核素与载体溶剂混合，制备得到正电子液。
[0026]该步骤首先需要选取一定活度的放射性核素、合适的载体溶剂，正电子液为按适当比例混合的水溶性或者油类正电子液，其中，放射性核素由医用回旋加速器系统制备得至IJ。选择放射性核素种类的主要依据是缺陷定位测试所需要的时间，根据测试时间长短选择半衰期符合要求的放射性核素。根据实际经验，放射性核素半衰期需要为注入正电子液、抽真空、探测成像的总测试时间的5倍以上。
[0027]在确定好放射性核素之后，需要选择合适的载体溶剂，然后将放射性核素标记在该载体溶剂中，生成正电子液；载体溶剂选择的标准是:(1)放射性核素能够溶于载体溶剂；(2)放射性核素不与载体溶剂产生化学反应而改变载体溶剂的成分；(3)生成的正电子液不会和待测零件产生化学反应而腐蚀损伤待测零件。
[0028]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，并注入正电子液，保证零件整个浸没在正电子液中。
[0029]具体为:首先，将待测零件置于刚性密闭容器内的可升降支撑架上，如图2所示，该可升降支撑架上具有支柱1和支柱2，两个支柱上设有驱动装置，可分别单独控制来调整其高度，此时支撑架为升起状态。然后，将刚性密闭容器的盖子盖合密闭后，启动液压栗，调节线性调压阀压力，连接正电子液主入口的单通电磁阀处于导通状态，而正电子液排出口的单通电磁阀处于关闭状态。此时，液态的正电子液会在线形调压阀产生的压力下完全被灌注到密闭容器内，灌注正电子液的过程中通过分别控制两个支柱的升降来调整零件的位置状态，使得正电子液能够完全灌入零件的腔体，较好的排出部分气泡。当零件完全浸没在正电子液中时，关闭，连接正电子液主入口的单通电磁阀。
[0030]步骤三，正电子液注入密闭容器并完全浸没零件时，由于正电子液具有粘稠性，从而会使正电子液黏着于零件表面及腔体内壁，会造成气泡的出现，阻止正电子液注继续入到诸如狭缝这类缺陷中。利用真空栗从刚性密闭容器上的抽真空口对刚性密闭容器进行抽真空处理，在进行抽真空处理时，正电子液会先沸腾，从而排除气泡的干扰，然后气态的正电子液会开始逐渐冻结，该过程可使得狭缝类缺陷也有正电子液注入，即实现自寻式功能，并在正电子液冻结初期收降下支撑架，最终整个待测零件会在没有支撑的情况下无死角地完全冻结于正电子液中正电子液中放射性核素的衰变特性不会因其由液态成为固态而改变，依然会产生正电子，以此避免了因为支撑架而造成3D成像及缺陷定位的实验干扰，为后面步骤中实现零件内壁及表面缺陷的自寻式检测及定位作好准备。
[0031]步骤四，保持管路中两个单通电磁阀处于关闭状态，通过真空栗持续抽正空处理，使得刚性密闭容器内部保持真空状态。放射性核素在衰变过程中发射正电子，正电子与待测零件表面接触并与电子发生煙没事件，煙没会产生一对能量相同但方向互成180°的γ光子；将刚性密闭容器置于γ光子探测及成像设备中，探测并记录这γ光子，通过建立重建图像像素与γ光子数关系的数学模型，借助计算机求解上述数学模型，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3D图像确定缺陷的位置。
[0032]图3为采用solidworks画图软件设计的3D打印图纸，其中1为直径15mm、长60mm的圆柱管，并与直径为15mm、长为45mm的圆柱管2连接，3是螺旋直径为30mm、螺距为20mm的螺旋管，最后与倾斜角为45°、直角边为10mm的斜管相连接。图4为对该尺寸3D打印的复合材料块内腔进行正电子液灌注测试所得成像结果。该复合材料块是通过热熔融堆积式3D打印的方式制作完成，在材料块内有一个环形管腔，该管腔无法通过外部手段进行无损检测。热熔融堆积式3D打印的零件，在堆积层与层之间由于热胀冷缩会产生微小的裂纹及缝隙，正电子液不断渗透，核素探针在衰变过程中发射正电子不断与缝隙表面发生煙没事件，通过γ光子探测及成像设备，可以对这些缝隙进行精确定位，并可以观察到该复合材料零件中细小的渗漏点和渗漏带。
[0033]本发明通过自寻式正电子液注入方法进行零件复杂内腔及表面空间几何结构的3D成像，并可实现零件内壁及表面缺陷的检测及定位，填补了工业零件无损检测技术的空白。
[0034]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种自寻式正电子液对零件内腔及表面缺陷定位的装置，其特征在于: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。2.基于权利要求1所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，其特征在于，包括以下步骤: 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； 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； 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； 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。3.根据权利要求2所述的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，其特征在于: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。
【专利摘要】本发明提出了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，基于正电子湮没原理及液体在抽真空过程中会先沸腾然后冻结的特性，同时正电子液中的放射性核素在衰变时并不受温度、存在状态等因素的影响，依然会产生正电子并对零件复杂内腔及表面空间几何结构的3D成像，实现零件内壁及表面缺陷的检测及定位。
【IPC分类】G01N23/225
【公开号】CN105241909
【申请号】CN201510645518
【发明人】肖辉, 赵敏
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月8日