Устройство маятниковое для микромеханических испытаний

Заявляемое решение относится к области определения физико-механических характеристик материалов, в частности к устройствам для микромеханических испытаний коррозионностойких материалов.

Устройство содержит основание, несущее маятниковый узел, содержащий установленный на поворотной оси маятник с индентором и средство регулирования длины маятника. Снабжено узлом крепления к изделию, маятниковый узел установлен на платформе основания с возможностью перемещения индентора относительно исследуемой поверхности изделия. В том числе маятниковый узел может быть дополнительно снабжен нагружающим узлом, расположенным по отношению к индентору оппозитно.

Для удобства работы устройства длина стержня должна быть меньше длины маятника для исключения соударения стержня или груза о платформу. Но устройство может быть также снабжено упором (например, пружинным) для плавного останова стержня при его качательных движениях относительно нижнего вертикального положения.

Техническим результатом заявляемого решения является обеспечение возможности применения для вертикально расположенных (и расположенных под углом) изделий.

Заявляемое решение относится к области определения физико-механических характеристик материалов, в частности к устройствам для микромеханических испытаний коррозионностойких материалов.

Уровень развития техники известен из решения [Патент РФ на изобретение 2147737 «Устройство для испытания материалов», опубликован в Бюл. 11, 2000 г.], где устройство маятникового типа содержит горизонтальный предметный столик для размещения исследуемого образца и маятниковый узел, смонтированный на вертикальных стойках (кронштейнах). Стойки и столик смонтированы на основании. Маятниковый узел смонтирован на основании и содержит установленный на поворотной оси маятник, смонтированный в нем индентор, механизм изменения длины маятника (вылета индентора) и установленный на маятнике сменный груз.

Недостатком решения является невозможность его применения для испытания вертикально расположенных образцов. Иначе говоря, решение применимо лишь в случаях, когда из изделия можно вырезать образец, доставить его к устройству для испытания, расположить образец горизонтально в устройстве. Если это не так, то применение устройства исключено. Например, если образец нельзя вырезать из изделия и, тем более, если изделие расположено вертикально (в указанном решении энергия движения маятника и воздействия индентора на материал образца обеспечивается за счет кинетической энергии маятника, зависящей, в том числе, от величины угла отклонения маятника от вертикального нижнего положения).

Техническим результатом заявляемого решения является обеспечение возможности применения для вертикально расположенных (и расположенных под углом) изделий.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство снабжено узлом крепления к изделию, маятниковый узел установлен на платформе основания с возможностью перемещения индентора относительно исследуемой поверхности изделия, а также маятниковый узел устройства дополнительно снабжен нагружающим узлом, расположенным по отношению к индентору оппозитно.

Таким образом, заявляемое решение, как и прототип, содержит основание, несущее маятниковый узел, содержащий установленный на поворотной оси маятник с индентором и средство регулирования длины маятника.

Однако заявляемое решение отличается от прототипа тем, что

- снабжено узлом крепления к изделию,

- маятниковый узел установлен на платформе основания с возможностью перемещения индентора относительно исследуемой поверхности изделия,

- маятниковый узел дополнительно снабжен нагружающим узлом, расположенным по отношению к индентору оппозитно.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства, на фиг.2 - вид А, показанный на фиг.1, на фиг.3 - схема устройства с дополнительным нагружающим узлом.

Устройство устанавливается на наклонно расположенное или вертикальное исследуемое изделие 1. Устройство для этого оснащено узлом крепления 2, например, крепежными планками 3 (сменными), взаимодействующими с основанием 4 устройства и монтируемыми на изделии 1 с помощью резьбовых (сварных, клеевых и т.д.) соединений. На основании 4 устройства смонтирована платформа 5, имеющая возможность перемещений П1 и П2 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно основания 4 и, следовательно, относительно изделия 1. Обеспечение перемещений П1 и П2 и отсчет их величины производится, например, микромеханическими механизмами 6 и 7. На платформе 5 смонтирован маятниковый узел. Он содержит кронштейны (стойки) 8, установленную в кронштейнах поворотную ось 9 и маятник 10. Маятник несет индентор 11 с механизмом (регулятором) 12 изменения длины R маятника. На маятнике установлен сменный груз 13. Для обеспечения возможности взаимодействия индентора 11 с изделием 1 с возможностью заглубления индентора в материал изделия на некоторую глубину h в платформе 5 и основании 4 выполнена прорезь 14 соответствующих размеров. Для обеспечения устойчивого положения и правильного позиционирования устройство может быть снабжено регулируемыми упорами 15.

Работа устройства состоит в следующем. Устройство закрепляют на изделии 1 узлом крепления 2 в вертикальном (как показано на фиг.1) положении (или ином положении, например, наклонном, горизонтальном). Узел крепления 2 может быть различным. Например, на изделии 1 закрепляют (сваркой, резьбовым соединением и т.д.) съемные планки 3 устройства. На планках 3 монтируют основание 1 устройства. Упорами 15 позиционируют (выставляют) основание в необходимое положение. Регулятором 12 длины R маятника настраивают длину R так, чтобы индентор касался (т.е. чтобы глубина h заглубления индентора в материал изделия равнялась нулю) изделия. Затем маятник 10 отводят в исходное положение (по часовой стрелке по фиг.1), например, в вертикальное положение или на некоторый угол от вертикали. Регулятором 12 задают требуемую глубину h заглубления индентора. Закрепляют на маятнике груз 13 (массу груза выбирают пропорционально усилию взаимодействия индентора с изделием, иначе: чем больше глубина h, тем больше масса груза, тем больше кинетическая энергия взаимодействия индентора с изделием). Отпускают маятник, т.е. дают возможность маятнику совершить рабочее движение (по стрелке B1 на фиг.1). При этом рабочем ходе индентор производит нагружение изделия (микроразрушение или деформацию поверхностного слоя материала изделия). Результаты этого нагружения могут быть исследованы оптически (устройство может содержать откидное оптическое средство, может быть использовано переносное оптическое измерительное средство типа лупы Бринелля и т.д.), с помощью метода акустической эмиссии (устройство может быть оснащено датчиками и системой контроля сигналов акустической эмиссии) и т.д.

Для проведения повторного (дополнительного, следующего и т.д.) исследования без съема устройства с изделия механизмом 7 (влево или вправо по фиг.1) или механизмом 6 (вниз или вверх по фиг.1) может быть произведено смещение платформы (и соответственно индентора относительно следа ранее выполненного нагружения) в направлениях III либо П2 (или П1 и П2). Затем индентор вновь устанавливают в исходное положение (с тем же или иным углом ) и запускают в рабочее перемещение B1 (с той же или иной глубиной h, с той же или иной массой груза). Вновь исследуют (измеряют, регистрируют) результаты нагружения изделия, сравнивают их с результатами предшествующего нагружения. И так далее.

Для проведения повторного (дополнительного, следующего и т.д.) на другом участке поверхности изделия необходимо осуществить демонтаж устройства и установить его вновь на новом участке изделия. Для демонтажа устройства основание 5 извлекают из узла крепления 2 (с демонтажем планок 3 или оставляя планки 3 на месте для возможности проведения повторных исследований на этом же участке поверхности изделия), на новом участке поверхности изделия вновь закрепляют планки (эти же демонтированные с прежнего места или новые сменные планки), в них закрепляют основание 5 и все повторяют.

Описанное выше устройство и принцип его работы доказывают достижение технического результата.

Достижение технического результата может быть затруднено в случае, когда кинетической энергии движения маятника может оказаться недостаточно для осуществления желаемых условий взаимодействия индентора с изделием. Например, при большей глубине внедрения h индентора в материал изделия (например, в продукты коррозии на поверхности опоры шельфовой буровой вышки) из-за ограниченной длины маятника массы груза 13 может оказаться недостаточно для создания требуемого запаса кинетической энергии.

В этом случае маятниковый узел 2 дополнительно снабжен нагружающим узлом, расположенным по отношению к индентору оппозитно. Такой нагружающий узел, например, может содержать стержень 16, располагаемый вместе с дополнительным грузом 17 в верхнем правом исходном положении (в первом квандранте) оппозитно по отношению к индентору. Стержень 16 может быть закреплен на поворотной оси 9 или на маятнике 10. Стержень 16 и маятник 10 могут лежать на одной прямой линии (как показано на фиг.3) либо на ломанной линии.

Работа такого устройства во многом подобна работе устройства, описанного выше. Разница лишь в том, что рабочее движение Bi индентора осуществляется в ином направлении (по часовой стрелке по фиг.3), чем для случая, представленного на фиг.1 (рабочее движение против часовой стрелки). Подбирают необходимую массу дополнительного груза 17 (при необходимости задействуют также груз 13), настраивают глубину h внедрения индентора, запускают рабочее движение B1, осуществляется воздействие индентора на изделие, анализируют результаты воздействия.

Для удобства работы устройства длина стержня 16 должна быть меньше длины маятника для исключения соударения стержня (или груза 17) о платформу 5). Но устройство может быть также снабжено упором 18 (например, пружинным) для плавного останова стержня 16 при его качательных движениях относительно нижнего вертикального положения.

1. Устройство маятниковое для микромеханических испытаний, содержащее основание, маятниковый узел, включающий в себя установленный на поворотной оси маятник с индентором и средство регулирования длины маятника, отличающийся тем, что снабжен узлом крепления к изделию, в частности крепежными планками, маятниковый узел установлен на платформе основания с возможностью перемещения индентора относительно исследуемой поверхности изделия.

2. Устройство маятниковое для микромеханических испытаний по п.1, отличающееся тем, что маятниковый узел дополнительно снабжен нагружающим узлом, расположенным по отношению к индентору оппозитно, в частности, снабжен стержнем с грузом, причем стержень закреплен на маятнике или поворотной оси.