EA000345B1 - Способ определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов и портативный рентгеновский дифрактометр для его осуществления - Google Patents

Способ определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов и портативный рентгеновский дифрактометр для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
EA000345B1
EA000345B1 EA199800047A EA199800047A EA000345B1 EA 000345 B1 EA000345 B1 EA 000345B1 EA 199800047 A EA199800047 A EA 199800047A EA 199800047 A EA199800047 A EA 199800047A EA 000345 B1 EA000345 B1 EA 000345B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
ray
wavelength
portable
radiation
source
Prior art date
Application number
EA199800047A
Other languages
English (en)
Other versions
EA199800047A1 (ru
Inventor
Александр Всеволодович Лютцау
Александр Викторович Котёлкин
Александр Дмитриевич Звонков
Дмитрий Борисович Матвеев
Олег Иванович Агеев
Виктор Яковлевич Маклашевский
Виктор Давидович Брейгин
Всеволод Григорьевич Лютцау
Original Assignee
Александр Всеволодович Лютцау
Александр Викторович Котёлкин
Александр Дмитриевич Звонков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Всеволодович Лютцау, Александр Викторович Котёлкин, Александр Дмитриевич Звонков filed Critical Александр Всеволодович Лютцау
Publication of EA199800047A1 publication Critical patent/EA199800047A1/ru
Publication of EA000345B1 publication Critical patent/EA000345B1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20008—Constructional details of analysers, e.g. characterised by X-ray source, detector or optical system; Accessories therefor; Preparing specimens therefor
    • G01N23/20016—Goniometers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Description

Изобретение относится к области ренттеноструктурного анализа, а конкретно к рентгеновским способам и дифрактометрам и может быть использовано для неразрушающего контроля напряженного состояния в крупногабаритных изделиях из кристаллических материалов их текстуры и фазового состава.
Рентгенографические способы определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий находят все более широкое использование в технике неразрушающего контроля.
Известные дифрактометрические способы определения напряженно-деформированного состояния базируются на трех основных методах съемки, два из которых представляют собой (Хейкер Д.М. Рентгеновская дифрактометрия монокристаллов. - Л., Машиностроение, 1973, с.89):
метод, включающий поворот исследуемого объекта вокруг оси гониометра независимо от детектора на угол Ω (Ω-метод), при этом плоскость образца должна быть ориентирована касательно к фокусирующей окружности;
X - метод, характеризующийся постоянством условий фокусировки. Образец поворачивают в гониометре относительно экваториальной плоскости на угол X.
Третий метод (Sin2\p) - метод) основан на изменении положения брегговской плоскости относительно нормали к поверхности исследуемого объекта на ряд последовательных углов ψ и последующем выявлении зависимости деформации от квадратов синусов этих углов (Комяк Н.И., Мясников Ю.Г. Рентгеновские методы и аппаратура для определения напряжений. - Л., Машиностроение, 1972, с. 17).
В основе широко используемых в практике измерений рентгеновских дифрактометров положены две фокусирующие геометрические схемы и одна геометрическая схема параллельного пучка.
Рентгеновский дифрактометр, основанный на фокусировке по Бреггу-Брентано, предполагает размещение исследуемого объекта в центе окружности гониометра, на которой располагаются фокус рентгеновской трубки и приемная щель позиционно-чувствительного детектора. Условие фокусировки обеспечивается размещением поверхности исследуемого объекта касательно к фокусирующей окружности, проходящей через фокус источника рентгеновского излучения, центр исследуемого объекта и приемную щель детектора, при этом каждому углу дифракции соответствует свой радиус окружности (Комяк Н.И., Мясников Ю.Г. Рентгеновские методы и аппаратура для определения напряжений. - Л., Машиностроение, 1972, с.24).
Для рентгеновских дифрактометров, основанных на упомянутом методе фокусировки, характерно влияние плоской формы образца на дефокусировку, которая проявляется в зависимости от предельной расходимости первичного пучка при наклоне брегговской плоскости на угол ψ, а также обусловленной отклонением первичного рентгеновского пучка излучения от направления на ось гониометра. Кроме того, оказывает влияние смещение поверхности исследуемого объекта от оси гониометра и предельная глубина проникновения рентгеновского излучения в исследуемый объект. Для устранения влияния дефокусировки, вносимой наклонными съемками, щель детектора перемещают по радиусу гониометра, что обусловливает необходимость введения в конструкцию сложных кинематических схем (Комяк Н.И., Мясников Ю.Г. Рентгеновские методы и аппаратура для определения напряжений. - Л., Машиностроение, 1972, с.36).
Фокусировка по Зееману-Болину заключается в том, что поверхность исследуемого объекта, фокус источника рентгеновского излучения и детектор располагают на одной неизменной окружности, являющейся фокусирующей окружностью. При любом положении исследуемого объекта на окружности будут соблюдаться условия фокусировки. Это положение и определяет угол наблюдения Ψ. Отклонение от идеальной фокусировки связано с плоской поверхностью исследуемого объекта, что как и в случае фокусировки по Бреггу - Брентано является дополнительным источником погрешностей в определении напряжений (Комяк Н.И., Мясников Ю.Г. Рентгеновские методы и аппаратура для определения напряжений. - Л., Машиностроение, 1972, с. 38).
В дифрактометре, основанном на геометрии Зеемана-Болина, исследуемый объект размещают в специальном держателе, с возможностью вращения вокруг оси гониометра, при этом он остается всегда касательным к окружности гониометра. Детектор размещают на окружности гониометра с возможностью перемещения по ней и ориентируют на ней под двойным углом дифракции к пучку первичного рентгеновского излучения. При этом нормаль к плоскости дифракции составляет с нормалью к поверхности исследуемого объекта угол ψ. Для измерения этого угла изделие поворачивают вокруг центра гониометра, а затем доворачивают гониометр вокруг фокуса источника рентгеновского излучения на половину угла поворота вокруг центра. Однако в данном гониометре необходимо предпринимать специальные меры для обеспечения ориентации оси детектора по направлению дифрагированного пучка рентгеновского излучения при любом положении детектора на окружности гониометра. Другая особенность этого метода фокусировки обусловлена тем, что расстояние от изделия до детектора непрерывно меняется с изменением угла дифракции, что приводит к уширению дифракционных максимумов и необходимости принятия мер по формированию и введению специальных поправок.
Дальнейшее усовершенствование способов определения напряжений в крупногабаритном изделии заключалось в облучении его сразу двумя одинаковыми источниками рентгеновского излучения. Один пучок излучения был ориентирован по нормали к поверхности, другой под углом 45°. Угол между детекторами на фокусирующей окружности составлял 90°. Кинематическая схема обеспечивала запись одновременно двух дифракционных пиков (патент ЧССР № 102700, кл. 42к 47/07, 1958).
Для исключения необходимости соблюдения постоянства радиуса гониометра в последнее время стали использовать метод параллельного пучка рентгеновского излучения. Снабжая устройство щелями Соллера с малой расходимостью в брегговском направлении на первичный и дифрагированный пучки рентгеновского излучения, и, используя позиционно-чувствительные детекторы, удалось исключить сложные и трудоемкие операции по фокусировке. Применение щелей Соллера позволило решить проблемы фокусировки, однако это было достигнуто за счет использования точной механики и обеспечения их прецизионной установки, что, естественно, в значительной степени усложнило механическую часть устройства (Комяк Н.И., Мясников Ю.Г. Рентгеновские методы и аппаратура для определения напряжений. - Л., Машиностроение, 1972, с.45).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при использовании к заявляемому способу является способ определения напряженно-деформированного состояния, заключающийся в облучении исследуемого объекта двумя рентгеновскими источниками, фокусы которых расположены на окружности, к которой касательно ориентирована поверхность объекта. Пучок рентгеновского излучения одной из трубок распространяется перпендикулярно к поверхности исследуемого объекта, а пучок излучения от второго источника составляет с поверхностью угол 45°. Угол между детекторами на фокусирующей окружности составляет 90°. Искомая величина ΔΘ, соответствующая разности Δψ=45°, находится по разности угловых положений максимумов выбранной дифракционной линии, регистрируемой детекторами (Комяк Н.И., Мясников Ю.Г. Рентгеновские методы и аппаратура для определения напряжений. Л., Машиностроение, 1972, с. 43).
Однако при реализации данного способа требуется проведение фокусировки с точным соблюдением заданных расстояний фокусобъект, объект-детектор. Кроме того, он характеризуется недостаточной точностью получаемой об исследуемом изделии информации. Дело в том, что данный способ не позволяет учесть ошибку в определении положения центров тяжести интерференционных максимумов в спектре дифрагированного излучения, возникающую из-за неточности совмещения плоскости дифракции и фокальной плоскости, что неизбежно приводит к ошибке в определении угла дифракции даже при тщательной юстировке прибора при каждом акте рентгенографического анализа и значительным затратам времени при определении напряженно-деформированного состояния.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату при использовании является переносное устройство для рентгенодифрактометрического определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий, содержащее основание для крепления на исследуемом объекте, выполненное кольцевым, снабженное круговой направляющей, в которой с возможностью поворота размещено опорное кольцо, на котором установлен дугообразный кронштейн, с размещенными на нем с возможностью перемещения и фиксации источником и позиционно-чувствительным детектором рентгеновского излучения, причем дугообразный кронштейн установлен посредством двух опор, расположенных диаметрально противоположно с параллельными одна другой дуговыми направляющими, проходящими через центры окружности, ось которых лежит в опорной плоскости кольцевого основания и пересекает ось указанного основания, и двух ползунов, установленных в упомянутых дуговых направляющих опор с возможностью фиксации, причем концы дугообразного кронштейна жестко связаны с ползунами, а опоры установлены с возможностью перемещения по круговой направляющей кольцевого основания. В то же время опоры жестко закреплены на поворотном кольце, при этом каждая опора снабжена средством регулирования положения дуговой направляющей по высоте и/или положения ползуна относительно дуговой направляющей. К кольцевому основанию прикреплена вертикальная стойка для крепления кабелей источника и детектора рентгеновского излучения (авторское свидетельство СССР № 1767403, G 01Ν 23/20, 1992).
Как отмечалось выше, для устройства характерна необходимость точного измерения расстояний фокус-объект, объект-детектор, что обусловливает усложнение устройства за счет снабжения его прецизионным узлом для осуществления упомянутых измерений. Это в свою очередь увеличивает длительность времени цикла определения напряженнодеформированного состояния и трудоемкость процесса измерения.
В основу данного изобретения положена задача создания способа определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов, обеспечивающего повышение точности определяемого параметра, снижение времени и трудоемкости цикла измерений, а также разработки устройства, которое бы не имело сложных кинематических схем, было просто в настройке, обладало небольшими габаритами и массой, которые позволяли бы переносить его с одного изделия на другое, т.е. было портативным.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов, заключающемся в размещении рентгеновского дифрактометра и исследуемого объекта один относительно другого, фокусировки с обеспечением заданных расстояний фокус-объект, объект-детектор, облучении его рентгеновским излучением от двух источников, регистрации распределения в пространстве интенсивности дифрагированного излучения с фиксацией положения пиков интенсивности излучения и определении напряжений в исследуемом объекте в виде крупногабаритного изделия, непосредственно после размещения рентгеновского дифрактометра изделие облучают двумя излучениями с разной длиной волны, а после фиксации положения пиков интенсивности дифрагированного излучения с учетом дифракции этих излучений на одном семействе кристаллографических плоскостей и соотношения _ sin Θι λι sin 02 λ2 где
Θι - угол дифравдии рентгеновского излучения одной заданной длины волны;
Θ2 - угол дифравдии рентгеновского излучения другой заданной длины волны;
λι - заданна длина волны одного рентгеновского излучения;
λ2 - заданна длина волны другого рентгеновского излучения, определяют напряжения, при этом облучение осуществляют последовательно или одновременно.
Как известно из уровня техники, описанного выше, положение центра тяжести интерференционного максимума при дифракции Θ от семейства кристаллографических плоскостей связано с межплоскостным расстоянием d и длиной волны рентгеновского излучения λ уравнением Вульфа - Брэгга:
2dsin0 = ηλ. (1)
При п=1 (случай наибольшей интенсивности интерференционного максимума) имеем:
2dsin0 = λ, (1') т.е. 0=arcsin(Z/2d).
Пусть участок поверхности исследуемого изделия, подвергающийся облучению с длиной волны λ1, смещен по вертикали относительно фокальной плоскости на расстояние δ (фиг.2). В этом случае угловое положение интерференционного максимума, регистрируемое детектором, смещается относительно истинного значения 01=arcsinQ.1/2d) и принимает значение Θ'1. Для углов треугольника АОВ имеем:
δ | АО| =------; (2) sin θι
Λ
ΒΑΟ = 2Θβ (3)
Λ
АОВ = (90о^>1)+(90°^)1') = 180°-Θ1-Θ/;
Λ Λ Λ
ΟΒΑ = 180°-ΒΑΟ-ΑΟΒ=180°-2Θι-180°-Θι-Θι' = =Θ1 -Θμ (4)
Из теоремы синусов для треугольника АОВ следует:
|0В| |А0| sin(OAB) sin(OBA) или, из (2) - (4 ), δ (-------) |ОВ| sin0i δ
------=-------------- =------------------. (5) sin20x sin(0i - Θι ) sin0isin(0i - Θι )
С учетом того, что
(6) из (5) после сокращений получаем:
ов | δ
2cos0i sin0i cos0i - cos0i sin0i
Умножив (6) на cosOb имеем:
или sinQi - cos0i tg0i = 2|0Β|/δ. (7)
После деления (7) на cosOf получаем:
tgOi - tg0i - 2|0Β|/δ. (8)
Если исследуемый участок поверхности изделия согласно предлагаемому способу дополнительно подвергнуть облучению с длиной волны λ2, возникает интерференционный максимум с угловым значением О2, которое в соответствии с (1') равно arcsin(Z2/2d). Тогда регистрируемое детектором угловое положение этого максимума О2' также в силу отклонения поверхности изделия от фокуса не равно Θ2. По аналогии со случаем λ1 при сохранении расстояния δ имеем:
После вычитания (9) из (8) получаем следующее соотношение:
tg01 - tg02 = tg01 - tg02 . (10)I
Уравнение (10) содержит два неизвестных:
Θ1 и О2. Дополнительное условие можно получить из соотношения (1'), приняв, что оба пучка рентгеновского излучения падают на участок с одним и тем же значением d. Подставляя в (1) поочередно Θ1 и ©2, получаем:
βχηθι λι
----- = — . (11) s i n02 λ 2
Система уравнении (10) и (11) позволяет определить любые из двух истинных углов отражения Θ1 и Θ2, соответствующих центрам тяжести интерференционных максимумов в рассматриваемых спектрах дифрагированного рентгеновского излучения при неизвестном расстоянии исследуемой поверхности объекта от фокуса. Тем самым, автоматически устраняется ошибка от неточности совмещения плоскости дифракции и фокальной плоскости, а также уменьшается время на определение напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий за счет исключения измерительных и котировочных операций.
Положение центров тяжести пиков интенсивности дифрагированного рентгеновского излучения характеризует напряжения, действующие в кристаллической решетке материала исследуемого объекта. Эти напряжения рассчитываются для материала объекта, зная его модули упругости и коэффициент Пуассона.
Использование источников рентгеновского излучения с несколькими длинами волн при одной установке рентгеновского дифрактометра на исследуемое изделие позволяет:
исключить трудоемкий и длительный по времени процесс юстировки рентгеновского дифрактометра на исследуемом изделии;
получить дифракционные пики от одного семейства кристаллографических плоскостей на разных углах дифракции, тем самым определить угловой фактор и учесть его при определении интегральной интенсивности пика;
получить информацию о распределении напряжений не только на поверхности изделия, но и по глубине, по крайней мере, до величины слоя половинного ослабления для данного материала и выбранной длины волны, что позволяет иметь информацию об объемном распределении напряжений.
Использование монохроматоров, обеспечивающих равенство угла сходимости двух монохроматизированных пучков величине углового диапазона одновременной регистрации позиционно-чувствительного детектора и возможность работы с несколькими монохроматизированными пучками от источников излучения с различными длинами волн, позволяет:
наряду с методом^нп^ использовать экспрессный Ω-метод;
рассчитывать напряжения по уширению дифракционных пиков.
Одновременное использование преимуществ упомянутых методов позволяет повысить точность и достоверность измеряемого параметра.
Таким образом, предлагаемый способ определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов обеспечивает повышение точности и достоверности определения напряжений, а также сокращение времени и, как следствие, трудоемкости определения напряженнодеформированного состояния исследуемых изделий.
Поставленная задача решается также тем, что для осуществления способа определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов разработан портативный рентгеновский дифрактометр, содержащий источник и позиционно-чувствительный детектор рентгеновского излучения, расположенные на дугообразной направляющей со средствами крепления и фиксации, обеспечивающими фокусировку по Бреггу-Брентано, а дугообразная направляющая установлена на основании и снабжена механизмом наклона относительно основания, при этом в него введен, по меньшей мере, один дополнительный источник рентгеновского излучения с другой заданной длиной волны, фокальное пятно которого совмещено с фокальным пятном первого источника рентгеновского излучения, и, по крайней мере, один источник рентгеновского излучения снабжен расположенной между источником рентгеновского излучения и исследуемьш объектом, по меньшей мере, парой монохроматоров, причем взаимное пространственное расположение пары монохроматоров обеспечивает для каждой известной длины волны рентгеновского излучения нахождение монохроматизированных и дифрагированных пучков в одной плоскости с входной щелью детектора и равенство угла сходимости двух монохроматизированных пучков величине углового диапазона одновременной регистрации позиционно-чувствительного детектора. В данном рентгеновском дифрактометре источник рентгеновского излучения с большей длиной волны расположен между источником рентгеновского излучения с меньшей длиной волны и позиционно-чувствительным детектором и монохроматоры снабжены механизмами перемещения их в пространстве, каждый из которых содержит ось вращения, ориентированную перпендикулярно направлению центрального пучка рентгеновского излучения, на одном из концов которой установлен монохроматор, а другой жестко связан с ползуном, установленным с возможностью перемещения в направляющей, выполненной в корпусе параллельно центральному пучку рентгеновского излучения.
Такое выполнение дифрактометра позволяет повысить точность определения параметров напряженно-деформированного состояния исследуемого изделия, упростить конструкцию, исключив сложные кинематические узлы, обеспечив, тем самым, его портативность.
В дальнейшем изобретение поясняется примерами выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства портативного рентгеновского дифрактометра для определения напряженнодеформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов;
на фиг. 2 - геометрическая схема портативного рентгеновского дифрактометра;
на фиг. 3 - геометрическая схема устройства портативного дифрактометра с монохроматорами;
на фиг. 4 - схема узла монохроматоров портативного рентгеновского дифрактометра;
на фиг. 5 - пример регистрируемой части распределения интенсивности дифрагированного излучения.
Лучший вариант осуществления изобретения
Заявляемый способ решает задачу повышения точности определения искомого параметра - напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов, снижение времени и трудоемкости цикла измерений.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого способа реализуется за счет последовательного или одновременного облучения изделия рентгеновским излучением разных заданных длин волн под разными углами падения на поверхность исследуемого изделия.
Способ определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов осуществляется следующим образом.
Рентгеновский дифрактометр размещают относительно неподвижного исследуемого объекта, затем облучают его одним рентгеновским пучком заданной длины волны от одного источника, а после фиксации центров тяжести пиков интенсивности дифрагированного излучения заданной длины волны изделие облучают рентгеновским пучком с другой заданной длиной волны от другого источника, причем дополнительное облучение рентгеновскими пучками осуществляют последовательно или одновременно с основным рентгеновским пучком, фиксируют центры тяжести пиков интенсивности дифрагированного излучения для другой длины волны и с учетом дифракции на одном и том же семействе кристаллографических плоскостей и соотношения sin 01 λι sin 02 λ2 где
Θι - угол дифракции рентгеновского пучка одной заданной длины волны;
Θ2 - угол дифракции рентгеновского пучка другой заданной длины волны;
λι - заданна длина волны одного рентгеновского пучка;
λ2 - другая заданная длина волны второго рентгеновского пучка, непосредственно определяют значения отклонения межплоскостных расстояний, а по полученным отклонениям межплоскостных расстояний и известным для исследуемого материала модулям упругости и коэффициенту Пуассона оценивают величину напряжений, а по распределению рассчитанных деформаций решетки и напряжений в изделии судят о его напряженнодеформированном состоянии.
Портативный рентгеновский дифрактометр (фиг.1) содержит источник рентгеновского излучения (1), дополнительный источник рентгеновского излучения (2), позиционно-чувствительный детектор (ПЧД) рентгеновского излучения (3), расположенные на дугообразной направляющей (4) со средствами крепления и фиксации (не показаны), обеспечивающими фокусировку по Бреггу-Брентано. Дугообразная направляющая (4) установлена на основании (5) и снабжена механизмом наклона (не показан) относительно основания (5). Источники рентгеновского излучения (1) и (2) соединены кабелями (6) с высоковольтным источником питания (7), ПЧД (3) соединен кабелями (8) с источником питания (9) и блоком (10) сбора первичной рентгеновской информации. Накопление, обработка и хранение информации осуществляется персональным компьютером (11) типа Notebook. Источник рентгеновского излучения (1) снабжен парой монохроматоров (12).
Портативный рентгеновский дифрактометр для реализации способа определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов работает следующим образом.
Дифрактометр устанавливают на исследуемый объект (15) его основанием (5), при этом фиксация дифрактометра может осуществляться в зависимости от типа материала и формы поверхности исследуемого объекта, например, с помощью вакуумных присосок (не показаны) или магнитных захватов (не показаны). При необходимости установки дифрактометра на поверхности сложной формы или наклонных поверхностях могут быть использованы вспомогательные приспособления типа штативов (не показаны), а на основании (5) могут быть закреплены переходные механизмы (не показаны), обеспечивающие присоединение дифрактометра к штативу и его продольные перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях и вращения вокруг них.
В исходном положении дугообразная направляющая (4) расположена так, что ψ = 0. Источники рентгеновского излучения (1) и (2) и ПЧД (3), закрепленные на дугообразной направ11 ляющей (4), располагаются таким образом, чтобы дифрагированные рентгеновские лучи (14) от выбранного семейства кристаллографических плоскостей исследуемого изделия (15) попадали в ПЧД (3). После чего включают высоковольтный источник питания (7) и источник питания (9) ПЧД. осуществляют облучение исследуемого изделия (15), регистрируют распределение интенсивности дифрагированного излучения с помощью ПЧД (3) и блока (10) сбора первичной рентгеновской информации. Накопление зарегистрированного распределения интенсивности дифрагированного излучения осуществляется персональным компьютером (11) типа Notebook.
При определении напряжений, например, по методу sin2v|/ дугообразная направляющая (4) наклоняется относительно основания (5) на заданный угол ψ по отношению к нормали к поверхности исследуемого объекта, после чего приведенные выше операции повторяют. Регистрацию распределения интенсивности дифрагированного излучения выполняют для 3-12 фиксированных значений угла ψ, при этом возможно как одновременное, так и последовательное облучение исследуемого изделия излучениями с разными длинами волн от источников рентгеновского излучения (1) и (2).
На фиг. 3 изображена геометрическая схема устройства портативного дифрактометра с монохроматорами. Пространственное расположение пары монохроматоров (12) для данной длины волны рентгеновского излучения обеспечивает постоянную величину угла сходимости а двух монохроматизированных пучков (13), равную величине углового диапазона одновременной регистрации ПЧД (3). Использование пары монохроматоров позволяет повысить точность, достоверность и полноту информации о состоянии исследуемого изделия (15) и расширить функциональные возможности дифрактометра за счет снижения уровня фона в регистрируемом распределении интенсивности дифрагированного излучения и реализовать в одном дифрактометре различные методы определения напряжений.
На фиг. 4 изображена схема узла монохроматоров портативного рентгеновского дифрактометра. Механизм перемещения каждого монохроматора (12) в пространстве содержит ось вращения (16), ориентированную перпендикулярно направлению центрального пучка рентгеновского излучения (17), на одном из концов оси (16) установлен монохроматор (12), а другой конец оси (16) жестко связан с ползуном (18), установленным с возможностью продольного перемещения в направляющей (19), выполненной в корпусе (20) параллельно центральному пучку рентгеновского излучения (17).
Портативный рентгеновский дифрактометр, выполненный в соответствии с данным изобретением, обеспечивает повышение точности определения напряжений в крупногабаритных изделиях по сравнению с серийно выпускаемыми дифрактометрами за счет высокого пространственного разрешения равного 0,008° на линии Си Ка и устранения ошибки от неточности установки с использованием, по меньшей мере, двух длин волн рентгеновского излучения. Максимальная скорость счета, равная 5x104 импульсов в секунду, позволяет сократить время набора информации до 10 - 30 св зависимости от состояния изделия, а отсутствие операций юстировки существенно сокращает время проведения анализа и повышает производительность контроля. Габаритные размеры составных частей портативного рентгеновского дифрактометра таковы, что позволяют размещать его непосредственно на исследуемом изделии. Размеры гониометра 450 х 270 х 250 мм, рентгеновской трубки в кожухе 040 х 200 мм, ПЧД - 165 х 40 х 90 мм, блока электроники - 400 х 170 х 115 мм. Общая масса портативного дифрактометра не превышает 21 кг, что гораздо меньше, чем у любого известного аналога.
Портативный рентгеновский дифрактометр может найти широкое использование для неразрушающего контроля и диагностики состояния трубопроводов и сосудов высокого давления, высоконагруженных стальных балок и ферм промышленных инженерных сооружений, роторов и валов турбин, ответственных деталей и узлов объектов авиационной и космической техники, ответственных конструкций железнодорожного транспорта и метрополитена и т. и. и обеспечивать возможность определения остаточного ресурса объектов с целью предотвращения аварий и катастроф.

Claims (5)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ определения напряженнодеформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов, заключающийся в размещении рентгеновского дифрактометра и исследуемого объекта один относительно другого, фокусировки с обеспечением заданных расстояний фокус - объект, объект - детектор, облучении его рентгеновским излучением от двух источников, регистрации распределения в пространстве интенсивности дифрагированного излучения с фиксацией положения пиков интенсивности излучения и определении напряжений в исследуемом изделии, отличающийся тем, что непосредственно после размещения рентгеновского дифрактометра изделие облучают двумя излучениями с разной длиной волны, а после фиксации положения пиков интенсивности дифрагированного излучения с учетом дифракции этих излучений на одном семействе кристаллографических плоскостей и соотношения s i η 0ι λι
    S ΐ η 02 λ-2 где
    Θ1 - угол дифращии рентгеновского излучения одной заданной длины волны;
    02 - угол дифращии рентгеновского излучения другой заданной длины волны;
    λ1 - заданная длина волны одного рентгеновского излучения;
    λ2 - заданна длина волны другого рентгеновского излучения, определяют напряжения.
  2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изделие облучают рентгеновскими излучениями с разной длиной волны последовательно или одновременно.
  3. 3. Портативный рентгеновский дифрактометр для осуществления способа по п.1, содержащий основание (5), дугообразную направляющую (4), установленную на основании (5) и снабженную механизмом наклона относительно него, источник (1) и позиционно-чувствительный детектор рентгеновского излучения (3), расположенные на дугообразной направляющей (4) со средствами крепления и фиксации, обеспечивающими фокусировку по Бреггу-Брентано, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным источником рентгеновского излучения (2) с другой заданной длиной волны, фокальное пятно которого совмещено с фокальным пятном первого источника рентгеновского излучения (1), а, по крайней мере, один источник рентгеновского излучения снабжен расположенной между источником рентгеновского излучения и исследуемым объектом, по меньшей мере, парой монохроматоров (12) , при этом взаимное пространственное расположение пары монохроматоров (12) обеспечивает для каждой известной длины волны рентгеновского излучения равенство угла сходимости двух монохроматизированных пучков (13) величине углового диапазона одновременной регистрации позиционно-чувствительного детектора (3).
  4. 4. Портативный рентгеновский дифрактометр по п.З, отличающийся тем, что источник рентгеновского излучения (2) с большей длиной волны расположен на дугообразной направляющей между источником рентгеновского излучения (1) с меньшей длиной волны и позиционно-чувствительным детектором (3).
  5. 5. Портативный рентгеновский дифрактометр по п.З, отличающийся тем, что монохроматоры (12) снабжены механизмами перемещения их в пространстве, каждый из которых содержит ось вращения (16), ориентированную перпендикулярно направлению центрального пучка рентгеновского излучения (17), на одном из концов которой установлен монохроматор (12), а другой конец жестко связан с ползуном (18), установленным с возможностью перемещения в направляющей (19), выполненной в корпусе (20) параллельно центральному пучку рентгеновского излучения (17).
EA199800047A 1996-08-30 1996-08-30 Способ определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов и портативный рентгеновский дифрактометр для его осуществления EA000345B1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU1996/000247 WO1998009157A1 (fr) 1996-08-30 1996-08-30 Procede permettant de determiner le mode de deformation d'articles de grande taille faits de materiaux cristallins, et diffractometre portable a rayons x permettant de mettre en oeuvre ce procede

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA199800047A1 EA199800047A1 (ru) 1998-10-29
EA000345B1 true EA000345B1 (ru) 1999-04-29

Family

ID=20130030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA199800047A EA000345B1 (ru) 1996-08-30 1996-08-30 Способ определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов и портативный рентгеновский дифрактометр для его осуществления

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA000345B1 (ru)
WO (1) WO1998009157A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103245445A (zh) * 2013-05-17 2013-08-14 北京师范大学 一种应力仪
RU2570106C1 (ru) * 2014-05-30 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение наук Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Способ визуализации ротационного искривления решетки нанотонких кристаллов
RU2657330C1 (ru) * 2017-02-02 2018-06-13 федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий" Способ определения температур фазовых переходов в пленках и скрытых слоях многослойных структур нанометрового диапазона толщин
RU2737861C1 (ru) * 2019-07-26 2020-12-03 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ исследования физических свойств и физических процессов в нанотонких пространственных диссипативных структурах

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4561062A (en) * 1983-02-18 1985-12-24 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Energy, Mines And Resources Stress measurement by X-ray diffractometry
US5125016B1 (en) * 1983-09-22 1998-02-24 Outokumpu Oy Procedure and measuring apparatus based on x-ray diffraction for measuring stresses
SU1767403A1 (ru) * 1988-07-11 1992-10-07 Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова Переносное устройство дл рентгенодифрактометрического определени напр женного состо ни крупногабаритных изделий
SU1716406A1 (ru) * 1989-10-30 1992-02-28 Институт Машиноведения Им.А.А.Благонравова Портативный рентгеновский гониометр дл определени напр жений в крупногабаритных объектах
US5148458A (en) * 1990-01-18 1992-09-15 Clayton Ruud Method and apparatus for simultaneous phase composition and residual stress measurement by x-ray diffraction

Also Published As

Publication number Publication date
EA199800047A1 (ru) 1998-10-29
WO1998009157A1 (fr) 1998-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0117293B1 (en) Stress measurement by x-ray diffractometry
US7848489B1 (en) X-ray diffractometer having co-exiting stages optimized for single crystal and bulk diffraction
Bokuchava et al. Neutron Fourier diffractometer FSD for residual stress studies in materials and industrial components
US4364122A (en) X-Ray diffraction method and apparatus
RU2403560C2 (ru) Передвижное устройство для облучения и регистрации радиации
KR100990592B1 (ko) 회절 분석기 및 회절 분석 방법
Gupta et al. BL-02: a versatile X-ray scattering and diffraction beamline for engineering applications at Indus-2 synchrotron source
EA000345B1 (ru) Способ определения напряженно-деформированного состояния крупногабаритных изделий из кристаллических материалов и портативный рентгеновский дифрактометр для его осуществления
RU72328U1 (ru) Комбинированное устройство для рентгеноструктурных и рентгеноспектральных измерений (варианты)
Deslattes Single axis, two crystal x‐ray instrument
US5640437A (en) Goniometer
Brand et al. New methods for alignment of instrumentation for residual-stress measurements by means of neutron diffraction
RU2419088C1 (ru) Рентгеновский спектрометр
Poeste et al. The new and upgraded neutron instruments for materials science at HMI-current activities in cooperation with industry
Hohlwein et al. Collection of Bragg data with a neutron flat-cone diffractometer
James et al. Geometrical problems with a position-sensitive detector employed on a diffractometer, including its use in the measurement of stress
SU1004834A1 (ru) Рентгеновский дифрактометр
Dhez et al. Tests Of Short Period X-Ray Multilayer Mirrors Using A Position Sensitive Proportional Counter
CN113484347B (zh) 一种x射线粉末衍射仪用不规则形状固体进样器
RU13842U1 (ru) Портативный рентгеновский дифрактометр
SU873067A1 (ru) Рентгеновский спектрометр
Miyawaki et al. Angle-resolved X-ray emission spectroscopy facility realized by an innovative spectrometer rotation mechanism at SPring-8 BL07LSU
RU2166184C2 (ru) Рентгеновский рефлектометр
RU2370757C2 (ru) Устройство для исследования совершенства структуры монокристаллических слоев
SU851211A1 (ru) Рентгеновский дифрактометр по схемезЕЕМАНА-бОлиНА

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU