СПОСОБ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА МЕХАНИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПАРАМЕТРОВ ИХ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR RAPID ANALYSIS OF MECHANICAL SURFACE TENSIONS OF POLYCRYSTALLINE MATERIALS AND PARAMETRES OF THEIR CRYSTAL LATITUDE, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области рентгенографии, в частности к определению остаточных и рабочих поверхностных напряжений поликристаллических материалов и параметров их кристаллической решетки.
Метод рентгеновской тензометрии позволяет измерить деформации по любому направлению, образующему с перпендикуляром к поверхности образца углы в интервале от 0° до 65°, при этом деформация определяется не по всем кристаллитам, находящимся в облучаемом объеме, а только по кристаллитам, ориентированным соответствующим образом.
Применение рентгеновских лучей или гамма-излучения для исследования напряженного состояния в металлах и сплавах основано на явлении дифракции их при прохождении через кристаллическую решетку исследуемого материала.
Известен способ определения остаточных поверхностных напряжений в металлах, заключающийся в облучении исследуемого объекта рентгеновским лучом, последовательно устанавливаемым под разными углами к поверхности исследуемого объекта, регистрации отраженных квантов газопроточным линейно-координатным детектором, определении координат точек их попадания на резисторный чувствительный элемент посредством аналого-цифрового преобразования, формировании картины распределения отраженных квантов по координатам и вычислении величины поверхностного напряжения. (Васильев Д.М. и др. Аппаратура и методы рентгеновского анализа. Л., СКБРА, вып.11, 1972 г.).
Недостатками способа и устройства для его реализации являются инструментальные и субъективные погрешности при установке углов облучения и их юстировке, необходимость прокачки газовой смеси через детектор, промежуточное аналого-цифровое преобразование, большие габариты и масса, что делает невозможным его применение вне лаборатории, в т.ч. для определения механических напряжений в металлах.
Задачей изобретения является упрощение способа и создание на этой основе мобильного быстродействующего устройства (дифрактометра) повышенной надежности для его реализации.
В предлагаемом способе экспресс-анализа механических напряжений поликристаллических материалов и параметров их кристаллической решетки используется облучение исследуемого объекта узким пучком радиационного или рентгеновского излучения, выделение из потока отраженных квантов М участков, каждому из которых ставится в соответствие индивидуальный позиционный код, однозначно соответствующий его координатам среди остальных выделенных участков.
При попадании отраженного кванта в выделенный участок соответствующий чувствительный элемент детектора генерирует сигнал, например электрический, который преобразуется в код координат этого элемента, немедленно передающийся в блок обработки и представления информации для формирования картины распределения отраженных квантов и вычисления определяемого параметра.
Способ реализуется устройством (фиг.1), содержащим последовательно соединенные излучатель (1), многоэлементный детектор (2), преобразователь (3) позиционного кода каждого чувствительного элемента детектора в код его координат и блок обработки и представления информации (4), причем выход каждого из М чувствительных элементов детектора соединен с соответствующим ему входом преобразователя кодов, выход которого подключен к входу блока обработки и представления информации. В качестве детектора могут использоваться, например, широко применяющиеся в цифровых фотоаппаратах и камерах для видеонаблюдения мегапиксельные матрицы.
Использование в предлагаемом способе процедуры позиционного кодирования каждого из М выделенных из потока отраженных квантов независимых участков позволяет упростить его и существенно уменьшить количество оборудования в устройстве для его реализации, что и решает поставленную задачу.
Работает устройство следующим образом. Первичное рентгеновское или радиационное излучение формируется в узкий пучок, например, с помощью коллиматора. Отраженные от исследуемого объекта кванты улавливаются чувствительными элементами детектора, которые преобразуют их, например, в электрические сигналы, поступающие на соответствующие входы блока 3, преобразующего их в код координат соответствующего чувствительного элемента, отличающих его местоположение в конструкции от множества других чувствительных элементов детектора. Количество отраженных квантов, попавших в каждый чувствительный элемент детектора, подсчитывается в блоке 4, образуя картину распределения отраженных квантов по координатам. В дальнейшем эта информация обрабатывается по известным алгоритмам, и вычисляются искомые параметры.
Для повышения быстродействия и точности в устройстве применен излучатель с К независимыми каналами (фиг.2), углы облучения которых фиксированы, оси облучающих пучков направлены в одну точку на поверхности исследуемого материала, а поток отраженных квантов направляется в К независимых непересекающихся приемных зон детектора.
Фиксированные углы облучения позволяют исключить субъективные ошибки оператора при их установке и юстировке, что также повышает точность измерения.
Устройство может применяться для быстрого определения величин остаточных или рабочих поверхностных напряжений в конструкциях, узлах и деталях из поликристаллических материалов неразрушающим методом, в труднодоступных местах и на крупногабаритных объектах, в том числе находящихся в рабочем состоянии, с целью определения их работоспособности и эксплуатационного ресурса. Кроме того, оно может использоваться при определении параметров кристаллической решетки в исследовательских целях. Устройство работоспособно при пониженном атмосферном давлении.
Использование в устройстве полупроводниковых элементов, чувствительных к рентгеновскому (радиационному) излучению, и блоков преобразователя кодов и обработки и представления информации, выполненных по микроэлектронной технологии, позволяет создать устройство в виде малогабаритного мобильного прибора.