Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗБРАКОВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля металлов и сплавов и может быть использовано для контроля физико-химических свойств поверхностных слоев металла контролируемого изделия, подвергнутого термической или химико-термической обработке, а также для выявления степени пластической деформации.

Известно устройство для разбраковки металлических изделий (RU 2313082 C1, МПК G01N25/32 (2006/01), опубл. 20.12.2007 г.), выбранное в качестве прототипа, содержащее нагреватель, воздействующий на первый нагреваемый электрод, первый холодный электрод, представляющий собой контролируемое изделие, и аналоговый усилитель, связанный с первым индикатором. Второй холодный электрод, представляющий собой эталонный образец, имеющий электрический контакт со вторым нагреваемым электродом и контролируемым изделием, которое контактирует с первым нагреваемым электродом, при этом второй нагреваемый электрод имеет тепловую связь с нагревателем. Оба нагреваемых электрода подключены к аналоговому усилителю, к выходу которого подключены последовательно связанные компаратор и второй индикатор, а регулятор порога соединен с компаратором, причем первый и второй нагреваемые электроды выполнены из одного материала.

Недостатком этого устройства является влияние температуры контролируемого образца на величину разностной термоЭДС электродов, в результате этого нельзя однозначно судить о качестве поверхностного слоя.

Задачей изобретения является устранение влияния температуры контролируемого образца на величину разностной термоЭДС электродов.

Поставленная задача решена за счет того, что устройство для разбраковки металлических изделий, также как в прототипе, содержит индикатор, нагреватель, воздействующий на два нагреваемых электрода, выполненных из одного материала, эталонный образец, электрически контактирующий со своим нагреваемым электродом и контролируемым изделием, контактирующим с другим нагреваемым электродом, причем нагреваемые электроды подключены к усилителю.

Согласно изобретению датчик температуры размещен с возможностью теплового контакта с контролируемым изделием. В качестве усилителя выбран дифференциальный усилитель, к которому последовательно подсоединены аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и индикатор. Блок управления нагревателем связан с нагревателем и микроконтроллером, к которому подключен датчик температуры.

Известно, что абсолютная термоЭДС металлов и сплавов зависит от разности температур между нагреваемым и холодным электродами [В.Г. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Линецкий. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980, стр 232, формула 235)]:

е=а+2bΔТ+3сΔТ²,

где a, b, c - коэффициенты уравнения;

ΔT - разность температур между нагреваемым и холодным электродами.

Разностная термоЭДС, используемая в прототипе, определяется выражением:

e₁-e₂=(a₁-a₂)+2ΔT(b₁-b₂)+3ΔT²(c₁-c₂),

где a₁, b₁, c₁ - коэффициенты уравнения, определяющего термоЭДС контролируемого изделия;

а₂>b₂, с₂ - коэффициенты уравнения, определяющего термоЭДС эталонного образца,

ΔТ - разность температур между нагреваемым и холодным электродами.

Таким образом, разностная термоЭДС будет оставаться неизменной для одного контролируемого изделия, если параметры контроля неизменны, то есть разность температур между нагреваемым и холодным электродами постоянна

На фиг.1 представлена схема устройства, иллюстрирующая предлагаемое устройство.

В таблице 1 приведены значения дифференциальной термоЭДС, измеренные предлагаемым устройством, от деформации при различных температурах контролируемого образца.

В таблице 2 приведены результаты измерения термоЭДС с помощью устройства-прототипа.

Заявляемое изобретение осуществлено с помощью устройства для разбраковки металлических изделий (фиг.1), содержащего последовательно соединенные первый нагреваемый электрод 1, эталонный образец 2, контролируемое изделие 3, второй нагреваемый электрод 4. Нагреватель 5 размещен с возможностью воздействия на первый и второй нагреваемые электроды 1 и 4 соответственно. Входы дифференциального усилителя 6 подключены к первому и второму нагреваемым электродам 1 и 4. Выход дифференциального усилителя 6 подключен к аналого-цифровому преобразователю 7 (АЦП). Выход аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП) подключен к первому входу микроконтроллера 8, к первому выходу которого подключен индикатор 9. Датчик температуры 10 подключен ко второму входу микроконтроллера с возможностью теплового контакта с контролируемым изделием 3. Второй выход микроконтроллера подключен к блоку управления нагревателем 11. Выход блока управления нагревателем 11 подключен к нагревателю 5.

Первый и второй нагреваемые электроды 1 и 4, выполнены из одного материала, например, меди. Нагреватель 5 может быть стандартным мощностью 25 ватт. Дифференциальный усилитель 6 должен быть с малым дрейфом напряжения смещения нуля, например, К140УД17. Аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП) может быть стандартным, например, К1113ПВ1. Микроконтроллер 8 может быть стандартным, например, ATMEGA 16. Индикатор 9 может быть выполнен на светодиодах АЛС324А. Датчик температуры 10 может быть стандартным, например, термопара хромель-алюмель. Блок управления нагревателем 11 может быть выполнен на транзисторе, например КТ 818Г. Эталонный образец 2 должен быть изготовлен из того же материала и той же плавки, что и контролируемое изделие 3.

Предлагаемым устройством был проведен контроль качества поверхностного слоя металла девяти контролируемых изделий из трех марок сталей 12Х18Н10Т; 0,8ПС-5 и СТ3, по три образца из каждой марки.

Предварительно каждое контролируемое изделие 3 было подвергнуто пластической деформации на разрывной машине с компьютерным управлением. Для сравнения с результатами, полученными заявляемым способом, величину пластической деформации (абсолютное удлинение) измеряли штангенциркулем. Величина деформации составила 3,3 мм.

Вначале термоЭДС поверхностного слоя контролируемого изделия 3 измеряли при температуре +25°C. Процедуру контроля проводили следующим образом: вначале с помощью датчика температуры 10 измеряли температуру контролируемого изделия 3, и передавали данные в микроконтроллер 8, сигнал которого поступал в блок управления нагревателем 11, который устанавливал такую температуру нагревателя 5, чтобы разность температур между нагреваемыми электродами 1, 4 и контролируемым изделием 3 и эталонным образцом 2, поддерживалась одинаковой. 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 (в примере разность температур была задана в 130°C), микроконтроллер 8 выдавал сигнал на индикатор 9, включая его для отображения величины измеренной термоЭДС. Между первым нагреваемым электродом 1 и эталонным образцом 2, изготовленным из той же марки стали и той же плавки, что и контролируемое изделие 3, возникала термоЭДС 1, которая поступала на первый вход дифференциального усилителя 6. Между вторым нагреваемым электродом 4 и контролируемым изделием 3 также возникала вторая термоЭДС 2, которая поступала на второй вход дифференциального усилителя 6. Дифференциальный усилитель 6 вычитал термоЭДС 1 из термоЭДС 2. Разностная термоЭДС усиливалась дифференциальным усилителем 6 и поступала в аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП), который преобразовывал аналоговую величину в цифровой код, который поступал в микроконтроллер 8. Микроконтроллер 8 преобразовывал двоичный код аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП) в семисегментный код. Этот код поступал в индикатор 9, который отображал величину термоЭДС.

Затем контролируемое изделие 3 и эталонный образец 2 охлаждали до 0°C и процедуру измерения повторяли. На третьем этапе контролируемое изделие 3 и эталонный образец 2 охлаждали до -25°C и проводили измерения термоЭДС.

Результаты контроля, приведенные в таблице 1, показывают, что использование предлагаемого устройства позволяет однозначно определить одинаковую величину деформации при разных температурах контролируемого изделия.

Для сравнения в таблице 2 приведены результаты измерения термоЭДС, выполненные устройством-прототипом. Контролируемое изделие было изготовлено из стали СТ3 и предварительно было подвергнуто деформации в 3,3 мм. Деформацию (абсолютное удлинение) контролируемого образца измерили штангенциркулем. Эталонный образец был изготовлен из стали СТ3 той же плавки, что и контролируемое изделие. Из таблицы 2 видно, что при изменении температуры контролируемого изделия от -25°C до +25°C величина термоЭДС изменяется от 21 мВ до 9 мВ, в результате этого можно сделать вывод о разной степени пластической деформации поверхностного слоя, что не соответствует действительности.

Результаты измерений, представленные в таблице 1, показывают, что при изменении температуры контролируемого изделия от -25°C до +25°C, отклонение термоЭДС не превышает 0,5 мВ. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет устранить влияние температуры контролируемого изделия при сезонных или других колебаниях его температуры на величину разностной термоЭДС.