Разработка радиационного метода и создание аппаратуры толщинометрии изделий с динамически меняющейся геометрией и переменным химическим составом
Диссертация
Автор: Артемьев, Борис Викторович
Название: Разработка радиационного метода и создание аппаратуры толщинометрии изделий с динамически меняющейся геометрией и переменным химическим составом
Справка: Артемьев, Борис Викторович. Разработка радиационного метода и создание аппаратуры толщинометрии изделий с динамически меняющейся геометрией и переменным химическим составом : диссертация доктора технических наук : 05.11.10 Москва, 2003 182 c. : 71 04-5/186-2
Объем: 182 стр.
Информация: Москва, 2003
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ В НЕРАЗРУШАЮШЕМ КОНТРОЛЕ ИЗДЕЛИЙ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
11 Методы радиационного НК
111 Вычислительная томография (ВТ)
112 Радиометрический метод (РМ) нк
113 Радиографический метод нк
114 Радиоскопия
12 Средства радиационного hepазрушающего контроля 1 о
121 Источники ионизирующего излучения
122 Формирование полей проникающего излучения для целей радиационного НК
123приемники рентгеновского излучения
13 Рентгеновская толщинометрия 20 Выводы
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕНТГЕНОВСКИХ ТОЩИНОМЕРОВ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ПЕРЕМЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ГЕОМЕТРИИ
21 Исследование основных погрешностей метода и оценка их влияния на метрологические характеристики рентгеновского толщиномера
22 Анализ характеристик рт и выбор оптимальных параметров источника излучения
23 Анализ параметров РТ и выбор рационального приемника излучения
24 Анализ возможностей использования обратнорассеянного излучения в задачах измерения толщины
25 Расчет параметров рентгеновского сканера и роль рассеянного излучения при рентгеновском контроле выводы
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РЕНТГЕНОВСКОГО СКАНИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА С МОДИФИЦИРУЮЩЕЙСЯ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИЕЙ И СОЗДАНИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ ТОЛЩИНОМЕРОВ НА ЕГО ОСНОВЕШ
31 Разработка и обоснование предлагаемого метода модификации передаточной функции
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ТОЛЩИНЫ РИТ
41 Состав и алгоритм работы рентгеновского толщиномера РИТ10
42 Функциональные блоки РИТ105 и их выходные параметры
421 Система автоматической коррекции нестабильности спектра и потока источника зондирующего излучения
422 Система термостабилизации аналого-цифрового преобразователя и блоков предварительного усилителя
423 Система автоматической калибровки 134 43Экспериментальное исследование возможностей РИТ106М
431 Время выхода на показание
432 Долговременная нестабильность толщиномера и величина случайной составляющей погрешности
433 Чувствительность системы 140 Выводы
ГЛАВА 5 УНИВЕРСАЛЬНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ РАДИАЦИОННОГО НК ОБЪЕКТОВ С ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ И ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ГЕОМЕТРИЕЙ
51 КИК типа РИТ10 для динамического радиационного НК
52 Метрологическое обеспечение разработанных КИК типа РИТ10 для радиационного нк объектов с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией и химическим составом
53 радиационная безопасность
54 Патентная чистота и защита технических реализаций
55 Дополнительное оборудование для рентгеновских толщиномеров 161 Выводы
Введение:
Системы и комплексы машин, оборудования и приборов самого разнообразного технико-экономического уровня являются основой, которая должна внести коренные изменения в технологию и организацию производства, поднять производительность труда, снизить материалоемкость и энергоемкость продукции и улучшить ее качество, кардинальным образом снизить вероятность техногенных катастроф.
Весьма привлекательным в радиационных методах НК является удобство анализа внутренней структуры объекта контроля, предъявляемой в виде реального визуально воспринимаемого изображения. Указанное обстоятельство объясняет высокие темпы роста и значительные материальные ресурсы, вкладываемые в данную отрасль отечественного приборостроения.
За последние 30-35 лет сформировалось несколько направлений радиационной диагностики. Одной из таких задач является проблема контроля цилиндрических объектов с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией в нестационарных производственных условиях.
С точки зрения предмета исследования методами радиационной дефектоскопии типичными объектами, кроме цилиндрических изделий с переменной толщиной стенки, являются листовые материалы из цветных и черных металлов и их сплавов, а также изделия из бериллия, пластмасс, углеродистых и борных нитевидных кристаллов, которые можно интерпретировать как стационарные объекты и соответственно нестационарные объекты; это струи многофазных дисперсных сред, топливовоздушные смеси, деформации металла в условиях импульсных нагрузок, разнообразные взрывные и баллистические процессы и т.п. Термин "стационарные объекты" употребляется в общепринятом смысле и означает, что в процессе экспонирования объекта ионизирующим излучением радиационное изображение не претерпевает трансформаций, обусловленных взаимным перемещением источника и собственно объекта. Для стационарных объектов получение визуально воспринимаемой картины изображения происходит во временном интервале, допускающем сравнительно длительное экспонирование без нарушения цикла технологического процесса. Например, радиационный НК литья осуществляется в конце технологической цепочки изготовления на этапе так называемого выходного контроля готовой продукции.
Совсем другие требования предъявляются к НК в тех случаях, когда исследуемый объект не только скрыт от визуального наблюдения, но и находится в движении. Здесь изображение контролируемого объекта может быть получено только посредством одиночного очень короткого импульса проникающего излучения или короткой выборкой показаний детектора, принимающего непрерывный аналоговый сигнал. Именно такую ситуацию будем называть обобщенным термином «динамический радиационный НК». Динамический радиационный НК отличается от широко известного стробоскопического метода радиационной дефектоскопии, когда управляемый источник ионизирующего излучения генерирует серию импульсов, синхронизированных с циклическим или периодическим движением. Отличительная специфика нестационарных объектов состоит в том, что характер проявления процессов трудно предсказуем. Повторение конкретного эксперимента, допустим деформации металла под воздействием валков прокатного стана, не приведет к желаемому результату, т.к. развитие отдельных фрагментов процесса каждый раз проявляется по-новому [68]. Для нестационарных объектов как раз знание закономерностей протекания отдельных фаз того или иного динамического процесса представляет наибольший интерес.
Независимо от физического состояния контролируемого объекта их объединяет общность задач формирования и визуализации радиационного изображения. Если интерпретировать объект с переменной толщиной стенки как ступенчатый клин, то, как это показано на рис.0.1, в пределах динамического диапазона радиационного преобразователя (РП) при заданных параметрах рабочего пучка ионизирующего излучения контраст элементов I-IV теневого изображения отличается друг от друга. Явно выраженная разнотолщинность определяет отличительные признаки реализации радиационного метода НК. Действительно, даже если в идеальном бездефектном изделии с переменной толщиной стенки рабочий пучок ионизирующего излучения поглощается по-разному, то визуализация неоднородного радиационного изображения представляет достаточно сложную задачу. В то же время для НК нестационарных объектов использование компенсаторов, как это принято при контроле литья, невыполнимо. Здесь требуется создание новых методов и аппаратуры НК, посредством которой достигается коррекция неравномерности толщины.
Рис.0.1. Формирование светотеневого изображения ступенчатого клина
1 - зондирующее излучение,
2 - ступенчатый клин; 3 - РП
На рис. 0.2 показаны продольный и поперечный профили полосы проката.
40,00 20,05 0,00 -20,00 -10,00
Рис. 0.2. Продольный и поперечный профили полосы проката
Таким образом, аппаратуру радиационного НК изделий с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией объединяет общность задачи проектирования, заключающаяся в создании технических средств, работающих в широком динамическом диапазоне (до 105) и компенсирующих изменение спектра излучения, приходящего на детектор, обусловленное собственной существенной разнотолщинностью объекта. Отличительные признаки НК вышеупомянутого класса объектов контроля требуют дополнительных исследований : а) исследования переноса излучения со сплошным спектром через барьеры * переменной толщины для изучения закономерностей натекания рассеянного излучения в точку детектирования;
6) определения влияния особенностей взаимодействия ионизирующего излучения с чувствительным элементом приемника излучения применительно к выработке рациональных методик и аппаратурных решений, повышающих надежность, производительность и чувствительность НК изделий сложной формы.
Целью исследований является развитие теории радиационного метода НК цилиндрических изделий с переменной толщиной стенки и изменяющейся геометрией и разработка универсального приборного комплекса рентгеновской толщинометрии, перекрывающего полный технологический цикл прокатных заводов по толщине, сортаменту металлов и их сплавов.
Создание универсальных рентгеновских толщиномеров позволит расширить функциональные возможности радиационных методов при отработке новых технологий промышленного производства широкого ассортимента изделий машиностроения и их диагностики.
В диссертации рассматриваются и выносятся на защиту следующие основные положения:
1. Теоретическое исследование переноса ионизирующего излучения со сплошным спектром через объекты сложной геометрической формы с переменными толщиной и химическим составом.
2. Разработка методов преобразования реально неоднородного радиационного поля и способов коррекции результатов измерения с учетом изменяющегося химического состава объекта контроля.
3. Новый способ измерения толщины с помощью рентгеновского излучения.
4. Новые технические решения по построению узлов и блоков универсальных рентгеновских толщиномеров с повышенной чувствительностью и производительностью контроля.
5. Практическое применение разработанной методики в плане создания и широкого внедрения в металлургическую промышленность КИК для рентгеновской толщинометрии металлов.
По теме диссертации опубликовано 36 печатных работ, в том числе 22 патента РФ и положительных решения ФИПС на изобретения, две монографии. Три работы сданы в печать.
|