СПОСОБ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА Российский патент 2010 года по МПК G01N23/18 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, а именно к области радиационной дефектоскопии с использованием рентгеновского или гамма-излучения.

Известен способ рентгеновской дефектоскопии, включающий просвечивание объекта, в том числе и сложной формы, рентгеновскими лучами и регистрацию результата на рентгеновской фотопленке с ее последующим проявлением (Румянцев С.В. «Радиационная дефектоскопия». - М.: АТОМИЗДАТ, 1974 г., с.510) - аналог.

В соответствии с известным способом-признаком дефекта является наличие на пленке участков («пятен») с повышенной или пониженной оптической плотностью по сравнению с оптической плотностью изображения бездефектной части объекта. При этом считается, что участки с повышенной оптической плотностью (более темные на пленке) соответствуют порам, трещинам и другим дефектам. Недостатком известного решения является то, что данный способ не учитывает возможности появления темных пятен по причине, не связанной с металлургическими дефектами, а именно благодаря явлению дифракции при проведении просвечивания.

Известен способ неразрушающего контроля состояния объекта, который включает повторную рентгеновскую съемку объекта, в процессе которого детектор, в частности кассету с рентгеновской пленкой, приводят в непосредственный контакт с объектом контроля. Заключение о наличии или отсутствии дефектов делают после сопоставления двух снимков. При повторном просвечивании положение объекта относительно источника излучения неизменно, а кассету с пленкой перемещают до непосредственного контакта ее с участком объекта, где выявлены пятна с повышенной оптической плотностью (патент РФ №2304766, G01N 23/18, публикация 2007.08.20) - прототип.

Недостатком известного способа является его ограниченная сфера применения, например известное решение не может быть с необходимой достоверностью использовано в случае, если объект имеет сложную геометрическую форму, исключающую контакт кассеты с контролируемым участком изделия.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение достоверности результатов радиационного контроля для объектов, в том числе и сложной формы.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе радиационного контроля состояния объекта, включающем его просвечивание рентгеновским или гамма-излучением, регистрацию распределения интенсивности прошедшего сквозь объект излучения с помощью детектора, обработку результатов просвечивания и оценку наличия дефектов в объекте контроля и повторное просвечивание, для повышения достоверности контроля осуществляют повторное просвечивание объекта контроля при измененном на величину от 0,5 до 10° угле падения на него пучка излучения, регистрируют интенсивность при повторном просвечивании, сопоставляют распределение по поверхности детектора интенсивности прошедшего излучения при обеих съемках, по которому и оценивают наличие или отсутствие дефектов в объекте, на основе соответственно совпадения или несовпадения расположения участков повышенной интенсивности.

В заявляемом способе изменение угла падения пучка излучения на объект контроля на величину до 10° могут осуществлять перемещением объекта контроля на 1-30 мм от первоначального положения, а в качестве детектора может быть использована, в частности, кассета с рентгеновской пленкой или пленка с рентгеночуствительным «фосфорным» покрытием.

В способе оценку наличия дефектов в объекте контроля могут осуществлять на основании совпадения относительного расположения участков повышенной интенсивности по результатам обоих просвечиваний.

Способ основан на следующем. При напряжении на рентгеновской трубке в пределах U=40-400 кВ, используемом обычно для целей дефектоскопии, длина волны, соответствующая максимальной интенсивности излучения, составляет λ~1,24×1,5/U нм, или λ~0,05-0,005 нм, а с учетом дисперсии спектра λ~0,1-0,003 нм. При обычных для большинства материалов периодах кристаллической решетки а=0,25-0,5 нм наиболее интенсивные дифракционные отражения рентгеновских волн происходят от кристаллографических плоскостей с расстояниями между ними d/n~0,15-0,25 нм.

Отклонение дифрагированных (отраженных) лучей 20 от первичного пучка описывается уравнением Вульфа-Брэггов θ=(arcsin(λ/2/(d/n)), или при малых углах 2θ=λ/(d/n). При указанных выше значениях λ и d/n эти углы составляют в большинстве случаев от 1 до 20°, причем самые интенсивные отражения имеют место при интервале 1-5°. Одновременно должно выполняться и другое геометрическое условие дифракции: углы первичного и отраженного лучей к отражающей плоскости должны быть равны и лежать в одной плоскости с нормалью к отражающей плоскости. Дифракционная ширина отражения определяется совершенством кристаллической решетки и обычно не превышает 1-1,5°.

Дифракционные пятна на рентгеновском снимке формируются отражениями от кристаллографических плоскостей каждого отдельного зерна и имеют размеры порядка размеров зерен. Это и служит причиной ошибок, так как дефекты (поры и др.) часто имеют те же размеры ~0,1-1 мм. Поскольку в облучаемом объеме объекта содержится множество зерен, дифракционные пятна от достаточно крупнозернистого объекта (особенно при рентгеноконтроле литых деталей) образуют хаотическую картину, причем каждому из них соответствует свои длина волны и угол отражения.

Если, как предлагается в заявляемом решении, изменить направление первичного рентгеновского пучка относительно объекта на некоторый угол, условия дифракции изменятся, при этом полученные ранее дифракционные пятна исчезнут (погаснут) и возникнут новые - под другими углами, в общем сформированные компонентами первичного пучка с другими длинами волн и отраженные от других кристаллографических плоскостей. Соответственно кардинально поменяется взаимное расположение пятен, а также их положение относительно геометрических элементов контролируемого изделия.

Заявленный диапазон изменения угла падения пучка излучения на объект обусловлен, с одной стороны, дифракционной шириной отражения: угол должен быть достаточно большим (не менее 1°), чтобы вывести из отражающего положения одни зерна и(или) одни кристаллографические плоскости этих зерен и ввести в отражающее положение другие зерна и плоскости. С другой стороны, угол не должен быть слишком большим, чтобы не вызвать геометрических искажений объекта на снимке. Граница диапазона зависит от геометрии контролируемого объекта и, как правило, не превышает 10°, причем в заявляемом способе расположение детектора (кассеты с пленкой) относительно объекта остается неизменным, в отличие от решения, принятого за прототип.

Пример конкретного выполнения

Рентгеноконтролю подвергается блок сопловых лопаток турбины, отлитый из жаропрочного сплава ЧС104, участок - зацеп большой полки блока при расстоянии между поверхностью отливки и кассетой ~25 мм. Снимки сделаны дважды со смещением отливки относительно первичного рентгеновского пучка на расстояние 30 мм при фокусном расстоянии 1300 мм, что соответствует изменению угла 30×57,4/1300=1,3°. На изображении отливки (условно показано двумя жирными линиями) наблюдается множество темных пятен на обоих снимках, однако расположение пятен на этих снимках не совпадает, что свидетельствует об отсутствии реальных дефектов. Дифракционные пятна от одного зерна расположены вдоль эллипсов, каждый из которых соответствует определенной зоне кристаллографических плоскостей. В целом дифракция от множества зерен образует хаотическую картину. Схема эксперимента приведена на фиг.1 и 2, где вертикальная длинная стрелка схематично изображает рентгеновский пучок, а короткие наклонные стрелки указывают направления дифрагированных пучков. Полученный результат был проверен с использованием метода разрушающего контроля, а именно металлографического исследования, по результатам которого сделано заключение, что в исследуемом объекте реальные дефекты отсутствуют.

Использование: для радиационного контроля состояния объекта. Сущность: заключается в том, что осуществляют просвечивание объекта рентгеновским или гамма-излучением, регистрацию с помощью детектора интенсивности прошедшего сквозь объект излучения и повторное просвечивание, при этом повторное просвечивание объекта контроля осуществляют при измененном на величину от 0,5 до 10° угле падения на него пучка излучения, регистрируют интенсивность при повторном просвечивании, сопоставляют распределение по поверхности детектора интенсивности излучения при обоих и оценивают наличие или отсутствие дефектов в объекте на основе совпадения или несовпадения относительного расположения участков повышенной интенсивности. Технический результат: повышение достоверности результатов радиационного контроля, в том числе для объектов сложной формы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ радиационного контроля состояния объекта, включающий его просвечивание рентгеновским или гамма-излучением, регистрацию с помощью детектора интенсивности прошедшего сквозь объект излучения и повторное просвечивание, отличающийся тем, что для повышения достоверности контроля повторное просвечивание объекта контроля осуществляют при измененном на величину от 0,5 до 10° угле падения на него пучка излучения, регистрируют интенсивность при повторном просвечивании, сопоставляют распределение по поверхности детектора интенсивности излучения при обоих и оценивают наличие или отсутствие дефектов в объекте на основе совпадения или несовпадения относительного расположения участков повышенной интенсивности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение угла падения пучка излучения на объект контроля на величину от 0,5 до 10° осуществляют перемещением объекта контроля на 1-30 мм от первоначального положения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве детектора используют рентгеновскую пленку.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве детектора используют пластиковую пленку с "фосфорным" покрытием.