ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Термоэлектрический метод обычно применяют для контроля сплавов по составу (разделения по маркам).

Основы термоэлектрического метода. Как известно, сила тока, возникающего в замкнутой цепи, составленной из двух разнородных металлов, определяется величиной термоэлектродвижущей силы (т. э. д. с.) зависящей от природы обоих металлов и от разности температур между спаями. Первопричиной возникновения ЭДС в месте соприкосновения двух разноименных металлов является контактная разность потенциалов. Так например каждый впереди стоящий металл положителен по отношению к последующим: (+) Al, Zn, Sn, Cd, Pb, Sb, Bi, латунь, Hg, Fe сталь, Cu, Ag, Au, V, Те, Pt, MnO₂, P₆O₂ (—). Если один из металлов выбрать в качестве постоянного эталона и задаться определенной разностью температур, то величина т. э. д. с. будет определяться только природой второго металла. При изменении состава или свойств второго металла будет получаться различная величина т. э. д. с.

Аппаратура и методика контроля. Принципиальная схема прибора для анализа металлов по т. э. д. с. приведена на рис

Рис. 2. Принципиальная схема термоэлектрического метода

Прибор оформлен в виде компактной вилки (рис. 3), несущей горячий и холодный контакты, концы которых имеют форму призматических ножей. Нож горячего контакта нагревается с помощью небольшой печи, работающей от понижающего трансформатора. Температура горячего контакта может регулироваться реостатом в цепи нагревателя.

К клемме К (рис. 4.) присоединен конец провода из константана (показано пунктирам), другой конец которого введен в отверстие ножа горячего контакта. Таким образом, термопарой «константан — материал контакта» можно измерять температуру горячего контакта. Для этого к клеммам А и К подключается гальванометр.

Когда нужная температура установится, гальванометр переключается на клеммы А и Б; в этом положении он измеряет т. э. д. с. между эталоном (материал контактов) и испытуемым изделием. Контакт с изделием осуществляется прикладыванием ножей к его слегка зачищенной поверхности.

Если изделие изготовлено из того же материала, что и контакты, то т. э. д. с. будет равна нулю или близка к нему. Если же материал изделия отличается от контакта, то величина и знак т. э. д. с. могут быть различными.

Рис. 3. Контактная вилка термоэлектрического прибора:

1—изолирующая пластина; 2 — горячий контакт; 3 — холодный контакт;

4 — нагреватель

Рис. 4. Контроль материала трубы термоэлектрическим методом

Для разделения небольшого числа (3— 4) марок материала температурный режим прибора и материал контактов удобно подбирать так, чтобы различные марки материала давали т. э, д. с. различного знака.

Например, при испытании труб из хромо-молибденовой стали ЗОХМА, стали ЗОХГСА и стали 20 на приборе с контактами из стали 20 получаются следующие показания нуль-гальванометра (деления шкалы):

Сталь 20 ........ От—З до +4

Сталь ЗОХГСА ..... »—10 > —15,6

(т. е. влево) Сталь ЗОХМА . ..... От+2 до +10

(т. е. вправо)

* Вследствие различного содержания примесей.

Таким образом, разделение небольшого числа сплавов в ряде случаев весьма удобно производить методом т. э. д. с.

Можно также отбраковывать латунные изделия по содержанию в них железа.

Хорошо разделяются электротехнические (кремнистые) стали по содержанию кремния.

Наиболее сильное влияние на т. э. д. с. железных сплавов оказывают кремний и алюминий. Марганец, никель и кобальт влияют слабо, еще слабее — хром и молибден.

Область применения термоэлектрического метода. Метод т. э. д. с. позволяет быстро установить соответствие материала детали требованиям технических условий, что представляет большую ценность для производства.

Следует также отметить удачные попытки (применения метода т. э. д. с. для определения глубины поверхностного слоя на изделии, прошедшем химико-термическую обработку (например, цементованного или обезуглероженного).

В последние годы весьма удачные конструкции приборов, основанных на термоэлектрическом методе, выпускаются под маркой «Термосортер». Эти приборы с помощью несложного приспособления позволяют производить рассортировку большого количества сплавов также и по трибоэлектрическому методу.

Трибоэлектрический метод основан на регистрации величины электрических зарядов, возникающих в контролируемом объекте при трении разнородных материалов. Этот эффект интересен тем, что разность потенциалов не зависит от таких параметров, как величина зерна, текстура, конфигурация, масса и т. д.

Трибоэлектричество можно наблюдать при взаимном трении двух диэлектриков, полупроводников, проводников, одинакового или разного состава по разной плотности, при трении жидких диэлектриков друг о друга или о поверхность твердого тела и т. д. При этом всегда электризуются оба тела.

Существуют определенные закономерности, свойственные этому физическому явлению. В случае двух химически однородных тел положительные заряды получает более плотное из них. Металлы при трении о диэлектрик электризуются отрицательно, но если поверхность окислена, то на ней могут возникать и положительные заряды. Явления трибоэлектричества зависят и от внешних факторов: от влаги на поверхности, загрязнения, нагрева при трении и др.

В основе трибоэлектрических явлений лежат контактные явления. В момент контакта электроны и ионы переходят от одного тела к другому. На границе контакта двух металлов образуется скачок потенциала, который равен разности энергетических уровней Ферми (Е₁— Е₂) двух металлов до их контакта и препятствует переходу электронов проводимости из одного тела в другое. В результате этого между свободными поверхностями этих тел возникает контактная разность потенциалов U_к, равная разности работ выхода электронов из этих металлов.

По величине разности потенциалов металлы можно расположить в ряд Вольты: Al, Zn, Sn, Cd, Pd, Sb, Bi, Hg, Fe, Ag, Pt. Этот ряд характеризуется тем, что каждый предыдущий металл при контакте с одним из последующих приобретает положительный потенциал. Если цепь контактируемых металлов состоит из нескольких сплавов, различающихся по химическому составу, разность потенциалов не зависит от промежуточных звеньев и равна разности работ выхода крайних металлов. Следовательно, если цепь состоит из однородных металлов, ЭДС равна нулю.

Лекція 12 – 13.

Тема. Акустический неразрушающий контроль.