СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ДЕФЕКТОВ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК G01N23/18 

Изобретение относится к неразрушающему контролю расслоений многослойных материалов собранных изделий и может быть преимущественно использовано при их испытаниях на ударную стойкость и контроле изделий при эксплуатационных повреждениях.

Известен капиллярный метод контроля, основанный на явлении капиллярного проникновения индикаторных жидкостей (пенетрантов) в полости поверхностных и сквозных несплошностей (трещин) материалов и регистрации образующихся индикаторных следов визуальным способом при воздействии на них ультрафиолетовым светом [1]
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения размера дефектов материалов, заключающийся в том, что в объект вводят контрастирующее вещество, определяют геометрический контур распределения контрастирующего вещества на поверхности с помощью флуоресцентного анализа по крайней мере на один из элементов контрастирующего вещества, отличный и от элементов, входящих в состав объекта контроля, путем рентгеноспектрального микроанализа [2]
Недостатком этого способа является то, что он требует разрушения образца или детали, что недопустимо при неразрушающем контроле, производимом с целью определения пригодности собранного изделия к дальнейшей эксплуатации. Кроме того, необходима сложная и дорогостоящая аппаратура для проведения рентгено- спектрального микроорганизма. Еще одним недостатком является низкая производительность контроля.

Целью изобретения является обеспечение возможности контроля на большой глубине расслоений многослойных конструкций при одностороннем доступе к контролируемому участку и повышение производительности контроля.

Цель достигается тем, что в качестве контрастирующего вещества используются растворы сулемы. Сулема (хлорид ртути HgCl₂) содержит в своем составе атомы ртути (Z 80), обладающей E_xpu 70,82 кэВ. При этом сулема хорошо растворима в этиловом спирте, метиловом спирте, ацетоне максимальная растворимость в них составляет 32 мас. 40 мас. и 59 мас. соответственно, что соответствует содержанию ртути в этих растворах 23,4 мас. 29,2 мас. и 43 мас. (Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М. Химия, 1971). Эти растворители являются хорошими пенетрантами, что обусловливает высокую проникающую способность растворов сулемы за счет хорошего смачивания материалов многослойных конструкций. Поскольку ослабление интенсивности рентгеновского или гамма-излучения пропорционально 1/E_xpu (Рентгено- техника. Под ред. В.В.Клюева. М. Машиностроение, 1980), значит с ростом E_xpu толщина контроля δ_к должна возрастать пропорционально Е_xpu³. Однако плотность потока излучения от точечного источника, улавливаемая сцинтиллятором прибора, пропорциональна 1/δ_к² Таким образом, с ростом E_xpu выигрыш в величине δ_к пропорционален E_xpu. Применение сулемы в сравнении, например, с иодидом бария при равных их концентрациях в растворах увеличивает δ_к в ≈ 70,82/32+ 28/2 ≈ 2,4 раза, где 32 E_xpu бария, 28 йода.

При этом глубина выявляемого расслоения δ_к тем больше, чем больше концентрация ртути в контрастирующем растворе.

На еще большей глубине дефекты можно выявлять, применяя в качестве пенетранта жидкость тетраэтилсвинец (ТЭС). Высокое содержание свинца (64 мас.), его большой атомный номер (Z 82) и большая энергия характеристического излучения (E_xpu 74,97 кэВ) в сочетании с высокой проникающей способностью этого вещества позволяют выявлять дефекты на глубинах больших, чем с использованием раствора сулемы. При этом, благодаря сильной летучести, через некоторое время ТЭС испаряется из расслоения без следа, что является существенным преимуществом по сравнению с использованием растворов тяжелых солей, где происходит испарение растворителя, а соль остается в виде осадка в расслоении, затрудняя последующий ремонт многослойной конструкции.

Тетраметилсвинец (ТМС) по своим характеристикам очень близок к ТЭС (Химический энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия, 1983, с. 575). Однако у него выше содержание свинца 77 мас. Поэтому, применяя ТМС, можно выявлять дефекты на большей глубине, чем с помощью ТЭС. При этом через некоторое время ТМС также испаряется из расслоения.

Последовательность операций при применении предлагаемого изобретения следующая.

До введения пенетранта последовательное облучение отдельных точек зоны предполагаемого повреждения и прилегающих участков ионизирующим излучением (рентгеновским или гамма-излучением от радиоактивного источника) с энергией не менее 82,9 кэВ при использовании растворов сулемы и не менее 87,6 кэВ при использовании жидкостей ТЭС и ТМС и регистрация показаний счетчика (измерения рассеянного излучения изделия).

Обильное нанесение контрастирующего пенетранта на торцы участка разрушения (пробоины) и выдержка его до полного проникания в расслоение. При контроле расслоений под несквозными повреждениями вводится операция предварительного сверления места повреждения на глубину, превышающую расстояние до ожидаемого расслоения, а при контроле нераскрытых расслоений, например в зоне напряжений сжатия, ввод пенетранта выполняется при изгибе или нагреве (охлаждении) конструкций.

Измерение флуоресцентного излучения объекта контроля в тех же точках и определение границы расслоения по изменению показаний счетчика относительно фона изделий; измерение площади расслоения по контурам определенных границ расслоения.

В способе проявляется новое свойство возможность неразрушающего контроля площади расслоения многослойных конструкций при его залегании на больших глубинах при одностороннем доступе к месту повреждения.

Использование: неразрушающий контроль на собранных изделиях расслоений многослойных и композиционных материалов, в частности определение наличия и площади расслоений в угле-, боро-, стеклопластиках на глубине ≥ 70 мм. Сущность изобретения: до ввода пенетранта контролируемый участок облучают ионизирующим излучением с энергией > 82,9 кэВ при использовании в качестве пенетранта растворов сулемы или > 87,6 кэВ при применении растворов тетраэтилсвинца (ТЭС) или тетраметилсвинца (ТМС) и регистрируют интенсивность фона рассеянного излучения. Затем на торцы контролируемого участка или в технологические сверления до необходимой глубины обильно наносят пенетрант и после выдержки с обеспечением раскрытия расслоений (изгибом, нагревом или охлаждением) вновь облучают контролируемый участок и измеряют в тех же точках интенсивность флуоресцентного излучения. По изменению показаний счетчика относительно фона изделия определяют границы расслоения и измеряют его площадь. 2 с. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ДЕФЕКТОВ МАТЕРИАЛОВ, включающий введение в контролируемый объект контрастирующего вещества, облучение объекта гамма- или рентгеновским излучением, регистрацию при одностороннем доступе к контролируемому объекту пространственного распределения вторичного излучения, возбуждаемого при облучении объекта гамма- или рентгеновским излучением, отличающийся тем, что в качестве контрастирующего вещества используют раствор сулемы 30 32 мас. в этиловом спирте, или 35 40 мас. в метиловом спирте, или 55 59 мас. в ацетоне, а облучение объекта проводят излучением с энергией не менее 82,9 кэВ. 2. Способ определения размеров дефектов материалов, включающий введение в контролируемый объект контрастирующего вещества, облучение объекта гамма- или рентгеновским излучением, регистрацию при одностороннем доступе к контролируемому объекту пространственного распределения вторичного излучения, возбуждаемого при облучении объекта гамма- или рентгеновским излучением, отличающийся тем, что в качестве контрастирующего вещества используется тетраэтилсвинец или тетраметилсвинец, а облучение объекта проводят излучением с энергией не менее 87,6 кэВ.