Способ контроля разрушения поверхности изделия

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (n>1004835

Союз Советскйи

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (63) Дополнительное к авт. свид-ву фУ) М. К .з (22) Заявлено 10.06. 81 (21) 3298383/18-25 с присоединением заявки ¹(23) ПриоритетG 01 Н 23/221

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открыти й

Опубликовано 150333 Бюллетень Йо 10

Дата опубликования описания 15.03.83 (53) УДК б 21 . 039. 8 (088.8) Ь

1:

1 (72) Авторы изобретения

И.О. Константинов и A È. Леонов (71) Заяеитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

ИЗДЕЛИЯ

Изобретение относится к технической физике, в частности к методам радиоиндикаторов, и может быть использовано для контроля износа, коррозии и других процессов разрушения поверхности изделия. ,. Известен способ контроля износа поверхности изделия, согласно которому поверхностный слой изделия и эталона облучают одним типом ускоренных ионов, регистрируют убыль в процессе износа наведенной радиоактивности и определяют величину снятого слоя по полученной градуировочной кривой, связывающей убыль активности эталона с величиной снятого поверхностного слоя (1j.

Недостаток этого способа заключается в том, что он предназначен для контроля процессов равномерного уноса вещества с поверхности и не позволяет исследовать разрушение поверхности, носящее локальный, язвенный характер.

Наиболее близким техническим решением к .предлагаемому является способ контроля разрушения поверхности изделия, заключающийся в активации изделия и эталона радионуклидами, регистрации убыли активности в процессе разрушения поверхности и определения характеристик разрушения поверхности с использованием градуировочных кривых, связывающих убыль активности эталона с величиной снято)го поверхностного слоя g2).

Недостатками указанного способа является то, что он предназначен

)p для определения глубины и размеров одного изношенного участка на поверхности детали и не может при однократном применении дать информацию о большом количестве локальных, язвенных разрушений, каковыми являются, например, питтинг, эрозия, ка витация и т.п. процессы. Для получения информации о большом количестве локальных разрушений необходимо многократное применение прототипного способа, что приводит к непозволительно большим затратам времени.

Целью изобретения является повьааение экспрессности способа путем одновременного получения характеристик равномерного и локальных разрушений поверхности.

Цель достигается тем, что согласно способу контроля разрушения поверхности изделия, заключакицемуся в ак1004835 тнвации изделия и эталона радионуклидамн, регистрации убыли активности в процессе разрушения поверхности с использованием градуировочных кривых, связывающих убыль активности эталона с величиной разрушенного по- верхностного слоя, активацию изделия проводят равномерно по поверхности тремя видами радионуклидов, причем глубину активации по двум радиоиукридам задают меньше, à по третьему 10 больше, чем глубина локальных повреждений на иэделии, а толщину равномерного по поверхности слоя унесенного вещества х, степень локального

S 15 разрушения поверхности - и среднюю

So глубину язв х находят из системы уравйений

"4„" ., (Хр), яяъ=(я г) я<"яя я(хр"яя) где 5 — активированная площадь поверхности изделия, — площадь локальных разруше9 ний, попавшая в зону активации, ЗО

N„,M,N — результаты измерения активности радионуклидов, причем первые два имеют меньшую, чем третий, g5 глубину залегания, A„(x) À2(õ)

A (х) — активности радиоЪ нуклидов, оставшие" ся после равномер- gg ного уноса слоя вещества толщиной х и определяемые по эталону.

Для характеристики разрушения по.» веркности. выбраны три основных naS раметра: х, х„, о

Для определения большего числа характеристик, например, дополнительно формы повреждений, максимальной глубины, координат язвы на поверхности и т.д. понадобится просто увеличить число радиоактивных меток.

На чертеже схеМатически представлен участок поверхности изделия с несколькими язвами 1, показана толщина эоны равномерного уноса вещества 2 и три различных иэотипа с разной глубиной активности à, а и а>, Способы создания радиоактивных 60 меток в поверхности могут быть самыми разными. Метка на малую глубину может быть создана способами термо,диффузии и прямой имплантации, ядрами отдачи и адсорбцией и другими методами и важно лишь, чтобы глубина активации была меньше, чем некоторая минимально значимая глубина повреждений поверхности. Метку на большую глубину создают путем активации ускоренными ионами (протонами, дейтонами и т.д.) или более длительным диффузионным внедрением.

Способ реализуют следующим образом.

На поверхности изделия или образца перед исследованием создают многослойную радиоактивную метку. Площадь поверхности для активации выбирают в зависимости от поставленной зацачи и характера изучаемого процесса разрушения. Она должна быть достаточно велика для того, чтобы на нее попало либо одно повреждение, эа характером развития которого будем следить, либо значительная совокупность их, по которой можно судить обо всей поверхности изделия. С друрой стороны, при малой площади един;ственного повреждения нецелесообразно иметь большую площадь метки, так как чувствительность контроля при этом очень низка. Кроме того, активираванная площадь регистрируется детектором не по частям, а как единая метка, это тоже ограничивает ее площадь. Обычно выбирают площадку от одного до нескольких десятков сантиметров в квадрате в зависимости от размера изделия.

Равномерность распределения радионуклидов по площади метки является обязательным требованием, в противном случае небольшая язва в зоне высокой активности может стать эквивалентной по уносу активности большому повреждению в другой зоне метки.

Для определения характеристик х, х, - необходимо три радионуклида

Sg

Л - 50 со следующими глубинами активаций: по двум радионуклидам глубина активации должа быть меньше глубины локальных повреждений, а по третьему— больше нее. Это означает, что глубина активации по двум радионуклидам выбирается, исходя из задаваемой зна|чимой глубины повреждений, и что язвы, меньшие по глубине, чем мини мальная глубина активации, охарактеризовать нельзя и они вносят погрешность в определе,".ную величину хо.

Решение. системы уравнений, приведенной в формуле изобретения, гри наличии градуировочных кривых для трех радионуклидов несложно. х находят по кривой f(x)- - из

A (х)

А !х1 экстремального отношения -1, -. наЙ1 4 5а

М So

S ходят по формулам - « - «;4 (t« о

1004835

1,2) и х„определяют с помощью кривой А (х) следующим образом: находят д (х,, вычитают величину (1- - )А (Xp

Ф ° 5о из экспериментального значения и ум5 ножают разность на - - это дает

Sy

А (хь + хь ), по кривой АЗ(х) находят величину (х < + х„) и, зная х, вычисляют х>.

Здесь рассмотрелн самый общий слу- 0 чай, когда присутствует и равномерный и локальный унос вещества с поверх.-ности. Более простле случаи, например, отсутствие равномерного разрушения, позволяют обойтись двумя радионукли- 15 дами. С помощью двух радионуклидов, как.показано выше, можно определить

S - Só наборы параметров (х, -"-) и (--,х ), но определение х и х„ требует, как и в общем случае, трех радионуклидов в метке.

Проблема чувствительности и точности предложенного способа контроля связана не только с точностью экспери уентальных замеров текущей активности и известных гранулировочых кривых, но и с Формой распредеения радионуклидов по глубине. Кро;ме того, в погрешность определения х 30 входят все мелкие язвы, не проходч щие насквозь через радиоактивные слои с минимальной глубиной активации.

Сшнбки связаны с .самой определяемой величиной, увеличиваются с ее умень- 35 шением, в лучшем случае они составляют

3-5%,достигая 20-ЗОВ при малых величинах определяемых параметров с учетом погрешности градуировочных кривых.

Пример. Для исследования ка- 40 витации поверхности зубьев стальных шестерен насосов-датчиков рабочую поверхность зуба площадью 12 х 20 мм активируют двумя способами — термодиффузией и облучением на циклотроне. Термодиффузионное внедрение дало слой с радионуклидом Fe глубиной 5 мкм., активация протонами с энергией 7 МэВ и альфа-частицами с энергией 45 МэВ под углом 15 дает слой ьСо глубиной 12 мкм и слой Со глубиной 80 мкм. Градуировоч8 ные кривые получают истиранием образца, активированного идентичным образом. Равномерность активации проверяется авторадиографией и составля- 55 ет .более 9ОЪ, начальная активность радионуклидов составляет 3 мкКи Fe

2 мкКи Со и 5 мкКи Co. Измерения активности проводят Ge(L i ) полупро3 водниковым детектором объемом 40 см 60 перед испытанием и после него. Ошибка воспроизводства геометрии измерений менее 1%. С учетом поправок на распад оставшаяся после испытаний относительная активность радионукли- $5 дов составляет 30,б0 и 90% соответственно для Fe, Со и Со. РешеЪь вв ние системы уравнений с использованием полученных градуировочных кривых

Sa дает значения х = 2,5 мкм, -- = 0,1

5р и х 4 = 20 мкм, Погрешность полученных значений составляет 10%. Проверка этих резуль татов профилографированием, методом отпечатков и визуально дает хорошее согласие °

Таким образом, предложенный способ позволяет одновременно опредеяять ряд характеристик разрушения поверхности иэделий в разных процессах.

Это имеет большое практическое значение для контроля питтинговой коррозии, эрозии и кавитации и многих других процессов разрушения поверхности изделий. Предложенный способ расширяет и дополняет возможности метода радиоиндикаторов для контроля и управления технологическими процессами.

Формула изобретения

Способ контроля разрушения поверхности изделия, заключающийся в активации изделия и эталона радионуклидами, регистрации убыли активности в процессе разрушения поверхности и определении характеристик разрушения поверхности с использованием градуировочных кривых, связывающий убыль активности эталона с величиной разрушенного поверхностного слоя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения экспрессности способа путем одновременного получения характеристик равномерного и локальных разрушений поверхности, активацию изделия прбводят равномерно по поверхности тремя видами радионуклидов, причем глубину активации по двув радионуклидам задают меньше, à IIo третьему больше, чем глубина локальных повреждений на иэделии; а толщину равномерного по поверхности иэ.делия слоя унесенного вещества х степень локального разрушения поверхности ;; и среднюю глубину язв

5а

>о

Хл находят из системы уравнений н,=(л — ф)), (р), 5 йр--(- )А,Ир), «Юз 5я

Н ф - «9)А (М+К,О,П„), где S — активированная площадь поверхности изделия;

5> — площадь локальных разрушений, попавшая в зону активации, )4, Н, Яь - РезУльтаты измеРения активности ра» дионуклидов, причем первые два имеют меньшую, чем третий, глубину залегания;

1004835

Составитель Г. Ковалев

Редактор Л. Повхан Техред A,Ач Корректор Г. Решетник

Заказ 1870/53 Тйраж 871

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

А,();А (к); Л (х) — активности радионуклидов, ос та вшиеся после равномерного уноса слоя вещества толщиной х и определяемые по эталону °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 184501, кл.6 01 Н 3/56, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

В 497505, кл. G 01 N 3/56, 1975 (прототип).