Патент на изобретение №2158900

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СТЕНОК ДЕТАЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения толщины стенок, образованных криволинейными поверхностями (цилиндрическими, сферическими и др.) в деталях сложной несимметричной формы. Сущность изобретения заключается в том, что производят поступательное перемещение детали в направлении, перпендикулярном неподвижной оси монохроматического пучка проникающего излучения. Путем повторного отражения по Брэггу изменяют направление движения нейтронов, прошедших через материал детали без взаимодействия. Для этой цели используется второй монокристалл, по свойствам идентичный первому. Если он сориентирован так, что его рабочая плоскость строго параллельна плоскости монохроматора, то от него будут отражаться только те нейтроны, которые не изменили своего первоначального направления движения (после первого отражения) в результате взаимодействия с материалом детали. Изобретение позволяет увеличить точность измерений и расширить класс контролируемых объектов. 6 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для определения толщины стенок, образованных различными криволинейными поверхностями (цилиндрическими, сферическими и др.) в деталях сложной несимметричной формы, для определения толщины стенок в различных точках пера полой лопатки газотурбинных двигателей (ГТД), стенок труб, в том числе имеющих различную толщину по периметру трубы и др. Способ пригоден также для определения габаритных размеров внутренних полостей различной формы в деталях и изделиях. Кроме того, возможно применение способа для измерения толщины нанесенных на криволинейные поверхности покрытий, в том числе и многослойных, при достаточной их толщине. Причем, измерение может быть проведено не только для покрытий на внешней поверхности детали, но и при нанесении их на стенки полости в изделии, например, в случае покрытия внутренних стенок труб.

Известно, что определение толщины с помощью проникающего излучения (нейтронов, гамма-квантов) производят путем расчетов по формуле [1, 2]:
I = I_oexp(-t), (1)
где I_о, I – потоки излучения, падающего на объект и прошедшего через объект без взаимодействия, соответственно; – коэффициент ослабления, характеризующий взаимодействие излучения с веществом; t – путь, пройденный излучением в материале. При измерениях сплошных деталей t совпадает с их толщиной (при условии, что излучение падает по нормали к поверхности детали), а при наличии полостей в детали, t равно суммарной толщине стенок, через которые проходит излучение.

Известен способ измерения толщины стенок труб [3], заключающийся в том, что стенку трубы облучают перпендикулярно ее поверхности в радиальном направлении потоком проникающего излучения и измеряют поток частиц, прошедших через обе стенки трубы без взаимодействия, а также поток рассеянного излучения за точкой выхода излучения из трубы, после чего, по предложенной автором способа формуле рассчитывается толщина ближайшей к источнику излучения стенки трубы. Способ позволяет определять толщину стенки в данной точке поверхности трубы, а не суммарную толщину материала трубы, через которую проходит излучение. Однако он имеет ограниченное применение и предназначен лишь для измерения толщины стенок труб.

Данному и всем другим методам измерения толщины, основанным на вычислениях по формулам типа (1) присущи два недостатка. Первый существенный недостаток обусловлен тем, что облучение производится по направлению, перпендикулярному к его поверхности, т.е. путь, пройденный излучением в материале изделия, должен обязательно равняться измеряемой толщине. Это делает невозможным измерение толщины стенок полостей в деталях сложной несимметричной формы, так как частицы излучения, пройдя через стенку в точке измерения, прежде чем быть зарегистрированными, могут еще пройти значительный (по сравнению с толщиной измеряемой стенки) и неизвестный путь в материале детали, как это показано на фиг. 1 (на примере полой лопатки ГТД). Второй существенный недостаток известных методов заключается в необходимости предварительного определения расчетным или экспериментальным путем неизвестных параметров, характеризующих взаимодействие используемого излучения с веществом. Поэтому невозможно измерить известными способами толщину имеющегося в единственном экземпляре объекта сложной формы, сделанного из материала неизвестного состава и с неизвестным содержанием неоднородностей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ, на котором основано действие устройства для измерения стенок труб [4]. Способ заключается в том, что на объект в направлении, параллельном касательной к поверхности детали в точке измерения направляют коллимированный пучок проникающего излучения, измеряют поступательно взаимное положение пучка и детали в направлении, перпендикулярном оси пучка, измеряют величину потока, прошедшего через деталь, строят зависимость интенсивности прошедшего пучка излучения от перемещения пучка излучения относительно детали, по которой определяют толщину стенки детали.

Таким образом способ основан на эффекте изменения величины измеряемого потока излучения, вызванного изменением длины пути, пройденного частицами в материале трубы в процессе перемещения источника излучения. Данный способ пригоден для измерения толщины стенок деталей выпуклой формы, однако имеет ряд недостатков. Во-первых, момент касания пучком (или, что тоже самое – координата источника излучения в данный момент) внешней поверхности трубы фиксируется по началу уменьшения величины измеряемого потока излучения. Так как величина пути частиц излучения в материале стенки в момент “наезда” источника может быть мала (например, если сечение трубы отлично от окружности), то и ошибка в определении данной координаты может быть значительной. Во-вторых, при движении источника излучения в процессе облучения от внешней поверхности трубы к центру, путь частиц излучения монотонно возрастает (величина этого пути равна хорде, образованной внешней поверхностью трубы и траекторией частицы). После касания пучком внутренней поверхности стенки трубы величина этого пути скачкообразно меняется (он становится равным разности длин хорд, образованных траекторией частицы с внешней и внутренней поверхностями трубы). Это и дает возможность фиксировать момент касания пучком внутренней стенки трубы. Однако в случае объектов сложной формы эта разность длин путей в материале до и после касания пучком внутренней поверхности стенки может различаться очень мало, что уменьшает точность или делает вообще невозможным измерение толщины по данному способу.

Т. е. данный способ пригоден для измерения толщины стенок полых объектов в тех случаях, когда до и после касания пучком поверхностей, ограничивающих стенку имеет место заметное изменение длины пути излучения в материале объекта, что в случае объектов сложной формы ограничивает как точность метода, так и области его применения.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение точности измерения и расширение класса контролируемых объектов за счет обеспечения возможности измерения деталей сложной несимметричной формы путем создания условий для максимального уменьшения величины измеряемого потока излучения на поверхности детали.

Он достигается тем, что в способе измерения толщины стенок деталей, заключающемся в том, что на объект в направлении, параллельном касательной к поверхности детали в точке измерения направляют коллимированный пучок проникающего излучения, измеряют поступательно взаимное положение пучка и детали в направлении, перпендикулярном оси пучка, измеряют величину потока, прошедшего через деталь, строят зависимость интенсивности прошедшего пучка излучения от перемещения пучка излучения относительно детали, по которой определяют толщину стенки детали, в качестве пучка излучения используют монохроматический пучок нейтронов с фиксированной в пространстве осью, полученный путем отражения по Брэггу, путем повторного отражения по Брэггу изменяют направление движения нейтронов, прошедших через материал детали без взаимодействия с ней, а толщину стенки контролируемой детали определяют по положениям локальных минимумов зависимости зарегистрированного потока нейтронов, претерпевших повторное Брэгговское отражение от величины перемещения пучка излучения относительно детали.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 дан пример невозможности использования известных методов измерения толщины для деталей сложной формы (на примере полой лопатки ГТД), на фиг. 2 дана иллюстрация полного внутреннего отражения и преломления тепловых нейтронов криволинейной поверхностью детали, на фиг. 3 показана возможная схема реализации предложенного способа, на фиг. 4 представлены результаты измерения толщины стенки стеклянной трубки, на фиг. 5 представлены результаты измерения толщины стеклянной трубки, заполненной водным раствором неизвестного состава, на фиг. 6 представлены результаты измерения толщины стенок полой лопатки ГТД.

На фиг. 3 введены следующие обозначения: 1 источник нейтронов; 2 – сколлимированный пучок с малым поперечным сечением; 3 – пучок излучения после отражения от первого кристалла-монохроматора; 4 – сформированный пучок, предназначенный для измерения, 5 – контролируемая деталь; 6 – пучок излучения после прохождения двух кристаллов-монохроматоров; 7 – плоскости измерения размеров; 8 – основная ось пучка; 9 – коллиматор; 10 – первый кристалл-монохроматор; 11 – маска из поглощающего материала для уменьшения ширины пучка; 12 – второй кристалл-монохроматор; 13 – детектор для измерения потока повторно отраженных нейтронов.

Волновые свойства обуславливают явления отражения и преломления нейтронов на поверхности раздела двух сред. Коэффициент преломления для нейтрона при переходе из вакуума в среду выражается известной формулой [5]:
n = 1-(²/2)N1 = 1-, (2)
где 1 – амплитуда когерентного рассеяния нейтрона на вязанном ядре; N – число ядер в единице объема среды.

Например, коэффициент преломления нейтронов с длиной волны , равной 2 при переходе из вакуума в железо, вычисленный по формуле равен n = 1-0,5110^-5 (необходимые для расчета значения плотности, атомного веса и амплитуды когерентного рассеяния железа, а также значения числа Авогадро были взяты из соответствующей справочной литературы).

Для большинства элементов и их изотопов величина коэффициента преломления тепловых нейтронов меньше. То есть переход из вакуума в среду для нейтронов в подавляющем большинстве случаев есть переход из “оптически” более плотной среды в менее плотную. Поэтому, как известно, имеет место явление полного внутреннего отражения тепловых нейтронов от поверхности среды, которое происходит в том случае, если угол скольжения нейтрона (угол между направлением движения нейтрона и поверхностью среды) меньше определенной критической величины _кр, которая мала для тепловых нейтронов. Например, для нейтронов с длиной волны, равной 2 , значение критического угла скольжения для железа, рассчитанное по известной формуле (следующей из закона преломления – см. ниже):
cos_кр= n (3)
составляет около 10 угловых минут.

Нейтроны, падающие на поверхность среды с углом скольжения, меньшим критического, будут полностью отражаться от ее границы.

Если угол скольжения превышает величину критического угла полного внутреннего отражения – _кр, то на границе среды нейтроны претерпевают преломление. Если форма объекта (детали), на которую падают нейтроны отлична от плоскопараллельной, то (по аналогии с геометрической оптикой) преломление приводит (после выхода нейтронов из объекта) к изменению их первоначального направления движения. В случае тепловых нейтронов, ввиду близости коэффициента преломления к единице такое изменение направления движения невелико.

Фиг. 2 проиллюстрирует поведение нейтронов, падающих на поверхность объекта цилиндрической формы в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра. Все монохроматические нейтроны, движущиеся в направлении, указанном стрелкой на фиг. 2, внутри зоны шириной h_отр отражаются от поверхности цилиндра, так как имеют значение угла скольжения менее критической величины. Причем величина h_отр определяется выражением (см. фиг. 2):
h_отр= (RRsin) = R(1-cos_кр) = R (4)
где – угол падения нейтрона на поверхность (учтено, что = (n/2) – ). Для тех же условий, что и при вычислении критического угла, получим для цилиндра из железа: h_отр 0,5110^-5R, где R – радиус цилиндра. После отражения от поверхности детали (цилиндра) нейтроны отклоняются от первоначального направления движения на угол _отр= 2, где – угол скольжения изменяется в пределах от 0 до _кр.

Если угол скольжения превышает критическую величину то, как сказано выше, нейтроны претерпевают преломление на поверхности объекта. Для цилиндра отклонение нейтрона от первоначального направления движения (после его вылета из объекта) за счет преломления выражается формулой:
_крпр= 2(–) = 2(+)-n (5)
Здесь – угол преломления, и (сos/sin) = n (закон преломления). После несложных преобразований, используя известное тригонометрическое соотношение: arcsinx = (/2) – arcсosx, получается:
_кр= 2{-arccos[cos/(1-)]} (6)
где = 1-n – малая величина. Разложив это выражение в ряд Тейлора по и ограничившись членами до первого порядка включительно, получим:

Отсюда следует, что (при малых значениях угла ) величина _отр быстро убывает (по закону котангенса) с ростом угла скольжения.

Таким образом, если на поверхность цилиндра падают нейтроны по направлению, указанному на фиг. 2 стрелкой, и все они находятся на расстоянии от касательной, параллельной направлению их движения, меньшем величины h_пр (причем h_пр > h_отр), но большем величины , их отклонение от первоначального направления превышают некоторую величину _min. Величина (см. фиг. 2) – это расстояние от касательной, при котором отклонение от первоначального направления движения за счет полного внутреннего отражения равняется отклонению за счет преломления на расстоянии h_пр от касательной. В случае железного цилиндра, приняв _min= 1″, получаем: h_пр 0,006R >> .

Выше были рассмотрены процессы преломления и отражения нейтронов на выпуклой цилиндрической поверхности. Если поверхность вогнута как, например, поверхность внутренней полости в детали, то нейтроны вначале претерпевают преломление на границе среда – вакуум (воздух) с коэффициентом преломления 1/n, а затем отражаются или преломляются (в зависимости от величины угла скольжения) на границе вакуум (воздух) – среда (материал детали) с коэффициентом преломления, равным n. Этот процесс легко понять, если представить, что окружность на фиг. 2 представляет собой границу внутренней цилиндрической полости в среде. Правда в этом случае надо учитывать тот факт, что до попадания на вогнутую поверхность нейтроны должны войти в материал, т.е. пересечь еще одну границу вакуум-среда. Кроме того возможен еще один переход среда-вакуум при выходе из детали.

В предлагаемом способе используются явления полного внутреннего отражения и преломления нейтронов на поверхности детали.

Монохроматический пучок нейтронов с фиксированной в пространстве осью образуют путем отражения по Брэггу исходного полихроматического пучка (1). Этот известный способ монохроматизации широко применяют в настоящее время (как для нейтронов, так и для рентгеновского излучения). Он основан на явлении дифракции излучения на упорядоченной совокупности атомов, образующих кристаллическую решетку. Как следует из соотношения Брэгга:
2d_hklsin = u (8)
где d_hkl – межплоскостное расстояние, – угол скольжения, – длина волны нейтронов, u – порядок отражения.

Отражение претерпевают только частицы, падающие на поверхность кристалла под нужным углом (углом Брэгга) и при этом имеющие подходящую длину волны. Это приводит к тому, что отраженный пучок (2) становится монохроматическим.

В качестве источников тепловых нейтронов большой интенсивности используют, как известно, ядерные реакторы, из активной зоны которых потоки тепловых полихроматических нейтронов выводятся с помощью специальных каналов, проложенных в защите реактора [6], a в качестве монохроматоров – различные монокристаллы, вырезанные в виде пластин так, что их боковые поверхности (рабочие плоскости) совпадают с кристаллографическими плоскостями (hkl) используемого монокристалла.

Ввиду различных искажений кристаллической решетки, отражение претерпевают не только нейтроны с углом скольжения точно равным углу Брэгга, но и нейтроны, направление движения которых лежит внутри некоторого диапазона углов около точного значения угла Брэгга.

Ширину монохроматического пучка уменьшают до величины меньшей, чем толщина стенки детали в точке измерения. Практически уменьшение поперечных размеров (ширины, высоты) пучка осуществляют при помощи маски из поглощающего тепловые нейтроны материала, например, борированного полиэтилена или кадмия. При ширине щели в маске меньшей, чем (10-50) происходит явление дифракции нейтронов на щели (аналогичные дифракции световой волны на тонкой щели), которые и накладывают естественное физическое ограничение на эту величину. Однако надо иметь ввиду, что значительное уменьшение ширины пучка приводит к резкому увеличению времени экспозиции при измерении величины потока отраженных частиц. Ширина “узкого пучка” определяет точность, с которой фиксируется положение детали относительно оси пучка, т.е. в конечном счете определяет точность измерения (пространственное разрешение способа). Поэтому она должна быть в несколько раз (в зависимости от требований по точности) меньше толщины измеряемой стенки. Ширина пучка также связана с размерами, формой и составом материала детали.

Для разобранного примера ширина пучка должна быть близка к величине h_пр– , причем h_пр и вычислены из условия _min . Практически сравнительно просто изготовить маску со щелью шириной 0,05-0,1 мм. Высота сформированного пучка зависит от формы объекта (детали), например, для цилиндрической поверхности она может в десятки или даже сотни раз превышать его ширину. В случае же сферической поверхности высота пучка будет влиять на точность измерения толщины стенки детали, поэтому ее необходимо уменьшить до приемлемой величины, вплоть до использования пучка с круглым или квадратным сечением.

Способ осуществляется следующим образом.

Ориентируют деталь 5 к оси пучка 8 и добиваются, чтобы касательная 7 к поверхности детали в точке измерения стала параллельной оси пучка 8. Причем, эта касательная должна лежать в плоскости дифракционного отражения сформированного пучка 4 от первого кристалла-монохроматора 10 и прошедшего маску 11 из поглощающего материала для уменьшения ширины пучка.

Производят поступательное перемещение детали 5 в направлении, перпендикулярном неподвижной оси монохроматического пучка 8. Движение детали происходит в плоскости отражения, а перед началом его одна из поверхностей детали, ограничивающая измеряемую стенку, должна находиться вне пучка на расстоянии от его оси на меньшем, чем ширина пучка 4.

Путем повторного отражения по Брэггу изменяют направление движения нейтронов, прошедших через материал детали без взаимодействия. С этой целью используется второй монокристалл 12, по свойствам идентичный первому. Если он сориентирован так, что его рабочая плоскость строго параллельна плоскости монохроматора, то от него будут отражаться только те нейтроны, которые не изменили своего первоначального направления движения (после первого отражения) в результате взаимодействия с материалом детали. Если же отклонение от первоначальной траектории имели место, то условие Брэгга для такой частицы уже не будет выполнено и она не отразившись пройдет через второй кристалл (или поглотится в нем).

Одновременно производят измерение зависимости величины потока отраженных нейтронов от текущей координаты детали. Величина потока будет описываться формулой (1), где коэффициент ослабления можно рассматривать как сумму двух слагаемых: коэффициента ослабления измеряемого потока нейтронов за счет рассеяния на малые углы и коэффициента ослабления за счет процессов взаимодействия нейтронов с материалом детали (поглощение, рассеяние), a t как путь, пройденный нейтронами в материале детали (не равный толщине измеряемой стенки), зависящий от текущей координаты детали.

В положении детали, при котором пучок касается ее поверхности в точке измерения, происходит дополнительное, резкое (ввиду малости h_пр и h_отр) ослабление величины измеряемого потока, не описываемое формулой (1). Оно вызывается полным внутренним отражением и преломлением нейтронов, падающих на поверхность детали вблизи точки касания и исчезает при удалении оси пучка от нее. И тогда величина измеряемого потока нейтронов снова начинает описываться формулой (1). В процессе дальнейшего перемещения детали, ось пучка приближается к другой поверхности, ограничивающей измеряемую стенку и на ней (этой, второй поверхности стенки) происходит новое дополнительное уменьшение величины измеряемого потока за счет отражения и преломления.

По полученной зависимости фиксируют локальные минимумы измеряемого потока, соответствующие крайним положениям поверхностей, ограничивающих измеряемую толщину, относительно оси пучка, по расстоянию между которыми определяют искомую толщину стенки.

Измерение по предлагаемому способу осуществляется при помощи известного устройства – двухкристального спектрометра [7]. Приборы такого типа используются в различных физических исследованиях. Принцип работы спектрометра заключается в осуществлении последовательного отражения излучения от двух идентичных кристаллов – “монохроматора” и анализатора и регистрации частиц, отраженных от второго кристалла. При этом регистрируются только частицы, для которых одновременно выполнено условие Брэгга на первом и втором кристаллах. Причем, чем совершеннее кристаллическая решетка кристалла, тем точнее оно (условие Брэгга) должно соблюдаться. Использование высокосовершенных (“идеальных”) кристаллов позволяет фиксировать отклонение частиц от первоначального направления на очень малые углы (менее угловой секунды).

Как сказано выше, критические углы отражения для нейтронов не превышают нескольких угловых минут, что, однако, значительно превосходит чувствительность двухкристального спектрометра на “идеальных” кристаллах.

Следует отметить, что в отличие от прототипа точность измерения по предлагаемому способу слабо зависит от расходимости пучка, действительно, условие Брэгга при двойном отражении выполняется для всех направлений движений частиц в пределах расходимости пучка, хотя при этом и возникает разброс по длинам волн. И независимо от направления движения нейтрона (в пределах расходимости) монохроматического пучка по отношению к оси пучка, любое взаимодействие (после первого отражения), приводящее к изменению траектории вызовет нарушение условия Брэгга на втором кристалле, что и приводит к образованию локального минимума измеряемого потока.

Прелагаемое изобретение имеет следующие технико-экономические преимущества по сравнению с известными способами:
1. Более высокую точность измерений, которая определяется шириной используемого пучка и слабо зависит как от измеряемой толщины, так и от расходимости пучка. Абсолютное значение точности может достигать 0,05-0,1 мм.

2. За счет появления возможности измерения деталей сложной несимметричной формы увеличивается номенклатура контролируемых деталей.

3. Предлагаемый способ позволит производить измерение толщины деталей без предварительного получения информации о материале объекта контроля.

4. 3a счет появления возможности неразрушающего контроля ответственных деталей сложной формы увеличивается ресурс работы изделий, имеющих в своем составе подобные детали.

Примеры иллюстрирующие предлагаемый способ.

Пример 1.

Измерялась толщина стенки стеклянной трубки диаметром 12 мм. Измерения проводились с помощью спектрометра высокого углового разрешения с двойной монохроматизацией нейтронного ручка [8]. В приборе использованы кристаллы германия, вырезанные по плоскости (III), причем естественная ширина линии каждого кристалла равнялась 3 угл. сек. Длина волны монохроматического пучка составляла 1,8 . Расходимость монохроматического пучка не превысила 10 угловых минут. Источником нейтронов служила активная зона ядерного реактора стационарного типа, на одном из горизонтальных каналов которого смонтирован спектрометр. Наличие в составе спектрометра третьего, менее совершенного кристалла, расположенного перед монохроматором, обусловлено исключительно соображениями удобства проведения экспериментов и в данном случае не играет никакой роли. С помощью маски из листового кадмия толщиной 1,0 мм, расположенной на оси пучка, на расстоянии 750 мм от первого кристалла, уменьшалась ширина монохроматического пучка в плоскости рассеяния до 0,1 мм. Высота пучка составляла 5,0 мм. Расстояние от центра трубки до кадмиевой маски равнялась 8,0 мм. Трубка была сориентирована относительно оси пучка таким образом, что касательная в точке измерения была параллельна оси пучка в точке измерения. Ось трубки была перпендикулярна плоскости отражения. Трубка перемещалась поступательно по направлению, перпендикулярному оси пучка, причем перемещение производилось дискретно с шагом 0,1 мм. Число шагов с начала движения фиксировалось и, таким образом измерялась длина перемещения трубки. В момент остановки движения производилось измерение величины потока нейтронов, претерпевших повторное брэгговское отражение от второго кристалла спектрометра. Измеренная величина потока вместе с номером шага запоминалась, таким образом измерялась зависимость величины потока повторно отраженных нейтронов от текущей координаты трубки.

Полученная кривая (светлые кружки) приведена на фиг. 4. Участок с максимальной интенсивностью, примыкающей к оси ординат, определяет величину потока, прошедшего через двухкристальный спектрометр в отсутствии объекта исследований (трубки). Следующий затем резкий спад обусловлен процессами полного внутреннего отражения и преломления нейтронов в положении, когда пучок касается внешней поверхности трубки в окрестности точки измерения. Последующий подъем вызван тем, что при движении трубки углы скольжения увеличиваются и величина _пр уменьшается. При этом, начиная с определенного положения трубки по отношению к пучку для любого нейтрона величина _пр становится меньше 1”, и он регистрируется как частица, прошедшая через материал (стекло) без изменения направления движения. Расстояние между зафиксированными локальными минимумами на кривой равняется 1,0 мм. Причем координата каждого минимума определяется с точностью до половины шага перемещения, т.е. до 0,05 мм. Таким образом полученное значение толщины стенки трубки равняется 1,00,1 мм. Темными кружками на фиг. 4 показана кривая, полученная по известному способу. В этом случае измерение проводилось без кристалла анализатора, а детектор помещался на оси пучка, полученного после отражения от кристалла монохроматора. Из сравнения этих кривых видно, что точность предлагаемого способа выше, так как идентификация точки начала спада интенсивности фиксируется менее точно, чем соответствующий локальный минимум.

Пример 2.

С помощью предлагаемого способа на установке, описанной в примере 1, измерялась толщина стенки той же самой стеклянной трубки, что и в примере 1, но заполненной водным раствором неизвестного состава. Измерения производились посредством тех же операций, что в примере 1. Соответствующая кривая показана на фиг. 5 светлыми кружками. Толщина стенки, полученная путем измерения расстояния между локальными минимумами на кривой равна 1,00,1 мм, что совпадает с результатом, полученным в примере 1. Кривая, полученная по известному способу (темные кружки), как и в примере 1, дает меньшую точность из-за “размытия” точек излома.

Этот пример так же иллюстрирует возможность метода для целей измерения толщин покрытий. В самом деле полученный результат можно рассматривать как измеренную толщину покрытия с малым коэффициентом ослабления (стекло), нанесенного на материал с коэффициентом ослабления, имеющим значительно большую величину (водный раствор).

Пример 3.

При помощи той же установки, что и в примере 1, по предлагаемому способу были проведены измерения толщин стенок полой лопатки ГТД в одном из сечений пера. В процессе измерений выполнялась та же последовательность действий, что и в примере 1.

В отличие от примера 1 высота пучка равнялась 2,5 мм. Максимальное расстояние от кадмиевой маски до прямой, проходящей через точку измерения и перпендикулярной оси пучка составляло 20 мм. Полученные результаты приведены на фиг. 6, из которого видно, что формы кривых (а), (б) аналогичны тем, которые получены в примерах 1 и 2. На кривой (в) отсутствует участок, соответствующий положению детали вне пучка (участки, примыкающие к оси ординат на кривых (а) и (б)). Измерение толщины X_3/ (см. фиг. 6) начинается при таком положении детали, когда пучок падает на нее, хотя и не касается измеряемой стенки. Это приводит, естественно, к уменьшению величины измеряемого потока из-за дополнительного паразитного ослабления его при прохождении через материал детали, не принадлежащий измеряемой стенке. При измерении расстояния между минимумами, для X₂ и X₃ их координаты фиксированы с точностью до величины шага перемещения, поэтому точность измерения толщины равнялась 0,2 мм.

Таким образом для толщин стенок полой лопатки ГТД были получены значения: X₁ = 0,90,1 мм; X₂ = 0,7,2 мм; X₃ = 0,60,2 мм.

Из сравнения с кривыми (темные кружки), полученными по известному способу, можно сделать следующие выводы: в случае “а” и “б” оба способа дают результат, на точность, особенно в случае “б, измерении по предлагаемому способу выше. В случае “в” из-за сложной несимметричной формы объекта известный способ не пригоден.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Нозик Ю.З., Озеров Р.П., Хениг К. “Структурная нейтронография, т.1, М.: Атомиздат, 1979, стр. 68.

2. Немец О.Ф., Гофман Ю.В. “Справочник по ядерной физике”, Киев, Наукова Думка, 1975, с. 218.

3. А.с. СССР N 1231998, МКИ G 01 B 17/02, 1984 г.

4. А.с. СССР N 624504, МКИ G 01 B 15/02, зая. 15.11.76.

5. Гуревич И. И. , Тарасов Л.В. “Физика нейтронов низких энергий”, М.: Наука, 1965 г, с. 57.

6. Нозик Ю.З., Озеров Р.П., Зенинг К. “Структурная нейтронография”, т. 1, М.: Атомиздат, 1979 г., с. 12).

7. Нозик Ю.З., Озеров Р.П., Хенинг К. “Структурная нейтронография”, т.1, М, Атомиздат, 1979 г., с. 279.

8. Абов Ю.Г., Кулиджанов Ф.Г., Елютин Н.О., Низовой С.Н. Приборы и техника эксперимента, 1984, N 4, с. 52-57.

Формула изобретения

Способ измерения толщины стенок деталей, заключающийся в том, что на объект в направлении, параллельном касательной к поверхности детали в точке измерения, направляют коллимированный пучок проникающего излучения, измеряют взаимное положение пучка и детали при поступательном перемещении детали или пучка излучения в направлении, перпендикулярном оси пучка, измеряют величину потока, прошедшего через деталь, строят зависимость интенсивности прошедшего пучка излучения от перемещения пучка излучения или детали, по которой определяют толщину стенки детали, отличающийся тем, что в качестве пучка излучения используют монохроматический пучок нейтронов с фиксированной в пространстве осью, полученный путем отражения по Брэггу, путем повторного отражения по Брэггу изменяют направление движения нейтронов, прошедших через материал детали без взаимодействия с ней, а толщину стенки детали определяют по положениям локальных минимумов зависимости зарегистрированного потока нейтронов, претерпевших повторное Брэгговское отражение от величины перемещения пучка излучения или детали.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 16.01.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 35-2002

Извещение опубликовано: 20.12.2002