Суть винаходу: в способі кріплення термопар або термоелектродів до об'єктів з алюмінію або його сплавів їх поміщають в тілі випробуваного об'єкта, попередньо притискають до поверхні об'єкта з зусиллям 1 - 2 кгс, розплавляють метал об'єкта в області під поверхнею контактування термопари з об'єктом шляхом пропускання електричного струму напругою 1 - 2 В за 0,3 - 0,7 с. 3 мул.
Винахід відноситься до області вимірювання температур, а саме до способів контактного вимірювання температури зразків з алюмінієвих сплавів в умовах підвищених температур, зокрема в умовах теплового удару.
Умови, які необхідно дотримуватися при вимірюванні температури зразків термопарами під час таких випробувань, характеризуються такими вимогами: максимальний тепловий контакт зі зразком; механічна міцність кріплення до зразка; збереження цілісності та міцності зразка; мала інерційність термопари; мінімальна похибка вимірювання температури.
Крім того, необхідно забезпечити повторюваність результатів вимірювань температури на серії зразків.
Останнім часом необхідні умови при закріпленні термопар досягаються двома шляхами. Перший це механічне притискання термопари до поверхні зразка (авт. Св. СРСР N 49379, кл. G 01 K 7/02) або склеювання термопари зі зразком (авт. Св. СРСР N 123215, кл. Н 01 L 35/34). Такі способи не забезпечують достатньої точності і повторюваності результатів вимірювання температури при її швидкому зростанні через наявність термосопротивления клейової плівки або в місці контакту термопари і зразка. Величина такого термосопротивления велика і знижує точність вимірювання температури в кілька разів, а повторюваність вимірів може бути знижена в десятки разів. Другий шлях це виконання в зразку отвори (авт. Св. СРСР N 180382, кл. G 01 K 7/02), запрессовиваніє термопари в випробувальному об'єкті (авт. Св. СРСР N 110933, кл. 21 в 27/03), зачеканення і заповнення отвори амальгамою (авт. св. СРСР N 370480, кл. G 01 K 7/02). Такі способи, створюючи механічну міцність кріплення термопари до зразка, не забезпечують надійний контакт з матеріалом зразка, що призводить до зниження повторюваності результатів вимірювання і точності вимірювання температури або викликає зменшення міцності самих об'єктів за рахунок порушення цілісності конструкції і цілісності матеріалу в місці закладення термопар.
Найбільш близьким до винаходу по технічній сутності є спосіб (авт. Св. СРСР N 150268, кл. G 01 K 7/02), що полягає в приміщенні термопар або термоелементів в тілі об'єкта випробувань. Для цього термопари закладають в поверхню металевих виробів шляхом заливання паза в місці їх установки розплавленим металом (наприклад, міддю) під глибоким вакуумом.
Однак такий спосіб не забезпечує збереження цілісності і міцності зразка. Виготовлення паза порушує поверхневий шар і окисну плівку на зразку. Пази в матеріалі зразків, будучи концентраторами напружень, призводять до передчасного утворення мікротріщин, що не дозволяє отримати достовірну картину при механічних випробуваннях зразків і знижує точність результатів випробувань. Закріплена за цим способом термопара вимірює температуру не зразка, а матеріалу, яким був залитий паз, що в умовах великих швидкостей нагрівання (близько 1000 о С / С і більше), веде до зменшення точності вимірювання температури об'єкта. Крім того, необхідність виготовлення паза і його заливки розплавленим металом під глибоким вакуумом вимагає витрати значного часу для кріплення термопар до об'єктів при масових випробуваннях і вирішення складних технічних завдань.
Метою пропонованого винаходу є підвищення точності вимірювань при теплопрочностних випробуваннях нестаціонарних нагріваються об'єктів, збереження механічних характеристик об'єктів і підвищення продуктивності кріплення термопар при масових випробуваннях (на 1 м 2 випробуваної панелі конструкції літального апарату встановлюється близько 100 термопар). Тому скорочення часу установки термопар є істотним чинником скорочення загального часу проведення експериментальних робіт.
Для цього термопару попередньо притискають до поверхні об'єкта з зусиллям 1-2 кгс розплавляють метал об'єкта в області під поверхнею контактування термопари з об'єктом шляхом пропускання через термопару і зону контактування об'єкта з термопарою протягом 0,3-0,7 с електричного струму напругою 1 2 в, після чого вдавлюють термопару в випробовуваний об'єкт.
Було проведено ряд попередніх дослідів, які показали, що зусилля притиснення термопари до поверхні об'єкту не може бути менше 1 кгс, так як міцність контакту виявляється невеликий, і не більше 2 кгс, тому що в цьому випадку особливо при кріпленні термопар до зразків товщиною 1 мм і менше відбувається деформування (продавлювання) матеріалу зразка. Ці ж досліди показали, що час пропускання електричного струму не повинно бути менше 0,3 с, а попередньо задається напругу не менше 1 В, так як в цьому випадку можливо, що не весь метал зразка під поверхнею контактування розплавиться (кріплення термопари виявиться неміцним) , і відповідно не більше 0,7 с і 2 В через можливе розплавлення матеріалу зразка по всій його товщині.
При закріпленні пропонованим способом 100 термопар до зразків з алюмінієвих сплавів надійним виявилося кріплення 98 з них. Місця кріплення цих термопар витримували навантаження, яка відповідає межі міцності матеріалу термопар.
На фіг. 1 показана схема виконання запропонованого способу; на фіг. 2 схема пристрою для реалізації запропонованого способу; на фіг. 3 процес розплавлення матеріалу зразка і опускання в нього термопари.
Спосіб здійснюється наступним чином.
Термопару 1, наприклад, типу хромель-алюмель діаметром 0,2 мм встановлюють на верхній поверхні зразка 2 з, наприклад, сплаву Д16АТ товщиною 1 мм, який лежить своєї нижньої поверхнею на масивному нерухомому мідному Токоподвода 3. Кінцем переносного мідного токоподвода 4, що має діаметр близько 1 мм, термопару 1 притискають до поверхні зразка 2 з зусиллям близько 1,2 кгс, при цьому сам зразок притискається до нерухомого токоподвода 3, що створює електричне коло, розірвану тільки в перемикачі 5, закріпленому на переносному токоподвод е 4. Потім через струмопідведення 3 і 4, термопару 1 і зразок 2 протягом 0,5 с поштовхом, шляхом замикання перемикача 5, пропускається змінний електричний струм, величина якого залежить від певної величини напруги, заздалегідь подається до Токоподвода і вимірюваного по вольтметру 6 . При цьому величина напруги встановлюється за допомогою регульованого блоку 7 харчування в залежності від товщини і матеріалу зразка 2, а також діаметра і матеріалу термоелектродів термопари 1. у нашому прикладі напруга становить близько 1,8 В. величина електричні ського струму визначається опором навантаження. Максимальна опору в описаній електричного кола мають точка контакту переносного токоподвода 4 з термопарою 1 і точка контакту термопари 1 з зразком 2. Температура плавлення матеріалу термопар 1, наприклад хромелю або алюмелю, дорівнює близько 1500 о С, а алюмінієвих сплавів близько 650 о С, т . Е. менше в два з гаком рази. З цього Джоулево тепло R, де I сила струму, а R опір навантаження, яке вирізняється при проходженні струму, не встигає скільки-небудь значно розігріти термопару 1, в той час, як невеликий обсяг матеріалу зразка 2 під місцем контакту термопари 1 з зразком 2 цим теплом розплавляється, і термопара 1 опускається в утворився розплав. Процес розплавлення матеріалу зразка 2 і опускання в нього термопари 1 відбувається практично одночасно з проходженням електричного струму, т. Е. За час порядку 0,5 с. При цьому поверхнева окісна плівка 8 на зразку 2 не порушується, так як температура її плавлення значно вище, ніж у основного металу. Матеріал зразка 2 охоплює термопару 1 з усіх боків, чим створюється надійний теплової та механічний контакт термопари 1 з зразком 2.
Для реалізації запропонованого способу створено пристрій, за допомогою якого проведено методичні випробування, які показали, що спосіб забезпечує надійне кріплення практично будь-яких термопар до об'єктів з алюмінієвих сплавів в повній відповідності з пропонованими до вимірювання швидкозмінних температури вимогами.
Кріплення термопар до зразків з алюмінієвих сплавів пропонованим способом зберігає механічні характеристики зразків, чого не можна зробити при використанні способу-прототипу, особливо для зразків, що мають товщину близько 1-2 мм.
При швидкостях нагрівання в сотні і тисячі градусів в секунду різко зростає внесок динамічної складової в величину загальної похибки вимірювання температури. У цьому випадку проблема контакту термопари з тілом об'єкта набуває дуже великого значення. За пропонованим способом забезпечується надійний контакт термопари з тілом об'єкта, в той час, як за способом-прототипу вимірюється температура не самого тіла, а матеріалу, яким залитий паз.
При масових випробуваннях, а значить, при необхідності закріплення багатьох сотень термопар на зразках і елементах конструкцій з алюмінієвих сплавів пропонований спосіб забезпечує значне прискорення препаріровкі виробів термопарами, так як процес кріплення термопари по прототипу займає не менше 27 хв, а за пропонованим способом близько 4 хв .
СПОСІБ КРІПЛЕННЯ термопари шляхом їх розміщення в тілі випробуваного об'єкта, який відрізняється тим, що, з метою підвищення продуктивності кріплення термопар до об'єктів з алюмінію або його сплавів, термопару притискають до поверхні об'єкта з зусиллям 1 2 кгс, після цього пропускають через термопару і зону контактування об'єкта з термопарою електричний струм напругою 1 2 на протягом 0,3 0,7 с, а потім вдавлюють термопару в випробовуваний об'єкт на задану глибину.