Рентгеновский дефектоскоп Советский патент 1987 года по МПК G01N23/02 

Изобретение относится к рентгеновскому приборостроению и может использоваться для неразрушающего контроля качества сварных соединений.

Цель изобретения - повышение чувствительности контроля.

На фиг. 1 показана принципиальная схема рентгеновского дефектоскопа; на фиг. 2 - рентгенооптическая схегистрирующей аппаратуры 8 подключ к выходу детектора 5 рентгеновско излучения, а третий вход - к выхо механизма 9 перемещения контролир мого изделия 10. Детектор 5 рентг новского излучения жестко связан приводом 6 перемещения детектора оси L мишени со средствами синхро ного поддержания ориентации повер

ма рентгеновского дефектоскопа и при- О ности входного окна детектора .на

вод перемещения детектора по оси мишени.

Рентгеновский дефектоскоп содержит электронную пушку 1, мишень 2 для получения рентгеновского излучения в виде части цилиндра или части конуса, отклоняющие пластины 3, генератор 4 развертки электронного пучка по поверхности мишени, детектор 5 рентгеновского излучения, привод 6 перемещения детектора по оси мишени 2 со средствами синхронного поддержания ориентации поверхности входного окна детектора 5 на центр цилиндрической или конической поверхности мишени, блок 7 уставок высоковольтного источника для получения ускоряющего напряжения, регистрирующую аппаратуру 8, механизм 9 перемещения контролируемого изделия 10.

Фокус электронной пушки 1 и детектор 5 рентгеновского излучения расположены на оси L цилиндрической или конической поверхности мишени 2 в плоскости Р, проходящей через ось L и центр О поверхности мишени 2. Детектор 5 рентгеновского излучения устанавливается в точке пересечения оси L цилиндрической или конической поверхности мишени с прямой К, проходящей через центр О мишени 2 под углом oi. и ее радиусу R, при котором обеспечивается максимальный выход интенсивности рентгеновского излучения из мишени 2, причем поверхность детектора 5 рентгеновского излучения перпендикулярна прямой К.

Электронная пушка 1 устанавливается в TO4ije пересечения оси L и радиуса R цилиндрической или конической поверхности мишени.

Генератор 4 развертки электронного пучка по поверхности мишени 2, имеющий собственную внутреннюю развертку, подключен первыми двумя выходами к отклоняющим пластинам 3, а третьим выходом - к входу регистрирующей аппаратуры 8. Второй вход регистрирующей аппаратуры 8 подключен к выходу детектора 5 рентгеновского излучения, а третий вход - к выходу механизма 9 перемещения контролируемого изделия 10. Детектор 5 рентгеновского излучения жестко связан с приводом 6 перемещения детектора по оси L мишени со средствами синхронного поддержания ориентации поверх0

5

центр О цилиндрической или конической поверхности мишени 2, а вход привода 6 подключен к выходу блока 7 уставок высоковольтного источника.

Выход блока 7 уставок подключен к входу высоковольтного источника.

Привод 6 перемещения детектора 5 со средствами синхронного поддержания ориентации поверхности входного окна на центр мишени 2 служит для возвратно-поступательного перемещения по оси L мишени 2 и выполнен по типу штативных устройств рентгеновских аппаратов. Блок 7 уставок высоковольтного источника связан с приводом 6 перемещения детектора 5 для- его установки в заданной точке на оси L мишени под углом ai к ее радиу- :су, под которым имеет место макси0 мальный выход интенсивности рентгеновского излучения, с поверхности мишени 2 для определенного ускоряющего высоковольтного напряжения, вырабатываемого высоковольтным источ5 НИКОМ.

I ,. Блок 7 уставок представляет собой

автотрансформатор, который служит для подачи напряжения на высоковольт- ньй трансформатор высоковольтного источника, причем первичное напряжение может изменяться дискретно (ступенями) либо плавно. Связь блока 7 уставок (автотрансформатора) с приводом 6 перемещения детектора 5 может быть выполнена чисто механической с помощью зубчатого зацепления: тогда детектор 5 рентгеновского излучения будет перемещаться по оси L дискретно при -ступенчатом изменении напряжения на автотрансформаторе ступенями и, соответственно, плавно при плавном изменении напряжений на автотрансформаторе. Механизм 9 перемещения контролируемого изделия 10 служит для его перемещения при контроле и получения кадровой развертки на регистрирующей аппаратуре 8. Он выполнен по типу сканирующей тележки.

0

5

0

5

3

Рентгеновский, дефектоскоп работает следующим образом.

Пучок электронов из электронной пушки 1 под действием ускоряющего высоковольтного напряжения, вырабатываемого высоковольтным источником попадает на мишень 2 для получения рентгеновского излучения, имеющую форму части цилиндра или части конуса, и с помощью отклоняющих пластин 3 и генератора 4 развертки электронного пучка возвратно-поступательно сканирует поверхность мищени 2, возбуждая рентгеновское излучение. Зона возбуждения рентгеновского излучения перемещается по поверхности мишени 2 синхронно с электронным пучком. Потоком рентгеновского излучения сканируют контролируемое изделие ТО и регистрируют детектором 5 рентгеновского излучения, размеры которого малы по сравнению с протяженностью зоны сканирования (размер детектора соизмерим с размером зо ны возбуждения рентгеновского излуче НИН на поверхности мишени 2). Сигнал с детектора 5 поступает на один из трех входов регистрирующей аппаратуры 8.

Для получения изображения контролируемого участка изделия 10 на регистрирующей аппаратуре 8 один из выходов генератора 4 развертки электронного пучка по поверхности мишени подключен к второму входу регистрирующей аппаратуры 8, что позволяет синхронизировать развертку электронного пучка, а следовательно, и сканирование контролируемого изделия 10 рентгеновским излучением со строчной разверткой регистрирующей аппаратуры 8. Третий вход регистрирующей аппаратуры 8 подключен к выходу механизма 9 перемещения контролируемого изделия 10, что, в свою очередь, позволяет синхронизировать кадровую развертку регистрирующей аппаратуры 8 с перемещением контролируемого изделия 10.

Использование предложенной схемы позволяет получить неизменный минимальный размер фокусного пятна рентгеновского излучения При сканировании электронного пучка по поверхности мишени, что обуславливает высокую чувствительность и четкость изображения. Так как детектор рентгеновского

188704

излучения размещен на оси цилиндрической поверхности миигени, не происходит изменения расстояния между детектором рентгеновского излучения и фокусным пятном рентгеновского излучения при сканировании луча по поверхности мишени. Это также не приводит к изменению геометрической нерезкости и позволяет получить высо- Ш кую чувствительность при контроле изделий .

Оптимальные размеры детектора составляют от 0,01 до 0,001 радиуса мишени.

f5 . Б случае контроля изделий с различной толщиной при неизменном ускоряющем высоковольтном напряжении на высоковольтном источнике регистрируемое излучение по разному поглощается в 20 разнотолщинных изделиях. Это приводит к изменению чувствительности контроля так, что при контроле изделий больше толщины при оптимальной чувствительности контроля изделия

25

меньшей толщины чувствительность

контроля.существенно падает. Для выравнивания чувствительности при контроле изделий с различной толщиной ускоряющее высоковольтное напряжение

изменяют автотрансформатором так, чтобы напряжение высоковольтного источника возрастало при контроле изделий большей толщины и уменьшалось при контроле изделий меньшей

толщины. Величину изменения ускоряющего высоковольтного напряжения устанавливают таким образом, чтобы поглощаемая способность контролируе- 1МОГО изделия с большей толщиной была

равна поглощакяцей способности контролируемого изделия с меньшей толщиной, т.е. /и, d, jUjd, , где р, - линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения материалом контролируемого изделия при большем ускоряющем напряжении на высоковольтном источнике; /Uj - то же, при меньшем ускоряющем напряжении; d, - большая толщина контролируемого изделия; dj меньшая толщина контролируемого изделия .

Диапазон изменения ускоряющего напряжения на высоковольтном источнике выбирают следукнцим образом.

Интенсивность прошедшего через контролируемое изделие излучения определяется следующей известной зависимостью:

ь v«

,-н

где I - интенсивность падающего

на контролируемое изделие .излучения; 1 - интенсивность прошедшего

через контролируемое изделие излучения;

II - линейный коэффициент поглощения;d - толщина контролируемого

изделия.

Для получения одинаковой величины сигнала на детекторе (I const) при изменяющейся толщине контролируемого изделия необходимо, чтобы величина jud была постоянной, т.е. m;d; const, где U; - линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения при оптимальном для толщины контролируемого изделия d; ускоряющем напряжении на высоковольтном источнике.

Для максимального и минимального значений ускоряющего напряжения выражение |u;d; const имеет вид

pJu

мин

мин

f uMqKc Mc.KC

Минимальное ускоряющее напряжение на высоковольтном источнике выбирают исходя из лучшей чувствительности, получаемой -при контроле изделий минимальной толщины. Максимальное напряжение на высоковольтном источнике ограничивают значением, при котором линейньй коэффициент поглощения излучения контролируемого издели с максимальной толщиной становится равным величине

у f мин

I макс (J

мин

где |и„

мин

«ЛИИ

-линейный коэффициент пглощения излучения при минимальном ускоряющем напряжении;

-минимальная толщина объекта;

-максимальная толщина объекта.

Однако чувствительность рентгеновского дефектоскопа при увеличени напряжения на высоковольтном источнике будет ухудшаться даже при равенстве поглощаемой способности (ll,-d, контролируемых изделий

3188706

с различной толщиной, поскольку при увеличении ускоряющего высоковольтного напряжения изменяются коэффициенты линейного поглощения электро нов и рентгеновского излучения в материале мишени и, как следствие этого, изменяется (увеличивается по отношению к нормали на поверхность мишени) угол выхода рентгеновского изJO лучения с максимальной интенсивностью с поверхности мишени.

Отношение интенсивности рентгеновского излучения, выходящего.с поверхности мишени под углом об , к интен15 Сивности рентгеновского излучения, выходящего под углом а, 0, равно

20

fU, + fUi- COS

COS oil

5

0

5

0

5

0

5

где ot, - угол между пучком электронов и нормалью к поверхности мишени;

- угол между выходом рентгеновского излучения с максимальной интенсивностью с поверхности мишени и нормалью к поверхности мишени; fU, - коэффициент линейного поглощения электронов в материале мишени;

jlj,,- коэффициент линейного поглощения рентгеновского излучения в материале мишени.

Так как линейные размеры детектора в рентгеновском дефектоскопе незначительны ( 0,01R), при изменении угла выхода рентгеновского излучения с максимальной интенсивностью с поверхности мишени (при повьш ении высоковольтного напряжения) величина сигнала на детекторе падает, что приводит к ухудшению чувствительности .-. контроля изделий с большой толщиной. Для компенсации (увеличения) сигнала детектора необходимо дополнительно увеличить напряжение, что приводит к нарушению равенства поглощающей способности (и; d;i const, что, в свою очередь, ухудшает чувствительность контроля..

Для компенсации сигнала детектора (повьш1ения чувствительности контроля) при изменении угла выхода рентгеновского излучения с максимальной интенсивностью с поверхности мишени

(при увеличении ускоряющего напряжения на высоковольтном источнике) в рентгеновский дефектоскоп введек привод перемещения детектора по оси цилиндрической или конической поверх ности мишени со средствами синхронного поддержания ориентации поверхности входного окна детектора на центр поверхности мишени. При контроле изделий с различной толщиной детектор 5 рентгеновского излучения с помощью привода 6 перемещения детектора устанавливают в точке пересечения оси L мишени 2 к прямой К, проходящей через центр О мишени под углом OU к ее радиусу R (фиг. 1), при котором обеспечивается максимальный выход интенсивности рентгеновского излучения из мишени для данного высоковольтного напряжения между электронной пушкой и мишенью. Поверхност детектора 5 рентгеновского излучения с помощью средств синхронного поддержания ориентации поверхности входного окна детектора на центр цилиндрической или конической поверхности мишени, автоматически устанавливается перпендикулярной прямой К.

В таблице приведены экспериментальные значения величины смещения детектора рентгеновского излучения п оси мишени в зависимости от значения ВЫСОКОВОЛЬТНОГО) напряжения при контроле изделий с различной толщиной для получения одинаковой величины сигнала детектора. Фокусное расстояние (расстояние между мищенью и детектором) равно 400 мм, диаметр детектора 1 мм. Относительная чувствительность контроля определяется по эталонам в соответствии с ГОСТоМс

35 тельности контроля, мишень для получения рентгеновского излучения выпол нена в виде части цилиндра или части конуса, а электронная пушка и детектор рентгеновского излучения расположены на оси указанного цилиндра или конуса, при этом электронная пуш ка размещена в точке пересечения упо мянутой оси и нормали к поверхности мишени в ее центре, детектор выполВеличина смещения детектора по оси мишени указана от точки, в которой находился детектор при контроле изде- 45 нен с возможностью перемещения вдоль ЛИЯ толщиной 8 мм, и где для данной оси цилиндра или конуса и снабжен жесткости излучения (ускоряющем напряжении на высоковольтном источнике) наблюдался максимум интенсивности рентгеновского излучения. , 50

Для автоматической установки десредствами ориентации поверхности входного окна детектора на центр мишени.

2. Дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что привод перемещения детектора рентгеновского излучения связан с блоком уставок высоковольтного источника.

тектора 5 рентгеновского излучения в той точке на оси мишени 2, где для данного напряжения на высоковольтном

ш

15

20

- ь , 3188708

источнике наблюдается максимум интен- |Сивности рентгеновского излучения, в дефектоскопе привод 6 перемещения детектора рентгеновского излучения по оси мишени 2 связан с блоком 7 уставок (автотрансформатор) напряжения на высоковольтном источнике. Одновременно с помощью зубчатого зацепления или дистанционного управления производится перемещение детектора 5 по оси мишени 2 и установка его в заданной точке на оси мишени под углом oi к ее радиусу, при котором обеспечивается максимальньй выход интенсивности рентгеновского излучения с поверхности мишени для данного напряжения. Величину смещения детектора в зависимости от величины высокого напряжения определяют экспериментально.

Фор.мула изобретения

1. Рентгеновский дефектоскоп, со- держащий электронную пушку, мишень для получения рентгеновского излучения, высоковольтный источник для получения ускоряющего напряжения с блоком уставок, систему отклонения электронного пучка по поверхности мпшени, детектор рентгеновского излучения и связанную с ним регистрирующ то аппаратуру, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения чувстви

тельности контроля, мишень для получения рентгеновского излучения выполнена в виде части цилиндра или части конуса, а электронная пушка и детектор рентгеновского излучения расположены на оси указанного цилиндра или конуса, при этом электронная пушка размещена в точке пересечения упомянутой оси и нормали к поверхности мишени в ее центре, детектор выпол

нен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра или конуса и снабжен

нен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра или конуса и снабжен

средствами ориентации поверхности входного окна детектора на центр мишени.

2. Дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что привод перемещения детектора рентгеновского излучения связан с блоком уставок высоковольтного источника.

Изобретение относится к рентгеновской аппаратуре для неразрушающего контроля, в частности, сварных соединений. Цель изобретения - повышение чувствительности контроля. .Для этого электронным пучком сканируют по цилиндрической или конической поверхности мишени 2 в плоскости, перпендикулярной оси поверхности мишени 2, и из точки, расположенной на этой оси. Детектор 5 излучения установлен на указанной оси и ориентирован на центр мишени 2. Привод 6, связанный с блоком 7 уставок высокого напряжения, обеспечивает установку детектора 5 в точку, в которой имеет место наибольшая интенсивность рентгеновского излучения в соответствии с диаграммой направленности выхода этого излучения из мишени 2. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 1 табл. S сл