Способ рентгеноструктурного анализа поверхности изделий

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 23/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ I ,ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

21) 4701271/25

22) 06.06,89

6) 07.02,93. Бюл. ¹ 5

71) Научно-исследовательский институт виационной технологии и организации роизводства.

2) В,Е. Кошелев и Л.В. Посысаева

6) Приборы для исследования физических войств материалов, Киев, Наукова думка, 974, с. 67-69, вторское свидетельство СССР ¹ 1153663, л. G 01 N 23/20, 1985.

4) СПОСОБ PЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО

НАЛИЗА ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ (7) Сущность изобретения; конический пуок 4 рентгеновского излучения формируетя с помощью диафрагмы 3 с кольцевой рорезью. Диафрагму устанавливают отноительно источника 1 и изделия 2 таким

Б

Ъl

/ l

„„. Д „„1793343 Al образом, чтобы обеспечить заданный угол 2 раствора пучка 4 и перпендикулярность оси симметрии конического пучка к поверхности изделия 2. Фокусировка в плоскости дифрагированного излучения соответствует принципу фокусировки по Зееману-Болину.

Вследствие осевой симметрии геометрии съемки дифрагированное излучение будет фокусироваться на кривой, лежащей в плоскости, эквидистантной анализируемой поверхности для плоской поверхности образца — это окружность, Детектор, регистрирующий дифрагирующие пучки 5, можно устанавливать либо по поверхности, эквидистантно анализируемой, либо по цилиндрической с осью цилиндра ОО, В качестве детектора может быть использована фотопленка в кассете или двумерный ионизационный счетчик. 3 ил.

1793343

Изобретение относится к рентгеноструктурному 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 мм ), 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 экспрессно 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. мм, 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

55 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 широкорасходящися пучком располагают над анализируемой поверхностью изделия, с помощью экрана вырезают конический пучок, проецирующийся на поверхность изделия в виде кольца, причем 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, При одновременном перемещении источника и детектора вдоль поверхности сканируют все изделие.

На фиг. 1 иллюстрируется сущность способа; на фиг. 2 — настройка геометрии съемки при реализации способа, а также поясняется каким образом устанавливается однозначное соответствие между участком исследуемой поверхности и полученной от него дифракционной картиной; на фиг. 3— участок рентгенограммы, снятой по предложенному способу, Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.

Рентгеновский источник 1 располагают над поверхностью 2 изделия, диафрагму 3 с кольцевой прорезью устанавливают таким 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 сходятся в соответствующих точках на окружностях фокусировки 6, регистрируют детектором 7, в качестве которого может быть использована фотопленка в кассете или двухмерный ионизационный счетчик.

Фокусировка дифракционного излучения в любой плоскости, содержащей ocb 00, происходит геометрически эквивалентным способом в точку, лежащую на расстоянии R от оси 00 и на расстоянии К от анализируемой поверхности. Фокусировка в плоскости соответствует известному в рентгенографии принципу фокусировки по

Зееману-Болину.

Вследствие осевой симметрии способа (ось 00) геометрическим местом располо1793343 ж ния точек фокусировки будет кривая, леж щая в плоскости, эквидистантной анализируемой поверхности. Для плоской и верхности образца — это окружность, опись ваемая соотношениями г и щ а+1 тцг (2 О- а) + 1 ™ а

Н = и т9га+1

tg2 (2 0 — а) + 1 где R — радиус окружности сфокусированного излучения;

) !

h — расстояния от источника излучения

pd анализируемой поверхности; а- угол полураствора падающего кониче кого пучка;

Π— угол дифракции;

Н вЂ” расстояние между анализируемой и верхностью и окружностью сфокусирова ного излучения.

Дифракционные конусы с угловым раствором 4 О от всех участков облученной пове рхности касаются этой окружности, С едовательно, детектором, установленнь м так, чтобы содержать окружность сфоку ированного излучения, регистрируютзту ок ужность и следы касающихся ее дифракци нных конусов. Угол а и расстояние h оп еделяют размер облучаемой кольцевой об асти, а следовательно, определяют плащ ь анализируемой поверхности. С увеличением а и h размеры облученной по ерхности возрастают., Однозначное соответствие между отдельными участками анализируемой поверхности и дифракционной картиной, ! полученной от негр, обеспечивается тем, чт падающий луч S< и дифракционный луч

S ежат в одной плоскости, прохо цщей чере ось 00 и точку падения луча So на пове хн ость анализируемого изделия, Пе есечение этой плоскости с детектором ук зывает зону, где регистрируются рассеян ые от заданного участка поверхности лучи. Поэтому каждой точке, лежащей на ! !

Формула изобретения

Способ рен геноструктурного анализа поаерхности изделий, заключающийся в том, что анализируемую поверхность облуI чают коническим пучком рентгеновских лучей, вырезанным экраном из широкорасхоДящегося пучка точечного источника и проецируемым на облучаемую поверхность в виде кольца, регистрируютдифрагированнов облучаемым участком излучение и по характеру дифракционной картины судят о

45 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 СаКа, время экспозиции 20 мин, пленка PT-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: рекристаллизîванная 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. структурном состоянии поверхности изделия, о тл и ч а ю шийся 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, 1793343

Составитель В,Кошелев

Техред М,Моргентал КоРРектоР О.Густи

Редактор Е,Савина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 500 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5