Устройство для выявления деформированных участков поверхности электропроводящих тел

 

Использование: для выявления напряженных участков на строительных конструкциях, крупногабаритных деталях машин, скрытых знаков на поверхности металлических изделий, а также в криминалистике. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с расположенной на его торцовой поверхности вакуумной прокладкой, систему подвода и откачки газа и источник высоковольтного напряжения. Отрицательный полюс источника подключен непосредственно к твердотельному объекту исследуемой поверхности. Положительный полюс источника подключен либо к корпусу, либо к электроду, введенному в корпус, приэтом корпус с вакуумной прокладкой, выполненной из электроизоляционного материала, помещен непосредственно на поверхности исследуемого объекта. 3 ил.

Изобретение относится к технической физике, а именно радиационным методам исследования твердых тел, и может применяться, например, для выявления напряженных участков на строительных конструкциях, крупногабаритных деталях машин, скрытых знаков на поверхности металлических изделий, а также в криминалистике.

Известны устройства для выявления деформированных участков поверхности твердых тел [1] представляющие собой ванночку, дно которой образует поверхность исследуемого образца. В эту ванночку наливается раствор травителя, например азотная кислота, который воздействует на исследуемую поверхность, различно протравливая ее участки. В результате наблюдают кристаллографическую структуру исследуемой поверхности твердого тела.

Известны также электрохимические устройства для выявления деформированных участков поверхности твердых тел [2] аналогичные вышеописанным, но здесь химическое травление осуществляется при дополнительном наложении электрического поля, что усиливает эффект травления.

Известны также устройства для выявления деформированных участков поверхности твердых тел с использованием магнитной суспензии [3] когда в вышеописанную ванночку вместо травителя заливается раствор с мелкодисперсным магнитным материалом, осаждение которого происходит преимущественно по границам сильно деформированных участков только магнитных материалов.

Недостатками этих устройств являются невозможность выявлять деформированные участки поверхности всех материалов, в частности коррозионно-стойких, трудности в подборе травителя, невозможность их использования при расположении исследуемой поверхности не горизонтально, высокая токсичность некоторых травителей, а следовательно, опасность работы с ними (например, плавиковая кислота, царская водка и др.). Кроме того, устройства, использующие магнитную суспензию, пригодны только для магнитных материалов и дают только приближенную (грубую) информацию.

Известны также устройства для выявления деформированных участков твердых тел, использующие рентгено- и гамма-спектроскопию [4] Эти устройства применимы только для исследования всего объема твердого тела (или достаточно толстого слоя) и непригодны для исследования его поверхностных слоев ввиду большой проникающей способности этого вида излучения. К тому же определение деформаций, например, рентгеновским методом является достаточно сложным.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для выявления деформированных участков поверхности твердых тел [5] содержащее корпус с расположенной на его торцовой поверхности вакуумной прокладкой, систему подвода газа и его откачки и источник высоковольтного напряжения. В этом устройстве внутри корпуса (вакуумной камеры) расположен стеклянный цилиндр, в котором находятся катод и анод. На катоде размещают маленький исследуемый образец. При работе устройства в стеклянном цилиндре загорается тлеющий разряд, в протоке инертного газа происходит ионное травление образца, в результате чего выявляется структура его поверхности.

Недостатками устройства-прототипа являются невозможность выявления деформированных участков поверхности твердых тел в их естественных положениях и условиях, т. е. необходимо использование только отдельных образцов из исследуемых объектов, которые и помещают внутрь вакуумной камеры, малая информативность о структуре всей исследуемой поверхности твердого тела, так как приходится использовать малые образцы с отдельных участков поверхности, невозможность применения без разрушения исследуемого объекта, так как в каждом случае требуется вырезать образец, помещаемый внутрь устройства, громоздкость и утяжеленность (вес ≈ 300 кг) устройств, что лишает их мобильности и делает их применение, например, для проверки строительных конструкций на месте невозможным, усложненность конструкции установки, так как требует наличия, например, стеклянного цилиндра внутри корпуса, систему подвода воды для охлаждения диффузионного насоса и т.д. низкая практичность и экономичность, обусловленные вышеописанными причинами.

Техническим результатом от использования изобретения является создание простого, эффективного, надежного, малогабаритного, практического устройства для выявления деформированных участков поверхности твердых тел в их естественном состоянии и без нарушения их структуры.

Этот результат достигается тем, что в устройстве для выявления деформированных участков поверхности твердых тел, содержащем корпус с расположенной на его торцовой поверхности вакуумной прокладкой, систему подвода и откачки газа и источник высоковольтного постоянного напряжения, обеспечивающие режим ионного травления исследуемой поверхности, отрицательный выход источника высоковольтного постоянного напряжения подключен непосредственно к твердотельному объекту с исследуемой поверхностью, а положительный либо к корпусу, либо к электроду, введенному в корпус, при этом корпус с вакуумной прокладкой, выполненной из электроизоляционного материала, помещен непосредственно на поверхность исследуемого объекта, образуя тем самым единую газоразрядную систему, в которой корпус служит анодом, а исследуемый объект катодом. При этот при исследовании непроводящих или плохо проводящих материалов в качестве источника высокого напряжения используют высокочастотный источник высокого напряжения.

Положительным техническим результатом изобретения является то, что предлагаемое устройство для выявления деформированных участков поверхности твердых тел характеризуется возможностью исследовать твердотельный объект непосредственно на месте, т.е. в его естественном положении и естественных условиях (без потери качества получаемой информации), что обусловливается изменением в конструкции устройства-прототипа (иное включение источника высоковольтного напряжения, создание иной единой газоразрядной системы), т.е. сам объект является частью электрической схемы (устройства), применением устройства без разрушения исследуемого объекта, так как при работе устройства не требуется наличие вырезанного из объекта образца, помещаемого внутрь корпуса, что также обусловлено существенно измененной конструкцией устройства-прототипа, в частности корпус помещен непосредственно на поверхности исследуемого объекта, полной информативностью о структуре всей исследуемой поверхности объекта, так как устройство может быть помещено в любую точку исследуемой поверхности, которая благодаря новому схемному решению сама служит катодом, простотой конструкции и эксплуатации, что делает его простым в изготовлении и надежным в работе, ибо в нем исключена часть узлов и деталей устройства-прототипа, мобильностью и транспортабельностью, обусловленными простотой конструкции и небольшим (≈ 20 кг) весом, высокой практичностью и экономичностью, ибо устройство просто и дешево в изготовлении и эксплуатации.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 и 3 иллюстрируется достигаемый устройством технический эффект.

Устройство содержит корпус (камеру) 1 с расположенной на его торцовой поверхности уплотняющей вакуумной прокладкой 2 и двумя штуцерами 3 для напуска и откачки газа, форвакуумный насос 4, баллон 5 с газом (например, аргоном), редуктор 6, натекатель 7, источник 8 высоковольтного постоянного напряжения с регулируемым напряжением, термоманометр 9, вакуумметр 10. Все устройство смонтировано на передвижной тележке 11. Корпус 1 через прокладку 2 размещен на поверхности исследуемого твердотельного объекта 12.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый участок объекта 12 очищается от грязи и краски, к нему через прокладку 2 прислоняется корпус (камера) 1, включается форвакуумный насос 4 и через штуцер 3 производится откачка воздуха из камеры 1. После того как камера 1 откачается до давления ≈ 10^-2 мм рт.ст. контролируемого с помощью термоманометра 9 вакуумметром 10, открывается баллон 5 с газом и редуктором 6 устанавливается выходное давление 0,5-1 атм. После этого натекателем 7 в камере 1 устанавливается давление (3-5) ˙ 10^-2 мм рт.ст. Отрицательный выход высоковольтного источника 8 постоянного напряжения подключается к заземленному исследуемому объекту 12, а положительный либо непосредственно к корпусу 1, либо, например, в случае стеклянного корпуса 1 к электроду, введенному в корпус 1. Так образуется единая газоразрядная система, в которой корпус 1 служит анодом, а исследуемый объект катодом. После включения выпрямителя 8 устанавливается напряжение 2-4 кВ. При этом загорается тлеющий разряд и поверхность объекта 12 начинает травиться ионами. Ионное травление проводят до выявления структуры исследуемого объекта, по которой судят об имеющихся изменениях в объекте. При исследовании различных участков поверхности исследуемых объектов устройство перемещается на подвижной тележке 11.

П р и м е р 1. Предлагаемое устройство было испытано при исследовании объекта из конструкционной стали, подвергнутой деформации. При этом напряжение было 3,5 кВ, плотность тока 1-3 мА/см², время травления ≈ 20 мин. После травления на поверхности объекта обнаружены линии текучести материала образца (фиг. 2), свидетельствующие о том, что объект был подвергнут пластической деформации, т.е. деформации, превышающей предел упругости данного материала.

П р и м е р 2. Для исследования был представлен кузов автомобиля с имеющимися на его отполированной поверхности скрытыми знаками, которые требовалось обнаружить непосредственно на месте. В результате работы предлагаемого устройства (напряжение 2,8 кВ, время ионного травления ≈ 15 мин) на поверхности кузова была обнаружена цифра 2 (фиг. 3).

Предлагаемое устройство для выявления деформированных участков поверхности твердотельных объектов применимо также для выявления структуры непроводящих (или плохо проводящих) материалов. В таком случае вместо высоковольтного источника постоянного напряжения используют высокочастотный ( 1-10 МГц) источник высокого напряжения. Способ же выявления деформированных участков остается тем же.

Таким образом, создано устройство для выявления деформированных участков поверхности твердотельных объектов, отличающееся от известных аналогичных устройств важнейшими практическими качествами: возможностью качественного исследовать любые объекты в их естественном положении и в естественных условиях, при этом без разрушения этих исследуемых объектов, простотой и надежностью в исполнении и эксплуатации, транспортабельностью и высокой экономичностью. Все это позволяет предлагаемому устройству найти широчайшее применение в научной и технической практике.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННЫХ УЧАСТКОВ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ТЕЛ, содержащее корпус с расположенной на его торцевой поверхности вакуумной прокладкой, систему подвода газа и его откачки и источник высоковольтного постоянного напряжения, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде колпака, а вакуумная прокладка из электроизоляционного материала, отрицательный выход источника подключен непосредственно к исследуемому телу, а положительный выход либо непосредственно к колпаку, выполненному в этом случае из электропроводящего материала, либо к электроду, встроенному в колпак, при это колпак накладывают на исследуемую часть поверхности образца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3