Радиофизические методы диагностики материалов и сред (стр. 15 )

,

где – изгиб, соответствующей интерференционной линии, а – интервал между интерференционными линиями.

Отношение оценивается оператором или рассчитывается после измерения соответствующих величин с помощью измерительной сетки или микрометрического винта интерферометра. Таким образом, легко изучаются микронарушения поверхности размером 0,1–1 мкм. Фокусируя на резкость интерференционные полосы последовательо на предельные точки дефекта или по глубине прозрачного контролируемого объекта, можно определять дефекты в виде рисок или трещин глубиной 20–100 мкм при ширине около 0,25 мкм.

Перемещение контролируемого объекта или эталонного зеркала приводит к смещению интерференционных полос, по которому можно находить абсолютные размеры элементов контролируемого объекта, толщину покрытий, глубину отверстий и т. д. с высокой точностью по отработанным стандартным методикам.

3.6.6 Методики голографического контроля

Для проведения оперативного контроля необходимо производить сравнение нескольких предметов или изменений, происходящих в одном и том же предмете. С этой целью разработаны различные методики голографического контроля. Чаще других контроль ведут путем получения интерференционной картины на испытуемом объекте (метод «живых полос») или методом двойной экспозиции (метод «замороженных полос»).

Если в область, где находится восстановленное изображение, поместить сфотографированный на голограмму предмет или ему подобный, то голографическое изображение и предмет ввиду точного совпадения световых волн будут казаться единым целым, имеющим повышенную яркость и контрастность. При совмещении голографического изображения изделия, имеющего номинальные параметры (контрольный образец), с испытуемым совпадение амплитуд и фаз в некоторых местах будет нарушено из-за отклонения его параметров от номинальных значений и на испытуемом изделии появятся интерференционные полосы, вызванные разностью хода когерентных световых лучей от голограммы и испытуемого объекта. Получаемая интерференционная картина зависит от конкретных отличий голографической копии контрольного образца и реального изделия, что позволяет легко и точно выявлять отклонения в испытуемом изделии от контрольного образца.

Метод двойной экспозиции заключается в наложении двух голограмм физических изображений на одну пленку. В результате восстановления такой сложной двойной голограммы также получается система интерференционных полос, заметно выделяющая ту область, где имеются отличия в экспонировавшихся объектах.

Голографические методы оказались эффективными для проведения неразрушающего контроля в следующих случаях:

1. Контроль геометрических размеров, оптических свойств и обнаружение дефектов у высококачественных полуфабрикатов и изделий путем сравнения с эталоном или расчетной голограммой.

2. Анализ микроперемещений и изменений участков или деталей объектов со временем. Такой анализ проводится путем сравнения сделанной ранее голограммы объекта с его настоящим состоянием. При этом удается определить не только небольшие изменения в геометрических и оптических параметрах объекта, но и обнаружить необратимые изменения в виде микротрещин и усталостных изменений.

3. Контроль изделий в динамических режимах, вызванных механическим нагружением, нагревом (охлаждением) или вибрационными нагрузками. Во всех этих случаях происходит изменение геометрии изделия и производится сравнение нового состояния изделия с его прежним топографическим изображением. При нагружении деформация в областях, ослабленных наличием отклонений от нормы или дефектов, оказывается несколько большей, чем по нормальным местам, что приводит к искривлению интерференционных линий (рис. 3.6 б) и обнаруживает аномалии в изделии. Нагрев или охлаждение используют при голографическом контроле изделий, работающих при изменяющихся температурах, например элементы и блоки радиоэлектронной аппаратуры (рис. 3.6 в, г).

Этот вид контроля имеет большие перспективы, поскольку деформации от увеличения температуры чрезвычайно малы. Простейшим вариантом голографического контроля вибрирующего объекта при периодическом характере колебаний является регистрация голограммы в процессе вибрации. Поскольку голограмма формируется в течение времени, намного большего периода колебаний вибрирующей детали, наибольшее влияние на фотопленку оказывают два ее крайних положения, когда мгновенные значения скорости равны нулю. В результате получаются как бы две голограммы, наложенные на одну пленку.

а б в г

Рис. . Примеры голографических интерферограмм при наличии дефектов: а – до механического нагружения; б – после нагружения; в – мощного транзистора при нормальной температуре; г – после нагрева

4. Контроль качества прозрачных и полупрозрачных объектов, трудно отличимых от фона, но приводящих к изменению электрической длины хода лучей.

5. Изучение микроструктуры поверхности изделий, определяющей их качество. Низкое качество поверхности испытуемого изделия по сравнению с эталоном приводит к ухудшению четкости голограммы и проявляется как влияние шума.

Таким образом, голографические методы дают возможность про­изводить контроль с высоким разрешением, но ввиду повышенных требований к точности изготовления и качеству поверхности сравниваемых изделий, сложности контроля применяются для проверки мелкосерийной продукции.

РАЗДЕЛ 4 РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ

,

4.1 Общие вопросы радиационного контроля

Радиационный метод контроля основан на взаимодействии с материалом (объектом) ионизирующих (проникающих) электромагнитных и корпускулярных излучений и регистрации результатов этого взаимодействия [4–8].

В радиационном контроле используют излучения двойственной природы: электромагнитных волн и элементарных частиц, которые имеют значение частоты кванта  Гц и более или соответственно длину волны в вакууме короче 10 нм, или энергию кванта более 124 эВ (около  Дж).

Различные ионизирующие излучения при диагностике материалов могут быть получены от источников двух основных групп: электронные источники и радиоизотопные источники.

К источникам излучения, построенным на основе использования электронных устройств, относятся: рентгеновские аппараты (имеют наибольшее применение), бетатроны, линейные ускорители, микротроны и некоторые другие устройства.

Принцип действия электронных источников основан на преобразовании электроэнергии электронов в энергию различных видов излучений. Источники излучения на базе электронных устройств могут создавать рентгеновское излучение, гамма-излучение, бета-излучение. Бетатроны, линейные ускорители и микротроны непосредственно создают поток быстродвижущихся электронов, а если направить его на мишень из определенного материала, можно получить электромагнитное (тормозное или характеристическое) излучение с энергией квантов, зависящей от энергии попадающих частиц. Большим преимуществом электронных источников излучения является возможность регулировки интенсивности излучения и его спектрального состава, а также полная безопасность при выключении электропитания. Недостаток – большие габариты и масса, а также необходимость внешнего источника энергии большой мощности.

Радиоизотопные источники построены на использовании изотопов вещества, имеющего естественную или искусственную радиоактивность. Эти источники обычно создают корпускулярное излучение (электроны, протоны, нейтроны и др.) с различными энергиями частиц и гамма-излучение. Достоинством радиоизотопных источников является их портативность и возможность применения без дополнительных источников энергии.

В настоящее время для радиационного контроля практически широко используют лишь источники, которые построены на базе электронных устройств, а также радиоизотопные источники. Свойства ионизирующего излучения этих источников обычно характеризуются интенсивностью излучения и его спектральным составом.

Длина волны ионизирующих излучений соизмерима с размерами молекул и атомов или меньше их, что определяет сложный характер взаимодействия этих излучений с материалом контролируемого объекта и обусловливает вероятностный характер результатов взаимодействия. Общей тенденцией при взаимодействии ионизирующих излучений с веществом является увеличение его проникающей способности с увеличением энергии кванта. По отношению к ионизирующим излучениям свойства материалов как бы выравниваются и решающей величиной, влияющей на результаты взаимодействия квантов излучения, оказываются плотность материала и его строение (микроструктура).

Наиболее часто в аппаратуре радиационного контроля используют прошедшее излучение и лишь при решении некоторых задач толщинометрии и контроля свойств используется обратное рассеяние или переизлучение квантов вторичного излучения.

Радиационные методы по сравнению с другими методами неразрушающего контроля имеют наибольшую биологическую опасность, поэтому при их использовании должны соблюдаться определенные организационные, санитарные нормы охраны труда и правила техники безопасности, значение которых увеличивается при повышении мощности источника излучения.

Излучения, применяемые в радиационном контроле, как элек­тромагнитной природы в виде фотонов, так и корпускулярной природы в виде потока частиц, могут характеризоваться различными физическими величинами. Однако среди них можно выделить и общие показатели излучения: поток энергии, мощность источника, интенсивность, экспозиционная (поглощенная) доза, энергия кванта и спектральная характеристика, которые характеризуются следующими соотношениями: