自尋式正電子液對(duì)零件內(nèi)腔及表面缺陷定位的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自尋式正電子液對(duì)零件內(nèi)腔及表面3D精確成像的缺陷定位裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]早在1928年英國(guó)物理學(xué)家Dirac P A Μ在研究電子的量子理論時(shí)預(yù)言電子有反電子，1932年美國(guó)物理學(xué)家Anderson C D在研究宇宙射線的云室照片中發(fā)現(xiàn)了正電子的存在，標(biāo)志著人類開始研究正電子。目前有兩種正電子產(chǎn)生方法，一種是通過回旋加速器或反應(yīng)堆，利用核反應(yīng)生成缺中子放射源，如22Na，64Cu，58Co，lsF。另一種是采用PIPA(誘發(fā)正電子)方法，利用能量為數(shù)十兆電子伏的直線加速器產(chǎn)生高能γ射線，經(jīng)過準(zhǔn)直處理后直接打入材料內(nèi)部，并與材料內(nèi)部的原子核產(chǎn)生軔致輻射，再通過電子對(duì)效應(yīng)產(chǎn)生正電子。
[0003]如今，人們將正電子煙沒技術(shù)推廣到了化學(xué)、生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，但到目前為止，對(duì)正電子的研究及技術(shù)成果僅限于生物醫(yī)療與材料微觀結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，并未涉及到無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更未涉及對(duì)零件復(fù)雜內(nèi)腔和表面空間幾何結(jié)構(gòu)的3D成像及缺陷定位的研究。目前，在工業(yè)零件無損檢測(cè)領(lǐng)域中尚未發(fā)現(xiàn)基于正電子煙沒理論的實(shí)際檢測(cè)方法或相關(guān)研究文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種自尋式正電子液對(duì)零件內(nèi)腔及表面缺陷定位的裝置及方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件復(fù)雜內(nèi)腔及表面空間幾何結(jié)構(gòu)的3D成像來實(shí)現(xiàn)零件內(nèi)壁及表面缺陷的檢測(cè)及定位。
[0005]技術(shù)方案:一種自尋式正電子液對(duì)零件內(nèi)腔及表面缺陷定位的裝置，包括剛性密閉容器、真空栗、正電子灌注系統(tǒng)以及γ光子探測(cè)及成像設(shè)備；所述剛性密閉容器內(nèi)部設(shè)有可升降支撐架，待測(cè)零件置于所述可升降支撐架上；所述正電子灌注系統(tǒng)包括放射性核素活度計(jì)、管路以及正電子液儲(chǔ)液器，所述正電子液儲(chǔ)液器通過管路連接剛性密閉容器上的正電子液注入口，所述真空栗連接剛性密閉容器上的抽真空口，放射性核素活度計(jì)設(shè)置在所述管路上；所述γ光子探測(cè)及成像設(shè)備用于對(duì)剛性密閉容器的零件進(jìn)行γ光子探測(cè)及成像處理。
[0006]基于自尋式正電子液對(duì)零件內(nèi)腔及表面缺陷定位裝置的缺陷定位方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一，將具有活度的放射性核素與載體溶劑混合，制備得到正電子液；
[0008]步驟二，將待測(cè)零件置于剛性密閉容器內(nèi)的可升降支撐架上，并注入所述正電子液，保證零件整個(gè)浸沒在正電子液中；
[0009]步驟三，對(duì)所述剛性密閉容器進(jìn)行抽真空處理，并在正電子液凍結(jié)初期收縮支撐架，使零件與可升降支撐架分離，使零件在沒有支撐的情況下完全凍結(jié)于正電子液中；
[0010]步驟四，將剛性密閉容器置于γ光子探測(cè)及成像設(shè)備中，對(duì)零件進(jìn)行靜態(tài)2D成像，然后重構(gòu)零件內(nèi)腔及表面空間幾何形狀的3D圖像，最后通過所述3D圖像確定缺陷的位置。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，選擇所述放射性核素的半衰期為缺陷定位測(cè)試時(shí)間的5倍以上。
[0012]有益效果:目前，對(duì)于工業(yè)零件內(nèi)腔及表面空間幾何結(jié)構(gòu)的3D成像及缺陷定位進(jìn)行無損檢測(cè)的唯一方法是采用工業(yè)CT，該方法在實(shí)際檢測(cè)中存在很大局限性。采用自尋式正電子液注入法進(jìn)行無損檢測(cè)則具有如下幾方面突出的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、測(cè)試方法:工業(yè)CT檢測(cè)過程是平面異步成像，成像效率低，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)；而自尋式正電子液注入法檢測(cè)過程是空間同步成像，成像效率高，測(cè)試時(shí)間短，成像質(zhì)量好；通過自尋式正電子液注入方式，正電子液因其在真空中呈氣態(tài)的特性可以滲入到零件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)并對(duì)零件內(nèi)部管道腔體進(jìn)行無死角填充，且當(dāng)氣態(tài)的正電子液完全填充整個(gè)密閉容器時(shí)，可使零件表面完全浸入在氣態(tài)的正電子液中。
[0014]2、對(duì)于零件復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)腔及表面檢測(cè)的針對(duì)性:含有復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)腔及表面的零件往往用于液壓、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等動(dòng)力系統(tǒng)，通過自尋式正電子液注入方式進(jìn)行無損檢測(cè)時(shí)，只要選擇合適的放射性核素和載體溶劑，正電子液可以直接對(duì)零件的內(nèi)腔及表面進(jìn)行實(shí)時(shí)3D成像，并可實(shí)現(xiàn)缺陷的定位；并且正電子液中放射性核素產(chǎn)生的正電子探測(cè)精度高，對(duì)零件內(nèi)壁及表面缺陷的探測(cè)尺寸可以達(dá)到納米級(jí)，同時(shí)該無損檢測(cè)方法還具有檢測(cè)時(shí)間短、成本低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)比其他無損檢測(cè)方法，光學(xué)顯微鏡及透射電鏡無法對(duì)零件內(nèi)腔進(jìn)行檢測(cè)；X射線散射的探測(cè)深度可以達(dá)到1微米，但是對(duì)缺陷尺寸的分辨達(dá)不到納米級(jí)。
[0015]3、放射性核素在衰變時(shí)產(chǎn)生的正電子與零件內(nèi)壁及表面的電子產(chǎn)生煙沒事件，發(fā)射出互成180°的中性γ光子對(duì)，該對(duì)光子穿透能力極強(qiáng)，穿透200mm厚的招材質(zhì)能量才衰減到1%。以這對(duì)γ光子作為缺陷信息載體，可以不受測(cè)試環(huán)境的溫度、壓強(qiáng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等外界因素干擾，在極其苛刻的周邊條件下對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)。
[0016]4、正電子液的放射性核素和其載體溶劑均可根據(jù)零件測(cè)試需求針對(duì)性的定制。根據(jù)實(shí)際需要合成相應(yīng)的放射性核素，并將其溶于水溶性溶劑，包括鹽溶液、酸溶液、堿溶液等；也可溶于油類溶劑，包括潤(rùn)滑油、機(jī)油、液壓油、燃料等。
【附圖說明】
[0017]圖1為自尋式正電子液對(duì)零件內(nèi)腔及表面缺陷定位的裝置示意圖；
[0018]圖2為剛性密閉容器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為采用solidworks畫圖軟件設(shè)計(jì)的3D打印圖紙；
[0020]圖4為對(duì)復(fù)合材料塊內(nèi)腔進(jìn)行正電子液灌注測(cè)試所得成像結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋。
[0022]—種自尋式正電子液對(duì)零件內(nèi)腔及表面缺陷定位的裝置及其方法，裝置包括剛性密閉容器、真空栗、正電子灌注系統(tǒng)以及γ光子探測(cè)及成像設(shè)備。正電子灌注系統(tǒng)包括放射性核素活度計(jì)、管路、正電子液儲(chǔ)液器、密閉廢棄物罐。剛性密閉容器內(nèi)部設(shè)有用于擺放待測(cè)零件的可升降支撐架，剛性密閉容器的頂部設(shè)有正電子液注入口以及抽真空口，剛性密閉容器的底部設(shè)有正電子液排出口。
[0023]如圖1所示，正電子液儲(chǔ)液器上設(shè)有液位計(jì)，正電子液儲(chǔ)液器的出液口通過管路連接剛性密閉容器上的正電子液主入口，該管路包括依次連接的過濾器、液壓栗、線性調(diào)壓閥、壓力表、單通電磁閥，放射性核素活度計(jì)設(shè)置在該管路上的任意位置。剛性密閉容器的底部的正電子液排出口通過另一個(gè)單通電磁閥連接到密閉廢棄物罐。正電子灌注系統(tǒng)中的所有器件即管路均放置在壁厚3厘米的鉛室中。剛性密閉容器上的抽真空口連接真空栗。
[0024]基于上述自尋式正電子液對(duì)零件內(nèi)腔及表面缺陷定位裝置的缺陷定位方法，包括以下步驟:
[0025]步驟一，將具有活度的放射性