Установка типа ИМАШ-8 » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Установка типа ИМАШ-8

15.05.2021

При изучении кинетики процесса деформирования металлов и сплавов в широком интервале температур и скоростей растяжения представляет большой научный и практический интерес одновременное исследование происходящих изменений микроструктуры материала и рентгенографическое определение величины образующихся в течение опыта искажений кристаллической решетки.

Наблюдение методами микроструктурного анализа за процессами, предшествующими деформации, неосуществимо, так как накапливание внутренних напряжений, полигонизация и т. п. явления, приводящие в дальнейшем к проявлению сдвигов и перемещений, оказывающихся на образовании микрорельефа, возникающего на поверхности образца, не могут быть выявлены оптическими методами. Для исследования этих явлений следует считать целесообразным применение рентгеноструктурного анализа, позволяющего осуществлять прецизионное измерение периода решетки и оценку микронапряжений. При использовании стандартных рентгеновских трубок (т. е. при применении диафрагмирования) необходима длительная экспозиция при съемке, продолжающаяся до нескольких часов. Острофокусные рентгеновские трубки, позволяющие резко сокращать время выдержки при съемке, до последних лет не выпускались отечественной промышленностью.

Таким образом, для решения поставленной задачи в части осуществления одновременного микро- и рентгеноструктурного анализов при испытании образцов металлов и сплавов на растяжение и нагреве в широком интервале температур в вакууме необходимо было разработать и освоить изготовление новых типов острофокусных отпаянных рентгеновских трубок, а также создать специальную установку, позволяющую выполнять указанные выше эксперименты.

В работах сообщается об успешном завершении разработки серии новых острофокусных рентгеновских трубок с различными анодами. Производство таких трубок осваивается промышленным производством, что обеспечивает возможность широкого применения скоростного рентгенографирования.

Созданная автором и М.Б. Гутерманом в 1957 г. установка ИМАШ-8, позволяющая проводить одновременно микро- и рентгеноструктурное исследования и измерять деформацию образцов при нагреве и нагружении в вакууме, была в дальнейшем модернизирована На этой установке проведена отработка методики экспериментирования при микроструктурном исследовании подвергаемых нагреву и растяжению образцов с одновременным измерением их деформации и выполнением обратной рентгеновской съемки по Заксу при помощи острофокусных трубок новой конструкции.

Устройство отпаянных острофокусных рентгеновских трубок. На рис. 69, а приведен разрез одной из конструкций отпаянной рентгеновской трубки с острым фокусом. Трубка имеет полый выносной анод с бериллиевым окном для выхода рентгеновых лучей Получение острого фокуса достигается применением специальных электродов, имеющих форму конуса с углом при вершине 135е, обеспечивающих получение параллельного пучка электронов, и дополнительной фокусировкой электромагнитным полем катушки, питаемой постоянным током и установленной у основания полого анода

На рис. 69, б показан (внешний вид острофокусной рентгеновской трубки с укрепленной на ней электромагнитной фокусирующей линзой. Диаметр фокусного пятна данной трубки составляет около 80 мк при силе тока порядка 0,7 а.

Следует отметить, что изменение силы тока в катушке на ± (0,01/0,02) а значительно сказывается на размере фокусного пятна. По этому источник постоянного тока, питающий электромагнитную линзу, а также напряжение в цепи анода должны быть стабилизированы.

К недостаткам трубок с магнитной фокусировкой следует отнести невозможность повышения остроты фокуса без существенного увеличения числа ампервитков катушки электромагнитной линзы. Однако при этом возрастают ее размеры, что создает неудобства для съемки рентгенограмм, так как возле бераиллиевого окна трудно расположить кассеты с пленкой.

Указанные недостатки отсутствуют в отпаянной острофокусной трубке типа БСВ-5, схема устройства которой показана на рис. 70. Получение острого фокуса эллиптической формы (минимальный размер фокального пятна ~50 мк) в данной трубке достигается в результате электростатической фокусировки и подачи смещения, задаваемого переменным сопротивлением, включенным в цепь катода.

Описанные острофокусные рентгеновские трубки работают при анодном напряжении 40 кв. Анодный ток трубок с электромагнитной фокусировкой, снабженных медным и железным зеркалами, составляет до 200 мка; у трубок БСВ-5 с электростатической фокусировкой и водяным охлаждением анода, снабженных, например, кобальтовым зеркалом, предельное значение анодного тока равно 200 мка, а при молибденовом зеркале 700 мка.

Более мощными, а следовательно, позволяющими осуществлять рентгеновскую съемку за более короткое время, являются трубки типа БСВ-7. На рис. 71 приведены схемы устройства и внешний вид такой трубки, работающей так же, как и острофокусные трубки описанных выше моделей при напряжении 40 кв. Анодный ток трубок БСВ-7, например, с медным анодом, составляет около 2,5—3 ма, а трубок с железным, никелевым и кобальтовым излучениями — около 0,6 ма (600 мка).
Установка типа ИМАШ-8

Съемка рентгенограмм на рентгеновскую пленку марки «XX» на трубках БСВ-7, например, с образца никеля при расстоянии пленка — образец, равном 92 мм, и пленка — фокус трубки, составляющем 30 мм, при излучении Ка-Cu занимала около 2,5 мин., а при излучении Kа-Fe около 12 мин. При использовании для съемки рентгеновской пленки марки PT-1 продолжительность экспозиции сокращалась соответственно до 1 и 5 мин.

Следует отметить, что при применении водяного охлаждения анода трубок БСВ-5, работающих при заземленном катоде, необходимо изготовлять водяное сопротивление, чтобы предотвратить утечку тока в анодной цепи. Такое сопротивление выполнено в установке ИМАШ-8 в виде цилиндрической биспиральной обмотки из хлорвиниловой трубки с внутренним диаметром 4 мм. Эта обмотка находится на эбонитовом цилиндре диаметром 80 мм, длиной 400 мм. Длина каждой трубки в ветви системы охлаждения составляет около 10 м. Давление воды, подводимой для охлаждения анода, поддерживается равным 1 атм.

Съемка рентгенограмм на установке ИМАШ-8 показала, что когда образец, трубка и кассета неподвижны во время опыта, сплошные линии на рентгенограммах, необходимые для последующего изучения степени их уширения, могут быть получены только при очень мелкозернистом строении материала (при поперечнике зерен менее 0,01 мм). Однако для изучения процессов деформации при увеличениях, составляющих около 200 раз, обеспечиваемых микроскопом МВТ, желательно иметь в образцах крупные зерна, поперечник которых порядка 0,2—0,4 мм.

При съемке рентгенограмм с крупнозернистых образцов вместо сплошной линии получается «точечная», образуемая отдельными рефлексами. Для устранения этого нежелательного явления при съемке крупнокристаллических образцов необходимо, чтобы образец перемещался (качался или вращался) относительно неподвижных трубки и кассеты (что в нашем случае было технически сложно выполнить при размещении образца в вакууме и его одновременном нагреве и растяжении), или, что принципиально то же самое, чтобы трубка и кассета казались вокруг оси рентгеновского пучка. Последнее и осуществлено в установке ИМАШ-8.

На рис. 72 показана рентгенограмма образца технического железа с 0,03% С (средний поперечник зерен около 0,1 мм). Рентгенограмма снята при неподвижных трубке с кобальтовым излучением и кассете.

Для сравнения на рис. 72, б приведена рентгенограмма, снятая с того же образца, но при «качании» трубки с кассетой на угол около 60° с частотой около 4 цикл/мин. Вследствие «качания» резко изменился характер рентгенограммы: вместо точечных рефлексов от отдельных зерен на пленке образовались четкие сплошные линии дублета a1 и а2.

Устройство установки типа ИМАШ-8. Принципиальная схема рабочей камеры установки ИМАШ-8, снабженной устройством для автоматического качания рентгеновской трубки и кассеты, а также механизмом нагружения образца в вакууме показана на рис. 73.

Верхний конец образца закреплен в стальной стойке на шпильке 3. Нижний конец образца входит в прорезь тяги 4 и укреплен на шпильке 5. Стойка 2 на резьбе жестко соединена со стальным корпусом 6 вакуумной камеры.

Тяга 4 проходит через подвижное вакуумное уплотнение в корпусе 6, выполненное из сильфона 7, верх которого припаян к тяге 4, а низ — к фланцу 8. Этот фланец присоединен через резиновое уплотнение 9 к стальной трубе 10. Водоохлаждаемая тяга 4 и сильфон 7 изолированы от корпуса камеры текстолитовой шайбой 11.

Нагружение растягивающими напряжениями производится рычажным устройством, состоящим из тяги 12, на которую подвешиваются грузы (не показанные на рассматриваемой схеме), и рычага 13, к которому прикреплен трос 14, размещенный в канавке ролика 15. Отношение длины рычага к радиусу ролика составляет 10:1. Нагрузка на образец передается через ролик 16, находящийся в обойме 17, жестко соединенной с тягой 4. При этом один конец троса неподвижно укреплен в сварной подставке 18. Трос проходит через ролики 17, 19 и 15 и прикреплен к рычагу 13. Опорой для оси ролика 15 служит кронштейн 20.

Для электронагрева к образцу подводится ток промышленной частоты низкого напряжения. Один из выводов питающего трансформатора присоединен к корпусу рабочей камеры и заземлен; через стойку 2 он соединяется с верхним концом образца 1. Второй вывод трансформатора через гибкую медную шину 21 подключен к тяге 4.

Нагрев образца происходит в вакууме. Рабочую камеру установки ИМАШ-8 образует медный водоохлаждаемый колпачок 22, устанавливаемый на корпусе 6 на кольцевом резиновом уплотнении. С одной стороны колпачка 22 по центру образца расположено кварцевое плоскопараллельное стекло диаметром 50 мм и толщиной 1,5 мм, через которое наблюдают в микроскоп за изменением микроструктуры. С другой стороны к колпачку прикреплен диск диаметром 28 мм и толщиной 0,3 мм из вакуумноплотного бериллия, «прозрачного» для рентгеновых лучей. Стекло и диск герметизируются в колпачке вакуумной замазкой.

Откачка производится через патрубок 23 при помощи вакуумной системы, не изображенной на рис. 73. Манометрические лампы, соединенные с вакуумметром, связаны с рабочим объемом через отверстие 24. При работе вакуумной системы в рабочей камере установки ИМАШ-8 создается остаточное давление 1*10в-5 — 5*10в-6 мм рт. ст. Температуру образца контролируют платинородий-платиновой термопарой, спай которой присоединяют точечной электросваркой к его средней части. Выводы термопары 25 присоединены к клеммам 26.

Для предотвращения осаждения конденсата испаряющихся с образца частиц служит молибденовая шторка 27, перемещаемая вертикально вдоль стойки 2 при помощи рычажного механизма 28, управляемого рукояткой 29, соединенной с ним через коническое вакуумное уплотнение.

К корпусу 6 жестко прикреплена стальная плита 30, на которой установлен металлографический микроскоп 31 типа МВТ, объектив 32 которого направлен на образец.

Для рентгеновской обратной съемки на плоскую пленку применяется отпаянная острофокусная рентгеновская трубка 33 типа БСВ-5 или БСВ-7 с водяным охлаждением анода. Трубка укреплена в консольном держателе 34, ось которого на шариковых подшипниках может поворачиваться в обойме 35.

Обойма вместе с рентгеновской трубкой может перемещаться вдоль оси рабочей камеры по направляющей 36 и фиксироваться в нужном положении стопором 37. Такое перемещение необходимо для установки трубки и плоской кассеты 38 на оптимальном расстоянии от образца.

Кассета 38 с рентгеновской пленкой жестко укреплена на держателе 34. Через отверстие в стержне, удерживающем кассету, пучок рентгеновых лучей направляется на образец, а отраженные рефлексы падают на пленку. Питание трубки высоким напряжением осуществляется по гибкому токоподводу 39. Для качания трубки с кассетой на угол около 60° на оси консольного держателя 34 используется не изображенный на рис. 73 электродвигатель с редуктором, воздействующий на валик 40 с закрепленным на нем сектором 41. Гибкая связь между сектором 41 и сектором 42, укрепленным на оси держателя, осуществляется гибкой стальной лентой 43, а возврат рентгеновской трубки и кассеты в исходное положение производится пружиной 44. Частота качания составляет около 4 цикл/мин, что достаточно при съемке рентгенограммы в течение около 10 мин. При скоростной съемке с экспозицией порядка 1—2 мин. качание трубки производится с частотой порядка 15—20 цикл/мин.

Внешний вид рабочей камеры установки типа ИМАШ-8 показан на рис. 74, а на рис. 75 приведена принципиальная схема ее электрической и вакуумной систем. Образец 1, укрепленный в стойке 2 и в тяге 3, расположен в вакуумной камере, образуемой колпаком 4 и корпусом 5. Воздух из камеры откачивается через патрубок 6 (в котором размещена ловушка для конденсации паров масла) пароструйным насосом 7 типа ММ-40А и ротационным насосом 8 типа ВН-461М. При помощи трехходового стеклянного вакуумного крана 9 насосы 7 и S могут быть соединены между собой последовательно для откачки; кроме того, через кран 9 в вакуумную камеру может подаваться воздух, что необходимо при съеме и установке образца. Этот же кран позволяет оставлять камеру под вакуумом при прекращении опыта.

Вакуум измеряют манометрическими лампами 10 типа ЛT-2 и 11 типа ЛМ-2, соединенными с вакуумметром 12 типа ВИТ-1П.

Через трехполюсный выключатель 13 и предохранители 14 подается питание к электродвигателю (0,6 квт, 1400 об/мин) форвакуумного насоса 8. При включении насоса 8 загорается сигнальная лампа 15, соединенная через балластное сопротивление 16 (1500 ом, 15 вт); аналогичные сопротивления включены в цепи всех сигнальных ламп.

Обмотка подогрева насоса 7 присоединена через амперметр 17 (5 а) к автотрансформатору 18 типа PHO-250-2.

Для предотвращения включения подогрева насоса 7 при отсутствии воды в системе eго охлаждения служит реле давления 19 типа РД-1. Если обмотка подогрева перегорает, то через реле минимального тока 20 включается электрический звонок 21. При включении насоса 7 загорается сигнальная лампа 22; к сети насос присоединяется через двухполюсный выключатель 23 и предохранители 24.

Электроконтактный нагрев образца осуществляется при питании от однофазного трансформатор а 25 (220/6 в, 3 ква). Один из выводов этого трансформатора присоединен к изолированной от корпуса камеры тяге 3, а второй — к корпусу 5 и заземлен. Через двухполюсный выключатель 26 и предохранитель 27 сетевое напряжение поступает на двуплечий автотрансформатор 28 типа РНО-250-5 (0—250 в, 20 с). С каждого плеча этого автотрансформатора напряжение подается через электромагнитные контакторы 29 и 30 на первичную обмотку трансформатора 25. Включаются и выключаются контакторы автоматически при помощи электронного потенциометра 31 типа ЭПД-17 со шкалой на 1600 °С, соединенного с платинородий-платиновой термопарой 32, приваренной точечной сваркой к средней части образца 1.

Для регулирования режима нагрева вручную надлежит разомкнуть однополюсный выключатель 33 в цепи управления электронного потенциометра. Напряжение на каждом плече автотрансформатора 28 контролируется двухпредельным вольтметром 34 со шкалами на 50 и 250 в. Переключатель 35 служит для изменения пределов измерения вольтметра, а двухполюсный переключатель 36 позволяет присоединять вольтметр к одному из плеч автотрансформатора. Питание электронного потенциометра осуществляется через изолирующий однофазный трансформатор 37. При включении цепи нагрева образца зажигается сигнальная лампа 38.

Для наблюдения и фотографирования микроструктуры образца в процессе испытания используется микроскоп 39 типа МВТ.

Острофокусная рентгеновская трубка 43 питается от специального выпрямительного устройства, - очерченного на схеме пунктиром. Напряжение накала подается с трансформатора 44, причем нулевая точка может подбираться перемещением движка высокоомного (0,5 Мом) потенциометра 45. Величина напряжения накала контролируется вольтметром 46 на 1,5 в.

Анодное напряжение, равное 40 кв, подается на трубку от однополупериодного выпрямителя, состоящего из трансформатора 47 накала кенотрона, высоковольтного трансформатора 48 и кенотрона 49 типа KPM-150. Для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения использован емкостный фильтр 70 из соединенных в параллель трех конденсаторов типа ИМ-60-0,3 емкостью 0,031 мф каждый. Анодный ток рентгеновской трубки контролируется микроамперметром 50 на 600 мка.

Через двухполюсный выключатель 51 и предохранители 52 напряжение сети поступает на два феррюрезонансных стабилизатора напряжения: один из них 53 мощностью 0,1 ква используется для питания цепей накала трубки и кенотрона. Регулировка напряжения накала осуществляется реостатами 54 и 55. Второй стабилизатор 56 мощностью 0,75 ква через автотрансформатор 57 типа PHО-250-2 и электромагнитный контактор 58 подает напряжение на первичную обмотку высоковольтного трансформатора 48; это напряжение контролируется вольтметром 59 на 220 в.

Конструкция контактора 58 обеспечивает возможность включения напряжения на высоковольтный трансформатор сначала через буферное сопротивление 60, шунтируемое затем соседним контактором. Через понижающий трансформатор 61 включаются зеленая 62 и красная 63 лампы, сигнализирующие соответственно об отсутствии или наличии высокого напряжения на трубке.

Для подачи высокого напряжения (без ограничения продолжительности экспозиции) служит однополюсный выключатель 64. Автоматическое выключение высокого напряжения по окончании заданной экспозиции обеспечивается реле времени (состоящим из электромагнитного контактора 65 и синхронного электродвигателя 66), для чего на шкале времени предварительно устанавливают требуемую выдержку. Двигатель воздействует на размыкание контактов в контакторе и на выключение высокого напряжения. Для включения реле времени нажимают на кнопку 67.

Для безопасности эксплуатации установки ИМАШ-8 на дверцах каркаса и освинцованного экрана, закрывающего трубку во время экспозиции, размещены блокировочные контакты 68, размыкающие цепь питания высокого напряжения при открывании дверей и поднятии экрана. Продолжительность работы трубки регистрируется электрическим счетчиком 69, отсчитывающим общую продолжительность подачи на нее анодного напряжения. Качание кассеты 71 вместе с рентгеновской трубкой 43 осуществляется через редуктор 72 от электродвигателя 73 мощностью 50 вт, питаемого через выключатель 40 и предохранители 41.

К сети установка присоединяется трехполюсным выключателем 42.

Внешний вид установки типа ИМАШ-8 приведен на рис. 76. На вакуумную камеру опущен поворотный защитный кожух из 1,5-мм листового дюралюминия, обшитый изнутри 2-мм свинцовым листом. Измерения степени излучения позволили установить, что кожух полностью экранирует работающих на установке от вредного действия рентгеновых лучей.

Сочетание микроструктурных наблюдений при проведении испытаний на растяжение при нагреве с проведением рентгеноструктурных исследований, осуществляемых с помощью специально созданных для этого острофокусных рентгеновских трубок типа БСВ-5 и БСВ-7, позволяет получать новые данные о протекании изменений в изучаемых металлах и сплавах. Дальнейшее развитие данного направления исследований, по-видимому, следует отнести к числу важных для более полного изучения закономерностей деформации и разрушения материалов в условиях высокотемпературного нагрева и воздействия внешних нагрузок.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: