Рентгеновский дефектоскоп

 

Изобретение относится к рентгеновской аппаратуре для неразрушающего контроля, в частности, сварных соединений. Цель изобретения - повышение чувствительности контроля. .Для этого электронным пучком сканируют по цилиндрической или конической поверхности мишени 2 в плоскости, перпендикулярной оси поверхности мишени 2, и из точки, расположенной на этой оси. Детектор 5 излучения установлен на указанной оси и ориентирован на центр мишени 2. Привод 6, связанный с блоком 7 уставок высокого напряжения, обеспечивает установку детектора 5 в точку, в которой имеет место наибольшая интенсивность рентгеновского излучения в соответствии с диаграммой направленности выхода этого излучения из мишени 2. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 1 табл. S сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (!9! (}}}

}5}} 4 G 01 N 23/02

Фиа.3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4001022/22-25 (22) 02.01.86 (46) 23.06.87. Бюл. № 23 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина, Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов и Институт машиноведения им. А.А. Благонравова (72) Н.П. Валуев, В.П. Ефанов, В.Г, Лютцау, В.Д. Парамонов, Н.И.Сарпов и P.P. Хакимьянов (53) 620.179.152(088.8) (56) Заявка Японии ¹ 53-33876, кл. G 01 N 23/02, 1978.

Заявка Японии № 53-21839, кл. G 01 N 23/02, 1978. (54) РЕНТГЕНОВСКИЙ ДЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к рентгеновской аппаратуре для неразрушающего контроля, в частности, сварных соединений. Цель изобретения — повышение чувствительности контроля. Для этого электронным пучком сканируют по цилиндрической или конической поверхности мишени 2 в плоскости, перпендикулярной оси поверхности мишени 2, и из точки, расположенной на этой оси. Детектор 5 излучения установлен на указанной оси и ориентирован на центр мишени 2. Привод 6, связанный с блоком 7 уставок высокого напряжения, обеспечивает установку детектора 5 в точку, в которой имеет место наибольшая интенсивность рентгеновского излучения в соответствии с диаграммой направленности выхода этого излучения из мишени 2 ° 1 з.п. ф лы, 2 ил. 1 табл.

1318870

Изобретение относится к рентгенов= скому приборостроению и может использоваться для неразрушающего контроля качества сварных соединений.

Цель изобретения — повышение чувствительности контроля.

На фиг. 1 показана принципиальная схема рентгеновского дефектоскопа; на фиг. 2 — рентгенооптическая схема рентгеновского дефектоскопа и привод перемещения детектора по оси мишени, Рентгеновский дефектоскоп содержит электронную пушку 1, мишень 2 для получения рентгеновского излучения в виде части цилиндра или части конуса, отклоняющие пластины 3, генератор 4 развертки электронного пучка по поверхности мишени, детектор 5 рентгеновского излучения, привод 6 перемещения детектора по оси мишени 2 со средствами синхронного поддержания ориентации поверхности входного окна детектора 5 на центр цилиндрической или конической поверхности мишени, блок 7 уставок высоковольтного источника для получения ускоряющего напряжения, регистрирующую аппаратуру 8, механизм 9 перемещения контролируемого изделия 10.

Фокус электронной пушки 1 и детектор 5 рентгеновского излучения расположены на оси L цилиндрической или конической поверхности мишени 2 в плоскости P проходящей через ось L и центр О поверхности мишени 2. Детектор 5 рентгеновского излучения устанавливается в точке пересечения оси L цилиндрической или конической поверхности мишени с прямой К, проходящей через центр О мишени 2 под углом М, и ee R, при котором обеспечивается максимальный выход интенсивности рентгеновского излучения из мишени 2, причем поверхность детектора 5 рентгеновского излучения перпендикулярна прямой К.

Электронная пушка 1 устанавливается в точке пересечения оси L и радиуса R цилиндрической или конической поверхности мишени.

Генератор 4 развертки электронного пучка по поверхности мишени 2, имеющий собственную внутреннюю развертку, подключен первыми двумя выходами к отклоняющим пластинам 3, а третьим выходом — к входу регистрирующей аппаратуры 8. Второй вход ре35

5

f0

t5

25 гистрирующей аппаратуры 8 подключен к выходу детектора 5 рентгеновского излучения, а третий вход — к выходу механизма 9 перемещения контролируемого изделия 10 ° Детектор 5 рентгеновского излучения жестко связан с приводом 6 перемещения детектора по оси Ь мишени со средствами синхронного подцержания ориентации поверхности входного окна детектора .на центр О цилиндрической или конической поверхности мишени 2, а вход привода 6 подключен к выходу блока 7 уставок высоковольтного источника.

Выход блока 7 уставок подключен к входу высоковольтного источника.

Привод 6 перемещения детектора 5 со средствами синхронного поддержания ориентации поверхности входного окна на центр мишени 2 служит для возвратно-поступательного перемещения по оси L мишени 2 и выполнен по типу.штативных устройств рентгеновских аппаратов. Блок 7 уставок высоковольтного источника связан с приводом 6 перемещения детектора 5 для его установки в заданной точке на оси Е мишени под углом ы к ее радиусу, под которым имеет место максимальный выход интенсивности рентгеновского излучения. с поверхности мишени 2 для определенного ускоряющего высоковольтного напряжения, вырабатываемого высоковольтным источникам.

Блок 7 уставок представляет собой автотрансформатор, который служит для подачи напряжения на высоковольтныи трансформатор высоковольтного источника, причем первичное напряжение может изменяться дискретно (ступенями) либо плавно. Связь блока 7 уставок (автотрансформатора) с приводом 6 перемещения детектора 5 может быть выполнена чисто механической с помощью зубчатого зацепления: тогда детектор 5 рентгеновского излучения будет перемещаться по оси L дискретно при ступенчатом изменении напряжения на автотрансформаторе ступенями и, соответственно, плавно при плавном изменении напряжений на автотрансформаторе. Механизм 9 перемещения контролируемого изделия 10 служит для его перемещения при контроле и получения кадровой развертки на регистрирующей аппаратуре 8. Он выполнен по типу сканирующей тележки.

1З188 0

Рентгеновский. дефектоскоп работает следующим образом.

Пучок электронов из электронной . пушки 1 под действием ускоряющего высоковольтного напряжения, вырабатываемого высоковольтным источником, попадает на мишень 2 для получения рентгеновского излучения, имеющую форму части цилиндра или части конуса, и с помощью отклоняющих пластин 10

3 и генератора 4 развертки электронного пучка возвратно-поступательно сканирует поверхность мишени 2, возбуждая рентгеновское излучение. Зона возбуждения рентгеновского излуче- 15 ния перемещается по поверхности мишени 2 синхронно с электронным пучком. Потоком рентгеновского излучения сканируют контролируемое изделие 10 и регистрируют детектором 5 20 рентгеновского излучения, размеры которого малы по сравнению с протяженностью эоны сканирования (размер детектора соизмерим с размером зоны возбуждения рентгеновского излуче-25 ния на поверхности мишени 2). Сигнал с детектора 5 поступает на один из трех входов регистрирующей аппаратуры 8.

Для получения изображения контро- ЗО лируемого участка изделия 10 на регистрирующей аппаратуре 8 один из выходов генератора 4 развертки электронного пучка по поверхности мишени подключен к второму входу регистри-. 35 рующей аппаратуры 8, что позволяет синхронизировать развертку электронного пучка, а следовательно, и сканирование контролируемого изделия 10 рентгеновским излучением со 40 строчной разверткой регистрирующей аппаратуры 8. Третий вход регистрирующей аппаратуры 8 подключен к выходу механизма 9 перемещения контролируемого изделия 10, что, в свою очередь, позволяет синхронизировать кадровую развертку регистрирующей аппаратуры 8 с перемещением контролируемого изделия 10.

Диапазон изменения ускоряющего напряжения на высоковольтном источнике выбирают следующим образом, Интенсивность прошедшего через контролируемое изделие излучения определяется следующей известной зависимостью:

Использование предложенной схемы позволяет получить неизменный минимальный размер фокусного. пятна рентгеновского излучения при сканировании электронного пучка по поверхности мишени, что обуславливает высокую чувствительность и четкость изображения, Так как детектор рентгеновского . излучения размещен на оси цилиндрической поверхности мишени, не происходит изменения расстояния между детектором рентгеновского излучения и фокусным пятном рентгеновского излучения при сканировании луча по поверхности мишени. Это также не приводит к изменению геометрической нерезкости и позволяет получить высокую чувствительность при контроле изделий.

Оптимальные размеры детектора составляют от 0,01 до 0,001 радиуса мишени.

В случае контроля изделий с различной толщиной при неизменном ускоряющем высоковольтном напряжении на высоковольтном источнике регистрируемое излучение по разному поглощается в разнотолщинных изделиях. Это приводит к изменению чувствительности контрОля так, что при контроле изделий больше толщины при оптимальной чувствительности контроля изделия меньшей толщины чувствительность контроля. существенно падает. Для выравнивания чувствительности при контроле изделий с различной толщиной ускоряющее высоковольтное напряжение изменяют автотрансформатором так, чтобы напряжение высоковольтного источника возрастало при контроле изделий большей толщины и уменьшалось при контроле изделий меньшей толщины. Величину изменения ускоряющего высоковольтного напряжения устанавливают таким образом, чтобы поглощаемая способность контролируемого изделия с большей толщиной была равна поглощающей способности контролируемого изделия с меньшей толщиной, т.е. ш, d, = р,d,, где р, — линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения материалом контролируемого изделия при большем ускоряющем напряжении на высоковольтном источнике; р — то же, при меньшем ускоряющем напряжении; d — большая толщина контролируемого изделия; d меньшая толщина контролируемого изделия.

Е = I.e

Л о где I — интенсивность падающего о на контролируемое изделие излучения;

I †. интенсивность прошедшего к через контролируемое изделие излучения; — линейный коэффициент поглощения;

d — толщина контролируемого изделия.

Для получения одинаковой величины сигнала на детекторе (I„=const) при изменяющейся толщине контролируемого изделия необходимо, чтобы величина ш d была постоянной, т.е.

p;d;--const где ; — линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения при оптимальном для толщины контролируемого изделия d; ускоряющем напряжении на высоковольтном источнике.

Для максимального и минимального значений ускоряющего напряжения выражение p; d;=const имеет вид

° d =- lII .d

U мин мин I Имакс мокс

I o cos Ж

Р Р„,, 20 где с, — угол между пучком электронов и нормалью к поверхности мишени; угол между выходом рентгеновского излучения с максимальной интенсивностью с

8870 6 с различной толщиной, поскольку при увеличении ускоряющего высоковольтного напряжения изменяются коэффициенты линейного поглощения электро5 нов и рентгеновского излучения в материале мишени и, как следствие этого, изменяется (увеличивается по отношению к нормали на поверхность мишени) угол выхода рентгеновского изt0 лучения с максимальной интенсивностью с поверхности мишени.

Отношение интенсивности рентгеновского излучения, выходящего-с поверхности мишени под углом са, к интен15 сивности рентгеновского излучения, выходящего под углом с =О, равно

35 напряжение на высоковольтном источнике ограничивают значением, при котором линейный коэффициент поглощения излучения контролируемого изделия с максимальной толщиной становится

Так как линейные размеры детектора в рентгеновском дефектоскопе незна40 чительны (0,01R), при изменении угла выхода рентгеновского излучения с максимальной интенсивностью с поверхности мишени (при повышении высоковольтного напряжения) величина сиг45 нала на детекторе падает, что приводит к ухудшению чувствительности контроля изделий с большой толщиной.

Для компенсации (увеличения) сигнала детектора необходимо дополнительно увеличить напряжение, что приводит к нарушению равенства поглощающей способности tII; d„=const, что, в свою очередь, ухудшает чувствительность контроля.

Для компенсации сигнала детектора (повышения чувствительности контроля) при изменении угла выхода рентгеновского излучения с максимальной интенсивностью с поверхности мишени.равным величине

Ри мин с ми

"макс Й макс

- линейный коэффициент поглощения излучения при минимальном ускоряющем

d » макс

Минимальное ускоряющее напряжение на высоковольтном источнике выбирают исходя из лучшей чувствительности, получаемой при контроле изделий минимальной толщины. Максимальное напряжении; минимальная толщина объекта; максимальная толщина объекта.

Однако чувствительность рентгеновского дефектоскопа при увеличении напряжения на высоковольтном источнике будет ухудшаться даже при равенстве поглощаемой способности (U, д,=, Й контролируемых изделий поверхности мишени и нормалью к поверхности мишени; коэффициент линейного поглощения электронов в материале мишени; 3 в коэффициент линейного поглощения рентгеновского излучения в материале мишени.

870 8 источнике наблюдается максимум интен,сивности рентгеновского излучения, в дефектоскопе привод б перемещения детектора рентгеновского излучения по оси мишени 2 связан с блоком 7 уставок (автотрансформатор) напряжения на высоковольтном источнике. Одновременно с помощью зубчатого зацепления или дистанционного управления производится перемещение детектора 5 по оси мишени 2 и установка его в заданной точке на оси мишени под углом

Ы к ее радиусу, при котором обеспечивается максимальный выход интенсивI ностй рентгеновского излучения с поверхности мишени для данного напряжения. Величину смещения детектора в зависимости от величины высокого напряжения определяют экспериментально.

40

7 1318 (при увеличении ускоряющего напряжения на высоковольтном источнике) в рентгеновский дефектоскоп введен привод перемещения детектора по оси цилиндрической или конической поверхS ности мишени со средствами синхронного поддержания ориентации поверхности входного окна детектора на центр поверхности мишени. При контроле изделий с различной толщиной f0 детектор 5 рентгеновского излучения с помощью привода 6 перемещения детектора устанавливают в точке пересечения оси L мишени 2 к прямой К, проходящей через центр 0 мишени под 15 углом ос к ее радиусу R (фиг. 1), при котором обеспечивается максимальный выход интенсивности рентгеновского излучения из мишени для данного высоковольтного напряжения между электронной пушкой и мишенью. Поверхность детектора 5 рентгеновского излучения, с помощью средств синхронного поддержания ориентации поверхности входного окна детектора на центр цилинд- 25 рической или конической поверхности мишени, автоматически устанавливается перпендикулярной прямой К.

В таблице приведены экспериментальные значения величины смещения 30 детектора рентгеновского излучения по оси мишени в зависимости от значения высоковольтноге напряжения при контроле изделий с различной толщиной для получения одинаковой величины сигнала детектора. Фокусное расстояние (расстояние между мишенью и детектором) равно 400 мм, диаметр детектора 1 мм. Относительная чувствительность контроля определяется по эталонам в соответствии с ГОСТом.

Величина смещения детектора по оси мишени указана от точки, в которой находился детектор при контроле изде- 45 лия толщиной 8 мм, и где для данной жесткости излучения (ускоряющем напряжении на высоковольтном источнике) наблюдался максимум интенсивности рентгеновского излучения. 50

Для автоматической установки детектора 5 рентгеновского излучения в той точке на оси мишени 2, где для данного напряжения на высоковольтном

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Рентгеновский дефектоскоп, содержащий электронную пушку, мишень для получения рентгеновского излучения высоковольтный источник для по лучения ускоряющего напряжения с блоком уставок, систему отклонения электронного пучка по поверхности мишени, детектор рентгеновского излучения и связанную с ним регистрирующую аппаратуру, отличающий с я тем, что, с целью повышения чувствительности контроля, мишень для получения рентгеновского излучения выполнена в виде части цилиндра или части конуса, а электронная пушка и детектор рентгеновского излучения расположены на оси указанного цилиндра или конуса, при этом электронная пушка размещена в точке пересечения упомянутой оси и нормали к поверхности мишени в ее центре, детектор выполнен с возможностью перемещения вдоль оси цилиндра или конуса и снабжен средствами ориентации поверхности входного окна детектора на центр мишени.

2. Дефектоскоп по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что привод перемещения детектора рентгеновского излучения связан с блоком уставок высоковольтного источника.

1318870

Величина Относительpd

Линейный коэффициент поНапряжение на

Величина сигнала детектора, В, смещения детектора, мм ная чувствительность контроля, 7. мишени, кВ после глощения, см до его смещения

его делия, см смещения

100 2,886

24,8

0,8.

0,8

2,31

115 2,31

2,31

0,8

1,0

150: ),925

190 :." 1, 155

0,8

2,31

2,31

11,5

9,8

0,8

2,0

Составитель К. Кононов

Редактор А. Шандор Техред В.Кадар Корректор В. Бутяга

Заказ 2501/35 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Толщина контролируемого из

24,8 0

24,6 5

24,8 19

24,7 34