Термоэлектрический способ неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла


 


Владельцы патента RU 2498281:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Использование: для неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла. Сущность: заключается в том, что используют две группы одинаково нагретых электродов из одного материала, устанавливают одну группу нагреваемых электродов на контролируемое изделие, а другую па эталонный образец, измеряют разностную термоЭДС, возникающую при контакте первой группы нагреваемых электродов с контролируемым изделием и второй группы нагреваемых электродов с эталоном, о качестве поверхностного слоя судят по ее величине, при этом сначала измеряют температуру контролируемого изделия, используя которую изменяют температуру групп нагреваемых электродов таким образом, чтобы используемая при измерении термоЭДС разностная температура между первой группой нагреваемых электродов и контролируемым изделием, а также между второй группой нагреваемых электродов и эталоном оставалась одинаковой при любых колебаниях температуры контролируемого изделия и эталона, после чего измеряют разностную термоЭДС. Технический результат: устранение влияния температуры контролируемого изделия на величину разностной термоЭДС. 1 ил., 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля физико-химических свойств поверхностных слоев металла контролируемого изделие, подвергнутого термической или химико-термической обработке, а также для выявления областей пластической деформации, предшествующей разрушению, необходимых для выявления остаточного ресурса.

Известен способ неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла (SU 670868 A1, МКП 5 G01N 25/32, опубл. 30.06.1979 г.), выбранный в качестве прототипа, заключающийся в измерении термоЭДС, возникающий при контакте нагреваемых электродов с контролируемым изделием, и сопоставлении с термоЭДС эталонного образца. Используют две группы одинаково нагретых электродов из одного материала, устанавливаемых на обработанную и необработанную поверхность детали, а о качестве поверхностного слоя судят по величине суммарной термоЭДС электродов.

В этом способе контроля в качестве холодного электрода выступает контролируемое изделие. Поэтому если его температура изменяется при разных условиях контроля, например, в первый раз изделие контролируют при положительной температуре внешней окружающей среды, а второй раз - при отрицательной температуре, то при одинаковом качестве поверхностного слоя величина термоЭДС будет различной.

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

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

Поставленная задача решена за счет того, что в термоэлектрическом способе неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла, так же как в прототипе, используют две группы одинаково нагретых электродов из одного материала, устанавливают одну группу нагреваемых электродов на контролируемое изделие, а другую на эталонный образец, измеряют разностную термоЭДС, возникающую при контакте первой группы нагреваемых электродов с контролируемым изделием и второй группы нагреваемых электродов с эталонным образцом, а о качестве поверхностного слоя судят по ее величине.

Согласно изобретению сначала измеряют температуру контролируемого изделия,

используя которую изменяют температуру групп нагреваемых электродов таким образом, чтобы используемая при измерении термоЭДС разностная температура между первой группой нагреваемых электродов и контролируемым изделием, а также между второй группой нагреваемых электродов и эталонным образцом, оставалась одинаковой при любых колебаниях температуры контролируемого изделия и эталона.

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)]:

e=a+2bΔТ+3cΔТ2,

где a, b, c - коэффициенты уравнения;

ΔТ - 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 а1, b1, c1 - коэффициенты уравнения, определяющего термоЭДС контролируемого изделия;

a2, b2, c2 - 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 для осуществления предлагаемого способа.

В таблице 1 приведены значения разностной термоЭДС, измеренные предлагаемым способом, от деформации при различных температурах контролируемого изделия.

В таблице 2 приведены результаты измерения термоЭДС по способу прототипу.

Заявляемый способ осуществлен с помощью устройства для контроля качества поверхностного слоя металла (фиг.1), содержащего последовательно соединенные первую группу нагреваемых электродов 1, эталонный образец 2, контролируемое изделие 3, вторую группу нагреваемых электродов 4. Нагреватель 5 размещен с возможностью воздействия на первую 1 и вторую 4 группы нагреваемых электродов. Входы дифференциального усилителя 6 подключены к первой и второй группам нагреваемых электродов 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 r блоку управления нагревателем 11. Выход блока управления нагревателем 11 подключен к нагревателю 5.

Первая и вторая группы нагреваемых электродов 1 и 4, выполнены из одного материала, например, из 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 способом 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 разной степени пластической деформации на разрывной машине с компьютерным управлением. Для сравнения с результатами, полученными заявляемым способом, величину пластической деформации (абсолютное удлинение) измеряли штангенциркулем.

Контроль пластической деформации был проведен при трех значениях температуры каждого контролируемого изделия 3 и каждого эталонного образца 2, аналогично, как и по способу прототипу.

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 группами нагреваемых электродов 1, 4 и контролируемым изделием 3 и эталонным образцом 2, поддерживалась одинаковой. Нагреватель 5 воздействовал на группы нагреваемых электродов 1 и 4. Длительность воздействия контролировали микроконтроллером 8, и как только температура групп 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 первой группой нагреваемых электродов 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 второй группой нагреваемых электродов 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 приведены в таблице 1, из которой видно, что использование заявляемого способа позволяет однозначно определить одинаковую величину пластической деформации поверхностного слоя металла (0,6 мм, 1,9 мм, 3,5 мм) при изменении температуры контролируемого изделия.

Для сравнения в таблице 2 приведены результаты измерения термоЭДС по способу прототипу. 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 изменяется величина термоЭДС, в результате этого делается вывод о разной степени пластической деформации поверхностного слоя, что не соответствует действительности.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет устранить влияние сезонных или других колебаний температуры контролируемого изделия и эталонного образца на величину разностной термоЭДС.

Таблица 1
Деформация, мм Дифференциальная термоЭДС, мВ
Сталь 12Х18Н10Т Сталь 0,8ПС-5 Сталь 3
Температура Температура Температура
-25°C 0°C +25°C -25°C 0°C +25°C -25°C 0°C +25°C
0 0±0,5 0±0,5 0±0,5 0±0,5 0±0,5 0±0,5 0±0,5 0±0,5 0±0,5
0,6 2±0,5 2±0,5 2±0,5 2±0,5 2±0,5 2±0,5 3±0,5 3±0,5 3±0,5
1,9 3±0,5 3±0,5 3±0,5 5±0,5 5±0,5 5±0,5 5±0,5 5±0,5 5±0,5
3,5 6±0,5 6±0,5 6±0,5 7±0,5 7±0,5 7±0,5 9±0,5 9±0,5 9±0,5
Таблица 2
Температура, °С Дифференциальная термоЭДС, мВ
-25 21±0,5
0 15±0,5
+25 9±0,5

Термоэлектрический способ неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла, заключающийся в том, что используют две группы одинаково нагретых электродов из одного материала, устанавливают одну группу нагреваемых электродов на контролируемое изделие, а другую - на эталонный образец, измеряют разностную термоЭДС, возникающую при контакте первой группы нагреваемых электродов с контролируемым изделием и второй группы нагреваемых электродов с эталоном, о качестве поверхностного слоя судят по ее величине, отличающийся тем, что сначала измеряют температуру контролируемого изделия, используя которую изменяют температуру групп нагреваемых электродов таким образом, чтобы используемая при измерении термоЭДС разностная температура между первой группой нагреваемых электродов и контролируемым изделием, а также между второй группой нагреваемых электродов и эталоном, оставалась одинаковой при любых колебаниях температуры контролируемого изделия и эталона, после чего измеряют разностную термоЭДС.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области управления промышленной безопасностью и технической диагностики, в частности к контролю напряженно-деформированного состояния таких объектов, как сосуды, аппараты, печи, строительные конструкции, трубопроводы, находящихся под действием механических и/или термомеханических нагрузок, с использованием анализа распределения температурных полей на поверхности объекта и связанного с ними распределения механических напряжений.
Изобретение относится к области исследования качества деталей с гальваническими покрытиями, в частности к оценке степени газосодержания поверхностей деталей с защитными гальваническими покрытиями.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций, например зданий и сооружений, по сопротивлению теплопередаче.

Изобретение относится к неразрушающему тепловому контролю и может быть использовано для контроля состояния протяженных железобетонных изделий, имеющих основную металлическую продольную несущую арматуру (например: опоры линий электропередач, балки, сваи, трубы и т.п.), применяемых в различных отраслях хозяйства в процессе производства, строительства и эксплуатации.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля технического состояния токоведущих частей электрооборудования, находящихся под токовой нагрузкой.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к тепловым измерениям и измерениям расхода углероводородных горючих и теплоносителей. .

Изобретение относится к неразрушающему контролю (дефектоскопии) и может быть использовано для контроля качества сварочных соединений. .

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежностей конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ включает силовое воздействие на поверхность конструкции и регистрацию обусловленных им изменений. До приложения нагрузок измеряют начальную температуру контролируемой конструкции. В процессе проведения контроля измеряют температуру воздуха вблизи наружной поверхности контролируемой конструкции. Силовое воздействие на поверхность конструкции осуществляют путем воздействия на исследуемую конструкцию возрастающей статической нагрузкой Р. В процессе приложения динамической нагрузки непрерывно осуществляют регистрацию температурного поля Т. Анализ температурного поля с заданным периодом изменения нагрузки проводят непрерывно. По результатам анализа формируют информационный сигнал для обнаружения участков пониженной прочности или обнаружения дефектов. По анализу температурного поля определяют наличие внутренних остаточных напряжений исследуемой конструкции и наличие в ней внутренних дефектов. Представлено устройство для осуществления способа. Технический результат: повышение достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния конструкций и их элементов из ПКМ. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 17 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для контроля скрытых дефектов. Согласно заявленному способу активного одностороннего теплового контроля скрытых дефектов в твердых телах нагревают одну из поверхностей объекта контроля в течение фиксированного времени оптическим излучением источника нагрева и регистрируют нестационарное температурное поле этой поверхности в виде последовательности термограмм. После окончания нагрева остаточное излучение нагревателя перекрывают для устранения отраженного излучения. Также дополнительно перекрывают излучение нагрева при регистрации опорной термограммы в начале нагрева. Скрытые дефекты обнаруживают по отношению двух термограмм, которые выбирают из зарегистрированной последовательности термограмм. Технический результат: повышение достоверности обнаружения дефектов. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций. Устройство для определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции включает датчики температуры и теплового потока и тепловизионное устройство. Согласно изобретению включены счетчик времени измерения, блоки вычисления сопротивления теплопередачи, блок вычисления изменения сопротивления теплопередачи, блок сравнения изменения сопротивления теплопередачи и максимального изменения сопротивления теплопередачи, блок присвоения сопротивления теплопередачи, счетчик периодов времени и блок вычисления приведенного сопротивления теплопередачи. Технический результат - повышение точности результатов исследования. 1 з.п. ф-лы, 14 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при диагностике неразъемных соединений, в частности для контроля качества паяных соединений камер сгорания и сопел жидкостных ракетных двигателей. Способ контроля качества неразъемных соединений заключается в том, что первоначально на минимальном удалении от бездефектного участка неразъемного соединения размещают устройство нагрева и вихретоковый преобразователь. Включают нагрев и фиксируют показания вихретокового преобразователя. Затем переставляют устройство нагрева и вихретоковый преобразователь на контролируемый участок неразъемного соединения. Положения нагревательного устройства и вихретокового преобразователя относительно паяного соединения должны быть идентичны их положениям относительно бездефектного участка. Включают нагрев и фиксируют показания вихретокового преобразователя. После чего производят сравнение показаний вихретокового преобразователя, полученных на бездефектном участке и на контролируемом участке, и по разности показателей судят о качестве неразъемного соединения. Технический результат - повышение точности диагностирования качества паяных соединений изделий. 1 ил.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов. Заявленный способ включает нагрев наружной поверхности обтекателя за счет пропускания электрического тока через эквидистантный этой поверхности нагреватель в виде токопроводящей тонкостенной оболочки переменной толщины по высоте, контактирующей с ограничителем из теплоизоляционного материала, также эквидистантным наружной поверхности обтекателя, и измерение температуры. Токопроводящая тонкостенная оболочка расположена к наружной поверхности обтекателя с зазором, в который нагнетают инертный газ под давлением, а ограничитель из теплоизоляционного материала выполнен пористым. Технический результат - расширение температурного диапазона воспроизведения теплового поля на наружной поверхности обтекателей из неметаллических материалов при наземной отработке конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к способам теплового контроля герметичности и может быть использовано для контроля герметичности крупногабаритных сосудов, например котлов железнодорожных цистерн. Сущность: непрерывно подают в сосуд водяной пар (рабочее тело), поддерживая постоянство уровней внутреннего давления и температуры рабочего тела. Сканируют поверхность сосуда с регистрацией температурного контраста теплочувствительным устройством. Причем ось визирования теплочувствительного устройства устанавливают наклонно к контролируемой поверхности. Рассчитывают изменение температуры в зависимости от установленного допустимого размера течи. Сравнивают значения изменений измеренной температуры контролируемой поверхности с расчетным значением изменения температуры. При превышении расчетного значения температуры над измеренным значением судят о наличии дефекта и его местоположении на поверхности. Технический результат: повышение достоверности обнаружения течи. 2 ил.
Изобретение относится к пищевой и мукомольно-элеваторной промышленности и используется для оценки степени повреждения швов наружного силоса элеватора из сборного железобетона. Согласно заявленному способу устанавливают тепловизионное устройство с чувствительностью ±0,1°С и длиной волны 2-12 мкм на расстоянии 1-100 м от поверхности элеватора под углом не более 20° при положительной температуре наружного воздуха и разности температур внутри и снаружи силоса не менее 4°С. Далее осуществляют тепловизионную съемку наружной поверхности силосного корпуса. Затем результаты тепловизионной съемки обрабатывают на компьютере и получают термографический отчет, по которому устанавливают максимальную и минимальную температуру на поверхности наружных стен силосного корпуса элеватора и вычисляют разность указанных температур. Устанавливают место и степень повреждения швов наружного силоса элеватора по приведенной методике. Технический результат: повышение точности и информативности получаемой информации о дефектах швов наружного силоса элеватора из сборного железобетона.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для определения теплового сопротивления и теплопроводности строительных конструкций. Согласно заявленному способу определения теплопроводности и теплового сопротивления строительной конструкции на сторонах строительной конструкции 1 устанавливают теплоизолированные нагревательные элементы 2, 3. С помощью нагревательных узлов 8, 9 и систем термостабилизации 10, 11 стороны конструкции 1 термостатируются при температурах Т1 и Т2 в течение времени τ. Время τ определяется по формуле τ=4·105·h2, где h - толщина конструкции 1. По истечении времени τ датчиками теплового потока 6 и 7 измеряют тепловые потоки q1 и q2 через строительную конструкцию. Далее определяют теплопроводность λ материала конструкции по формуле λ = ( q 1 + q 2 ) ⋅ h 2 ⋅ ( T 1 − T 2 )                             ( 1 ) , а тепловое сопротивление R - по формуле R = 2 ⋅ ( T 1 − T 2 ) q 1 + q 2                             ( 2 ) . Технический результат - повышение точности данных исследований. 5 ил.
Изобретение относится к области стендовых тепловых испытаний и может быть использовано для диагностики характеристик термопрочности и термостойкости эксплуатируемых металлов. Сущность предложенного изобретения заключается в том, что способ тепловых испытаний материалов и изделий включает размещение и регулировку положения нагревателей относительно поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения поверхностей объекта по результатам контроля температурными датчиками параметров теплового воздействия осуществляют управление ими. Согласно изобретению нагреватели размещают набором отдельных модулей относительно облучаемых поверхностей объекта до их облучения, а в процессе облучения параметрами теплового воздействия их положение регулируют как индивидуально, так и взаимным расположением отдельных модулей. При этом осуществляют контролируемые и управляемые воздействия силовыми и динамическими нагрузками, а также воздействие окислительной средой на облучаемые поверхности объекта. Технический результат - повышение достоверности результатов диагностики. 3 з.п. ф-лы.

Заявленное изобретение относится к космической технике и может быть использовано для контроля теплообмена космического аппарата. Указанное устройство выполнено из сборок, в каждой из которых чувствительный элемент размещен на электроизолирующей подложке. Указанные сборки выполнены в виде установленных в параллельных плоскостях напротив друг друга n панелей (где: n>=2), скрепленных между собой и закрепленных посредством нитей в рамке-каркасе. В каждой панели чувствительный элемент прикреплен с тепловым контактом к тонкостенной пластине. Панели установлены с зазором между соседними панелями с помощью точечных контактов. Также заявлен способ измерения плотности падающих тепловых потоков при наземных тепловакуумных испытаниях космических аппаратов, основанный на измерении значений температур на тепловых приемниках, в котором производят непрерывное измерение по времени температуры Тл и Тт для расположенных в параллельных плоскостях лицевой и тыльной тонкостенных панелей. Определяют значения градиентов для Тл и Тт и фиксируют квазистационарное тепловое состояние устройства. При достижении значений градиентов ∂T/∂τ≤1°/ч фиксируют конечные значения температуры, с учетом которых определяют плотности падающих тепловых потоков. Технический результат - повышение точности данных испытаний. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх