Развіццё прамысловасці пацягнула за сабой развіццё метадаў выпрабаванні матэрыялаў. Яны падзяляюцца на дзве групы: выпрабаванне без разбурэння ўзору і з разбурэннем ўзору. Развіццё тэхнікі прыводзіць да шырокага распаўсюду метадаў выпрабаванні матэрыялаў без разбурэння ўзору. Мэтай гэтых выпрабаванняў з'яўляецца знаходжанне дэфектаў. Акрамя таго, існуюць таксама даследаванні, якія вызначаюць склад матэрыялу. Найбольш вядомыя рэнтгенаструктурны аналіз, рентгенодефектоскопия, у-дэфектаскапія, магнітная дэфектаскапія, выпрабаванне з ужываннем ультрагуку.

Намі найбольш падрабязна будуць разгледжаны першыя тры метаду.

Пры рентгеноструктурном аналізе даследуецца крышталічная і атамная структура матэрыялу. У аснове аналізу ляжыць выкарыстанне хвалевай прыроды рэнтгенаўскага выпраменьвання. Крышталічная рашотка доследнага матэрыялу з пастаяннай рашоткі, роўнай некалькім А, гуляе такую ж ролю для рэнтгенаўскіх прамянёў, як аптычная рашотка для бачнага святла. Рэнтгенаўскія прамяні, адлюстраваныя з рознай глыбіні крышталя, интерферируют. У асноўным яны пагашаюцца і толькі ў некаторых асаблівых напрамках ўзмацняюць адзін аднаго. Узмацненне ўзнікае пры рознасці пройдзенага шляху паміж адлюстраванымі прамянямі, роўнай кратнаму даўжыні хвалі. З дапамогай рэнтгенаструктурнага аналізу можна вызначыць структуру крышталічнай рашоткі матэрыялаў, памеры крышталічнай рашоткі, змяненне структуры матэрыялу пад дзеяннем тэрмаапрацоўкі і халоднай апрацоўкі і г. д.

Пры рентгенодефектоскопии даследуецца макроструктура і гамагеннасць матэрыялу. У аснове даследавання ляжыць паслабленне інтэнсіўнасці рэнтгенаўскіх прамянёў пры праходжанні іх праз рэчыва. Рентгенодефектоскопия служыць для выяўлення дэфектаў зваркі (уключэнне дзындраў, газаў, расколіны, недастатковае сплавление) і для даследавання якасці адлівак. Даследаванні з ужываннем у-выпраменьвання выкарыстоўваюцца для мэтаў дэфектаскапіі. Гама-прамяні звычайна валодаюць большай калянасцю, чым рэнтгенаўскае выпраменьванне, іх пранікальная здольнасць больш, таму яны прыдатныя для даследавання аб'ектаў большай таўшчыні.

У далейшым мы падрабязна разгледзім прынцыповыя асновы, неабходныя для разумення рэнтгенаструктурнага аналізу, рентгенодефектоскопии і ў-дэфектаскапіі, спосабы даследаванні, найбольш вядомыя рэнтгенаўскія апараты для даследавання матэрыялаў і іх галоўныя тэхнічныя характарыстыкі.

Рэнтгенаструктурны аналіз 

Доўгі час не ўдавалася выявіць з'явы інтэрферэнцыі, гэтага пераканаўчага доказы хвалевай прыроды рэнтгенаўскіх прамянёў. Беспаспяховыя досведы, праведзеныя з звычайнымі аптычнымі рашоткамі, прывялі да высновы: калі рэнтгенаўскія прамяні маюць хвалевай характар, то іх даўжыня хвалі павінна быць прыблізна ў 10⁴ разоў менш даўжыні хвалі бачнага святла. У гэтым выпадку нельга чакаць з'яўлення дыфракцыі на аптычных рашотках. Трэба шукаць такую краты, пастаянная якой прыблізна супадае з даўжынёй хвалі рэнтгенаўскіх прамянёў.

Упершыню Лаўэ прапанаваў у якасці дыфракцыйнай рашоткі ўжываць натуральны крышталь. Атамы і малекулы крышталяў размешчаны ў прасторы правільна і ствараюць прасторавую краты. Іх пастаянныя на тры-чатыры парадку менш пастаяннай аптычных рашотак. Ніжэй выкладаюцца толькі найбольш распаўсюджаныя метады рэнтгенаструктурнага аналізу.

Мал. 12.1. Лаўэ метад
РТ - рэнтгенаўская трубка; Аб - свінцовая дыяфрагма; Да - крышталь; Пл - пленка

 Лаўэ Метад. У першых досведах былі ўжытыя крышталі ZnS. Схема вопыту паказана на мал. 12.1. Пучок рэнтгенаўскіх прамянёў, якія выходзяць з рэнтгенаўскай трубкі, праз тонкую шчыліну свінцовай пласцінкі трапляе на крышталь ZnS. Плёнка, размешчаная за крышталем, чарнее не толькі ў адной кропцы, якая адпавядае зыходнага кірунку рэнтгенаўскіх прамянёў, але і ў іншых кропках, размешчаных сіметрычна гэтай кропцы. Атрыманы здымак называецца дыяграмай Лаўэ. Яна змяняецца ў залежнасці ад структуры крышталя і становішча яго адносна крыніцы выпраменьвання. Рэнтгенаўскія прамяні, дифрагированные іёнамі исследованного крышталя як прасторавай кратамі, з прычыны інтэрферэнцыі пагашаюць і толькі ў некаторых, матэматычна пэўных напрамках ўзмацняюць адзін аднаго. Рэнтгенаўскія прамяні, адхіленыя ў гэтых напрамках, ствараюць чорныя плямы на рэнтгенаўскай плёнцы. Гэты спосаб даследавання рэдка ўжываецца ў выпрабаванні матэрыялу з прычыны вялікіх выдаткаў на стварэнне монакрышталя і цяжкасцяў яго нарыхтоўкі.

Лаўэ метад з'яўляецца метадам рентгеноспектрографии, якія служаць для падзелу і вымярэння кампанентаў сумесі рэнтгенаўскага выпраменьвання з рознай даўжынёй хвалі. Гэты спосаб даследавання прыдатны для выяўлення высілкаў, якія ўзнікаюць у металах пры тэрмаапрацоўцы і деформировании ў халодным стане. Ацэнка дыяграмы Лаўэ вельмі працаёмкая.

 Метад верціцца крышталя (метад Брагга). Пры метадзе Лаўэ ўмова інтэрферэнцыі вызначаецца складаным выразам, а па метадзе Брагга апісваецца простым суадносінамі. Рэнтгенаўскія прамяні, што падалі на дадзены крышталь пад вуглом альфа, адлюстроўваюцца ў прыкметнай меры толькі тады, калі даўжыня іх хвалі задавальняе суадносінах 2d sin a = кл, дзе d - адлегласць паміж светлавымі (атамнымі) плоскасцямі крышталя; а - кут паміж падальным промнем і атамнай плоскасцю; да = 1, 2, 3 ... цэлы лік; л - даўжыня хвалі.

да - звычайна прымае значэнне цэлых лікаў. Так адрозніваюць адлюстраванне першага, другога і г. д. парадкаў. Рэнтгенаўскія прамяні з рознай даўжынёй хвалі адлюстроўваюцца з паверхні крышталя пад рознымі кутамі.

Змяняючы кут падзення рэнтгенаўскіх прамянёў з рознай даўжынёй на пласціну крышталя шляхам яе рулявога кіравання, бачым, што рэнтгенаўскія прамяні з рознай даўжынёй хвалі адлюстроўваюцца ў розных напрамках. Інакш кажучы, круцячы пласціну, мы раскладзем комплекснае рэнтгенаўскае выпраменьванне на спектр, які можна зарэгістраваць на плёнцы.

Прынцып метаду верціцца крышталя паказаны на мал. 12.2. Няхай пучок рэнтгенаўскіх прамянёў, які праходзіць праз тонкае адтуліну свінцовай пласціны, змяшчае кампаненты з даўжынёй хвалі л1, л2 і л3. Крышталь, поворачиваемый пры дапамозе гадзіннікавага механізму, згодна з умове Брагга, пад вуглом а1, адлюстроўвае рэнтгенаўскія прамяні з даўжынёй хвалі л1, а пад кутамі а2 і а3 - л2 і л3. Рэнтгенаўскім прамяням з рознай даўжыней хвалі на плёнцы адпавядаюць асобныя лініі, як і пры аптычных спектрах. Недахопам метаду з'яўляецца цяжкасць стварэння і нарыхтоўкі крышталя.

Мал. 12.2. Метад Брагга
РТ - рэнтгенаўская трубка; Аб - свінцовая дыяфрагма; Да - які круціць крышталь; Пл - пленка

 Метад Дэбая - Шеррера. Пры падзенні рэнтгенаўскіх прамянёў на спрасаваны крышталічны парашок назіраецца з'ява дыфракцыі. У парашку крышталя атамныя плоскасці ляжаць у разнастайных кірунках, таму будзе мець месца дыфракцыя ва ўсіх напрамках. Згодна з умове Брагга; кампанентаў рэнтгенаўскага выпраменьвання адпавядае некаторы кут а. Пры папярэднім метадзе гэта было устаноўлена шляхам кручэння крышталя. У парашку крышталі знаходзяцца ў разнастайных палажэннях, такім чынам, дифракционная карціна будзе сіметрычна адносна падальнага першаснага выпраменьвання. Дифрагированные прамяні распаўсюджваюцца па канічнай паверхні. На рэнтгенаўскай плёнцы, выгнутай канцэнтрычна вакол цыліндрыкам, спрасаванага з парашка крышталя, з'яўляюцца спектральныя лініі ў выглядзе лініі перасячэння канічных паверхняў, вызначаных дифрагированными рэнтгенаўскімі прамянямі, і цыліндрычнай паверхні плёнкі. Спектральныя лініі канічных паверхняў з малым вуглом ўяўляюць сабой акружнасці, а пры вугле 2ф = 90' прамыя. Схема метаду паказана на мал. 12.3. Пучок рэнтгенаўскіх прамянёў, які праходзіць праз дыяфрагмы, падае на цыліндрыкам, спрасаваны з парашка крышталя. На рэнтгенаўскай плёнцы, на выгнутай цыліндрычнай форме, узнікаюць спектральныя лініі.

Мал. 12.3. Метад Дэбая - Шеррера
РТ - рэнтгенаўская трубка; Аб - свінцовая дыяфрагма; Да - парашок крышталя; Пл - пленка

З дапамогай вышэйзгаданых метадаў можна вызначыць даўжыню хвалі рэнтгенаўскіх прамянёў пры вядомай пастаяннай рашоткі крышталя і яго будова. З іншага боку, пры дапамозе рэнтгенаўскіх прамянёў з вядомай даўжынёй хвалі можна вызначыць невядомую структуру крышталя. Таму рэнтгенаўская трубка апаратаў для структурнага аналізу з'яўляецца заменнай. Аноды трубак вырабленыя з розных металаў. Такім чынам, можна выкарыстоўваць тую трубку, характеристическое выпраменьванне рэчывы якой неабходна для дадзенага даследавання.

Мал. 12.4. Схема метаду Дэбая - Шеррера са лічыльнікам

З рэнтгенаўскіх апаратаў для структурнага аналізу, якія ўжываюцца на практыцы, разглядаецца «TuR M60» вытворчасці Германіі.

«TuR M60» складаецца з двух частак: пульта кіравання і працоўнага стала. На працоўным стале могуць працаваць адначасова чатыры камеры для даследавання. Генератарнай прылада змешчана ў працоўным стале. Аноднае напружанне і анодны ток рэнтгенаўскай трубкі рэгулююцца ў межах 20 - 60 кв і 5 - 4 ма. Зменная рэнтгенаўская трубка знаходзіцца на сярэдзіне стала. Яе напал стабілізаваны. Ўжываецца вадзяное астуджэнне рэнтгенаўскай трубкі. Пры недастатковым астуджэнні апарат аўтаматычна адключаецца ад сеткі і адначасова дае светлавы і гукавы сігналы.

Апарат мае і тры выпрабавальныя камеры, пабудаваныя на аснове розных прынцыпаў працы.

1. Камера Дэбая - Шеррера. Прынцып яе працы паказаны на мал. 12.3. Камера змяшчае прылада для центрации прэпарата, сінхронны электрарухавік і дыяфрагмы з дыяметрам 0,5, 0,8 і 1,2 мм.

2. Камера верціцца крышталя. Прынцып яе працы паказаны на мал. 12.4. Яна забяспечаная прыладай для центрации прэпарата, гониометром для вымярэння двухгранных кутоў крышталя, сінхронным электрарухавіком і дыяфрагмамі.

3. Універсальная плоская камера для атрымання плоскага здымка Дэбая - Шеррера і дыяграм Лаўэ. Прынцып яе працы паказаны на мал. 12.1. У ёй маецца сінхронны электрарухавік, ганіеметрам і дыяфрагмы.

У адпаведнасці са спосабамі і задачамі вымярэння да рентгеновскому апарату належыць трубка з хромавым, жалезным, кобальтовым, медным, молибденовым або вальфрамавым анодам.

У некаторых сучасных апаратах замест рэнтгенаўскай плёнкі, выгнутай на цыліндрычную форму, прымяняецца датчык, напрыклад, лічыльнік Гейгера - Мюлера, які рухаецца па той жа траекторыі. Інтэнсіўнасць рэнтгенаўскіх прамянёў у гэтым выпадку рэгіструецца з дапамогай самапісца (гл. мал. 12.4).

Рентгенодефектоскопия

Даследаванні макраскапічнай структуры тэхнічных матэрыялаў падзяляюцца на рентгенодефектоскопию (просвечивание з ужываннем просвечивающего экрана або ўзмацняльніка яркасці рэнтгенаўскага малюнка) і на рентгенодефектографию (вытворчасць рэнтгенаўскіх здымкаў). Там, дзе ў матэрыяле маюцца шлаковые, газавыя або паветраныя ўключэння, якія валодаюць меншым каэфіцыентам паглынання рэнтгенаўскіх прамянёў, паслабленне які праходзіць выпраменьвання менш, чым у іншых месцах матэрыялу.

Выявляемость дэфекту доследнага матэрыялу залежыць ад плошчы фокуснай плямы і ад формы дэфекту. Нерезкость малюнка, якая ўзнікае з прычыны канчатковай плошчы аптычнага фокусу, была разгледжаная намі раней. Мяжа выяўлення, загаданы на практыцы, наступны. Дэфекты сталі таўшчынёй менш за 50 мм павінны быць апазнаныя, калі іх памер больш за 1,5% таўшчыні матэрыялу, а пры таўшчыні больш за 50 мм - 2% ад таўшчыні матэрыялу. Калі дэфект даўгаваты або трещинообразный і яго кірунак супадае з напрамкам рэнтгенаўскіх прамянёў, то яго вельмі цяжка выявіць. Атаясненне выпрабаванага прадмета і здымка неабходна для таго, каб дэфекты, выяўленыя на здымках, можна было отграничить на прадмеце. Для гэтай мэты на іспытываемый прадмет кладуць сігнальныя лічбы, вырабленыя з свінцу, якія з'яўляюцца і на здымку. Праверка якасці і правільнасці здымка ажыццяўляецца пры дапамозе шэрагу затрымак. Калі шэраг затрымак з уменьшающимся дыяметрам ўмацаваць на паверхні доследнага прадмета (мал. 12.5), то іх малюнак з'яўляецца на здымку, што дазваляе ацаніць якасць здымка. Рэнтгенаўскія апараты, якія прымяняюцца для дэфектаскапіі, могуць быць полуволновыми, блоктрансформаторными і складаюцца з асобнага генератарнага прылады, пульта кіравання і рэнтгенаўскай трубкі, сабранымі ў асноўным па схеме Вийара. Іх можна выкарыстоўваць таксама для прасвечвання і атрымання рэнтгенаўскіх здымкаў. Пры ўжыванні сучасных апаратаў просвечивание вырабляецца з дапамогай ўзмацняльніка яркасці рэнтгенаўскага малюнка (Мюлер). Такім чынам вельмі хутка можна даследаваць зварныя швы невялікіх тэл і труб. Выпрабаванне трубы паказана на мал. 12.6. Выпрабавальнік назірае трубу з ахоўнай кабіны праз ўзмацняльнік яркасці рэнтгенаўскага малюнка. Ён кіруе рухам трубы ў гарызантальным і вертыкальным напрамках. Месца дэфекту адзначаецца з дапамогай распыляльніка фарбы падчас выпрабаванні. Максімальнае аноднае напружанне рэнтгенаўскай трубкі апарата прыблізна 300 кв Тэхнічныя матэрыялы вялікай таўшчыні выпрабоўваюцца у-выпраменьваннем або сверхжесткими рэнтгенаўскімі прамянямі. Бетатрон фірмы «SRW» служыць для выпрабаванні матэрыялаў. Ён з'яўляецца перасоўным. Магутнасць яго 15 Мэв. Плёнкі, якія прымяняюцца для рентгенодефектографии, спакаваныя ў гумовыя касеты ці ў паперу, іх наляпляюць на доследны паверхню.

Мал. 12.6. Выпрабаванне трубы
1. труба; 2. ўзмацняльнік яркасці рэнтгенаўскага малюнка; 3. рэнтгенаўская трубка; 4. калонка для рэнтгенаўскай трубкі; 5. ахоўная кабіна

Апараты для рентгенодефектоскопии

Па канструкцыі гэтыя апараты могуць быць полуволновыми, блоктрансформаторами і складаюцца з самастойнага генератарнага прылады, крыніцы рэнтгенаўскіх прамянёў і пульта кіравання. Іх генератарнай прылада звычайна сабрана па схеме Вийара.

З пункту гледжання нагрузкі на сетку яны даюць пастаянную нагрузку як у рэжыме прасвечвання, так і ў рэжыме здымкі. Па канструкцыі яны з'яўляюцца перасоўнымі або складаюцца з лёгка передвигаемых частак.

 Полуволновые рэнтгенаўскія апараты, пабудаваныя ў выглядзе блоктрансформаторов. Па анодному напрузе рэнтгенаўскай трубкі яны падзяляюцца на тры групы і выкарыстоўваюцца: пры напрузе да 140 кв для выпрабаванні зварных швоў сталёвых пласцін таўшчынёй 20 - 30 мм, да 200 кв для выпрабаванні зварных швоў і невялікіх адлівак таўшчынёй 50 - 60 мм, да 300 кв для выпрабаванні матэрыялаў таўшчынёй 80 - 90 мм. Найбольш вядомыя тыпы гэтых апаратаў:

 «Liliput 120» (Медикор). Ён складаецца з трох частак: скрынкі перамыкачоў, генератарнага прылады з рэнтгенаўскай трубкай, выкананага ў выглядзе блоктрансформатора, і штатыва. Яго галоўныя тэхнічныя характарыстыкі: аноднае напружанне рэнтгенаўскай трубкі рэгулюецца ў межах 50 - 120 кв, анодны ток трубкі 2 - 6 ма. Разнавіднасцю яго з'яўляецца «Liliput 200» (200 кв аноднага напружання).

 «Macrotank B» (Мюлер) складаецца з трох частак. Яго галоўныя тэхнічныя характарыстыкі: аноднае напружанне рэнтгенаўскай трубкі 30 - 100 кв, анодны ток трубкі максімальна 4 ма.

 «Macrotank K» (Мюлер). Аноднае напружанне рэнтгенаўскай трубкі 35 - 140 кв, максімальны анодны ток трубкі 5 ма. Яго разнавіднасцю з'яўляецца «Macrotank L» (Мюлер) з анодным напругай трубкі 200 кв.

Мал. 12.7. «Stabil 250» (Медикор)

 «Stabil 250» (Медикор) з'яўляецца блоктрансформатором з асобным астуджальным блокам. Канструкцыя астуджальнага блока падобная канструкцыі сістэмы астуджэння апаратаў для глыбокай тэрапіі. Тэхнічныя характарыстыкі апарата: аноднае напружанне рэнтгенаўскай трубкі 85 - 250 кв, анодны ток трубкі 3 - 30 ма (пры 250 кв працягла 15 ма). «Stabil 250» паказаны на мал. 12.7. Ён складаецца з трох частак: пульта кіравання, блоктрансформатора, передвигаемого на колах, і астуджальнага блока. Вентыль, уключаны ў першасную ланцуг, служыць для абароны рэнтгенаўскай трубкі.

 «Mobil М2» і «Mobil МЗ» (Медикор) з'яўляюцца полуволновыми рэнтгенаўскімі апаратамі з лімітавай магутнасцю 250 кв і 15 ма. Яны складаюцца з некалькіх асобных блокаў. Іх генератарнай прылада сабрана па схеме Вийара.

Мал. 72.8. Адно - і двухкенотронные схемы Вийара
а) однокенотронная схема Вийара; б) однокенотронная схема Вийара з рэнтгенаўскай трубкай з заземленым анодам; у) двухкенотронная схема Вийара; г) двухкенотронная схема Вийара, змешчаная ў двух блоках
РТ - рэнтгенаўская трубка; Да - кенотрон; С - кандэнсатар; Тр - трансфарматар

 Схема Вийара вельмі часта ўжываецца ў рэнтгенаўскіх апаратах для дэфектаскапіі. Прынцып працы з імі быў разгледжаны намі пры апісанні выпрамнікоў рэнтгенаўскіх апаратаў. На практыцы прымяняюцца два варыянту схемы Вийара: однокенотронная і двухкенотронная схемы (мал. 12.8). Двухкенотронную схему Вийара з мэтай забеспячэння лепшай транспартабельнасці можна падзяліць на два генератарных прылады (гл. мал. 12.8 г). Аноднае напружанне рэнтгенаўскай трубкі гэтых апаратаў складае 250 - 300 кв, максімальны анодны ток трубкі - 20 ма. Яны складаюцца з пульта кіравання, аднаго або двух генератарных прылад, пары высакавольтных кабеляў, кажуха рэнтгенаўскай трубкі, трубкі і астуджальнага прылады. Адно генератарнай прылада стварае напружанне 125 - 150 кв адносна зямлі. Генератарнай прылада, падлучанае да рэнтгенаўскай трубцы з боку катода, можа працаваць самастойна, даючы пры гэтым напружанне 125 - 150 кв (гл. мал. 12.8 б).

Однополюсная праца генератарнага прылады, які складаецца з двух блокаў, мае вялікае значэнне пры выкарыстанні рэнтгенаўскай трубкі з полым анодам.

Яны прымяняюцца для даследавання цыліндраў рухавікоў унутранага згарання,труб, катлоў і для атрымання панарамных здымкаў невялікіх участкаў тэхнічных матэрыялаў. Пад панарамнымі здымкамі разумеюць здымкі аднаго і таго ж прадмета, выкананыя так, што полы анод рэнтгенаўскай трубкі знаходзіцца ў цэнтры, а плёнкі змешчаныя вакол доследнага прадмета. Найбольш вядомыя рэнтгенаўскія апараты наступных тыпаў:

 «Mobil М 4Н» (Медикор). Ён працуе з однокенотронным генераторным прыладай, сабраных па схеме Вийара, і рэнтгенаўскай трубкай з полым анодам. Прынцыповая схема яго генератарнага прылады намаляваная на мал. 12.8 б. Аноднае напружанне рэнтгенаўскай трубкі 40 - 125 кв, анодны ток 20 ма.

 «Mobil M 3V» (Медикор). Яго генератарнай прылада сабрана па двухкенотронной схеме Вийара, падзеленай на два блока (мал. 12.8 г). Аноднае напружанне рэнтгенаўскай трубкі 250 кв, анодны ток 15 ма. Знешні выгляд апарата паказаны на мал. 12.9.

Мал. 12.9. «Mobil M 3V» (Медикор)