервала. Вновь при травлении образец нагревает и через 30-120 с процесс прерываетс  паузой, котора  длитс  до достижени  равенства температур , и в этот момент в вычислительное устройство вводитс  соответствующее значение деформации образца, В такой последовательности осуществл етс  способ и далее. Интервалы At электрохимического травлени , за врем  которых стравливаетс  поверхностный слой

образца определенной толщины а и при этом он претерпевает деформации за счет удалени  сло  Q остаточными напр жени ми и нагрева, сопровождающего травлени , чередуютс  с паузами, во врем  которых

0 при остывании до температуры электролита устран ютс  температурные деформации образца. В конце каждой паузы в момент равенства температур образца и электролита измер ема  деформаци  образца ис5 пользуетс  дл  расчета остаточных напр жений.

Данный способ реализуетс  с помощью устройства, содержащего, как уже описывалось выше, электрохимическую  чейку, со0 сто щую из ванны 2 с электролитом 3, анода (образец 1), катода 4, подключенных к источнику посто нного гокэ 5. На поверхности образца 1, не подвергаемой травлению, закреплен приклеиванием датчик температу5 ры 7, а в самом электролите 3 находитс  второй датчик температуры 8. Поверхности образца, не подвергаемые травлению, а также температурные датчики 7 и 8 защищены от воздействи  электролита тонким слоем

0 лака. Дл  измерени  деформации образца предусмотрен соответствующий измерительный канал, который состоит и.з последовательно соединенных датчика деформации 9, преобразовател  перемещений 10, АЦП

5 11 и устройства сопр жени  12, св занного информативным выходом с информативным входом вычислительного устройства 13. В свою очередь вычислительное устройство 13 св зано управл ющим выходом с упрзв0 л ющим входом устройства сопр жени  12 канала измерени  деформации и с управл ющим входом дешифратора запуска 14 реле времени 15, который управл ет через ключ 16 включением источника посто нного тока

5 5. Дл  измерени  и сопоставлени  температур датчики температуры 7 и 8 включены в мостовую схему 17, котора  через компаратор 18 соединена с управл ющим входом АЦП 11 канала измерени  деформации. Ре0 зультаты определени  напр жений вывод тс  на регистратор 19, с которым св зано вторые информативным выходом вычислительное устройство 13.

Устройство реализует способ определе5 ни  остаточных напр жений следующим образом .

По заданной программе вычислите ль- ное устройство 13 через управл ющий выход воздействует на дешифра гор 14 запуска

так, что на его выходе по вл етс  сигнал включени  реле 15 времени, которое череп ключ 16 включает источник 5 посто нно: с тока. Реле 15 времени устанавливает длительность интервалов At гразлени ,величина которых определ ет шаг по толщине образца 1, с каким определ ютс  остаточные напр жени . Включение источника 5 посто нного тока вызывает электрохимическое травление образца 1 в ванне 2 с электролитом 3 на толщину, определ емую силой тока I между катодсм 4 и образцом 1, составом электролита 3, физико-химическими свойствами материала образца 1 и температурными услови ми. Одновременно с травлением увеличиваетс  температура Ti образца 1, котора  контролируетс  датчиком 7 температуры, и темпеоатура 12 электролита 3, котора  контролируетс  датчиком 8 температуры. По окончании интервала At травлени  ток I прекращаетс , так как реле 15 времени отключает через ключ 16 источник 5 посто нного тока. Во врем  этого процесса датчик 9 деформации измер ет деформации образца 1, а преобразователь 10 перемещений вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный этой деформации , который подаетс  на вход АЦП 11. Информаци  деформации образца 1 не поступает на вход вычислительного устройства 13 через устройство 1 сопр жени  до тех пор, пока не поступит управл ющий сигнал с выхода компаратора 18, который срабатывает от сигнала мостовой схемы, в которую включены датчики 7 и 8 температур Тч и 12. Мостова  схема 17 вырабатывает сигнал, достаточный дл  срабатывани  компаратора 18 после окончани  интервала At травлени  и остывани  образца 1 с тем- : ;ратурой Ti до температуры Та электролита 3. После, ввода информации через 5 устройство сопр жени  12 в вычислительное устройство 13, которое через управл ющий выход сопровождает этот процесс, воздейству  на устройство 12 сопр жени , а затем по программе воздействует на де0 шифратор 14 запуска и процесс электрохимического травлени  следующего сло  повтор етс  аналогично описанному выше/ Пройд  вг.е шаги по сло м образца 1, количество которых заложено в программе вы5 числительного устройства 13, информаци  о деформаци х накапливаетс  в пам ти вычислительного устройства 13, обрабатываетс  и выдаетс  в удобной форме на регистратор 19. После этого освобождают

0 образец 1 из приспособлени -захвата б, отсоедин ют датчик 7 температуры и устанавливают следующий образец.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ определени  остаточных напр 5 жений при травлении, заключающийс  в том, что в процессе травлени  измер ют деформацию образца, травление образца осуществл ют с паузами, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности за

   0 счет устранени  температурных деформаций образца, посто нно измер ют температуру образца и электролита, фиксируют значение деформации в момент равенства упом нутых температур, а пауза между ин5 тервалами травлени  выдерживаетс  до достижени  равенства упом нутых температур