自寻式正电子液对零件内腔及表面缺陷定位的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种自寻式正电子液对零件内腔及表面3D精确成像的缺陷定位装置及方法。
【背景技术】
[0002]早在1928年英国物理学家Dirac P A Μ在研究电子的量子理论时预言电子有反电子，1932年美国物理学家Anderson C D在研究宇宙射线的云室照片中发现了正电子的存在，标志着人类开始研究正电子。目前有两种正电子产生方法，一种是通过回旋加速器或反应堆，利用核反应生成缺中子放射源，如22Na，64Cu，58Co，lsF。另一种是采用PIPA(诱发正电子)方法，利用能量为数十兆电子伏的直线加速器产生高能γ射线，经过准直处理后直接打入材料内部，并与材料内部的原子核产生轫致辐射，再通过电子对效应产生正电子。
[0003]如今，人们将正电子煙没技术推广到了化学、生物学以及医学等领域，但到目前为止，对正电子的研究及技术成果仅限于生物医疗与材料微观结构领域，并未涉及到无损检测技术领域，更未涉及对零件复杂内腔和表面空间几何结构的3D成像及缺陷定位的研究。目前，在工业零件无损检测领域中尚未发现基于正电子煙没理论的实际检测方法或相关研究文献。
【发明内容】
[0004]发明目的:针对上述现有技术，提出一种自寻式正电子液对零件内腔及表面缺陷定位的装置及方法，实现对零件复杂内腔及表面空间几何结构的3D成像来实现零件内壁及表面缺陷的检测及定位。
[0005]技术方案:一种自寻式正电子液对零件内腔及表面缺陷定位的装置，包括刚性密闭容器、真空栗、正电子灌注系统以及γ光子探测及成像设备；所述刚性密闭容器内部设有可升降支撑架，待测零件置于所述可升降支撑架上；所述正电子灌注系统包括放射性核素活度计、管路以及正电子液储液器，所述正电子液储液器通过管路连接刚性密闭容器上的正电子液注入口，所述真空栗连接刚性密闭容器上的抽真空口，放射性核素活度计设置在所述管路上；所述γ光子探测及成像设备用于对刚性密闭容器的零件进行γ光子探测及成像处理。
[0006]基于自寻式正电子液对零件内腔及表面缺陷定位装置的缺陷定位方法，包括以下步骤:
[0007]步骤一，将具有活度的放射性核素与载体溶剂混合，制备得到正电子液；
[0008]步骤二，将待测零件置于刚性密闭容器内的可升降支撑架上，并注入所述正电子液，保证零件整个浸没在正电子液中；
[0009]步骤三，对所述刚性密闭容器进行抽真空处理，并在正电子液冻结初期收缩支撑架，使零件与可升降支撑架分离，使零件在没有支撑的情况下完全冻结于正电子液中；
[0010]步骤四，将刚性密闭容器置于γ光子探测及成像设备中，对零件进行静态2D成像，然后重构零件内腔及表面空间几何形状的3D图像，最后通过所述3D图像确定缺陷的位置。
[0011]作为本发明的优选方案，选择所述放射性核素的半衰期为缺陷定位测试时间的5倍以上。
[0012]有益效果:目前，对于工业零件内腔及表面空间几何结构的3D成像及缺陷定位进行无损检测的唯一方法是采用工业CT，该方法在实际检测中存在很大局限性。采用自寻式正电子液注入法进行无损检测则具有如下几方面突出的技术优点:
[0013]1、测试方法:工业CT检测过程是平面异步成像，成像效率低，测试时间长；而自寻式正电子液注入法检测过程是空间同步成像，成像效率高，测试时间短，成像质量好；通过自寻式正电子液注入方式，正电子液因其在真空中呈气态的特性可以渗入到零件内腔结构并对零件内部管道腔体进行无死角填充，且当气态的正电子液完全填充整个密闭容器时，可使零件表面完全浸入在气态的正电子液中。
[0014]2、对于零件复杂结构内腔及表面检测的针对性:含有复杂结构内腔及表面的零件往往用于液压、发动机、变速箱等动力系统，通过自寻式正电子液注入方式进行无损检测时，只要选择合适的放射性核素和载体溶剂，正电子液可以直接对零件的内腔及表面进行实时3D成像，并可实现缺陷的定位；并且正电子液中放射性核素产生的正电子探测精度高，对零件内壁及表面缺陷的探测尺寸可以达到纳米级，同时该无损检测方法还具有检测时间短、成本低等优点。对比其他无损检测方法，光学显微镜及透射电镜无法对零件内腔进行检测；X射线散射的探测深度可以达到1微米，但是对缺陷尺寸的分辨达不到纳米级。
[0015]3、放射性核素在衰变时产生的正电子与零件内壁及表面的电子产生煙没事件，发射出互成180°的中性γ光子对，该对光子穿透能力极强，穿透200mm厚的招材质能量才衰减到1%。以这对γ光子作为缺陷信息载体，可以不受测试环境的温度、压强、电场、磁场等外界因素干扰，在极其苛刻的周边条件下对零件进行检测。
[0016]4、正电子液的放射性核素和其载体溶剂均可根据零件测试需求针对性的定制。根据实际需要合成相应的放射性核素，并将其溶于水溶性溶剂，包括盐溶液、酸溶液、碱溶液等；也可溶于油类溶剂，包括润滑油、机油、液压油、燃料等。
【附图说明】
[0017]图1为自寻式正电子液对零件内腔及表面缺陷定位的装置示意图；
[0018]图2为刚性密闭容器结构示意图；
[0019]图3为采用solidworks画图软件设计的3D打印图纸；
[0020]图4为对复合材料块内腔进行正电子液灌注测试所得成像结果。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明做进一步的解释。
[0022]—种自寻式正电子液对零件内腔及表面缺陷定位的装置及其方法，装置包括刚性密闭容器、真空栗、正电子灌注系统以及γ光子探测及成像设备。正电子灌注系统包括放射性核素活度计、管路、正电子液储液器、密闭废弃物罐。刚性密闭容器内部设有用于摆放待测零件的可升降支撑架，刚性密闭容器的顶部设有正电子液注入口以及抽真空口，刚性密闭容器的底部设有正电子液排出口。
[0023]如图1所示，正电子液储液器上设有液位计，正电子液储液器的出液口通过管路连接刚性密闭容器上的正电子液主入口，该管路包括依次连接的过滤器、液压栗、线性调压阀、压力表、单通电磁阀，放射性核素活度计设置在该管路上的任意位置。刚性密闭容器的底部的正电子液排出口通过另一个单通电磁阀连接到密闭废弃物罐。正电子灌注系统中的所有器件即管路均放置在壁厚3厘米的铅室中。刚性密闭容器上的抽真空口连接真空栗。
[0024]基于上述自寻式正电子液对零件内腔及表面缺陷定位装置的缺陷定位方法，包括以下步骤:
[0025]步骤一，将具有活度的放射性