[發明專利]用于檢查晶體缺陷結構的方法和系統

無效

• 申請號: 201210269014.4
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102854205A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: S·辛赫;A·蘇羅米;V·K·托爾皮戈;A·金尼
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: G01N23/20
• 分類號: G01N23/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曲寶壯;劉春元

技術領域

本發明通常涉及用于檢查擁有晶體結構的材料的方法和系統，尤其涉及用于在具有晶體結構的材料中定位晶體缺陷的方法和系統。

背景技術

通常地，高溫合金廣泛地用于在升高溫度下耐高應力的應用上，例如用于燃氣渦輪發動機的組件(例如刀片和葉片)中。制造方法的改進已導致單晶形式的組件鑄件，導致改進的高溫壽命和強度，其超過了傳統制備的具有由晶粒邊界分離的多個晶粒的金屬材料。

由于單晶高溫合金組件改進的性能，經受住苛刻操作條件的能力是可預期的。然而，一個或多個相對于單晶完整性的顯著偏離嚴重制約了在苛刻操作條件之下工作的單晶高溫合金組件的能力，且可縮短組件的使用壽命。因為沿著缺陷周圍的晶體邊界斷裂和分離的可能性增加了，用于渦輪刀片和葉片的鑄件需要對偽晶粒和其他晶體缺陷進行精密的檢查。當前的行業慣例是使用刻蝕步驟來在單晶鑄件的表面暴露偽晶粒和晶體缺陷。刻蝕后，可視化檢查鑄件從而相對于適合于鑄件想要用途的合適的驗收準則來評價刻蝕表面。

雖然刻蝕步驟從歷史上為暴露等軸和多晶定向凝固的高溫合金鑄件的外部晶粒結構提供良好的晶粒對比，這些刻蝕工藝趨向于依賴檢查員，是耗時的，并且由于過多的原料損失導致尺寸不合格，尤其在內部冷卻組件的相對薄的壁的情況下。如果由于晶粒的‘可讀性’的不足使得整個刻蝕工藝不得不重復進行，原料損失就非常明顯。進一步，刻蝕工藝要遭受積垢的存在，反射率缺乏，或各種混亂或掩蔽效應(如陽極氧化彩虹色(aka發藍))等問題，這會導致暴露、識別或定位缺陷失敗，或者難以暴露、識別或定位缺陷。

相應地，這就需要提供沒有刻蝕的用于檢查單晶高溫合金鑄件的方法和系統。也需要提供使用X射線衍射(XRD)來定位表面和表面下的缺陷的檢查單晶高溫合金鑄件的方法和系統。進一步的，結合附圖以及本發明的背景技術，從本發明的后續詳細描述和所附權利要求，本發明的其它期望特征和特性將顯而易見。

發明內容

這里提供用于檢查鑄件的方法和系統。這些方法和系統可用于檢查或表征任何具有晶體結構的材料的外部和內部的晶粒結構，在所述晶體結構中，滿足布拉格角的幾何結構可使得合適波長的X射線被衍射。這些材料包括傳統的(即等軸)鑄件，多晶定向凝固(即DS)鑄件，單晶高溫合金鑄件，鍛造材料(例如：鍛件中的雙重晶粒或大晶粒，不恰當的冷作和/或熱處理導致的過量晶粒生長)和結晶態的非金屬材料。

這些方法和系統推翻了傳統射線照相檢查技術中的重要的信噪比關系。即，相關X射線的吸收(與間斷點的密度/厚度相比的優質金屬的密度/厚度)的預期效果與被稱作‘晶粒衍射’(即，斑紋(mottling))的非預期效果相比較的比率。X射線圖像的斑紋作為斑點(blotch)出現，所述斑點對應于某些晶粒使得局部X射線束的本應直線路徑轉向(通過衍射)的位置。

使得X射線束的顯著部分轉向的晶粒由于具有更高的密度(好像轉向的束被吸收了一樣)趨向出現在膜(或圖像傳感器)上。如果轉向的X射線碰巧疊加到優質金屬的區域，那個區域或斑點(接收額外的X射線)看起來具有更低的密度，其在外表上類似于孔隙(porosity)。這種現象會導致收縮孔隙的假陽性并且需要在傳統射線照相上盡力最小化XRD。

換句話說，這里的方法和系統最優化否則非預期的X射線衍射效果，但是可保持鑄件的傳統X射線圖像的某些方面來充當幫助在特定鑄件上定位晶體缺陷的參考。在一些實例中，方法和系統可充分地探測大尺寸傳統間斷點(即孔隙，內含物，分離物等)中的一些來充當用于這樣的條件的早期篩選檢查。

因為斑紋能夠在X射線圖像的合理解釋中偽裝成孔隙或其他干擾，鑄造廠使用的工業X射線機具有專用的波長濾波器或在電壓下操作或與專用的X射線放射管一起使用來減少斑紋。

和其他使用X射線衍射并需要高度校準精密聚焦X射線束或高度平行X射線束的方法不同，這里的方法和系統不是這樣。實際上，本發明的方法和系統利用從X射線源散開成多個非平行陣列的X射線，能夠成倍增加滿足布拉格角條件的機會，因此實現對非常大的鑄件或可能的多個鑄件進行有效檢查。

雖然與傳統X射線的類似表明僅僅捕獲XRD信息的透射模式被使用，可預想到的是背反射模式也可提供重要的補充數據。