- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
- •1. Макроэксперимент
- •2. Классификация экспериментальных методов
- •6. Машины с гидромеханическим приводом
- •1. Особенности испытаний при динамическом нагружении
- •3. Маятниковые, ротационные и вертикальные копры
- •ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ
- •1. Особенности испытаний на усталость
- •3. Машины с инерционными возбудителями
- •4. Машины с гидравлическими преобразователями
- •5. Установки с пневматическими преобразователями
- •7. Установки с электродинамическими преобразователями
- •1. Методы измерений
- •3. Поляризационно-оптические методы
- •5. Метод хрупких покрытий
- •6. Метод гальванических покрытий
- •7. Метод сеток
- •9. Метод муаровых полос
- •10. Метод голографической интерферометрии
- •1. Тензометры
- •2. Тензорезисторы сопротивления
- •3. Тензорезисторные преобразователи механических величин
- •Глава VIII. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ
- •1. Автоматизация измерений
- •2. Автоматизация управления установками
- •4. Измерение температуры
- •1. Планирование эксперимента
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
честве наклеиваемых хрупких покрытий применяются оксидные покрытия, нанесенные на алюминиевую фольгу, которая с помо щью циакринового или эпоксидного клея присоединяется к иссле дуемому участку детали.
Выбор конкретного типа хрупкого покрытия для оценки напря женно-деформированного состояния элемента конструкции или де тали зависит от их габаритных размеров, температуры испытаний, характера нагружения, а также уровня действующих нагрузок и предельных деформаций, развиваемых в материале основы. Если испытания проводятся при температурах ниже 323 К, можно исполь зовать любые покрытия; при температурах до 473 К следует приме нять оксидные и эмалевые покрытия, а при более высоких — только эмалевые. При умеренных низких (до 271 К) температурах работо способность сохраняют покрытия на канифольной основе; при весь ма низких климатических температурах до 223 К наиболее подходя щими для использования являются наклеиваемые оксидные покрытия^
Метод хрупких покрытий в последнее время находит все боль шее распространение благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими методами исследования напряженно-деформированного состояния моделей и натурных конструкций. Прежде всего он не требует сложного приборного обеспечения измерений и отличается простотой обработки первичных экспериментальных данных. Этот метод характеризуется наглядностью получаемой для большой пло щади детали информации о полях деформаций и возможностью ее непосредственного учета при визуальном наблюдении. И наконец, с использованием метода хрупких покрытий можно исследовать объекты практически любой геометрической формы при различных режимах нагружения в достаточно широком интервале температур (223—623 К) в условиях существенно неоднородного напряженного состояния при минимальных значениях измеряемых деформаций до 1 10~4 мм/мм.
6. Метод гальванических покрытий
Метод гальванических покрытий — это единственный метод, пред назначенный для качественной оценки степени поврежденности металла в различных зонах неоднородно напряженной детали при ес циклическом нагружении. Принцип определения наиболее напряжен ных зон в деталях при их повторном деформировании базируется на экспериментально установленном факте образования на поверх ности медных гальванических покрытий темных пятен после длитель ного нагружения. Если такое покрытие нанести на деталь, работаю щую на усталость, то наибольшее потемнение покрытия будет соот ветствовать тем участкам, в которых накопление повреждений происхо дит наиболее интенсивно и которые являются очагом разрушения дета ли. Размер и цветовая интенсивность пятен увеличиваются с увеличе нием числа циклов нагружения и с ростом амплитуды напряжений. Причем в начальный момент действия нагрузки в покрытии наблю дается появление ограниченного количества очень слабых пятен.
В процессе наработки наряду с изменением их размеров и цветовой интенсивности происходит образование и развитие новых пятен. Поэтому при определенном навыке по картине пятен и характеру их изменения можно приближенно оценивать степень поврежденпости детали, наработанный ресурс и определять возможные зоны раз рушения. Толщина покрытия не превышает 10 мкм, поэтому его де формация соответствует деформации объекта исследования, а не большие изменения толщины покрытия практически не влияют на результаты испытаний.
Появление темных пятен связано с изменениями в структуре топ ких медных пленок, полученных гальваническим способом. Пятна образуются не в результате изменения механического состояния гальванического покрытия, а обусловлены рекристаллизацией и окислением [19]. Предполагается, что между мелкими зернами по крытия содержится небольшое количество электролита, который используется для получения покрытия. Электролит при цикличе ском нагружении в результате рекристаллизации и роста зерен вы тесняется на их свободную поверхность. Оксидная пленка на поверх ности слоя очень чувствительна к кислоте, и поэтому в результате коррозионной усталости возникают темные пятна. Их размер за висит от режима термической обработки после образования покры тия, температуры электролита и его состава; на размер пятен влияет режим нагружения, продолжительность испытаний и уровень дей ствующих нагрузок. Если известно число циклов нагружения, то минимальные напряжения, соответствующие появлению пятен, оп ределяются модулем упругости материала исследуемого элемента конструкции, химическим составом электролита и технологией его нанесения.
При использовании метода гальванических покрытий необхо димо предварительно провести тарировочные испытания, по резу льтатам которых устанавливается зависимость для применяемого электролита между размером пятен, их цветовой интенсивностью, действующими напряжениями (деформациями) и числом циклов нагружения.
Медное гальваническое покрытие наносится непосредственно на исследуемый объект в гальванических ваннах или к этому объек ту крепятся датчики, изготовленные из медной гальванической фоль ги. В первом случае в процессе циклического нагружения картина пятен формируется по всей поверхности объекта и можно оценивать его напряженность в целом, во втором — полученная с помощью датчика информация характеризует состояние материала объекта только в зоне закрепления датчика.
Для получения высококачественного гальванического покрытия необходимо специально подготавливать поверхность деталей. Вна чале она шлифуется, затем после обработки в слабом растворе кис лоты и обезжиривания углекислым кальцием ее предварительно покрывают в щелочной ванне медью. Основной слой меди наносится в кислой ванне. Электрическая схема устройства для нанесения галь ванического покрытия показана на рис. 67 [19]. Для нанесения пер-
вого слоя покрытия в щелочной панне используется такой состав электролита: CuCN — 23 г, NaCN — 30 г, 1Ма2С03 — 10 г, дистил лированная вода — 1000 мл; плотность тока в ванне 6 А/м2, темпе
ратура |
303 К, время нанесения покрытия 20 мин. Второй слой по |
|||
крытия |
наносится в таком электролите: CuS04 |
5Ы20 — 250 г, |
||
H2S 04 — 80 г, дистиллированная |
вода — 1000 |
мл; |
плотность тока |
|
в ванне |
300 А/м2, напряжение 0,5 |
В, время |
нанесения покрытия |
15 мин. Питание в электрической схеме гальванического устройства осуществляется от источника постоянного тока Б. С помощью рео стата R регулируется напряжение в ванне, в которой в электролите
размещены |
анодная медная пластинка 1 и катод — деталь 2, |
на ко |
|||||
торую |
наносится |
гальваническое по |
|
|
|
||
крытие. |
|
|
деталей с |
нанесен |
|
|
|
Срок хранения |
|
|
|
||||
ным гальваническим покрытием не вли |
|
|
|
||||
яет на |
их |
свойства и чувствительность. |
|
|
|
||
Если |
по |
технологическим |
причинам |
|
|
|
|
на объект исследования покрытие нане |
Рис. 67. Электрическая |
схема |
|||||
сти нельзя, то можно использовать, как |
|||||||
уже отмечалось, датчики из электроли |
устройства для |
напесештн |
|||||
гальванического покрытия. |
|||||||
тической фольги, |
которую |
получают |
на поверхность |
пластинки |
|||
нанесением |
гальванического |
покрытия |
из нержавеющей стали, сила сцепления которой с покрытием не велика. После получения такого покрытия его снимают с пластинки и используют для изготовления датчиков. Датчики из медной галь
ванической |
фольги |
не требуют температурной компенсации, |
они |
|||
не имеют соединительных |
проводов и удобны для применения в тех |
|||||
случаях, когда необходимо определять |
напряжения в труднодоступ |
|||||
ных местах |
циклически иагружаемого |
объекта. |
Чувствительность |
|||
гальванических датчиков |
не зависит от их размеров. |
эле |
||||
Способ |
оценки |
напряженно-деформированного |
состояния |
ментов конструкций с помощью гальванических покрытый практи
чески реализуется следующим образом. |
На тарировочный образец |
и исследуемый объект по одинаковой |
технологии наносится мед |
ное гальваническое покрытие с одинаковыми свойствами. Тарировочные образцы подвергаются циклическому нагружению, в про цессе которого их фотографируют.
Полученные эталоны-фотографии содержат информацию об из менении состояния темных пятен на поверхности покрытия в зави симости от действующих напряжений для заданного числа циклов нагружения при таких же режимах испытаний на усталость, кото рые характерны для объекта исследования. Визуально сравнивая в процессе испытаний объекта фотографии состояния темных пятен для его исследуемых участков с эталонами, можно с определенным приближением определить действующие на этих участках напряже ния для фиксированного числа циклов.
Повышение точности измерений, которая является недостаточной при визуальном сравнении, достигается благодаря использованию приборных схем с фотоэлементами.