DE2036334C3 - Röntgenstrahlen-BeanspruchungsmeBeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgengerät zum Ermitteln von inneren Spannungen einer Materialprobe mit zwei Röntgenstrahlenquellen, welche die gleiche Stelle der Materialprobe unter einem V/inkel von 90° bzw. einem geeigneten anderen Winkel, insbesondere 45" bestrahlen, und mit zwei Röntgenstrahlendetektoren, die gleichzeitig auf einem Kreisbogen um die zu untersuchende Materialprobenstelle in einer die Röntgenstrahlen und die Materialprobenstelle enthaltende Ebene bewegbar sind.

Die DT-AS 12 39 501 beschreibt ein Röntgenstrahtenmeßgerät zum Ermitteln von inneren mechanischen Spannungen mit zwei Röntgenröhren, welche die gleiche Stelle einer Materialprobe unter einem Winkel von 45 oder 90° gleichzeitig bestrahlen, und mit zwei Röntgenstrahlendetektoren, die gleichzeitig auf einem Kreisbogen bewegbar sind. Die unsymmetrische Anordnung der Röntgenröhren bzw. Detektoren im Verhältnis zur Materialprobenstelle ist mit dem Nachteil einer erheblichen Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Differenz zwischen den Braggschen Winkeln der beiden von den Röntgenröhren ausgehenden Röntgenstrahlenbündel verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Röntgengerät zu schaffen, das einfach gebaut ist und eine größere Genauigkeit bei der Feststellung des gesuchten Differenzwinkels gewährleistet

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zwei Röntgenstrahlenquellen in einer einzigen Röntgenröhre (1) mit einer zentral angeordneten Glühkathode (2) von zwei an den Innenoberflächen der Seitenwände der Röntgenröhre (1) gegenüber der Kathode (2) angeordneten Targets (8, 9) gebildet sind und daß die Röntgenstrahlendetektoren (14,15) symmetrisch zu der Röntgenröhre bewegbar sind.

Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden an Hand der Darstellungen von Ausgestaltungsbeispielen und der Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Querschnittsvorderansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Einrichtung nach F i g. 1, F i g. 3 eine perspektivische Ansicht einer Glühkathode der Röntgenstrahlenröhre, die in der Einrichtung von F i g. 1 benutzt wird, und

Fig.4 ein Beispiel von Kurven, die mit der Einrichtung nach F i g. 1 gemessen wurden.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Der Kopf einer Röntgenstrahlenröhre 1 ist als Sektorenröhre ausgebildet, in deren Mittelpunkt eine Glühkathode 2 angeordnet ist Die Kathode 2 enthält ein rechtwinkliges boxförmiges Steuergitter 3 und zwei Glühfaden 4, die sich in dem Steuergitter, wie in Fig.3 dargestellt, überkreuzen. Gekreuzte Schlitze 5, 5' sind auf beiden Seiten des Gitters 3 vorgesehen. Die beiden Heizdrähte können jeweils, wahlweise erhitzt werden. Die Heizfäden und das Gitter sind mit einem Hochspannungskabel 7 außerhalb der Röhre über ein Glasrohr 6 verbunden, welches sich axial von dem röhrenförmigen Kopf erstreckt Auf der Innenoberfläche der gasdichten Röhrenwände, die beide Seiten des sektorenförmigen. röhrenartigen Kopfes bilden, sind Targets 8 und 9 aus gewünschtem Metali derart angeordnet, daß sie den Schlitzen 5,5' gegenüberliegen. In der inneren gekrümmten gasdichten Wand des sektorföroiigen Kopfes sind Röntgenstrahlenfenster 10 und 11 gegenüber den Targets 8 und 9 angeordnet Die äußere gekrümmte gasdichte Wand des Kopfes der Röntgenstrahlenröhre 1 trägt eine Basisplatte 12 zur Anordnung von Röntgenstrahlendetektoren, an deren äußerer Peripherie ein kreisförmiger, bogenartiger Führungsweg 13 gebildet ist. Zwei Röntgenstrahlendetektoren 14 und 15 sind gleitbar auf dem Führungsweg 13 angeordnet. Ferner ist auf der Basisplatte 12 ein kleiner Elektromotor 16 befestigt, mit dem ein gezahntes Rad 17 verbunden ist Die Lagerbuchse des gezahnten Rades 17 ist auf eine mit Gewinde versehene Stange 18 geschraubt Verbindungsstücke 20 und 21, die an dem Ende der mit Gewinde versehenen Stange 18 mittels eines Stiftes 19 schwenkbar angeordnet sind, sind an den anderen Enden mit den Röntgenstrahlendetektoren 14 und 15 mittels Stifte 22 und 23 verbunden.

Der Detektor ist weiterhin mit einem Blendenanordnungsarm 24, 25, der sich vorwärts erstreckt ausgerüstet und Blenden 26,27 und 28,29 sind vor dem Fenster 10,11 der Röhre und vor dem Röntgenstrahlendetektor 14, 15 angeordnet. Wenn einer der gekreuzten Heizfäden angeregt und aufgeheizt wird und Elektronenbündel auf die Targets 8 und 9 über die Blende 5 projiziert werden, die sich rechtwinklig zu einem röhrenförmigen Schaft des Gitters 3, wie durch gepunktete Linien e in F i g. 1 angedeutet, erstrecken, bilden Röntgenstrahlen, die von den Targets erzeugt werden, parallele Strahlen durch die Blenden 26 und 27. Die Röntgenstrahlenröhre 1 ist derart aufgebaut, daß diese Röntgenstrahlenbündel χ 1 und χ 2 sich unter einem Winkel von 45° schneiden. Die Targets 8 und 9 befinden sich unter gleichem Abstand von dem Schnittpunkt s, und der Führungsweg 13 ist ein Kreisbogen um den Punkt a. Die Schlitze 28 und 29 sind derart angeordnet, daß die parallelen Röntgenstrahlen von dem Punkt s auf die Detektoren 14 und 15 fallen. Die Verbindungsglieder 20 und 21 sind in ihrer Länge gleich, und die mit Gewinde versehene Stange 18 ist in der Richtung der Winkelhalbierenden des Winkels, der von den Verbindungsgliedern 20 und 21 gebildet wird, angeordnet Wenn daher der Motor 16 dreht, bewegt sich die mit Gewinde versehene Stange 18 in der Richtung des Pfeiles a, und die Röntgenstrahlendetektoren 14 und 15 bewegen sich in der Richtung der Pfeile b

Ll

und c symmetrisch in bezug auf die Röntgenstrahlenröhre.

Eine derartige Einrichtung ist über einem Untersuchungsobjekt aus Eisen, Stahl oder einem anderen Material derart angeordnet, daß der Schnittpunkt s der s Röntgenstrahlenbündel χ 1 und χ 2. die von den Blenden 26 und 27 projiziert werden, auf der Oberfläche des Objektes liegt und daß der Röntgenstrahlenbündel χ 1 auf die Objektoberfläche senkrecht auffällt Daher fällt das Röntgenstrahlenbündel χ 2 auf die Objektoberflä- ι ο ehe unter einem Winkel von 45° auf. Unter dieser Bedingung wird der Motor 16 gestartet, um die Röntgenstrahlendetektoren 14 und 15 symmetrisch zu bewegen, beispielsweise in Richtung der Röntgenstrahlenröhre 1. Gleichzeitig werden die Ausgänge der Detektoren 14 und 15 einem automatischen Register zur Aufnahme des Ausganges I als Funktion des Verrükkungswinkels <x des Detektors. Das Register zeichnet zwei Kurven, die als durchgezogene und unterbrochene Linie in Fig.4 dargestellt sind. Aus der Differenz β zwischen den Winkeln, bei denen die beiden Kurven ihr Maximum annehmen, kann die innere Beanspruchung des Objektes 30 in der Richtung des Schnittes der Objektoberfläche mit einer Ebene, die die Röntgenstrahlenbündel xl und χ 2 einschließt, abgeschätzt werden.

Die gebeugten Röntgenstrahlenbündel χ 3 und χ 4 werden dabei von den Röntgenstrahlenbündeln χ 1 und χ 2, die auf die Objektoberfläche 30 unter 90 und 45° auffallen, erzeugt Die Röntgenstrahlendetektoren 14 und 15 weisen die gebeugten Röntgenstrahlenbündel χ 3 und χ 4 nach, so daß die Winkel entsprechend den Maxima der durchgezogenen und unterbrochenen Linien die Beugungswinkel anzeigen. Es ist bekannt daß die innere Beanspruchung (Spannung) eines Objektes aus der Differenz β dieser Beugungswinkel berechnet werden kann Für diesen Fall lautet die Bragg-Formel:

2c/sin θ = ηλ,

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θ = Diffraktionswinkel der Röntgenstrahlen,

λ = Wellenlänge der Röntgenstrahlen,

d = Abstand zwischen Kristallgitterebenen eines Objektes und

η = eine positive Integralzahl.

Nimmt man an, daß der Diffraktionswinkel θ um ΔΘ bei Veränderung des Abstandes zwischen den Gitterebenen um Ad, verursacht durch innere Beanspruchung, variiert so wird die folgende Gleichung erhalten:

I θ = - -— · tan Θ.

Um die Veränderung ΔΘ zu vergrößern, damit die Nachweisgenauigkeit erhöht wird, ist es daher notwendig, den Diffraktionswinkel möglichst 90° zu machen. Namentlich kann die Genauigkeit durch Verringerung des Winkels zwischen den Röntgenstrahlenbünden χ 1 und χ 2 oder χ 2 und χ 3 verbessert werden. Da bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Glühkathode 2 im Mittelpunkt der Röhre angeordnet und die Targets 8 und 9 an der Innenseite der Seitenwände vorgesehen sind, kann der obenerwähnte Winkel sehr klein gemacht werden, wodurch eine hohe Meßgenauigkeit erreicht wird. Demgegenüber kann bei einem konstanten Diffraktionswinkel θ die Röntgenstrahlenröhre 1 dicht an die Objektoberfläche gebracht werden, so daß intensive Röntgenstrahlung projiziert wird, um den Nachweis der gebeugten Röntgenstrahlung jlu erleichtern. Für diesen Fall kann die Meßgenauigkeit durch Anordnen der Röntgenstrahlendetektoren weit genug von dem Punkt s verbessert werden.

Weiterhin kann die Einrichtung simultan zwei Röntgenstrahlenbündel auf ein Objekt unter 90 und 45° von einer Röntgenstrahlenröhre entsenden und simultan zwei Röntgenstrahlendetektoren bewegen, wodurch die gebeugte Röntgenstrahlung der jeweiligen auffallenden Röntgenstrahlenbündel simultan nachgewiesen wird. Daher kann die Messung wirkungsvoll und rasch ausgeführt werden. Darüber hinaus können Fehler auf Grund von Abweichungen von Einstellungen, wie sie bei den bisherigen Verfahren der aufeinanderfolgenden Messung auftraten, vermieden werden. Das Röntgenstrahlenbündel χ 2, welches schräg auf das Objekt auffällt erzeugt gebeugte Strahlen auf beiden Seiten davon, d. h. ein Bündel darüber und ein Bündel darunter. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist nur ein Röntgenstrahlenbündel χ 4 nach, welches unter das einfallende Röntgenstrahlenbündel gebeugt ist. Kristallgitterebenen, die an dieser Diffraktion teilnehmen, liegen rechtwinklig zu der Winkelhalbierenden der Winkel zwischen den Bündeln χ 2 und Af 4 und bilden einen größeren Winkel gegen die Objektoberfläche, als solche, die an der oberen Diffraktion teilnehmen, so daß der Abstand zwischen ihnen stark mit einer Beanspruchung parallel zu der Objektoberfläche variiert Daher ist die Messung mit einer höheren Genauigkeit möglich, als wenn die nach oben gebeugten Strahlen nachgewiesen werden.

Die obige Beschreibung bezieht sich auf den Fall der Messung mit parallelen Röntgenstrahlen. Eine Messung durch die Konzentrationsmethode ist möglich durch Beheizen des Heizfadens, der in der axialen Richtung der Röntgenstrahlenröhre 1 angeordnet ist, um Elektronenbündel durch die Blende 5' des Gitters 3 auf die Targets 8 und 9 zu projizieren und eine Fokuslinie von Röntgenstrahlen senkrecht zu der Zeichenebene der F i g. 1 zu bilden. In diesem Fall werden die Blenden 26 bis 29 entfernt und feinere Blenden so auf den Armen 24 und 25 angeordnet, daß sie auf einem Kreisbogen liegen, der durch eine Punkt-Strichlinie ρ dargestellt ist, die durch die Lage der Fokuslinie um den Punkt s geht. Es ist außerdem möglich, die internen Belastungen in zwei senkrecht zueinander stehende Richtungen simultan zu messen, wenn eine Kathode im Mittelpunkt einer Röhre angeordnet und drei Targets auf der Innenoberfläche der Röhrenwand vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 20 334

   Patentanspruch:

   Röntgengerät zum Ermitteln von inneren Spannungen einer Materialprobe mit zwei Röntgenstrahlenquellen, welche die gleiche Stelle der Materialprobe unter einem Winkel von 90° bzw. einem geeigneten anderen Winkel, insbesondere 45°, bestrahlen, und mit zwei Röntgensirahlendetektoren, die gleichzeitig auf einem Kreisbogen um die zu ι ο untersuchende Materialprobenstelle in einer die Röntgenstrahlen und die Materialprobenstelle enthaltenden Ebene bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Röntgenstrahlenquellen in einer einzigen Röntgenröhre (1) mit einer zentral angeordneten Glühkathode (2) von zwei an den Innenoberflächen der Seitenwände der Röntgenröhre (1) gegenüber der Kathode (2) angeordneten Targets (8, 9) gebildet sind und daß die Röntgenstrahlendetektoren (14,15) symmetrisch zu der Röntgenröhre bewegbar sind.