Способ рентгеноструктурного анализа поверхности изделий Советский патент 1993 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к рентгено- структурному анализу и может использоваться при неразрушающем анализе структуры промышленных изделий, в том числе и в полевых условиях.

Известна рентгеновская камера обратной съемки (КРОС), содержащая источник рентгеновского излучения, диафрагму с круглым отверстием, формирующую прямой пучок рентгеновских лучей с небольшим углом расходимости, держатель образца и плоскую кассету с фотопленкой, расположенную между источником и держателем перпендикулярно падающему пучку.

Падающий луч обладает на образце круглое пятно небольшой площади (несколько мм2), дифрагированный от поверхности образца конический пучок формируется и регистрируется на фотопленку в виде дифракционной окружности. Экспозиция при съемке одной рентгенограммы значительна (от одного до нескольких часов). Камера позволяет использовать образцы малых размеров и не применима для неразрушающего контроля.

Наиболее близким по технической сущности является способ изучения текстуры внутренних поверхностей цилиндрических изделий, заключающийся в том, что на исследуемую внутреннюю поверхность направляют конический пучок рентгеновских лучей, вырезанный из широкорасходящегося пучка точечного источника, регистрируют детектором отражения от кольцевого участка изделия и по дифракционной картине судят о структуре внутренней поверхности изделия. .

Применение расходящихся конических пучков и осевая симметрия геометрии съемки, отличающие этот способ, позволяют экс- прессно и без разрушения изделия анализировать структуру внутренней поверхности. При использовании фотопленки в качестве детектора время экспозиции составляет несколько десятков минут, а площадь одновременно анализируемой поверхности несколько тыс. мм2,

Этим способом можно исследовать участки изделия, имеющие форму внутренних поверхностей вращения, он не применим для наружных поверхностей. Кроме того, нет возможности установить однозначное соответствие между участком исследуемой поверхности и полученной от него дифракционной картиной из-за того, что конические дифракционные пучки от каждой точки на облученной кольцевой области пересекаются в общей точке, лежащей на оси симметрии устройства, где регистрируются детектором. Поэтому детектор накапливает

суммарную информацию о структуре всей облученной кольцевой области без ее детализации по составляющим эту область отдельным участкам.

Целью изобретения является осуществление возможности локального анализа структурного состояния наружной поверхности изделий на большой площади одновременно.

Указанная цель достигается тем, что источник рентгеновского излучения с широко- расходящися пучком располагают над анализируемой поверхностью изделия, с помощью экрана вырезают конический пу5 чок, проецирующийся на поверхность изделия в виде кольца, причем конический пучок располагают относительно исследуем мой поверхности так, что его ось симметрии перпендикулярна поверхности, а

0 дифрагированное излучение регистрируют по окружности, образуемой точками фокусировки на поверхности, эквидистантной анализируемой. При одновременном перемещении источника и детектора вдоль по5 верхности сканируют все изделие.

На фиг. 1 иллюстрируется сущность способа; на фиг. 2 - настройка геометрии съемки при реализации способа, а также поясняется каким образом устанавливается

0 однозначное соответствие между участком исследуемой поверхности и полученной от него дифракционной картиной; на фиг. 3 - участок рентгенограммы, снятой по предложенному способу.

5Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.

Рентгеновский источник 1 располагают над поверхностью 2 изделия, диафрагму 3 с кольцевой прорезью устанавливают таким

0 образом, чтобы обеспечить заданный угол 2 а раствора конического пучка 4, а также перпендикулярность оси симметрии конического пучка к исследуемой поверхности 2 изделия, дифракционные пучки 5, которые

5 сходятся в соответствующих точках на окружностях фокусировки 6, регистрируют детектором 7, в качестве которого может быть использована фотопленка в кассете или двухмерный ионизационный счетчик.

0 Фокусировка дифракционного излучения в любой плоскости, содержащей ось 00, происходит геометрически эквивалентным способом в точку, лежащую на расстоянии R от оси 00 и на расстоянии Н от анализи5 руемой поверхности. Фокусировка в плоскости соответствует известному в рентгенографии принципу фокусировки по Зееману-Болину.

Вследствие осевой симметрии способа (ось 00) геометрическим местом расположения точек фокусировки будет кривая, лежащая в плоскости, эквидистантной анализируемой поверхности. Для плоской пс верхности образца - это окружность, опись ваемая соотношениями

+ tg a);

tg2(20-a) + 1 гд з R - радиус окружности сфокусированного излучения;

h - расстояния от источника излучения до анализируемой поверхности;

а- угол полураствора падающего кониче

:кого пучка;

в- угол дифракции; Н - расстояние между анализируемой поверхностью и окружностью сфокусиро- ва -того излучения.

Дифракционные конусы с угловым рас- твбром 4 $от всех участков облученной по- ве рхности касаются этой окружности. Следовательно, детектором, установленным так, чтобы содержать окружность сфокусированного излучения, регистрируют эту ок эужность и следы касающихся ее дифрак- циэнных конусов. Угол о. и расстояние h опэеделяют размер облучаемой кольцевой обтасти, а следовательно, определяют пло- щгдь анализируемой поверхности. С увеличением а и h размеры облученной поверхности возрастают.

, Однозначное соответствие между отдельными участками анализируемой поверхности и дифракционной картиной, полученной от него., обеспечивается тем, 4jc падающий луч So и дифракционный луч S /ежат в одной плоскости, проходящей через ось 00 и точку падения луча S0 на по- веэхность анализируемого изделия. Пе зесечение этой плоскости с детектором указывает зону, где регистрируются рассеян )ые от заданного участка поверхности лучи. Поэтому каждой точке, лежащей на

0

5

0

5

0

5

0

5

окружности сфокусированных лучей, соответствует отдельная точка на анализируемой поверхности. Это дает возможность однозначно определять местоположение участков с измененным структурным состоянием на анализируемой поверхности.

Для регистрации сфокусированного дифракционного излучения детектор можно устанавливать различным образом.

Наиболее просто технически осуществляются два следующих варианта: по поверхности, эвидистантной анализируемой на расстоянии Н от нее, как показано на фиг. 1, и по цилиндрической поверхности радиусом R с осью цилиндра 00. На фиг. 3 показана рентгенограмма, полученная по второму варианту расположения фотопленки. Исследована зона сварного шва двух Al-листов с различной структурой. Излучение , время экспозиции 20 мин, пленка РТ-1, радиус фотокассеты 80 мм, сфокусированы отражения (111) и (200) с углами дифракции 19,32° и 22,43 соответственно. Видно, что рентгенограмма может быть условно разбита на три зоны. Зона А характеризует металл первого листа: рекристаллизованная структура дает четкие дифракционные рефлексы от отдельных зерен, в зоне Б дифракционная картина соответствует шву с крупнокристаллической структурой, причем слегка размытые рефлексы указывают на остаточную деформацию в зернах, а зона В относится к металлу второго листа с деформированной структурой, что выражается в практически полном размытии дифракционных пятен. Видно, что отдельные участки исследованной поверхности хорошо локализованы на рентгенограмме. Необходимо подчеркнуть, что при любой установке детектора дифракционное излучение фокусируется в точках, образующих кривую, эквидистантную анализируемой поверхности, причем конкретная форма кривой определяется локальной формой анализируемой поверхности.

Формула изобретения Способ рентгеноструктурного анализа поверхности изделий, заключающийся в том, что анализируемую поверхность облучают коническим пучком рентгеновских лучшей, вырезанным экраном из широкорас- хоДящегося пучка точечного источника и проецируемым на облучаемую поверхность в виде кольца, регистрируют дифрагированное облучаемым участком излучение и по характеру дифракционной картины судят о

структурном состоянии поверхности изделия, отличающийся тем, что, с целью осуществления возможности локального анализа структурного состояния поверхности изделия, конический пучок располагают относительно исследуемой поверхности так, что его ось симметрии перпендикулярна поверхности, а дифрагированное излучение регистрируют по окружности, образуемой точками фокусировки на поверхности эквидистантной анализируемой.

Редактор Е.Савина

Составитель В.Кошелев Техред М.Моргентал

Корректор. О. Густи