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Verfahren und Einrichtung zum Untersuchen ausgedehnter Werkstücke
mit Röntgenstrahlen Wenn Werkstücke mit Röntgenstrahlen untersucht werden sollen,
die mindestens in einer Richtung eine erhebliche Ausdehnung haben, z. B. längere
Schweißnähte oder größere ebene oder schwach gekrümmte Flächen, so ist es in vielen
Fällen nicht möglich, das ganze Werkstück mit einer einzigen Aufnahme zu erfassen,
namentlich wenn es aus räumlichen Gründen nicht möglich ist, den sonst üblichen,
verhältnismäßig großen Abstand von 50 cm und mehr zwischen Röntgenröhre und photographischer
Schicht einzuhalten.
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Um bei mehreren meterlangen Werkstücken mit einer einzigen sogenannten
Großbildaufnahme auszukommen, muß man sehr hohe Röhrenspannungen verwenden. Dies
ist aber, abgesehen von den räumlichen Schwierigkeiten inWerkstätten u. dgl., auch
mit Gefahren für das Bedienungspersonal verbunden. Es kommt noch hinzu, daß die
für die Erkennbarkeit von Fehlerstellen wichtige Kontrastwirkuifg bei der Abbildung
mit steigender Röhrenspannung erheblich abnimmt. Man erhält also bei solchen Aufnahmen
verhältnismäßig flaue Bilder, die nicht alle Einzelheiten erkennen lassen.
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Andererseits hat man besondere Röntgenröhren entwickelt, bei denen
der Brennfleck am Ende eines aus der eigentlichen Röhre herausragenden Anodenrohres
entsteht. Wenn das Anodenrohr geerdet werden kann, so ist man mit derartigen Röhren
in der Lage, den Brennfleck in sehr geringem Abstand von dem zu untersuchenden Werkstück
anzuordnen. Mit Hilfe von Striktionsspulen oder anderen Striktionsorganen ist es
in diesem Falle möglich, die Größe des Brennflecks in der gewünschten Weise dem
verringerten Fokalabstand anzupassen. Dadurch erhält man sehr klare und scharfe
Bilder und gewinnt noch den Vorteil, daß man mit verhältnRsmäßig niedrigen Spannungen
arbeiten kann.
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Bei geringem Fokalabstand ist es aber besonders störend, daß mit
einer Aufnahme nur ein verhältnismäßig enger Bereich des zu untersuchenden Werkstückes
erfaßt werden kann.
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Die Intensität der Röntgenstrahlen auf dem Film nimmt nämlich mit
zunehmender Entfernung vom Normalstrahl bei der Durchstrahlung von plattenförmigen
Werkstücken sehr rasch ab, da sowohl die zu durchstrahlende Wandstärke als auch
der Fokalabstand schnell größer werden.
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Man muß deshalb eine sehr große Anzahl kleiner Einzelaufnahmen herstellen,
wodurch das Aufnahmeverfahren sehr umständlich und die Übersichtlichkeit des Untersuchungsergebnisses
beeinträchtigt wird.
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Dieser Nachteil läßt sich dadurch vermeiden, daß man nacheinander
mehrere Aufnahmen auf eine photographische Schicht macht und gemäß der Erfindung
den Brennfleck der Röntgenröhre jedesmal gegenüber dem zu untersuchenden Werkstück
absatzweise um eine Strecke verschiebt, die annähernd gleich dem Abstand des Brennflecks
von der photographischen Schicht ist.
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Dabei muß der Winkel des von dem Brennfleck ausgehenden Strahlenkegels
so groß sein, daß an den Randzonen die p) otographischen Bilder sich überdecken.
Dabei hat es sich herausgestellt, daß durch die Uberdecliung an den Randzonen bei
der angegebenen Bemessungsregel im allgemeinen eine mit dem bei Röntgenfilmen zulässigen
verhältnismäßig weiten Spielraum annähernd gleichmäßige Schwärzung des Films erreicht
wird.
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Es sind bereits Verfahren zum Untersuchen von Werkstücken mit Röntgenstrahlen
bekannte worden, bei denen auf einer photographischen Schicht nacheinandsr mehrere
Aufnahmen gemacht werden. Dies geschah aber zu einem anderen Zweck. So hat man z.
B. zum Untersuchen eines geschweißten Hohlkörpers von der gleichen Stelle des verkstücks
auf dem gleichen Film zwei Aufnahmen unter verschiedenen Winkeln gemacht, um festzustellen,
ob ein Fehler sich auf der Außen- oder Innenseite des Hohlkörpers befindet.
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Handelt es sich um die Untersuchung eines fortlaufenden streifenförmigen
Bereiches, z. B. einer Schweißnaht, so liegen die einzelnen Stellungen des Brennflecks
längs einer fortlaufenden Linie. Bei Untersuchung ausgedehnter Flächen nach zwei
Dimensionen können die Brennfleckeinstellungen z. B. in die Knotenpunkte eines aus
gleichschenkligen Dreiecken gebildeten Netzes gelegt werden.
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Man erhält bei einem derartigen Aufnahmeverfahren scharfgezeichnete
Filme, die sich von normalen Aufnahmen im wesentlichen nur dadurch unterscheiden,
daß jeweils in den Randgebieten zwischen zwei Aufnahmen die Zeichnung verdoppelt
erscheint. In den meisten Fällen, z. B. bei Untersuchung von Elektroschweißungen,
bedeutet dies jedoch keinen Nachteil, da es nur darauf ankommt, zu ermitteln, ob
Fehlstellen vorhanden sind und ihre ungefähre Lage festzustellen. Im übrigen ist
es mit Hilfe des neuen Verfahrens möglich, Schweißnähte von mehreren Metern Länge
fortlaufend auf ein Filmband zu photographieren, wodurch die Beurteilung erheblich
vereinfacht wird.
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Zum Durchführen des neuen Verfahrens werden zweckmäßig die bereits
erwähnten Röntgenröhren mit aus der Röhre herausgeführtem Anodenrohr benutzt. Die
Belichtungszeiten für die einzelnen Aufnahmen können infolge des geringen Fokalabstandes
sehr kurz gehalten werden. Dadurch ist in vielen Fällen trotz der für das absatzweise
Verschieben der Röntgenröhre erforderlichen Zwischenzeiten eine kleinere Gesamtaufnahmezeit
zu erreichen als bei einer einzigen Aufnahme aus entsprechend größerer Entfernung.
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Um die Röntgenröhre zwischen je zwei Einzelaufnahmen gegenüber dem
Werkstück entsprechend zu verschieben, können besondere Führungseinrichtungen vorgesehen
werden. Im allgemeinen genügt es jedoch, wenn der Behälter der Röntgenröhre zu diesem
Zweck mit Handgriffen oder Traggurten ausgerüstet ist. in jedem Falle ist es zweckmäßig,
an dem Röhrenbehälter oder an der Röhre selbst eine Stützvorrichtung zu befestigen,
die sich bei der Aufnahme gegen das Werkstück anlegt, um den Brennfleck während
der Belichtung der photographischen Schicht in der erforderlichen Stellung sicherzuhalten.
Dabei ist eine auswechselbare Anordnung zu empfehlen, um je nach den besonderen
räumlichen Verhältnissen verschieden gestaltete Stützvorrichtungen benutzen zu können.
in vielen Fällen genügt es, wenn der die Röntgenröhre enthaltende Behälter mit geeignet
ausgebildeten Stützen auf eine waagerecht liegende Fläche des zu untersuchenden
Werkstückes aufgestellt oder gegen eine lotrechte Fläche seitlich angedrückt wird.
Gegebenenfalls kann die Stützvorrichtung in an sich bekannter Weise als Elektromagnet
ausgebildet werden, so daß sie durch Einschalten des Erregerstromes während der
Belichtungszeit an dem zu untersuchenden Werkstück festgehalten wird. Statt eines
Elektromagneten können, insbesondere bei aus nicht magnetischem Werkstoff bestehenden
Werkstücken, auch Gummisaugplatten o. dgl. benutzt werden, wobei das Festhalten
auf pneumatischem Wege erfolgt.
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Um eine Belichtung der photographischen Schicht während des Verschiebens
der Röntgenröhre zu verhindern, könnte ein Schalter vorgesehen sein, um die Röhre
jedesmal abzuschalten. Zweckmäßiger ist es aber, wenn die Röhre auch während des
Verschiebens eingeschaltet bleibt, um sie durch die Schaltstöße nicht zu gefährden.
Man kann dann die Belichtung des Films dadurch verhindern, daß man den Strahlenaustritt
durch Blenden aus für Röntgenstrahlen schwer durchlässigem Werkstoff während des
Verschiebens der Röhre verschließt. Statt dessen kann man aber auch während des
Verschiebens der Röhre des Elektronenstrahlenbündels durch an sich bekannte Mittel
auf seinem Wege von der Kathode zur Anode seitlich ablenken. Zu diesem Zweck kann
insbesondere bei einer Röntgenröhre mit aus der Röhre herausgeführtem Anodenrohr
außerhalb des Anodenrohres eine Blasspule angeordnet sein, die während der Belichtung
ausgeschaltet wird.
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Statt der Blasspule kann auch ein das Anodenrohr umfassender Magnet
benutzt werden, z. B. ein einfacher Hufeisenmagnet, dessen Kraftlinien die Röhre
quer durchsetzen. Während der Belichtung wird der Magnet ausgeschwenkt, so daß er
keine ablenkende Wirkung auf das Elektronenstrahlenbündel ausüben kann.
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Wenn man eine Röntgenröhre benutzt, bei der besondere Striktionsorgane
zum Zusammenhalten des Elektronenstrahlenbündels vorgesehen
sind,
so sind besondere Vorrichtungen zum Ablenken des Elektronenstrahlenbündels nicht
erforderlich. Es genügt vielmehr, wenn die Striktionsorgane während des Verschiebens
der Röhre abgeschaltet werden. In diesem Falle zerstreuen sich die Elektronenstrahlen
so, daß die entstehenden Röntgenstrahlen keine Schwärzung der photographischen Schicht
hervorbringen können. Ein weiteres Mittel, um eine Belichtung der Schicht während
des Verschiebens der Röhre zu verhindern, ist eine entsprechende Herabsetzung der
Röhrenspannung.
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Erfahrungsgemäß genügt für diesen Zweck eine verhältnismäßig geringe
Spannungserniedrigung.
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In allen den Fällen, wo die zum Verhindern der Belichtung während
des Verschiebens der Röhre dienenden Mittel auf elektrischem Wege gesteuert werden
können, benutzt man zur Regelung der Belichtung zweckmäßig einen elektrischen Zeitschalter,
dessen Auslösung auf die erforderliche Belichtungszeit eingestellt wird. Dabei ist
es zu empfehlen, mit dem Zeitschalter ein elektrisches Schau- oder Hörzeichen, vorzugsweise
eine Signallampe, derart zu kuppeln, daß das Zeichen nur während der Belichtungszeit
erscheint.
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Um das Bedienungspersonal gegen die schädliche Wirkung der Streustrahlen
zu schützen, können an dem Behälter der Röntgenröhre oder an dem Anodenrohr Haltevorrichtungen
angebracht sein zum Einsetzen von entsprechend gestalteten und bemessenen Schirmen
aus für Röntgenstrahlen schwer durchlässigem Werkstoff. Gegebenenfalls kann die
Haltevorrichtung für die Röhre so ausgebildet werden, daß sie gleichzeitig einen
Strahlenschutz bildet.
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In der Zeichnung ist in den Fig. I und 2 je ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung teilweise im Schnitt dargestellt. Die Ausführung nach Fig. I kommt
in erster Linie für die Untersuchung ebener oder schwach gekrümmter, großflächiger
Werkstücke in Betracht, während die in Fig. 2 dargestellte Anordnung besonders für
die Untersuchung von Schweißnähten bestimmt ist.
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Um die in Fig. 1 dargestellte, waagerecht liegende Platte I in ihrer
ganzen Ausdehnung zu untersuchen, wird sie mit einem Film 2 unterlegt.
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Man wird dann die Platte zweckmäßig mit einem Liniennetz von gleichseitigen
Dreiecken überziehen, wobei die Seitenlänge der Dreiecke annähernd gleich dem passend
bemessenen Abstand a des Brennfleckes 3 von dem Film 2 gewählt wird. Man macht dann
nacheinander auf denselben Film eine Reihe von Aufnahmen, wobei die Röhre jedesmal
so verschoben wird, daß der Brennfleck 3 sich senkrecht uber einem der Eckpunkte
des Dreiecksnetzes befindet.
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Der Röhrenbehälter ist in Fig. I und 2 mit 4 bezeichnet und abgebrochen
dargestellt. Aus demBehälter4 ragt nach unten das Anodenrohr5 derRöntgenröhre heraus,
das mit einem Mantel 6 umgeben ist. Zwischen dem Anodenrohr 5, auf dessen Boden
der Brennfleck 3 entsteht, und dem Mantel 6 strömt eine Kühlflüssigkeit, die durch
die Rohre 7 und 8 zu- bzw, abgeleitet wird. Um aber auf dem Boden des Anodenrohres
5 einen genügend kleinen Brennfleck zu erzeugen, ist eine Striktionsspule 9 außerhalb
des Anodenrohres 5 angeordnet. Durch Regeln der Stromstärke in der Striktionsspule
kann die Größe des Brennflecks passend eingestellt werden.
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Um die Lage des Brennflecks 3 während der Belichtung zu sichern,
ist in Fig. I eine Stützvorrichtung in Form eines kegelförmigen Mantels 10 vorgesehen,
der z. B. an dem Mantel 6 befestigt sein kann. Die Weite des Kegelmantels 10 wird
zweckmäßig so bemessen, daß er eine Begrenzung des wirksamen Röntgenstrahlenbündels
bildet. Der Mantel 10 ist vorzugsweise aus für Röntgenstrahlen schwer durchlässigem
Werkstoff hergestellt, so daß er gleichzeitig als Strahlenschutz für das Bedienungspersonal
wirkt.
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Um die Röntgenröhre zu verschieben, kann der Röhrenbehälter 4 mit
Handgriffen oder Traggurten versehen sein, so daß er angehoben und entsprechend
versetzt werden kann.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist angenommen, daß es sich
um die Untersuchung zweier langgestreckter Kehlschweißnähte II, I2 handelt, durch
die ein liegender Steg I3 mit zwei stehenden Wänden I4, 15 verbunden ist. Um ein
möglichst deutliches Bild darüber zu gewinnen, ob das Schweißmaterial mit der Fläche
des Steges I3 ordnungsmäßig verbunden ist, ist es in solchem Falle zweckmäßig, den
Brennfleck der Röhre so anzuordnen, daß die Röntgenstrahlen möglichst parallel zur
Fläche des Steges I3 verlaufen. Der Brennfleck 3 muß also so weit als möglich der
Oberfläche des Steges genähert werden.
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Man kann nun unter Umständen die Röhre so anordnen und das Anodenrohr
5 sowie seine Umhüllung 6 so gestalten, daß es möglich ist, beide Kehlnähte II und
12 gleichzeitig zu durchleuchten und die auf beiden Seiten anzuordnenden, sich längs
der ganzen Schweißnähte erstreckenden Filmbänder I6 und I7 gleichzeitig zu belichten.
Zu diesem Zweck ist sowohl der Boden des Anodenrohres 5, auf dem der Brennfleck
3 entsteht, als auch der Mantel 6 an seinem Ende kegelförmig gestaltet. In dem Mantel
6 ist auf jeder Seite ein für die Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster I8 bzw.
19 angebracht, wobei die Fensteröffnungen so bemessen sind, daß sie das wirksame
Röntgenstrahlenbündel begrenzen.
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Um einen Strahlenschutz für das Bedienungspersonal zu erhalten, kann
auf dem Mantel 6 ein Halter 20 für besondere, passend gestaltete Schutzplatten 2I,
22 befestigt sein.
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Um den Brennfleck während der Aufnahme sicher zu halten, ist das
kegelförmige Ende der Hülse 6 spitz ausgeführt, so daß es nach dem
Aufsetzen
auf einen der zweckmäßig vorher im Abstand a aufgezeichneten Punkte durch Reibung
sicher gehalten wird. Da der Abstand des Brennflecks 3 von der Auflagestelle sehr
klein ist, erübrigt sich im allgemeinen eine besondere Sicherung der senkrechten
Lage des Röhrenbehälters.
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Während der ganzen Untersuchung bleibt die' Röntgenröhre zweckmäßig
eingeschaltet, wobei aber die Striktionsspule g zunächst keinen Strom führt. Infolgedessen
zerstreuen sich die von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahlen so, daß die entstehenden
Röntgenstrahlen keine Belichtung des Films hervorrufen können.
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Nach dem Versetzen der Röhre für die nächste Aufnahme erfolgt die
Belichtung lediglich durch Einschalten der Striktionsspule g zweckmäßig mittels
eines auf die erforderliche Belichtungszeit eingestellten Zeitschalters. Dieser
kann mechanisch mit dem Röhrenbehälter 4 verbunden oder auch als Handschalter in
der Zuleitung zugeordnet sein. Der Zeitschalter kann mit einem weiteren Schalter
für die Einschaltung einer Signallampe gekuppelt sein, die während der Belichtungszeit
leuchtet.