Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Неразрушающий контроль. В 2 частях. Ч.2. Неразрушающий контроль в управлении качеством с применением мехатронных систем. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

онные методы контроля, малоинформативна для выявления расслоений,

слипаний, закатов, заковов, волосовин и других дефектов планарной геометрии с малым раскрытием в заготовках и деталях из металлов, получаемых пластическим деформированием (ковка, штамповка и т.п.).

Эффективность различных методов радиационного контроля определяется способностью обнаруживать реальные дефекты в ОК и их производительност

ью. С

редние размеры наиболее мелких дефектов и произво-

дительность радиографического метода контроля при толщине изделия

2…500 мм таковы:

– размер выявляемого дефекта: в направлении просвечивания 0,1…5,0 мм и в поперечном направлении 0,01…0,22 мм;

– производительность контроля: слитков, отливок и т.п. – 0,50…0,01 м

/ч, сварных соединений и т.п. – 1…3 м/ч.

Электрорентгенографический процесс состоит из следующих операций:

– зарядка электрорентгенографического слоя;

– экспонирование (от лат. expono – выкладывать, выставлять), про-

явление скрытого электростатического изображения;

– перенос порошкового изображения на бумагу, закрепление и очистка полупроводникового слоя от остатков проявителя.

Для электрорентгенографии характерна возможность получения изображения мелких дефектов с высоким контрастом (фр. contraste, от лат.

contrarius – лежащий напротив, противоположный) из-за подавления низ-

ких пространственных частот в процессе получения снимков.

Импульсный рентгеновский аппарат (рис. 46) предназначен для НК материалов. Рабочее напряжение на его трубке составляет 300 кВ, диаметр фокусного пятна – 25 мм, частота следования рентгеновских импульсов 10 Гц.

Толщина просвечиваемой им стали:

– с применением свинцовой фольги – 45 мм;

– с применением флуоресцентных усиливающи

ранов 90 мм.

х эк

Доза излучения за импульс на расстоянии 0,5 м от фокуса составляет 2 мР.

На рисунке 47 приведена схема формирования пучка медленных нейтронов при радиографии ОК.

Нейтрон (англ. neutron, от лат.

neuter –

ни тот, ни другой) – это элементарная частица со спином 1/2 и массой, превышающей массу протона на 1,674927471(21) кг электронных масс.

Из зоны замедлителя

2 (на расстоя-

нии 2…3 см от источника быстрых нейтронов нейтронов по пустотелому каналу конической формы

1) выводится пучок медленных

Рис. 46. Импульсный ентгеновский аппарат

1 2 3 4 5 6 7 8

f D

Рис. 47. Схема формирования пучка медленных нейтронов

1 – источник быстрых нейтронов; 2 – замедлитель; 3 – диафрагма нейтронного

пучка; 4 – канал для выведения нейтронного пучка; 5 – ОК; 6 – детектор

для радиографии ОК:

нейтронного изображения; 7 – фотоматериал; 8 – экран

Нерезкость изображения, вызванного конечными размерами фокусного

пятна (

f) источника медленных нейтронов, можно оценить по формуле

)(HHFf

(27)

U−=

а плотность потока нейтронов в районе детектора – выражением

≈ϕ

. (28)

Из этих соотношений следует, что уменьшение размеров фокусного пятна позволяет увеличить резкость изображения, однако при этом резко снижается плотность нейтронов в зоне детектора

6 и, следовательно, про-

изводительность контроля. В качестве детектора в нейтронной радиографии используют рентгеновскую или фототехническую плёнку но с экранами

8, конвертирующими (от лат. converto – изменяю, превра-

7 совмест-

щаю) нейтронное изображение в гамма-, бета-, альфа- или световое изображение, к которым фотоматериалы чувствительны.

Для получения светового изображения применяют методы прямой экспозиции и переноса. При использовании метода прямой экспозиции рентгеновская плёнка, установленная в кассете, находится в контакте с экраном-преобразователем. После окончания экспозиции плёнку проявляют, и изображение анализирует челове

к. В методе пер

еноса применяют экран-преобразователь из материала, который активизируется в нейтронном пучке (например, индий или диспрозий) и становится источником ионизирующего излучения, причём локальная активность экрана пропор-

циональна воздействующему нейтронному потоку. После окончания экспозиции в нейтронном пучке экран приводят в контакт с фотоматериалом и на него переносится изображение.

В методе переноса исключается влияние на снимок гамма-излучения,

возникающего в нейтронном канале и от контролируемого вещества.

В водородосодержащих изделиях – оргстекло, эбонит (от др.-греч.

εβενοζ – чёрное дерево), дерево, гетинакс, по

лиэтил

ен – можно выявить изменения толщины, вызванные дефектами размером 0,1…0,2 мм при толщине изделий до 8 мм. Используя

метод нейтронной радиографии,

можно обнаружить корродирование алюминиевых деталей, размещённых внутри металлических корпусов. В этом случае основной вклад в ослабление нейтронного пучка вносит соединение Al(OH), возникающее в результате коррозии. При контроле клеевых соединений (клей на основе органических веществ) можно выявить плёнки клея толщиной до 0,1 мм.

Рентгенография имеет много достоинств, однако её применение

в некоторых случаях о

раничивается тем, что требуется значительное

г время на обработку и расшифровку рентгенограмм. Часто высокие темпы современного производства требуют экспресс-контроля, и в этом случае вместо рентгенографии используют

(радиоскопии)

, основанный на преобразовании радиационного изобра-

метод радиационной интроскопии

жения ОК в световое на экране радиационно-оптического преобразователя, причём получаемое изображение анализируют в процессе контроля.

Главное преимущество радиоскопии заключается в том, что световое изображение на экране становится достаточно хорошим, как только плотность потока энергии квантов радиационного изображения достигнет определённого значения. Качество светотеневого и

ображения просвечиваемого

з изделия зависит от характеристик излучения и радиационно-оптического преобразователя, причём при радиоскопии значения некоторых характеристик (плотность потока энергии излучения, его спектральный состав, коэффициент усиления яркости преобразователя, его коэффициент передачи контраста и пр.) можно изменять при анализе изображения. Лучшее качество изображения можно получить, не зная оптимальных значений пар ров ради

ационного интроскопа и не прибегая ни к каким расчётам.

амет-

В настоящее время в радиационной интроскопии широко распространены три схемы организации сбора информации: с использованием широкого, веерного и игольчатого пучков.

Преимущества схем с широким пучком:

– потенциальное число элементов разложения изображения превышает 10

;

– радиационно-оптические преобразователи, используемые в таких

системах, оптически связаны с телевизионными системами и их изготовляют по отработанным технологиям;

– многообразие решаемых задач – контроль как неподвижных, так и подвижных объектов.

Преимущества схем с веерным пучком: – отсечка рассеянного излучения;

– датчики, используемые в таких системах, имеют большой динамический диапазон – более 1:1000 и значительное отношение сигнал/шум (более 60 дБ), поэтому в большинстве случаев не требуется использовать дополнительные компенсаторы для динамического подавления сигналов;

– линейность детекторов может быть значительно улучшена по сравнению с телекамерой;

– скор

ость передачи данных достат

очно мала, и они легко могут

быть преобразованы в цифровую форму и введены в ЭВМ.

Преимущества схем с игольчатым пучком:

– возможность регистрации всей гаммы эффектов взаимодействия излучения с ОК, что позволяет получать очень богатую информацию об объекте (например, о распределении химических элементов в изделии);

– возможность получения ми

кропучков раз

мером 1 мкм и меньше.

Радиометрический метод радиационного НК (радиометрия) осно-

ван на измерении одного или нескольких параметров ионизирующего излучения после его взаимодействия с ОК.

По характеру измеряемой на ОК величины различают радиометрическую дефектоскопию и толщинометрию. При дефектоскопии из-за локального расположения и малых размеров дефектов требуется быстродействующая регистрирующая аппаратура, а при решении задач толщинометрии возможно уср

днение сигналов.

При радиометрическом контроле в основном используют радиоактивные источники, рентгеновские аппараты, бетатроны (табл. 5).

Радиометрический контроль эффективен для объектов, не имеющих локальных изменений толщины и плотности материала, так как изменение плотности потока фотонов, вызванное этими локальными неоднородностями, приводит к формированию сопутствующего сигнала, превышающего полезный сигнал.

5. Типы источников излучения при радиометрическом контроле в зависимости от толщины изделия

Тип источника излучения

Радиоактивные источники β-излучения Рентгеновские аппараты Радиоактивные источники

γ-излучения

Бетатроны

Толщина сплава на основе, мм

железа титана алюминия

0,02...1,00

1...130

1...150 >50

0,05...3

2...230

2...330 >90

1...20

5...370

5...300 >150

Рис. 48. Внешний вид установки

Одной из наиболее ответственных стадий в производстве композитов является процесс приготовления препрегов на пропиточных машинах. Содержание связующего в препреге является его основной характеристикой, непосредственно влияющей на качество конечной продукции. Для решения этой задачи разработана рентгенометрическая установка (рис. 48), в основе работы которой лежит метод сквозного просвечивания контролируемого участка препрега мя ным пучком рентгеновского излучения с пониженной энергией около 5 кэВ и интенсивностью около 10 ния связана с массой препрега законом ослабления излучения

гким р

адиационно безопасным узконаправлен-

(с·см2)–1. Интенсивность ослабленного излуче-

I = I

exp[–(μ

н т

+ μ

)], (29)

с т

где I0 – интенсивность исходного излучения; тн, тс – поверхностные массы наполнителя и связующего; μ

, μ

– массовые коэффициенты ослабле-

ния излучения наполнителя и связующего.

Одной из актуальных проблем в производстве полимерных КМ является контроль содержания связующего в готовых деталях. В настоящее время такой контроль осуществляется трудоёмкими разрушающими методами выжигания или химического вытравливания. Применение этих методов для угле- и органопластиков является некорректным из-за частичного р

азрушения напо

лнителя в процессе контроля, что обуславливает большой разброс результатов измерений, превышающий, как правило, в 2–3 раза технологический разброс.

Такой контроль может быть осуществлён неразрушающим рентгенометрическим методом, основанным на измерении степени ослабления рентгеновского излучения пластиком. Реализующая этот метод установка для экспрессного измерения содержания связующего в готовых угле- и орг

ан

о-

пластиках показана на рис. 49

Рис. 49. Внешний вид

рентгенометрической установки

Её работа основана на сравнении интенсивностей рентгеновских излучений, ослабленных соответственно пластиком и сухим наполнителем, находящимся в измерительном канале, с последующим вычислением искомого значения массового процентного содержания связующего по формуле

100

0н

−

где

I и I

– интенсивности рентгеновских излучений, ослабленных соот-

ветственно пластиком и сухим наполнителем; ного излучения;

А – константа.

, (30)

)/ln(

)/ln()/ln(

IIII

0н0

– интенсивность исход-

Конструкция установки допускает измерение деталей с максимальной шириной до 600 мм, погрешность измерения процентного содержания связующего не превышает 1…2%.

Рентгеновские и радиоактивные измерители толщины материала

широко используют для бесконтактного автоматического контроля толщины листового проката в производстве путём регистрации прошедшего через материал излучения. Выбирая необходимые ускоряющее напряжение и ток рентгеновской трубки, с помощью рентгеновских толщиномеров осуществляют контроль, например стального проката толщиной 0,002…25,000 мм с погрешностью 0,5% от верхнего значения диапазона измерений. Радиоактивные источники, в осн

овном с β-активн

остью, используют для измерения толщины стальной полосы в диапазоне от нескольких микрон до 1 мм, а источники с γ-активностью – для контроля горячего проката из стали толщиной 3,5…40,0 мм. При контроле толщины алюминиевого проката верхнее значение диапазона увеличивается, а при контроле проката меди и сплавов на её осн

Системы, о

снованные на регистрации прошедшего через ОК излуче-

ове – уменьшается.

ния, можно разделить на три группы:

1. Прямого измерения параметров излучения – абсолютный метод.

2. Сравнения параметров излучения в двух каналах путём их вычи-

тания или деления – дифференциальный метод.

3. Непрерывного сравнения параметров излучения в двух каналах

измерения – компенсационный метод.

В системах прямого измерения (ри

с. 50)

стабилизация напряжения

и тока трубки осуществляется с помощью микропроцессора.

В качестве детекторов используют ионизационные камеры и сцинтилляционные счётчики (с кристаллом NaI (Te) на входе фотоэлектронного умножителя). Детектор с предусилителем, как правило, помещают в термостат для снижения влияния температуры ОС.

Измерители, работающие по методу сравнения двух потоков излу-

чения, в зави

симости от чис

ла применяемых источников и приёмников могут быть трёх видов: с одним источником излучения и двумя приёмниками; с двумя источниками и одним приёмником; с двумя источниками и двумя приёмниками.

1 2 3

Выход

1 – источник излучения; 2 – ОК; 3 – детекторы излучения; 4 – схема сравнения

Для изучения очень мелких объектов используют

микроскоп

фирования многократно (до 10 в которых вместо световых лучей используют пучки электронов, ускоренных до больших энергий (30…100 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума. По разрешающей способности электронный микроскоп в несколько тысяч раз превосходит обычные световые микроскопы. Предел разрешения, характеризующий способность оптического прибора различить раздельные мелкие, максимально близко расположенные детали объекта, у электро фировании периодических структур, например кристаллографических, удаётся реализовать разрешение менее 0,1 нм. Столь высокие разрешения достигают благодаря чрезвычайно малой длине волны электронов. Для фокусировки электронного пучка в электронном микроскопе применяют магниты (электромагниты) или электростатические линзы. Исследуемый объект рассеивает, отражает и поглощает элект

Для исслед пы просвечивающего типа, обладающие самой высокой разрешающей способностью по сравнению с другими (0,2…0,3 нм, а в отдельных случаях и выше).

Для изучения массивных, непрозрачных для электронов объектов обычно применяют эмиссионные электронные микроскопы, в которых изображение получают с помощью электронов, испускаемых образцом при нагр

еве, о

(разрешающая способность 20…30 нм).

Растровые (от лат. электронные микроскопы позволяют исследовать как непрозрачные, так и прозрачные для электронов объекты, на которые направляется тонкий пучок электронов, непрерывно обегающий (сканирующий) участок поверхности объекта (разрешающая способность 3…20 нм).

Рис. 50. Схема компенсационного контроля:

электронный

– электронно-оптический прибор для наблюдения и фотогра-

нных микроско

раз) увеличенного изображения объектов,

пов составляет 0,2…0,3 нм, а при фотогра-

роны.

ования объектов в проходящих пучках применяют микроско-

свещении или бомбардировке его ионами или электронами

rastrum – грабли, мотыга), или сканирующие,

Вторичные электроны

Отражённые электроны

Поглощённые

электроны

Рентгеновские лучи

Прошедшие

Наведённое электроны

напряжение 7 8 9

Рис. 51. Схема растрового электронного микроскопа:

1 – пучок первичных электронов; 2 – детектор вторичных электронов;

3 – детектор рентгеновского излучения; 4 – детектор отражённых электронов; 5 – детектор светового излучения; 6 – детектор электронов, прошедших сквозь ОК; 7 – прибор для измерения наведённого на ОК электрического потенциала;

8 – прибор для регистрации тока прошедших сквозь ОК электронов;

9 – прибор для регистрации то

ка поглощ

ённых в ОК электронов

Отражательный электронный микроскоп даёт изображение объектов с помощью рассеянных электронов, которые проходят через систему линз, увеличивающих изображение (разрешающая способность 30…50 нм).

С помощью зеркальных микроскопов получают распределение электрического потенциала у поверхности исследуемого объекта. Электроны отражаются не непосредственно объектом, а экранирующей его эквипотенциальной поверхностью (разрешающая способность 100 нм).

В теневом микроскопе на обр

азец напр

авляется тонкий электронный луч (зонд), который на удалённом от объекта экране даёт увеличенное теневое изображение объекта (разрешающая способность до нескольких десятков нанометров).

В растровом электронном микроскопе (рис. 51) электронный пучок,

сформированный электронной пушкой, ускоряется до энергии 30…50 кэВ и

с помощью двух или трёх электронных линз фокусируется в узкий электронный луч. Магнитная отклоняющая система развёртывает зонд по заданной площади на объекте.

На рисунке 52 показана эвтектическая

(от греч. ευτεκτοσ – легко плавящийся) микроструктура, полученная направленным отвердеванием и состоящая из иг тантала

в никель-хромовой матрице.

л карбида

Рис. 52. Снимок

эвтектической

мик

оструктуры

Рентгенофлуоресцентный анализ – один из современных спектроско-

пических методов исследования вещества в целях получения его элементного состава, т.е. элементного анализа. С помощью него можно анализировать различные элементы от бериллия (Be) до урана (U). Метод рентгенофлуоресцентного анализа основан на сборе и последующем анализе спектра, полученного путём воздействия на исследуемый материал рентгеновским излучением.

Рентгенофлуоресцентные анализаторы применяют для входного контроля сталей и сплавов цветных металлов, сортировки металлического лома, металлов на складе, для проведения экспресс-анализа и определения марок металлов на каждом этапе производства, для ремонта и диагностики оборудования, для экспресс-анализа руды и почвы, для экологического (от греч. οικοσ – дом жилище, местопребывание и ... ринга (англ. monitoring, от лат.

monitor – напоминающий, надзирающий),

логия) монито-

диагностики и контроля промышленной безопасности и др.

Упрощённая формула зависимости интенсивности рентгенофлуоресцентной линии

i-го элемента (I

) от его содержания (Сi) имеет вид

f, i

= kµ

f, i

i Pi Ip Сi

, (31)

где k – коэффициент, учитывающий величину скачка поглощения, влияние атомов других элементов (избирательное поглощение и возбуждение флуоресцентной линии совый коэффициент поглощения первичного излучения атомами мента;

– вероятность флуоресцентной релаксации (от лат. relaxatio –

ослабление) возбуждённого атома; новского излучения.

го элемента), геометрические факторы; µi – мас-

– интенсивность первичного рентге-

i-го

эле-

Рентгенофлуopесцентный анализатор (рис. 53) позволяет определить марку металла или сплава от титана (Ti) до урана (U).

Широко применяют для исследования внутренней структуры твёрдых тел и жидкостей, атомных ядер, атомов и молекул

. Это избирательное поглощение веществом электромагнитных волн

нанс

магнитный резо-

определённой частоты, обусловленное изменением ориентации микроскопических магнитных моментов этого вещества. Если магнитные моменты принадлежат атомным ядрам, то магнитный резонанс называют ядерным магнитным резонансом (ЯМР), если магнитным моментом неспаренных электронов парамагнетика, – ЭПР. Магнитный резонанс, связанный с магнитными моментами электронов в магнито

вах – ферро-, ферри- и антифер-

вещест ромагнетиках, – называют соответственно ферро-, ферри- и антиферромагнитным резонансом.

упорядоченных

Рис. 53. Рентгено-

флуоресцентный анализатор

Наиболее распространённый метод наблюдения магнитного резонанса основан на регистрации спектров поглощения. В простейшем случае спектр магнитного резонанса состоит из единственной линии на частоте

ω = γВ0, (32)

где γ – магнитомеханическое отношение; В0 – магнитная индукция.

На практике взаимодействие микрочастиц с внутренним электрическим и магнитным полями приводит к изменению энергетических интервалов, что вызывает сдвиг и расщепление линий спектра. Благодаря этому магнитный резонанс широко применяют для исследования внутренней структуры твёрдых тел и жидкостей.

Ядерный магнитный резонанс – это избирательное поглощение

веществом электромагнитной энергии радиочастотного диапазона, обусловленное переориентацией магнитных моментов атомных ядер, помещённых в магнитное поле. Его наблюдают, когда на исследуемое вещество действуют два взаимно перпендикулярных магнитных поля: сильное постоянное с индукцией Если атомное ядро имеет собственный момент количества движения дипольный магнитный момент γ Планка; γ

– гиромагнитное отношение), то условие ЯМР имеет вид

и слабое переменное с частотой 106…108 Гц.

Ih (I – ядерный спин; h – постоянная

ω0 = γ

, (33)

I В0

I h и

где ω0 – круговая частота переменного магнитного поля.

Ширину линии ЯМР определяют, как и для электронного парамагнитного резонанса, в основном временами спин-решёточной и спинспиновой (от англ. spin – вертеться) релаксации.

ЯМР наблюдают с помощью радиоспектрометров (рис. 54).

Образец исследуемого вещества генерирующего контура (поле Этот магнит создаёт поле

так, что Н

3 помещают как сердечник в катушку 1

), расположенного в зазоре магнита 2.

перпендикулярно Н

. При ω = ω0

наступает резонансное поглощение, что вызывает падение напряжения на контуре, в схему которого включена катушка с образцом. Падение напряжения детектируется, усиливается (

5) и подаётся на развёртку осциллографа 8.

1 3

Рис. 54. Структурная схема спектроскопа ЯМР

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]