Сканирующего устройства

Предлагались и другие гипотезы для объяснения межкристаллитной коррозии, однако механизм, связанный с обеднением хромом, более всего отвечает экспериментальным данным, и, по-видимому, соответствует истине. Например, в карбидах, выделившихся на границах зерен после сенсибилизации нержавеющих сталей, как и ожидалось, обнаружено повышенное содержание хрома. В продуктах коррозии на границе зерна, полученных в условиях, когда исключалось разрушение карбидов, содержание хрома оказалось ниже, чем в целом в сплаве. Так, Шафмейстер[17] подвергал воздействию холодных концентрированных растворов серной кислоты нержавеющую сенсибилизированную сталь, содержащую 18 % Сг, 8,8 % Ni, 0,22 % С. После 10-дневных испытаний в продуктах коррозии сплава на границе зерен он обнаружил только 8,7 % Сг. Содержание Ni и Fe в продуктах коррозии составляло, соответственно, 8,4 и 83,0 %. А это означает, что по границам зерен не происходит обеднения сплава никелем, но увеличивается содержание железа. Исследования сенсибилизированных нержавеющих сталей с помощью сканирующего микроскопа показали обеднение границ зерен хромом и

Преимуществом растровых или сканирующих микроскопов является возможность исследовать непосредственно поверхность излома без использования промежуточных реплик, высокая при-цельность и получение объемных изображений. Перспективным является также изучение с помощью сканирующих микроскопов предварительно травленой поверхности излома и особенно совмещение сканирующего микроскопа с микроанализатором. Сканирующие микроскопы обладают меньшей, чем просвечивающие микроскопы, разрешающей способностью и, как правило, меньшей контрастностью изображения. Габариты исследуемых образцов ограничены по высоте и площади, т. е. в ряде случаев необходимо разрезать поверхность разрушения на части, что при исследовании аварийных изломов часто недопустимо.

На рис. 3, б, в показаны одни и те же участки на поверхности разрушения двух половинок, являющиеся зеркальным отражением друг друга. На снимках, полученных с помощью электронного сканирующего микроскопа, кажущиеся хрупкими бороздки представляют собой ряды треугольных выступов (на одной половинке) и треугольных ямок (на другой половинке) (рис. 3, г). Существенно, что вся поверхность разрушения покрыта пластичными бороздками ус-

Существует интервал температур прессования, в котором понижение прочности борных волокон незначительно. Из сопоставления кривых на рис. 32следует,что понижение прочности композиций по мере повышения температуры прессования связано с разупрочнением волокон, которое обусловлено химическим взаимодействием. Особенно интенсивно это взаимодействие протекает при температурах выше 560° С. Пониженная прочность композиций, полученных при 480° С, обусловлена, по-видимому, недостаточно прочной связью между матрицей и волокном. Такая композиция работает как пучок параллельных волокон. Таким образом, для достижения максимальной прочности композиции в продольном направлении следует стремиться к созданию оптимальной связи: слишком прочная связь, обусловленная интенсивным химическим взаимодействием, нецелесообразна, так как при этом снижается прочность волокон; слабая механическая связь не обеспечивает надлежащей передачи касательных напряжений к волокнам. На поверхности вытравленных волокно бора обнаружен слой продуктов химического взаимодействия. На рис. 33 приведена серия микроструктур, полученных с помощью сканирующего микроскопа

Исследования микроструктуры с помощью электронного сканирующего микроскопа показали, что причиной низкой вязкости разрушения в зонах шва и термического влияния в сварных соединениях сплава Fe — 12Ni — 0,25Nb являются скопления атомов ниобия по границам дендритных ячеек. На основании полученных результатов можно сделать вы-

В последнее время предложена схема лазерного сканирующего микроскопа - зонда, в котором регистрируется не прошедшее через объект или отраженное от него излучение лазера, а возбужденный им в полупроводнике фотоэлектрический эффект (фотоответ). На экране кинескопа в этом случае наблюдают изображения, яркость отдельных точек которого пропорциональна величине фотоответов полупроводника на световое воздействие в соответствующих зонах. Метод перспективен для контроля интегральных схем.

метра, которое и будет служить границей между двумя классами материалов. В самом общем виде структуру сложных материалов можно представить состоящей из одной непрерывной фазы (матрицы) и одной или более дисперсных фаз или из двух или более непрерывных фаз и возможно (но не обязательно) одной или более дисперсных фаз в каждой непрерывной фазе. Как было указано Холлидеем [11] термин «фаза» в этом случае следует понимать в общеописательном, а не термодинамическом смысле как структурно однородную часть материала. Приняв, что любой сложный материал с более чем одной непрерывной фазой безусловно является «композиционным», переменными параметрами, характеризующими структуру сложного материала с одной непрерывной фазой, являются параметры структуры дисперсной фазы или дисперсных фаз. Хотя теоретически структуру дисперсной фазы в форме дисперсных частиц, волокон и т. д., можно характеризовать большим числом параметров или их комбинацией, таких как форма, размер или распределение по размерам, концентрация или распределение по концентрациям, ориентация, топология, состав и др., наиболее легко определяемым и поддающимся классификации параметром является максимальный размер (диаметр) частицы дисперсной фазы, измеряемый в поле зрения микроскопа, т. е. в плоскости. При выборе этого критерия в качестве границы, разделяющей композиционные или гетерогенные материалы и простые или гомогенные, например полиэфирный стеклопластик от пигментированного полимера, можно воспользоваться границей между макро- и микрочастицами. Принято, что макрочастица может быть видна человеческим глазом при не более, чем десятикратном увеличении. Это соответствует размеру частиц порядка 10~6М (1 мкм). Более мелкие частицы при этом невидимы и относятся к микрочастицам. Следовательно, можно принять 10~6 м предельным значением размеров частиц дисперсной фазы, выше которого материал следует отнести к композиционному, а ниже — к гомогенному. Это значение позволяет достаточно хорошо разделять полимерные материалы на композиционные и простые или гомогенные. Однако оно слишком велико для металлов. Например, в дисперсноупрочненном сплаве Al/Cu, который считается типичным металлическим композиционным материалом, зоны Гинье — Престона или частицы дисперсной фазы СиАЬ имеют размеры меньше 10~6 м и могут быть выявлены только с помощью электронного сканирующего микроскопа или другим способом при соответствующем увеличении. В этом случае за критический размер частиц дисперсной фазы может быть принята величина порядка 10~8 м (10 нм или 0,01 мкм), соответствующая минимальному размеру частиц искусственно получаемых порошков. Эта величина примерно совпадает с границей, разделяющей размеры молекул в истинных растворах и размеры частиц в коллоидных растворах, и лежит в пределах 10~9—10~8 м (1—10 нм). Приняв такие ограничения, автор предлагает разделить все материалы на композицион-

Развитие сканирующей электронной микроскопии в последнее время улучшило возможности изучения разрушения композиций с металлической матрицей. Поскольку поверхности излома в композиционных материалах обычно очень неровные и имеют глубокие борозды, большая глубина резкости сканирующего микроскопа является ценным качеством. Исследования Садиса, Брей-нена и Крейдера [3], Прево и Крейдера, Олстера и Джонса [27], Хенока и Свенсона [15] графически иллюстрируют потенциальные возможности прибора. Сканирующие электронные фракто-граммы разрушенных при растяжении образцов композиций бор—алюминий и борсик—титан показаны на рис. 6 и 7. Отмечается контраст между пластичным сдвигом в алюминии и стеклообразным характером разрушения бора. Глубина поверхности излома зависит от напряжения сдвига матрицы или прочности связи на поверхности раздела волокно — матрица. Поведение алюминиевого сплава 6061 резко отличается от поведения значительно

Информацию о том, какое разрушение произошло, дает помимо диаграммы растяжения изучение излома. Визуально, без увеличения, хрупкий излом имеет «кристаллический» блестящий вид, а вязкий •— «волокнистый», матовый (рис. 4). При мелкозернистом строении кристаллический излом визуально не отличается от волокнистого, и единственное определение характера произошедшего разрушения дает фрактографическнй анализ (рис. 5) при помощи электронного или сканирующего микроскопа.

Долю волокнистой составляющей в изломе определяют или визуальным изучением излома или при помощи электронного или сканирующего микроскопа (фрактография).

Во втором случае задача сводится к достижению минимального по размеру изображения источника, находящегося на оптической оси, при этом полевые аберрации и разрешение детектора не играют роли. К настоящему времени достигнуто реальное разрешение сканирующего микроскопа порядка 1 мкм, в ближайшей перспективе оно будет повышено до 0,1—0,01 мкм [37].

Рис. 79. Схема ручного сканирующего устройства

мяти, АЦП, БУ, БОПС, а также сканирующего устройства.

Система с механическим сканированием. Структурная схема такого интроскопа может не отличаться от приведенной на рис. 78. Существенно отличается лишь конструкция сканирующего устройства (рис. 80). В отличие от системы с ручным сканированием, здесь положения преобразователя жестко заданы. Однако при различии скоростей распространения в объекте контроля и среде акустической задержки (вода) приходится учитывать соответствующее преломление луча.

Рис. 80. Схема сканирующего устройства с механическим приводом;

Установка содержит гидромеханическое сканирующее устройство, импульсный толщиномер и осциллограф. Сканирующее устройство вводится внутрь контролируемой трубы, заполненной водой. Ось преобразователя совпадает с осью трубы и сканирующего устройства. Излученный импульс падает на вращающееся вокруг оси преобразователя зеркало расположенное к ней под углом 45°. Далее акустический импульс попадает на стенку трубы, частично отражаясь обратно, частично рассеиваясь и частично проходя к наружной стенке, от которой часть энергии, отражаясь, возвращается обратно к преобразователю. Импульсный толщиномер установки ИРИС вырабатывает импульсы подсветки луча осциллографа лишь от первого эхо-сигнала (отражение от внутренней стенки) до второго эхо-сигнала. При сканировании луч осциллографа смещается по оси у в соответствии с положением зеркала. В результате получается изображение, показанное на рис. 82. Одна строка изображения (по горизонтали) соответствует одному зондирующему импульсу. Полная развертка по вертикали соответствует одному обороту зеркала, т. е. соответствует развертке сечения контролируемой трубы. Как видим, вследствие наличия слоя коррозии значительная часть эхо-сигналов пропадает, и в этих случаях обычный толщиномер дает сбои. По изображению на рис. 82 легко измерить толщину стенки или глубину коррозии в любом месте, используя аппроксимацию недостающих точек.

Дефектоскоп с накладными преобразователями имеет два устройства механического сканирования, размещенных на одной платформе подъемного стола. Типоразмер сканирующего устройства определяется диаметром контролируемых прутков. При контроле прутков шестигранного профиля вращающиеся сканирующие устройства из линии выводятся.

Транспортирующее устройство линии выполнено в виде ленты из специализированного неметаллического материала с центрирующими устройствами (на входе и выходе сканирующего устройства и блока преобразователей дефектоскопов) и съемными металлическими верхними дисками. Диаметры дисков выбирают в соответствии с размерами контролируемых прутков. Благодаря неметаллическим износостойким лентам транспортирующего устройства и жестким центрирующим дискам можно плавно пере-' мещать контролируемые прутки и довести до минимума влияние на точность контроля таких факторов, как удары, смещение оси прутков относительно оси преобразователя, неравномерность скорости движения и т.д.

построенной в соответствии с теорией акустического тракта по формуле Ат/Лоо = SB sin a0 (rv + r^/fir^), где SB — площадь вертикально ориентированного диска. На рисунке: / — ИЦ 50° — 1,8 МГц; II — WB 35 — N2; mWB35 — N2; ИЦ 30° --1,8 МГц; ИЦ 40° — 1,8 МГц; /// — ИЦ 30° — 2,5 МГц; ИЦ 40° — 2,5 МГц; ИЦ 50° — 2,5 МГц. Оценки по АРДТ-номограмме не зависят от затухания, поскольку длины пути ультразвука при измерении сигнала от дефекта и донного сигнала (г} + rz) всегда одинаковы независимо от глубины залегания дефекта. Функция Лт ~ ~ 1 /(V'1r2) при гг -f- rz = const оказывается медленно меняющейся. Поэтому сигнал с амплитудой Лт при заглублении дефекта ослабляется значительно медленнее, чем при контроле по совмещенной схеме, и введение системы ВРЧ оказывается нецелесообразным, что существенно упрощает аппаратурное обеспечение контроля. Схема тандем позволяет также оценить ориентацию и форму дефекта (см. [86] и подразд. 3.3). Применение схемы тандем с излучением продольной и приемной трансформированной на дефекте поперечной волны позволяет примерно в 1,5 раза уменьшить габариты сканирующего устройства практически без потери чувствительности.

Предусмотрен щелевой ввод УЗ-колебаний с использованием локальных иммерсионных ванн. Установка снабжена системой помехозащиты: реализована возможность автоматического диагностирования неисправных блоков. Наличие аналогового выхода позволяет подключать самописец или АЦП для обработки результатов контроля. Масса установки около 250 кг. Недостаток этой установки, как и установок типа УКСА, — отсутствие автоматической системы слежения за швом. Отслеживание осуществляет оператор, для чего применяют светоуказатель, установленный по центральной оси сканирующего устройства, или телевизионную камеру.

Для контроля сварных швов большой толщины (до 250 мм) наиболее эффективны установки, разработанные в НПО ЦНИИТМАШ [11]. Сварные швы роторов атомных турбин (толщиной около 140 мм) успешно контролируют установкой УДЦ-31. Она состоит из сканирующего устройства с акустическим блоком и электронной стойки. Сканирующее устройство включает в себя привод, три каретки и соединяющие штанги. Акустический блок содержит шесть ПЭП, закрепленных в каретках. В комбинированной каретке закреплены три ПЭП: один прямой PC-ПЭП и два наклонных с углом ввода 39°. Наклонные ПЭП ориентированы под углом 90° к оси сварного шва. В горизонтальной каретке закреплены два ПЭП с а = 39°, направленных вдоль шва. В вертикальной каретке закреплен один ПЭП с а = 39°. ПЭП в комбинированной и горизонтальной каретках перемещаются при сканировании в радиально-осевой плоскости. ПЭП в вертикальной каретке перемещается в радиальном направлении ротора. Благодаря ориентации наклонных ПЭП поперек и вдоль сварного шва удается уверенно обнаруживать дефекты, ориентированные различным образом в сварном шве. Электронный блок трехканаль-ный; каждый канал содержит УЗ-дефектоскоп, блоки обработки и регистрации сигналов в аналоговой форме. Блок обработки сигналов, входящий в каждый канал, предназначен для автоматического измерения координат залегания дефектов и амплитуды сигналов, отраженных от дефектов. К каждому каналу подключены по два ПЭП.

В наибольшей степени автоматизации уровня III отвечает установка УЗД-МВТУ-22А, предназначенная для контроля сварных стыковых соединений толщиной 3 ... 30 мм, имеющих как криволинейную (цилиндрическую, сферическую), так и плоскую форму. Установка состоит из сканирующего устройства и электронного блока. В зависимости от диаметра контролируемого соединения применяют сканирующие устройства трех типов. Эти устройства включают в себя акустическую систему, механизм перемещения, датчик слежения за швом, датчик пути, датчик начала и конца контроля, датчик угла поворота сканера, дефекто-отметчик.