Файл: Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие..pdf

Результат анализа (концентрация Ср) соответствует истин­ ному содержанию железа в пробе, если наполнители исследуе­ мой и эталонной проб имеют одинаковый элементный состав. При различном элементном составе содержание железа в об­ разце может отличаться от истинного.

Учет влияния различий элементного состава проб на ре­ зультаты анализа осуществляют по интенсивности обратно рассеянного бетта-излучения при облучении пробы источником Sr90. При этом интенсивность рассеянного бетта-излучения об­ ратно пропорциональна эффективному атомному номеру про­ бы и при постоянном составе наполнителя пробы — содержа­ нию железа. Поэтому при одинаковых эффективных атомных номерах наполнителя исследуемой (Znp) и эталонной проб (Z0T) содержание железа в них, определенное прибором с по­ мощью характеристического излучения Ср и по интенсивности

истинное содержание близко к среднеарифметическому:

С = — (Ср -j- Ср).

Расхождение между Ср и Ср больше чем 5% Fe указывает на сильное различие составов наполнителей исследуемой и эта­ лонной проб. В этом случае для точного определения содержа­ ния железа требуются другие способы учета элементного со­ става.

Определение содержания железа описанным способом мо­ жет проводиться в том случае, если исследуемые пробы не со­ держат в значительных количествах элементов с близкими железу атомными номерами. При наличии в пробах таких эле­ ментов (хром, марганец, никель, медь, цинк) для выделения характеристического излучения железа должны использовать­ ся селективные или дифференциальные фильтры.

Блок-схема рентгенорадиометрического анализатора АЖР-1 показана на рис. 121. Характеристическое излучение железа регистрируется пропорциональным счетчиком СИ-6Р. Импульсы со счетчика поступают на усилительный тракт У, а затем на дифференциальный дискриминатор, где происходит

380

их отбор по амплитудам. Счет выходных импульсов с диффе­ ренциального дискриминатора ДД производится пересчетным устройством Я-, гамма-канала. Нуль-индикатор предназначен для подстройки прибора регулировкой коэффициента усиления в случае смещения пика железа. Обратно рассеянное бетта-из- лучение регистрируется газоразрядным счетчиком типа СБТ-11. Импульсы со счетчика поступают через интегральный дискриминатор ИД на пересчетное устройство Яр . Время из­ мерений по обоим каналам задается таймером Т. Результаты измерений фиксируются цифровыми индикаторными лампами типа ИН-8 и могут быть записаны цифропечатающим устройст­ вом БЗ— 1, через систему управления цифропечатыо (УЦП)..

Обратно рассеянное р-излучение

Рис. 1 2 1 . Блок-схема прибора АЖР-1

Прибор позволяет менее чем за 5 мин определить содержа­ ние железа в порошковой пробе (8— 10 г) с точностью не ни­ же ±0,5% .

В машиностроении приборы типа АЖР-1 могут найти при­ менение при рассортировке некоторых сплавов по одному изхарактерных элементов группы железа.

Н е й т р о н н о - а к т и в и з а ц и о н н ы й а н а л и з прово­ дится с помощью ядерного реактора с использованием изотоп­ ных нейтронных источников (Ra, Be), с помощью нейтронных размножителей или с использованием портативных нейтрон­ ных генераторов.

В настоящее время для машиносторителей наиболее пер­ спективным является метод нейтронно-активизационного ана­ лиза с помощью нейтронных генераторов. Простота и надеж­ ность этого метода позволяют рекомендовать его для исполь­ зования в производственных цехах в непосредственной близо­ сти от технологического оборудования.

381

Под действием нейтронов с энергией 14 МэВ в анализируе­ мом веществе возникает ряд ядерных реакций, например, реак­ ции типа (л, р), (п, 2п), (п, а). Образующиеся при этом ра­ диоактивные изотопы обладают специфическими ядерными ха­ рактеристиками, что дает возможность производить количест­ венное определение тех или иных элементов.

Разнообразие ядерных реакций позволяет выбрать про­ дукты активации, наиболее удобные для проведения анализа.

Источником нейтронов с энергией 14 МэВ служат нейтрон­ ные генераторы, которые представляют собой низковольтные ускорители, производящие нейтроны по реакции Т (Д , п) Не4 при ускоряющем напряжении 100— 150 кВ.

Чаще всего в нейтронных генераторах бомбардируется ионами дейтерия мишень, насыщенная тритием.

В настоящее время для промышленности изготавливаются установки нейтронно-активизационного анализа на содержа­ ние кислорода в таких материалах, как сталь, титан, медь, бе­ риллий, твердые сплавы и др.

Кислород в металлах определяется по реакции О16(п, р) N 16, возбуждаемый нейтронами с энергией 14 МэВ. Образую­ щийся в результате указанной реакции изотоп N16 имеет пери­ од полураспада, равный 7,35 с, и распадается с испусканием жестких гамма-квантов с энергией 6,14 МэВ (68%) и 7, 12 МэВ (5%). Высокая энергия гамма-излучения N16 позволяет с по­ мощью сцинтилляционного спектрометра исключить помехи практически от всех других элементов, кроме бора, фтора и де­ лящихся веществ, из которых также образуются изотопы с же­ стким гамма-излучением.

Энергия гамма-излучения у подавляющего большинства радиоактивных изотопов меньше 4 МэВ, поэтому метод акти­ вации быстрыми нейтронами при использовании гамма-спек­ трометра является универсальным, не зависящим от состава исследуемой пробы.

На рис. 122 представлена схема установки К-1 для опреде­ ления кислорода в металлах и сплавах методом активации бы­ стрыми нейтронами. В состав установки входит генератор ней­ тронов НГИ-5, располагаемый в защитном блоке, пневмопочта,

•сцинтилляционный гамма-спектрометр для измерения наве­ денной активности образца и стандарта, арифметическое уст­ ройство, производящее вычисление концентрации кислорода по полученным данным, и устройство автоматического управ­ ления установкой. В установке К-1 одновременное облучение и измерение активности образца и стандарта полностью исклю­ чают влияние нестабильности нейтронного потока генератора.

Импульсы из нейтронного генератора НГИ-5 поступают длительностью 2—3 мкс с частотой 1,5 или 10 Гц. Общая про­

3 8 2

должительность анализа не более 5 мин. Установка позволяет определять содержание кислорода с точностью до 10% при его концентрации в сплавах в диапазоне 0,01—0,1%.

Рис. 122. Схема установки К-1:

НГ — н е й т р о н н ы й г е н е р а т о р ; Д х н Д 2 — д а т ч и к и д л я и зм е р е н и я н а в е д е н н о й а к т и в н о с т и о б р а з ц а , а Д3 — с т а н д а р т а ; У — у с и л и т е л ь ; Д — д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы й д и с к р и м и н а т о р ; ГГ— п е р е с ч е т н а я с х е м а ;

Стандартные образцы изготавливаются из анализируемого материала, в котором содержание кислорода было определенодругими методами анализа, или из веществ с известной кон­ центрацией кислорода (например, из плексигласа, который со­ держит 32% кислорода).

С помощью установки К-1 можно проводить анализ на со­ держание кислорода в титане и его сплавах. Перспективным является использование этой установки для анализа тугоплав­ ких металлов и твердых сплавов на основе молибдена, воль­ фрама, тантала, ниобия. Важным является возможность ис­ пользования установки К-1 для определения кислорода в меди и бериллии, физические свойства которых зависят от содержа­ ния кислорода.

Использование в машиностроении установок типа К-1 яв­ ляется весьма актуальным в связи с изготовлением ряда дета­ лей ответственного назначения « з специальных сталей, цветных, металлов и сплавов.

И с п о л ь з о в а н и е э ф ф е к т а М е с с б а у э р а (резо­ нансного ядерного поглощения гамма-квантов без отдачи).. Сущность его заключается в том, что если радиоактивный изо­

возбужденном состояниях соответственно, то приемник излуче­ ния зарегистрирует резонансное поглощение или рассеяние

3 8 $

гамма-квантов в поглотителе. Если при этом перемещать (приближать) источник излучения к исследуемому образцу (поглотителю), то за счет эффекта Доплера интенсивность рас­ сеяния или поглощения гамма-квантов будет меняться пропор­ ционально количеству исследуемого химического элемента.

На этом принципе работает прибор МАК-1 — мессбауэровский анализатор кассетерита, предназначенный для определе­ ния концентраций олова, входящего в состав кассетерита. Источником гамма-излучения в приборе является радиоизотоп

Sn1,9™02.

При неподвижном источнике энергия испускаемых гамма-

породы, интенсивно рассеивают или поглощают падающее гамма-излучение источника.

При двигающемся источнике энергия его гамма-квантов из­ меняется за счет эффекта Доплера, а интенсивность рассеяния и поглощения уменьшается.

Различие в интенсивностях рассеянного или поглощенного гамма-излучения при неподвижном и двигающемся источнике пропорционально количеству ядер Sn119, что позволяет опреде­ лить концентрацию кассетерита в исследуемой пробе.

Погрешность измерения весовых содержаний олова со­ ставляет 7% при концентрации олова, равной 1—4%.

Использование эффекта Мессбауэра для рассортировки за ­ готовок и деталей по какому-либо химическому элементу тре­ бует проведения дополнительных исследований.

Г л а в а XVII

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО МЕТОДА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Как уже говорилось, не существует универсальных методов неразрушающего контроля, пригодных для контроля изделий любых размеров и формы, изготовленных из разных материа­ лов и имеющих различные по характеру дефекты. Области ■ применения различных методов неразрушающего контроля оп­ ределяются теми физическими явлениями, которые лежат

•в основе того или иного метода, так как от них зависят особен­ ности и возможности каждого из методов. От того, насколько

3 8 4