Выбор режима просвечивания, обеспечивающего необходимую
степень почернения. Человеческий глаз лучше всего различает малые градации почернения негатива, когда плотность его почернения составляет
1,2-2,0. Плотностью почернения называется величина
D = ln(I
0
/ I), где I
0
– интенсивность первичных лучей, а I – интенсивность лучей, прошедших через пленку.
На практике используются специальные номограммы, изображающие зависимость экспозиции, выраженной в миллиамперминутах (i
) от толщины изделия при различных напряжениях на трубке. Необходимость получения достаточно плотной рентгенограммы за экономически приемлемое время
156 ограничивает толщину изделий, которые практически можно просвечивать при том или ином напряжении на трубке.
Влияние жесткости излучения. Минимальная величина выявляемого дефекта обратно пропорциональна разности линейных коэффициентов ослабления в матрице и дефекте, которая возрастает с увеличением длины волны. Поэтому можно сделать вывод, что для выявления мелких дефектов необходимо применять наиболее мягкие лучи, т.е. вести съемку при минимально возможном для данной толщины изделия напряжении на трубке.
(Для сплошного спектра λ
0
= 12,4/U (A); λ
max
1,5λ
0
). Однако практически этот принцип удается использовать лишь при просвечивании относительно тонких или изготовленных из легких металлов изделий.
Влияние величины фокуса рентгеновской трубки. От размера фокусного пятна зависит величина геометрической нерезкости изображения
(полутени) просвечиваемого предмета. Поэтому необходимо применять источники излучения с возможно меньшими размерами фокусного пятна.
Однако уменьшение площади фокусного пятна приводит к существенному уменьшению интенсивности и росту времени экспозиции. Обычно трубки для дефектоскопии имеют мощность до 3 кВт, а их фокус имеет площадь около 20 мм
2
Для получения большой резкости изображения применяют острофокусные трубки с размером фокусного пятна 0,4 мм. Существенное влияние на величину полутени оказывает фокусное расстояние (расстояние от фокуса трубки до пленки). При увеличении фокусного расстояния резкость снимка возрастает, но возрастает так же время экспозиции (пропорционально квадрату расстояния). Обычно фокусное расстояние принимают равным 500-700 мм.
Влияние рассеянных лучей. Рассеянные лучи увеличивают общую плотность почернения негатива, что уменьшает контрастность изображения и снижает чувствительность. Поскольку интенсивность рассеянных лучей прямо пропорциональна объему рассеивающего металла, то чем толще изделие, тем труднее выявить мелкие дефекты. Полностью рассеянное излучение устранить
157 невозможно, однако на практике используется ряд мер для ослабления степени его воздействия на пленку. Это использование экранов из свинцовой фольги и фильтров, применение масок и диафрагм, ограничивающих пучок излучения.
Применение усиливающих экранов. Фотографическое действие ионизирующих излучений основано на поглощении их энергии пленкой.
Обычно в пленке поглощается менее 1% энергии рентгеновского излучения.
Для усиления фотографического действия и, следовательно, для уменьшения экспозиции в дефектоскопии применяют усиливающие металлические фольги и флуоресцирующие экраны.
Усиливающее действие металлических фольг обусловлено поглощением длинноволнового рассеянного излучения и дополнительным фотографическим действием фотоэлектронов и электронов отдачи, образующихся в результате взаимодействия рентгеновских лучей с материалом фольги. Флуоресцирующий экран представляет собой тонкий слой люминофора, чаще всего CaWO
4
, нанесенный на тонкий лист картона или пластмассы. Его усиливающее дейст- вие обусловлено воздействием на пленку свечения, возникающего в люминофо- ре под действием ионизирующего излучения. Поглощенная энергия преобразу- ется в видимый свет, который экспонирует прижатую к экрану рентгеновскую пленку. Продолжительность экспозиции сокращается в 10-100 раз.
4 5
3 1
2
F
c b
l
Рис. 56. Схема определения глубины расположения дефекта:
1 и 2 – положение источника; 3 – контролируемое изделие; 4 – дефект;
158 5 – пленка
Область применения рентгеновской дефектоскопии. Рентгеновская дефектоскопия применяется для оценки качества сварных швов с точки зрения наличия непровара, трещин, количества и распределения пор и неметаллических включений. Типовые схемы просвечивания сварных соединений приведены на рис. 56. Она также используется для контроля стальных отливок. Этим методом выявляют усадочные раковины, газовые пузыри, пористость, шлаковые включения и ликвацию. Для анализа поковок и штамповых заготовок рентгено- и γ-дефектоскопию используют редко, и только для весьма мелких изделий.
Оценка качества сварных швов производится по трехбальной системе согласно соответствующему ГОСТ. Баллом III оцениваются безусловно годные швы. На рентгенограммах
таких швов не должно быть признаков непровара, трещин. Допускаются лишь единичные газовые поры и шлаковые включения.
Баллом II – допустимые к применению сварные соединения. К ним относятся швы на которых отсутствуют следы непровара и трещин, но имеются незначительное количество газовых пор и шлаковых включений, не носящих характера сплошной сетки по всей длине шва. Баллом I оценивают бракованные сварные соединения. К ним относят швы, имеющие признаки непровара, трещин, или же они имеют по всей длине явно выраженную сетку пороков в виде газовых и шлаковых включений.
Определение положения дефекта в изделии. В некоторых случаях бывает необходимо определить положение дефекта. Так, например, дефекты, находящиеся в поверхностном слое отливки, можно считать допустимыми, если в процессе дальнейшей обработки эти дефекты будут удалены. В других случаях допустимы дефекты в глубине изделия. Для определения глубины залегания дефекта обычно используют метод двойного просвечивания со сме- щением источника, схема метода показана на рис. 56. Вначале изделие просвечивают из положения 1. Затем источник излучения смещают на расстояние
l, под контролируемое изделие подкладывается другая пленка и
159 проводится вторичное просвечивание из положения 2. При расшифровке обе рентгенограммы накладывают друг на друга и измеряют величину смещения изображения дефектов. Расстояние между дефектом и пленкой находят из формулы a = cF/(l+c), где c – смещение изображения дефекта; l – смещение источника; F – фокусное расстояние.
Если пленка отстоит от контролируемого изделия на расстояние b, то дефект расположен на глубине a-b от поверхности, обращенной к пленке.
Если дефект хорошо различим на снимке, то просвечивание изделия из обоих положений можно производить на одну и ту же пленку, однако при этом ухудшается выявление других дефектов.
Определение размера дефекта в направлении просвечивания.
Глубину дефекта (чаще всего непровара сварных швов) можно определить с помощью эталонов. С этой целью рядом с контролируемым участком сварного шва устанавливают набор эталонов разной толщины и с различной глубиной канавки. Глубина непровара определяется по снимку путем визуального сравнения оптической плотности изображения канавок эталона с оптической плотностью дефекта.
Рис. 57. Просвечивание изделий сложной формы
Рис. 58. Типовые схемы просвечивания литых изделий
160
Рис. 59. Типовые схемы просвечивания сварных соединений
Просвечивание изделий сложной формы. Обнаружение дефектов в изделиях сложной конфигурации затруднительно по следующим причинам:
– наличие участков
,
резко различных по толщине,
не позволяет произвести одновременную съемку всего изделия;
– сложная форма изделия затрудняет борьбу со вторичным излучением, вуалирующим снимок.
Литые изделия сложной формы перед просвечиванием разбивают на отдельные участки, которые просвечивают по типовым схемам (рис. 59). Кроме того, чтобы сгладить разницу в фасонных и пустотелых изделиях, применяют так называемые компенсаторы. Компенсатор представляет собой жидкое или сыпучее вещество, подобранное таким образом, чтобы его линейный коэффициент ослабления был равен коэффициенту просвечиваемого изделия.
Компенсатор также поглощает часть вторичных лучей, повышая качество снимка.
Вопросы для самоконтроля 1. Что называют дефектоскопией?
2. Устройство и принцип работы дефектоскопов.
3. Методика определения дефектов в литых изделиях.
4. Как влияет жесткое излучение на работу дефектоскопов?
5. Как применяются усиливающие экраны в дефектоскопии?
161
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, систематическое описание взаимодействия рентгеновского излучения с исследуемым образцом показало, что волна, отраженная от системы параллельных плоскостей образцов, по своей структуре является плоской, и ее частота совпадает с частотой падающей волны.
Показано, что в результате интерференции отраженных волн амплитуда результирующей рассеянной волны, а следовательно, и ее интенсивность многократно возрастают, формируя рефлексы отражающих плоскостей на дифрактограммах при определенных углах в соответствии с уравнением
Вульфа – Брегга. Данный эффект находится в основе метода рентгеноструктурного анализа твердых материалов.
На величину интенсивности рассеянной волны оказывают влияние многие факторы. Прежде всего, к ним относятся фактор атомного рассеяния, структурный фактор,
поляризационный множитель, фактор, учитывающий поглощение излучения веществом, факторы, контролирующие форму брегговских профилей интенсивности, фоновое излучение, эффекты экстинкции и т. д.
В пособии рассмотрены основы одного из важнейших приложений рентгенофазового анализа к исследованию твердых материалов, а именно, к качественному и количественному фазовому составу образцов. Явный аналитический вид интегральной интенсивности излучения позволяет выявить на качественном уровне содержание фаз в смеси по штрих-диаграммам с помощью кристаллографических баз данных. Данный метод может быть реализован автоматически с использованием различных компьютерных программ по рентгеноструктурной обработке дифрактограмм или на основе рассмотренных общих закономерностей формирования брегговских рефлексов фаз в смеси, определением концентрации различных фаз в образцах, а также с применением различного рентгеноструктурного софта. Обсуждаются и современные методы количественного определения концентрации фаз, которые могут быть применены для решения поставленной задачи исследователем в зависимости от исходного состояния исследуемых образцов.
162
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Русаков, А.А. Рентгенография металлов / А.А. Русаков. – Москва:
Атомиздат, 1977. – 480 с. ─ Текст : непосредственный.
2. Русаков, А.А. Основы рентгенографии металлов В 3 частях. Часть 1/ А.А
Русаков, В.Н. Яльцев – Москва: МИФИ, 1994. – 172 с. ─ Текст : непосредственный.
3. Ракобольская, И.В. Ядерная физика/ И.В. Ракобольская – Москва: МГУ,
1971 – 296 с. ─ Текст : непосредственный.
4. Мурин, А.Н. Физические основы радиохимии: учебник для химических специальностей университетов/ А.Н. Мурин – Москва: Высшая школа, 1971 –
288 с. ─ Текст : непосредственный.
5. Русаков, А.А. Основы рентгенографии металлов В 3 частях. Часть 2 / А.А
Русаков, В.Н. Яльцев – Москва: МИФИ, 1994. – 60 с. ─ Текст : непосредственный.
6. Русаков, А.А. Основы рентгенографии металлов В 3 частях. Часть 3 / А.А
Русаков, В.Н. Яльцев – Москва: МИФИ, 1998. – 152 с. ─ Текст : непосредственный.
7. Гинье, А. Рентгенография кристаллов/ А. Гинье – Москва: Физматлит, 1961.
– 604 с. ─ Текст : непосредственный.
8. Алешина, Л.А. Рентгенография кристаллов/ Л.А Алешина, О.Н. Шиврин –
Петрозаводск.: Изд-во Петрозаводского ГУ, 2004. – 320 с. ─ Текст: непосредственный.
9. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия/ Я.С Уман- ский , Ю.А. Скаков, А.Н Иванов, Л.Н Расторгуев. – Москва: Металлургия, 1982.
– 632 с. ─ Текст: непосредственный.
10. Черноруков, Н.Г. Теория и практика рентгенофлуоресцентного анализа: учебно-методическое пособие Н.Г Черноруков, О.В. Нипрук Электронное учебно-методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. – 57 с. ─ Текст: электронный.
11. Физическое материаловедение В 6 томах. Том 3 Методы исследования
163 структурно-фазового состояния материалов/ под ред. Б.А. Калина. – Москва:
МИФИ, 2008. – 636 с. ─ Текст: непосредственный.
12 Кузнецова, Г.А. Качественный рентгенофазовый анализ: Методические указания / Г.А. Кузнецова – Иркутск ИГУ, 2004 г. – 24 с. ─ Текст: непосредственный.
13. Рентгеновская дифрактометрия / И.Г. Исаенкова, Ю.А. Перлович,
В.И. Скрытный [и др]. – Москва: МИФИ, 2007. – 60 с. ─ Текст: непосредственный.
14. Бородкина, М.М. Рентгенографический анализ текстуры металлов и сплавов/ М.М Бородкина, Э.Н. Спектор – Москва: Металлургия, 1981. – 272 с.
─ Текст: непосредственный
15. Миркин,
Л.И.
Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов/ Л.И. Миркин – Москва: Физматлит, 1961. – 864 с. ─ Текст: непосредственный.
16. Физическое металловедение / под ред. Р.У. Кана. Вып. 1. Атомное строение металлов и сплавов. – Москва: Мир, 1967. – 334 с. ─ Текст: непосредственный.
17. Физическое металловедение В 3 томах Т. 1. Атомное строение металлов и сплавов под ред. Р.У. Кана, П. Хаазена. [перевод с английского]. [3-е изд, пер. и доп.] − Москва: Металлургия, 1987. – 640 с. ─ Текст: непосредственный.
18. Киттель, Ч. Введение в физику твердого тела. / Киттель Ч; [перевод с английского]. − Москва: Наука, 1978. – 792 с. ─ Текст: непосредственный.
19. Неорганические материаловедение: энциклопедическое издание В 2 томах.
Том 1 Основы науки о металлах, /под ред. В.В. Скорохода, Г.Г. Гнесина. - Киев,
2008. – 1152 с. ─ Текст: непосредственный.
20. Горелик, С.С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ: учебное пособие для вузов. / С.С Горелик, Ю.А Скаков, Л.Н Расторгуев.– 3-е изд. доп. и перераб. - Москва: МИСИС, 1994. – 328 с. ─ Текст: непосредственный.
21. Воробьёв,
С.А. Методы структурного анализа / С.А Воробьев Москва:
Наука, 1989. – 304 с. ─ Текст: непосредственный.
164 22. Уманский, Я.С. Рентгенография металлов и полупроводников/ Я.С.
Уманский - Москва: Металлургия. 1969. – 496 с. - Текст: непосредственный.
165
Приложение 1 Индивидуальное задание 1 Задание №1 (1 семестр) Вариант №1 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
0,1 МэВ и 5 МэВ в Al.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Ag25%Zn.
3. Найдите толщину фольги из Ni, пройдя через которую K
-лучи Cu ослабились бы в 100 раз больше, чем K
-лучи.
4. Подобрать фильтр для излучения Cr и
определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 10 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №2 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
1 МэВ и 10 МэВ в Ti.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Fe20%Ni.
3. Найдите толщину фольги из Сo, пройдя через которую K
-лучи Ni ослабились бы в 10 раз больше, чем K
-лучи
4. Подобрать фильтр для излучения Co и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 100 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №3 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
0,5 МэВ и 2 МэВ в V.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Co-10%Ni.
166 3. Найдите толщину фольги из алюминия, пройдя через которую K
-лучи Ni ослабились бы в 100 раз больше, чем K
-лучи Mo.
4. Подобрать фильтр для излучения Ni и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 50 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №4 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
1,25 МэВ и 2,5 МэВ в Cr.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Ni-15%Cr.
3. Найдите толщину фольги из алюминия, пройдя через которую K
-лучи Cr ослабились бы в 10 раз больше, чем K
-лучи Fe.
4. Подобрать фильтр для излучения Cu и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 500 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №5 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
0,3 МэВ и 15 МэВ в Fe.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Ag-45%Zn.
3. Найдите толщину фольги из никеля, пройдя через которую K
-лучи Cu ослабились бы в 10 раз больше, чем K
-лучи Mo.
4. Подобрать фильтр для излучения Mo и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 100 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №6 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
2 МэВ и 20 МэВ в Co.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Fe-20%Ni.
167 3. Найдите толщину фольги из ниобия, пройдя через которую K
-лучи Mo ослабились бы в 500 раз больше, чем K
-лучи.
4. Подобрать фильтр для излучения Cr и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 100 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №7 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
5 МэВ и 20 МэВ в Ni.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Co-20%Ni.
3. Найдите толщину фольги из Al, пройдя через которую K
-лучи Fe ослабились бы в 30 раз больше, чем K
-лучи Cu
4. Подобрать фильтр для излучения Co и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 50 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №8 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
0,2 МэВ и 10 МэВ в Cu.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Ni-35%Cr.
3. Найдите толщину фольги из Co, пройдя через которую K
-лучи Cu ослабились бы в 10 раз больше, чем K
-лучи Cu.
4. Подобрать фильтр для излучения Ni и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 200 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №9 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
0,5 МэВ и 5 МэВ в Zn.
168 2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Ni 5 % Cr.
3. Во сколько раз уменьшится интенсивность рентгеновских лучей (K
-лучи
Cu), прошедших через алюминиевую фольгу толщиной 0,05 см ?
4. Подобрать фильтр для излучения Mo и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 500 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №10 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
1 МэВ и 15 МэВ в Nb.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Ni-20%Fe.
3. Во сколько раз уменьшится интенсивность рентгеновских лучей (K
-лучи
Fe), прошедших через алюминиевую фольгу толщиной 0,1 см ?
4. Подобрать фильтр для излучения Cu и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 10 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №11 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
0,1 МэВ и 10 МэВ в Ag.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Ni-10%Co.
3. Во сколько раз уменьшится интенсивность рентгеновских лучей (K
-лучи
Cu), прошедших через никелевую фольгу толщиной 0,1 см?
4. Подобрать фильтр для излучения Co и определить его толщину, при которой
K
- лучи ослабляются в 30 раз больше, чем K
-лучи.
169
Вариант №12 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
1 МэВ и 15 МэВ в Mo.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Ni-15%Cr.
3. Во сколько раз уменьшится интенсивность рентгеновских лучей (K
-лучи
Mo), прошедших через алюминиевую фольгу толщиной 0,5 см?
4. Подобрать фильтр для излучения Cr и определить его толщину, при которой
K
-лучи ослабляются в 50 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №13 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
1,5 МэВ и 10 МэВ в W.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Fe-25%Cr.
3. Во сколько раз уменьшится интенсивность рентгеновских лучей (K
-лучи
Mo), прошедших через алюминиевую фольгу толщиной 0,5 см?
4. Подобрать фильтр для излучения Ni и определить его толщину, при которой
K
-лучи ослабляются в 10 раз больше, чем K
-лучи.
Вариант №14 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
10 МэВ и 20 МэВ в Pt.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Pt-10%Cu.
3. Во сколько раз уменьшится интенсивность рентгеновских лучей (K
-лучи
Co), прошедших через алюминиевую фольгу толщиной 0,05 см?
4. Подобрать фильтр для излучения Cu и определить его толщину, при которой
K
-лучи ослабляются в 100 раз больше, чем K
-лучи.
170
Вариант №15 1. Определить коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергиями
2 МэВ и 10 МэВ в Pb.
2. Вычислить массовый коэффициент ослабления рентгеновских лучей с энергией 0,01 МэВ в сплаве Pt-25%Ag.
3. Во сколько раз уменьшится интенсивность рентгеновских лучей (K
-лучи
Cr), прошедших через алюминиевую фольгу толщиной 0,05 см?
4. Подобрать фильтр для излучения Mo и определить его толщину, при которой
K
-лучи ослабляются в 50 раз больше, чем K
-лучи.
Скачать 3.47 Mb.