用于检查晶体缺陷结构的方法和系统技术方案

提供用于检查晶体缺陷结构的方法和系统的实施方式。在方法中，尤其易受由晶体缺陷引起的衍射影响的X射线波长被识别。然后，提供X射线源发出被识别的X射线波长的X射线。当将结构设置在相对于X射线源的一系列位置时，使多个非平行阵列的X射线照射该结构，产生衍射X射线的系列图案。数字化捕获衍射X射线的图案并传送给计算机，计算机比较他们来定位晶体缺陷。对于表面缺陷，可使用目标物标记缺陷以允许物理移除。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及用于检查拥有晶体结构的材料的方法和系统，尤其涉及用于在具有晶体结构的材料中定位晶体缺陷的方法和系统。
技术介绍
通常地，高温合金广泛地用于在升高温度下耐高应力的应用上，例如用于燃气涡轮发动机的组件(例如刀片和叶片)中。制造方法的改进已导致单晶形式的组件铸件，导致改进的高温寿命和強度，其超过了传统制备的具有由晶粒边界分离的多个晶粒的金属材料。由于单晶高温合金组件改进的性能，经受住苛刻操作条件的能力是可预期的。然而，ー个或多个相对于单晶完整性的显著偏离严重制约了在苛刻操作条件之下工作的单晶高温合金组件的能力，且可缩短组件的使用寿命。因为沿着缺陷周围的晶体边界断裂和分·离的可能性増加了，用于涡轮刀片和叶片的铸件需要对伪晶粒和其他晶体缺陷进行精密的检查。当前的行业惯例是使用刻蚀步骤来在单晶铸件的表面暴露伪晶粒和晶体缺陷。刻蚀后，可视化检查铸件从而相对于适合于铸件想要用途的合适的验收准则来评价刻蚀表面。虽然刻蚀步骤从历史上为暴露等轴和多晶定向凝固的高温合金铸件的外部晶粒结构提供良好的晶粒对比，这些刻蚀エ艺趋向于依赖检查员，是耗时的，并且由于过多的原料损失导致尺寸不合格，尤其在内部冷却组件的相对薄的壁的情况下。如果由于晶粒的‘可读性’的不足使得整个刻蚀エ艺不得不重复进行，原料损失就非常明显。进ー步，刻蚀エ艺要遭受积垢的存在，反射率缺乏，或各种混乱或掩蔽效应(如阳极氧化彩虹色(aka发蓝))等问题，这会导致暴露、识别或定位缺陷失败，或者难以暴露、识别或定位缺陷。相应地，这就需要提供没有刻蚀的用于检查单晶高温合金铸件的方法和系统。也需要提供使用X射线衍射(XRD)来定位表面和表面下的缺陷的检查单晶高温合金铸件的方法和系统。进一歩的，结合附图以及本专利技术的背景技木，从本专利技术的后续详细描述和所附权利要求，本专利技术的其它期望特征和特性将显而易见。
技术实现思路
这里提供用于检查铸件的方法和系统。这些方法和系统可用于检查或表征任何具有晶体结构的材料的外部和内部的晶粒结构，在所述晶体结构中，满足布拉格角的几何结构可使得合适波长的X射线被衍射。这些材料包括传统的(即等轴)铸件，多晶定向凝固(即DS)铸件，单晶高温合金铸件，锻造材料(例如锻件中的双重晶粒或大晶粒，不恰当的冷作和/或热处理导致的过量晶粒生长)和结晶态的非金属材料。这些方法和系统推翻了传统射线照相检查技术中的重要的信噪比关系。即，相关X射线的吸收(与间断点的密度/厚度相比的优质金属的密度/厚度)的预期效果与被称作‘晶粒衍射’(即，斑纹(mottling))的非预期效果相比较的比率。X射线图像的斑纹作为斑点(blotch)出现，所述斑点对应于某些晶粒使得局部X射线束的本应直线路径转向(通过衍射)的位置。使得X射线束的显著部分转向的晶粒由于具有更高的密度(好像转向的束被吸收了一祥)趋向出现在膜(或图像传感器)上。如果转向的X射线碰巧叠加到优质金属的区域，那个区域或斑点(接收额外的X射线)看起来具有更低的密度，其在外表上类似于孔隙(porosity)。这种现象会导致收缩孔隙的假阳性并且需要在传统射线照相上尽力最小化XRD。换句话说，这里的方法和系统最优化否则非预期的X射线衍射效果，但是可保持铸件的传统X射线图像的某些方面来充当帮助在特定铸件上定位晶体缺陷的參考。在ー些实例中，方法和系统可充分地探测大尺寸传统间断点(即孔隙，内含物，分离物等)中的一些来充当用于这样的条件的早期筛选检查。因为斑纹能够在X射线图像的合理解释中伪装成孔隙或其他干扰，鋳造厂使用的エ业X射线机具有专用的波长滤波器或在电压下操作或与专用的X射线放射管一起使用来减少斑紋。·和其他使用X射线衍射并需要高度校准精密聚焦X射线束或高度平行X射线束的方法不同，这里的方法和系统不是这样。实际上，本专利技术的方法和系统利用从X射线源散开成多个非平行阵列的X射线，能够成倍增加满足布拉格角条件的机会，因此实现对非常大的铸件或可能的多个铸件进行有效检查。虽然与传统X射线的类似表明仅仅捕获XRD信息的透射模式被使用，可预想到的是背反射模式也可提供重要的补充数据。根据示例实施例，用于检查单晶高温合金铸件的方法包括识别易受晶体缺陷引起的衍射影响的X射线波长的初始步骤。在这ー步中，当遇见铸件中的晶体缺陷时表现出显著衍射的X射线波长被识别。满足布拉格角晶体几何结构的特定波长的X射线的衍射在行业内是众所周知的，并且不需要进ー步对那些看起来非常有用的X射线波长之外的知识进行讨论。劳厄(Laue)方法，是背反射模式或者是透射模式，能够实现探測到的晶粒缺陷的特定晶体属性的測量。虽然使用了由X射线波长的识别产生的単色X射线，可预期的是识别的波长包括X射线波长的限定的波段，或者X射线波长的多个非连续波段。进ー步，不同X射线频率波段可被识别，每个波段表现出对不同类型晶体缺陷的显著衍射。多个X射线波长的使用可缩短检查时间或提供诊断工具，通过该工具，某些晶体缺陷可被更好地表征。在检查期间为了最大化由晶体缺陷引起的衍射，该方法进ー步提供限制或调整X射线源以使其发射识别的波长的X射线束或发射在识别的波长具有大部分X射线的束。进一歩，所述X射线源可被增强使得其发射在识别的X射线波长具有X射线的选定轮廓的增强束，例如在一个波长X射线的选定的百分比和在另一波长或多个波长X射线的选定的百分比。在X射线波长被识别以及X射线源准备好产生需要的束后，要检查的铸件被放置在相对于X射线源的初始位置。铸件的相对位置既包括其在X，y和Z方向的相对定位，也包括其绕X，y和ζ轴的相对定向。典型地，所述铸件放置在支架或座上，支架或座可由计算机自动移动到初始位置。依赖于合适的多座设计的建立，可同时检查多于ー个铸件。为了检查，X射线源使识别X射线波长的X射线流或发散束朝向所述铸件照射选定的暴露时间，以由其中的任何晶体缺陷引起的衍射产生衍射X射线图案。对那些穿过铸件的射线(即透射X射线)，衍射X射线图案产生在铸件后面(相对于X射线源)。对从铸件衍射返回的射线(即背反射X射线)，衍射X射线的图案产生在铸件的前面(同样，相对于X射线源)。对于透射和/或背反射X射线，衍射X射线的图案由数字图像捕获装置捕获。如所知的，对于透射X射线，能够以足够分辨率探测或感测相关X射线的捕获装置位于铸件后面，对于背反射X射线，捕获装置位于X射线源与铸件之间。在衍射X射线的图案被捕获后，捕获装置传送图案到计算机。然后计算机使得所述铸件放置到第二位置，并且所述X射线源使束朝向铸件照射以产生衍射X射线的第二图案。改变位置可包括‘定中心’或相对于X射线束部件的横向移动，或者包括在ー个或多个平面内倾斜该部件。对系列位置重复该过程以得到预定数目的图案或直到计算机确定已经捕获到用于分析的足够数目的图案。在图案的系列捕获过程中或之后，计算机比较这些图案以定位铸件上或铸件内的任意晶体缺陷。进ー步，计算机可识别铸件上或铸件内具有可能的缺陷的体积，并且其后可控制铸件的放置从而聚焦到该体积以进行进ー步的检查。 为了修正，返エ或研究的目的，该方法包括用目标物(例如少许涂料或描绘的圆，椭圆等)标记探測到的晶体缺陷。举例来说，铸件表面上非常浅的缺陷可被物理移除来允许铸件的使用。因此，用目标物标记缺陷允许移除操作员在移除步骤之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检查结构(30)的方法，包括：配置X射线源(12)以发射预定X射线波长的X射线(16)；将所述结构设置于相对于X射线源的多个位置(31)；对于每个位置，使预定X射线波长的X射线的非平行列阵朝向所述结构照射，用于由晶体缺陷(32)衍射来产生衍射X射线(36)的图案(38)；捕获衍射X射线的每个图案；并且互相比较每个捕获到的衍射X射线的图案以定位所述晶体缺陷。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·辛赫，A·苏罗米，V·K·托尔皮戈，A·金尼，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：