Разработка ультразвукового метода измерения состояния электролита в процессе горения разряда с электрическим электродом

Технологий обработки материалов множество, и одним из современных методов обработки поверхности металлов является плазменно-электролитный процесс. Он осуществляется подачей напряжения на. электроды, помещенные в раствор электролита. В итоге вокруг активного электрода. можно увидеть горение парогазового разряда. Особенностью этого разряда, является то, что горит он между жидким и твердым электродом. Анод или катод может быть активным электродом. В процессе горения разряда, на. катоде происходит процесс очистки и полировки изделия, подвергаемого обработке. Помимо этого, в определенных условиях можно наносить покрытия. В случае с анодным процессом па. «вентильных» металлах происходит анодное оксидирование вместе с горением микродуг. Этот процесс называется микродуговое оксидирование. На металлах, которые не обладают «вентильным эффектом», можно наблюдать эрозионное разрушение металла, и его анодное растворение [5, с. 245].

В настоящее время пет систематических экспериментальных исследований разряда, в многофазных средах. Не исследованы условия зажигания разряда, с электролитическим катодом. Не изучены физические процессы па. границе раздела, плазмы и жидкости. Отсутствует механизм влияния разряда, в парогазовом пузырьке па. поверхность металлов. Перечисленные выше причины замедляют разработку технологии плазменно-электролитного формирования микрорельефа, поверхности.

Так как пузырьки в электролите сферической формы, расчет зависимости амплитуды сигнала от ее объема, проводится с использованием теории отражения ультразвука, от сферы, что описано в работе Ермолова. «Теория и практика ультразвукового контроля» [4, с. 480-485].

Расстояние между приемником и дефектом, вид дефекта, (сфера, отверстие, имеющее сферическое дно, отверстие с плоским дном, плоскость, боковое отверстие цилиндрической формы), заполнение дефекта, (воздух или другой газ) влияют на. амплитуду отражения сигнала, ультразвука, от дефекта. Опи оказывают большее влияние на. силу отражения амплитуды сигнала.

Расчет амплитуд эхосигпалов для отражения от сферы или отверстия со сферическим дном диаметром d проводится следующим образом:

ослабевает. Чтобы учесть это, все формулы умножают на ехр (—25г), где 5 является коэффициентом затухания ультразвука. Показатель степени имеет цифру 2, так как ультразвук проходит до отражателя и обратно. Формулы актуальны в том случае, если диаметры диска, сферы или цилиндра, больше, чем половина, длины волны. Если они меньше ее половины, то амплитуда, отражения с уменьшением диаметра, как правило, при дифракционном огибании дефекта, волнами будет убывать быстрее. Учитывая это, считается, что дефекты, которые меньше длины волны, сложно выявить. Для отражения от отверстия с плоским дном или отверстия, имеющего сферическое дно, формулы остаются актуальными, даже если их диаметры меньше, чем длина, волны, так как боковые стенки являются препятствием огибанию [2, с. 56].

Работа, ультразвуковых анализаторов основана, на. излучении колебаний ультразвука, в электролите с пузырьками и твердыми частицами, которые имеют различные физико-химические свойства, и приеме импульсов ультразвука, отраженных от них. Определение характера, отражения колебаний ультразвука, от отражателей, которые обладают такими свойствами, дает возможность формулировать основные параметры приемо-передающего блока, создавать алгоритм обработки отраженного сигнала, что позволяет получать данные о массовом содержании. Существенно отраженные колебания можно будет наблюдать, если размер отражателя соизмерим с длиной волны и больше [7, с. 256].

Из ультразвуковой дефектоскопии каждая точка, в сфере считается вторичным излучателем ультразвука. Так как пузырек в электролите обладает сферическим типом дефекта, то ультразву ковое отражение можно представить в виде уравнения:

Если диаметр сферы имеет существенно меньшую длину волны:

Р ‘ = 25, 8 S_a

Р0    кА3х2

С другой стороны, если частота, ультразвука, будет слишком низкой, то показатель амплитуды отраженного сигнала, приблизится к пулю.

Попробуем рассмотреть приставленную установку (рис. 1).

Рис. 1. Установка приставленная

В нее входит: источник тока. 1, электролитическая ванна. 2, электродная система. 3, осциллограф 4, добавочное сопротивление 5, вольтметр 6, амперметра 7, термопары 8. При помощи источника питания 1 осуществляется подача, регулируемого постоянного напряжения на. электродную систему 3 по токоподводам. Глубину погружения анода, в раствор электролита, контролировали электродной системой. Используя осциллограф 4, осуществлялся контроль формы подаваемого напряжения и тока. Напряжение и ток разряда, измеряли вольтметром и амперметром.

• 1.    Нагрев электролита, циркулирующего через зону разряда, начинался после зажигания разряда. Спустя 30 с нагрева, изменение температуры прекращается и наступает тепловое равновесие.

• 2.    Измерения начинались через 40 с после зажигания разряда. В лабораторную литровую колбу для сбора, воды опускался сливной шланг. Термометр, который показывает температуру воды в реальном времени, омывался стекающей водой. При помощи секундомера, фиксировали время начала, и завершения отбора, воды. Определение точного объема, воды, которая собралась в колбе, осуществлялось при помощи мерного лабораторного цилиндра, его емкость 0,25 литров.

• 3.    Значение напряжения, тока, разряда, показания термометра, секундомера, которые были получены при этих параметрах разряда, количество собранной воды фиксировали в рабочем журнале. Чтобы усреднить полученные значения, калориметрические измерения для каждого значения мощности разряда. 10 раз повторяли калориметрические измерения.

Таким образом, ультрозвуковой метод дает возможность повысить точность измерения, оперативно получить результаты, обеспечивая при этом полностью автоматизированный процесс, который отличается такой особенностью, как работа, на. относительно не высоких частотах, при которых ультразвук в воде затухает достаточно медленно [3]. В данном случае этому способствует новый алгоритм цифровой обработки сигнала, и использование высокоэффективного акустического экрана, в конструкции ультразвукового преобразователя.