DE1239501B

DE1239501B - Roentgengeraet zum Ermitteln von inneren Spannungen

Info

Publication number: DE1239501B
Application number: DEK36798A
Authority: DE
Inventors: Dr Frantisek Khol
Original assignee: FRANTISEK KHOL DR
Current assignee: FRANTISEK KHOL DR
Priority date: 1958-01-25
Filing date: 1959-01-24
Publication date: 1967-04-27
Also published as: US3030507A; FR1223504A; GB911201A; NL235425A; CH403341A; BE575053R

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ITT! PATENTAMT Int. Cl.:

GOlb

AUSLEGESCHRIFT

BIBLIOTHEK DES DEUTSCHEN PATENTAMTES

GOl l;G01n
DeutscheKl.: 42 k-45/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

K 36798 IXb/42k
24. Januar 1959
27. April 1967

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Röntgengerät zum Ermitteln von inneren Spannungen nach dem Seemann-Bohlin-Prinzip unter Verwendung von zwei Röntgenröhren, die die gleiche Stelle der Materialprobe unter einem Winkel von 45 und 90° bestrahlen.

Für die Messung von inneren Spannungen in Konstruktionen, Gußstücken und anderen Erzeugnissen werden röntgenometrische Messungen durchgeführt, die gegenüber den tensometrischen und photoelastischen Messungen den Vorteil aufweisen, daß auch die Spannungen im Inneren des zu prüfenden Gegenstandes zerstörungsfrei gemessen werden können. Die Messungen erfolgen nach dem Seemann-Bohlin-Prinzip. Bei einer bekannten Meßeinrichtung werden zwei Röntgenröhren verwendet, die die gleiche Stelle der Materialprobe unter einem Winkel von 45 und 90° bestrahlen. Bei dieser Einrichtung wird als Detektor eine kreisförmige Rolle Film auf den zu untersuchenden Gegenstand gestellt. Die Filmrolle steht mit ihrer Ebene senkrecht zu der Ebene, auf der sich die beiden Röntgenröhren befinden. Eine andere Meßeinrichtung benutzt ebenfalls einen Film für die Auswertung der Messung. Das Filmstück ist hier kreuzförmig geschnitten und über dem Materialstück angeordnet, wozu eine komplizierte Filmhaltevorrichtung notwendig ist. Bei diesen Einrichtungen ist die Auswertung recht kompliziert. Um die Auswertung zu vereinfachen, hat man Detektoren in Anwendung ge-

Röntgengerät zum Ermitteln von inneren
Spannungen

Anmelder:

Dr. Frantisek Khol, Lysa (Tschechoslowakei)
Vertreter:

Dipl.-Phys. Dr. W. Junius, Patentanwalt,
Hannover, Abbestr. 20

Als Erfinder benannt:

Dr. Frantisek Khol, Lysa (Tschechoslowakei)

Beanspruchte Priorität:

Tschechoslowakei vom 25. Januar 1958 (415)

im ersten Arm in gleicher Entfernung von der Achse wie der Detektor gelagert ist und dessen anderes Ende an einem weiteren Zapfen gelagert ist, dessen bracht, die auf dem Fokussierungskreis mittels be- 30 Achse tangential zur Probenoberfläche und parallel sonderer kreisförmig gebogener Schienen oder mittels zur Achse des ersten Zapfens verläuft und der zu-Gelenkscheren und anderer Vorrichtungen geführt sammen mit dem Prüfkörper in Richtung des Primärwerden. Da diese Führungsvorrichtungen sehr prä- Strahles verschiebbar ist, und daß an einem verlänzise gearbeitet sein müssen, um den Genauigkeitsan- gerten Teil des ersten Armes mittels eines Zapfens Sprüchen wenigstens einigermaßen zu genügen, wird 35 ein am einen Ende gabelförmig ausgebildetes Meß-

die Meßanlage kompliziert und teuer,

Die Nachteile dieser Meßvorrichtungen werden von einer Vorrichtung zum Ermitteln von inneren Spannungen nach dem Röntgenrückstrahlverfahren vermieden, bei welcher der ein divergentes Strahlenbündel erzeugende Brennfieck der Röntgenröhre als Eintrittsspalt dient und der Strahlendetektor mittels eines Gestänges selbsttätig längs des Fokussierungskreises bewegt wird. Bei dieser Vorrichtung ist das Problem der Führung des Detektors auf dem Fokussierungskreis dadurch gelöst, daß auf einem Arm, welcher um einen an der Röntgenröhre befestigten Zapfen schwenkbar gelagert ist, dessen geometrische Achse durch den Brennfleck der Röntgenröhre hinlineal angelenkt ist, welches an einer Meßplatte anliegt und am anderen Ende um eine Achse schwenkbar ist, die parallel zur Achse des ersten Armes in einer Entfernung im bestimmten Verhältnis der Achsenabstände in einer zur Richtung der einfallenden Strahlung und zur Meßplatte senkrechten, durch den Brennfieck gehenden Ebene verläuft, so daß der Abstand zwischen der Achse und dem Schnittpunkt des Lineals mit einer auf der Meßplatte parallel zur Achse des Primärstrahles angebrachten Geraden, deren Abstand von der Achse proportional der halben Wellenlänge ist, ein Maß für die Gitterkonstante darstellt. Die Vorrichtung kann auch mit zwei oder

mehreren Detektoren versehen sein, weiche an zwei durchgeht, ein Detektor befestigt ist, dessen Achse so oder mehreren Dreharmen in verschiedenen Abstänsenkrecht zum Arm und parallel zu einem Arm ge- den von der Drehachse der Anne befestigt sind und richtet ist, welcher auf der einen Seite verschiebbar eine entsprechende Anzahl von zugeordneten ver-

709 577/157

schiebbaren Armen aufweisen, welche in einem gemeinsamen Gelenk konvergieren. Dadurch wird dann aber auch diese Vorrichtung sehr kompliziert.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil und schafft eine äußerst einfache Möglichkeit der exakten Führung der Detektoren auf dem Fokussierungskreis.

Die vorliegende Erfindung besteht darin, daß die zu untersuchende Stelle der Materialprobe sowie die beiden Röntgenröhren ortsfest auf dem Fokussierungskreis angeordnet sind, daß die beiden Detektoren auf fest mit einer um den Mittelpunkt des Fokussierungskreises drehbaren Scheibe verbundenen, um 90° auf dem Fokussierungskreis versetzten Lagern schwenkbar angeordnet sind und daß in einem der Materialprobe diametral auf dem Fokussierungskreis gegenüberliegenden Lager schwenkbar gelagerte Führungsarme in an den Detektoren senkrecht zur Strahlrichtung angeordneten Führungsschienen verschiebbar gelagert sind.

Dieses Meßgerät eignet sich für die schnelle und genaue Ermittlung innerer Spannungen, auch für die Messung an großen Gegenständen in der Fertigung und an der Baustelle. Durch den sehr einfachen Aufbau läßt sich leicht eine hohe mechanische Präzision erreichen. Trotzdem läßt sich das Meßgerät recht billig herstellen.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung des Wesentlichen der Erfindung.

F i g. 1 zeigt die gegenseitige Lage von den Röntgenröhren, Detektoren und von dem zu vermessenden Gegenstand;

F i g. 2 zeigt ein Ausführangsbeispiel des erfindungsgemäßen Meßgerätes.

Die konstruktive Lösung der vorliegenden Erfindung ermöglicht die gleichzeitige Durchführung zweier Messungen, und zwar durch ein senkrecht auffallendes Röntgenstrahlenbündel und durch ein unter dem Winkel 45° auffallendes Bündel. Wird der Unterschied der Lagen der interferierenden Bündel/b; in beiden Richtungen mittels gegeneinander um 90° (Fig. 1) verdrehter Detektoren bestimmt, so wird die innere Spannung aus der Formel

^a = JTv- sln^o^) '^{M kg/mm2}

η = 90° — &, sin & = cos»? = -^TJ

bestimmt, wobei

E der Elastizitätsmodul der Materialprobe,
■& der Braggsche Winkel,
λ die Wellenlänge der verwendeten Röntgenstrahlung, ■ d der Gitterabstand der Atomebenen, auf denen die Interferenz entstand, und

ν die Poissonsche Konstante

60

Eine hohe Genauigkeit der Lagebestimmung der interferierenden Bündel wird durch eine geeignete Wahl des Halbmessers der FokussierungskreisIinie F und Breite des Einlaßspaltes am Detektor erzielt. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit trägt auch der Umstand bei, daß die Änderung eines vervierfachten Winkels (4-j?_mo—4-Ij_ve) gemessen wird, da der Zentrumswinkel über einem bestimmten Kreisbogen das

Doppelte des entsprechenden UmfangswinkeIs beträgt. Ein weiterer Vorteil des Gerätes gemäß der Erfindung beruht darin, daß die von zwei Röntgenröhren, deren Brennpunkte am Umfang des Fokussierungskreises liegen und welche den gleichen Strahlenaustrittswinkel aufweisen, ausgehenden Strahlen genau die gleiche Meßfläche treffen. Dabei ist es nicht notwendig, die Materialprobe gegen die Primärstrahlen oder gegen die Röntgenröhre zu neigen, was mechanisch schwierig ist und zur Folge hat, daß sich bei der Änderung der gegenseitigen Lage auch die Größe der durchmessenen Stelle ändert.

Ein Ausführungsbeispiel des Meßgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt. Der um den eigenen Mittelpunkt O_i drehbare Kreissektor trägt auf am Umfang gelegenen gegeneinander um 90° versetzten Lagern O₁ und O₂ zwei Strahlungsdetektoren D₁ und D₂, die mittels der Arme T₁ und r₂ derart geschwenkt werden können, daß ihre Achsen in der Richtung der interferierenden Strahlung liegen. Die Arme sind um ein gemeinsames, zwischen den Lagern O₁ und O₂ gelegenes Lager O_s schwenkbar und schließen mit den Detektorachsen ständig je einen rechten Winkel ein. Die Röntgenröhren R₁ und R₂ sind so gegeneinandergedreht und am Rahmen K des Meßkopfes derart befestigt, daß ihre Brennpunkte auf der gemeinsamen Fokussierungskreislinie liegen und ihre austretenden Primärstrahlen miteinander den Winkel ψ₀=45° einschließen. Der Meßkopf ist mit einer Meßuhr H versehen, mit welcher die Lage der Röntgenröhre genau derart eingestellt wird, daß die Meßstelle auf der Fokussierungskreislinie liegt. S₁ und S₂ bedeuten die an den Detektoren senkrecht zur Richtung des einfallenden Strahles angebrachten Führungsschienen für die Arme r_x und r₂. Mit F₁ und F₂ sind die Brennpunkte der Röntgenröhren .R₁ und R₂ bezeichnet.

Der Kreissektor wird durch einen Synchronkleinmotor M gedreht. Die interferierenden von den Detektoren aufgefangenen Strahlen werden gleichzeitig mittels eines Registriergerätes aufgezeichnet.

Der auf diese Weise konstruierte Meßkopf ermöglicht die Messung der Größe der inneren Spannung an der gegebenen Stelle binnen 15 Minuten mit genügender Genauigkeit selbst an schwer zugänglichen Stellen ohne Zerstörung des Meßobjektes.

Soll die Verteilung der Hauptkomponenten der Spannung in der Ebene des Spannungszustandes ermittelt werden, dann muß die Meßvorrichtung um die zur Oberfläche des Meßobjektes senkrechte Achse in zwei weitere Richtungen verdreht werden, zweckmäßig um 45 und 90°.

Mit dem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich auch die räumliche Verteilung der inneren Spannung ermitteln, falls Röntgenröhren mit Legierungsanoden verwendet werden, welche Strahlungen verschiedener Wellenlänge aussenden und die Ermittlung des Spannungsgradienten in Richtung der Normalen zur Oberfläche ermöglichen.

Für die Messung der inneren Spannungen in Gegenständen aus verschiedenen Werkstoffen, z.B. Stahl, Kupfer, Aluminium, keramische Stoffe u.a., müssen Strahlungen verschiedener Wellenlängen verwendet werden.

Mit dem Gerät gemäß der Erfindung lassen sich nicht nur makroskopische Spannungen der ersten Gattung, sondern auch mikroskopische Spannungen der zweiten Gattung messen, weiche aus der Auf-

Claims

zeichnung der entsprechenden Interferenzen nach der Beziehung

a = ± β · -j- · cotg ■&

hervorgehen, wobei β die Verbreiterung der Interferenzlinie in halber Höhe ist.

Patentanspruch:

IO

Röntgengerät zum Ermitteln von inneren Spannungen nach dem Seemann-Bohlin-Prinzip unter Verwendung von zwei Röntgenröhren, die die gleiche Stelle der Materialprobe unter einem Winkel von 45 und 90° gleichzeitig bestrahlen, d a durch gekennzeichnet, daß die zu untersuchende Stelle der Materialprobe (V) sowie die beiden Röntgenröhren (R_v R₂) ortsfest auf dem Fokussierungskreis (F) angeordnet sind, daß die

beiden Detektoren (D₁, D₂) auf fest mit einer um den Mittelpunkt (O₄) des Fokussierungskreises (F) drehbaren Scheibe verbundenen, um 90° auf dem Fokussierungskreis (F) versetzten Lagern (O_v O₂) schwenkbar angeordnet sind und daß in einem der Materialprobe (V) diametral auf dem Fokussierungskreis (F) gegenüberliegenden Lager (O₃) schwenkbar gelagerte Führungsarme (r_v r_%) in an den Detektoren (D_v D₂) senkrecht zur Strahlrichtung angeordneten Führungsschienen (S₁, S₂) verschiebbar gelagert sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Patentschrift Nr. 12 911 des Amtes für Erfindungsund Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

USA.-Patentschriften Nr. 2259 708, 2648 011;
Zeitschrift für Metallkunde, Bd. 44, 1953, S. 567 bis 570.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 577/157 4.67 ©BondesdruckereiBerlin