Дефекты плоскостные: Дефекты плоскостные — Справочник химика 21

Содержание

Дефекты плоскостные — Справочник химика 21

    Оптические методы имеют очень широкое применение благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. Возможность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта. Самым простым методом является органолептический визуальный контроль, с помощью которого находят видимые дефекты, отклонения от заданных формы, цвета и т. д. Применение инструментов (визуально-оптический контроль) типа луп, микроскопов, эндоскопов для осмотра внутренних полостей, проекционных устройств для контроля формы изделий, спроектированных в увеличенном виде на экран, значительно расширяет возможности оптического метода. Использование интерференции позволяет с точностью до 0,1 длины волны контролировать сферичность, плоскостность, шероховатость, толщину изделий. Дифракцию применяют для контроля диаметров тонких волокон, толщины лент, форм острых кромок. [c.15]
    Если при развороте на 45° амплитуда уменьшилась на 8 дБ или более, то с большой степенью вероятности можно утверждать, что в плоскости, перпендикулярной к поверхности ввода, дефект плоскостной.
В случае объемного б плане дефекта амплитуда эхосигнала мало изменяется. [c.365]

    На рис. 3.26 изображен один из дефектов. По В-развертке (слева, сечение поперек шва) определяются высота дефекта, его местоположение относительно разделки шва, а также тип дефекта. На экране имеется маска, показывающая разделку шва в соответствии с конструкторской документацией. Корень шва имеет сложную конфигурацию, поэтому контроль выполнялся только прямым лучом. Судя по этому изображению, дефект плоскостной, с шероховатой поверхностью, тянется по высоте от 8 до 13 мм. Несколько ниже расположен еще один небольшой дефект. [c.375]

    Дефекты могут быть точечными, линейными и плоскостными. Точечные дефекты представляют нарушения структуры атомарных размеров по всем трем измерениям (размер дефекта в любом измерении не превышает нескольких межатомных расстояний). Линейные дефекты, называемые дислокациями, и 

[c.189]

    Кроме точечных дефектов несовершенство кристалла в значительной степени определяется смещениями и перестановками элементов решетки (линейными дефектами), поворотом слоев в кристалле (плоскостные дефекты), образованием пор, пустот и включений (объемные, трехмерные дефекты). Наиболее заметные отклонения от идеальной структуры наблюдаются на поверх- [c.431]

    Реальные дефекты отличаются от рассмотренных выше моделей неправильностью формы, шероховатостью поверхности, они могут быть заполнены окислами и другими веществами, в результате чего отражение будет неполным. Дефекты разделяют на объемные и плоскостные. Объемные (поры, шлаки, см. кн. 1) дают равновероятное рассеяние падающей волны по всем направлениям. Плоскостные (трещины, расслоения, непровары) дают рассеяние определенной направленности. Ориентация плоскости этих дефектов определяется технологическим процессом. Существуют промежуточные типы дефектов, например паукообразные трещины, некоторые непровары. 

[c.122]

    От плоскостных дефектов эхосигнал большой амплитуды наблюдают только при благоприятных (зеркальных) условиях отражения. Кроме того, наблюдают дифракционные краевые волны при любом угле падения, но их амплитуда значительно меньше, чем амплитуда геометрического отражения. Наблюдают также боковые поперечные волны, возникающие, когда вдоль поверхности дефекта распространяется головная волна. Кроме того, может возникнуть рассеяние на неровной поверхности дефекта. [c.123]

    Оценка формы дефекта имеет очень важное значение для решения вопроса о его допустимости. С точки зрения эксплуатационной надежности ОК особенно опасны плоскостные дефекты с малым раскрытием (трещины, тонкие непровары). Объемные дефекты (шлаки, поры) часто считаются допустимыми, если их размеры не превосходят определенной величины. Дефекты, вытянутые в некотором направлении (цепочки пор, волосовидные поры, непровары с большим раскрытием заполненные шлаком), занимают промежуточное положение с точки зрения влияния на эксплуатационные свойства. 

[c.196]

    Существует несколько способов обработки информации, позволяющих различить плоскостные и объемные дефекты. Рассмотрим некоторые из них. [c.197]

    Измеряют огибающую последовательности амплитуд эхо-сигналов при повороте наклонного преобразователя.

Максимальный сигнал наблюдают при направлении луча нормально к поверхности дефекта. Уменьшение сигнала в 2…4 раза при повороте преобразователя на угол 10… 15° свидетельствует о плоскостном характере дефекта. Если амплитуда уменьшается слабее, дефект имеет объемный характер. [c.197]

    Хром. Данные о его влиянии на КР аустенитных коррозионно-стойких сталей противоречивы. По-видимому, это связано с тем, что увеличение содержания хрома приводит, с одной стороны, к улучшению пассивирующих свойств, а следовательно, к повышению стойкости к КР, с другой — к повышению электрохимической активности сталей, а также к снижению энергии дефектов упаковки к плоскостному расположению дислокаций, способствующим более быстрому возникновению и развитию трещин КР. [c.72]

    ЛИНЕЙНЫЕ И ПЛОСКОСТНЫЕ ДЕФЕКТЫ [c.591]

    К плоскостным дефектам относятся поверхности, ограничивающие микрозерна поликристаллических металлов. Соседние зерна имеют независимую кристаллографическую ориентацию, и границы между зернами— это области деформаций, в которых концентрируются примеси. Такие границы можно выявить путем травления полированной металлической поверхности. [c.592]

    Метод каналирования тяжелых заряженных частиц (протонов, а-частиц, ионов) основан на классическом прохождении их через кристалл по его пустым плоскостям, т. е. плоскостям, расположенным между заселенными атомами плоскостями, или таким же осям (соответственно плоскостное и аксиальное каналирование). Атомы, находящиеся по обе стороны пустой плоскости или осевого канала, своим электростатическим полем способствуют ходу тяжелых частиц именно по этим направлениям. Для каналирован-ных частиц меньше вероятность электронных и ядерных взаимодействий с атомами кристалла, чем неканализированных частиц. Явление каналирования пригодно для изучения дефектов кристаллов, которые препятствуют каналированию. 

[c.210]

    Область I соответствует типу дифракции на объемном дефекте. Амплитуда волны обегания-соскальзывания значительно меньше зеркального отражения. Область III соответствует дифракции на плоскостном дефекте сигналы от обеих блестящих точек близки по амплитуде. Область II — промежуточная. [c.53]

    Дефекты разделяют на объемные и плоскостные. Такое разделение целесообразно по влиянию дефекта на работоспособность конструкции (плоскостные дефекты гораздо опаснее), так и по возможностям распознавания дефекта средствами УЗ-дефектоскопии. 

[c.191]

    При незеркальном отражении от плоскостных дефектов эхосигналы возникают в результате действия двух механизмов. Во-первых, имеются дифракционные волны от краевых точек дефекта. Их амплитуда значительно меньше амплитуды зеркального отражения и определяется направлениями излучения и приема относительно плоскости дефекта, а также типом излучаемых и принимаемых волн [134]. Амплитуда сигнала дифракционного рассеяния на краю тонкого вертикального дефекта при контроле наклонным совмещенным преобразователем эквивалентна отражению от бокового цилиндрического отверстия диаметром [c. 192]

    Второй механизм — рассеяние на неровной поверхности плоскостного дефекта. Оно тем больше, чем больше параметр Рэлея  

[c.192]

    Непосредственно измерить остроту кромок дефекта (которая составляет доли миллиметра) с помощью УЗ-волн не представляется возможным, поскольку длина волн порядка миллиметра. В [350] рассмотрены характерные параметры реально встречающихся плоскостных и объемных дефектов и установлена их корреляция с отражательной способностью. Это дает основание для реализации достаточно простых и эффективных способов распознавания формы дефекта. [c.364]

    Способы разработаны в расчете на контроль сварных соединений, однако они годятся также для других объектов. Для плоскостных дефектов предполагается, что они ориентированы вертикально, т.е. перпендикулярно или почти перпендикулярно (в пределах 15°) к поверхности ввода. Изменения амплитуд в табл. 3.2 даны  [c.364]

    В случае плоскостного дефекта (слева) оба сигнала возникают в результате дифракции волн на краях дефекта и их амплитуды приблизительно равны.

Правда, амплитуда эхосигналов продольной волны, принятой непосредственно после дифракции на дефекте, больше, чем волны, отраженной после дифракции от дна изделия, поскольку последняя проходит больший путь. [c.365]

    Отметим также спектральный метод определения формы дефекта, не приведенный в табл. 3.2. Он требует применения специального дефектоскопа-спектроскопа, в котором можно варьировать частоту УЗ в 2. .. 3 раза и наблюдать происходящие при этом изменения амплитуды эхосигнала. Для объемного дефекта характерно плавное изменение амплитуды в зависимости от частоты. Для плоскостного дефекта, наклоненного к оси преобразователя, характерны быстрое изменение амплитуды с частотой, возникновение максимумов и минимумов. Это объясняется интерференцией дифракционных волн, возникающих на краевых (блестящих) точках дефекта. 

[c.367]

    КИ марки крезелсо 330Е+1СЬ47ЫЬ). Тест-образец содержал два сварных шва ремонтный и монтажный. В рамках данной работы рассматривали только результаты контроля монтажного шва № 1, в который закладывали дефекты плоскостного и объемного характера (непровары корня шва, несплавления с кромкой, шлаки и поры). Монтажный шов № 1 (рис. 62) выполняли по штатной технологии ручной электродуговой сваркой электродами УОНИ 13/55 с подваркой переходного слоя электродами ЗИО-8 и ЭА 898 (плакирующий слой). [c.128]

    Другим методом контроля, разработанным специально для подводных работ, является электромагнитный метод измерения поля переменного тока АСРМ. Данный метод позволяет выявлять поверхностные и подповерхностные дефекты плоскостного типа в слое толщиной до 5 мм. Физическая сущность метода заключается в измерении параметров электромагнитного поля, наведенного в поверхности 

[c.296]

    Для контроля формы станин, которые обычно являются базовыми деталями для сборки узлов, а также для контроля направ ляющих поверхностей станков проводят проверку плоскостности Проверка плоскостности детали с помощью струны заклю чается в натяжении струны над деталью таким образом, чтобы рас стояния от струны до крайних точек детали были одинаковыми Если при измерении в любой промежуточной точке расстояние от струны до детали окажется таким же, как и на краях, то деталь имеет удовлетворительную плоскостность. Измерение может проводиться в двух перпендикулярных направлениях. Для измерения используется штихмасс — измерительный прибор с микрометрической шкалой. Проверка плоскостности и прямолинейности дает возможность определить прогиб деталей машины от собственного веса или из-за дефектов при обработке поверхностей. 

[c.134]

    С учетом всех перечисленных выше конструктивноэксплуатационных факторов для альтернативной оценки опасности влияния сварочных дефектов их целесообразно разделить на две группы объемные и плоскостные. Объемные дефекты не оказывают существенного алияния на работоспособность соединений. Эги дефекты (поры, шлаки, флокены) можно нормировать по размерам или площади ослабления ими сечения изделия. Плоскостные трешиноподобные дефекты (трешины, оксидные пленки, несплавления, раскаты) по нормативно-технической документации, как правило, считаются недопустимыми. [c.80]

    Другие типы преобразователей укажем, чтобы дать их определения и области применения. Широкозахватные ПЭП имеют сильно вытянутую прямоугольную пьезопластину они позволяют контролировать широкую полосу изделия за один проход. Широкополосные ПЭП работают в полосе частот больше одной октавы (т. е. /та1//т1п 2). Фокусирующив ПЭП дают концентрацию ультразвуковой энергии в небольшой зоне —фокусе. Веерные ПЭП излучают расходящийся в широком диапазоне углов пучок лучей для выявления разноориентированных плоскостных дефектов. Ще- [c.103]

    Используют эхозеркальный метод (см. рис. В.З, б) и измеряют отношение максимальных амплитуд сигналов при прямом А и зеркальном В отражениях. В случае объемного дефекта (поры, шлаки) отношение А/В больше единицы. Плоскостные дефекты (трещины, непровары) с уг-, лом отклонения от вертикали не больше 20° имеют А/В меньше единицы. [c.197]

    Они могут быть осциллирующими (немонотонными), если являются результатом интерференции двух эхосигналов, близких по амплитуде. Такую интерференцию наблюдают при наклонном падении на плоскостной дефект (положения ПЭП 2, 3 на рис. 3.6). При нормальном падении на дефект (положение 1) интерферирующие сигналы синфазны и спектр монотонный. Эти же выводы о зависимости амплитуды от частоты следуют из формулы (2.25) для эхосигналов при нормальном и наклонном падении на дискообразный дефект. В (2.25) осцилляции определяет функция Ф. Сигналы от объемных (округлых) дефектов практически монотонны (положения 4, 5, 6), потому что сигнал волны обегания и соскальзывания имеет значительно меньшую амплитуду, чем непосредственно отраженный сигнал, с которым от интерферирует (см. рис. 1.22). [c.199]

    Другой тип плоскостных дефектов уже упоминался ранее в связи с плотнейшей упаковкой шаров — это нерегулярные последовательности атомных плоскостей (разд. 19.13). В гранецентрированной кубической решетке нормальная последовательность плоскостей будет АВСАВС…. Если случайно слой В образуется над слоем С, то последовательность плоскостей будет обратной АВСВАСВА…. Обе части кристалла по обе стороны плоскостного дефекта являются зеркальными изображениями друг друга и называются двойниками.[c.592]

    В случае плоских поверхностей объекта и эталона интерферо-грамма будет иметь вид параллельных светлых (потоки налагаются в фазе) и темных полос (фазы противоположны). Наличие кривизны и дефектов поверхности (трещин, впадин, царапин, рисок или наплывов, выступов, задиров и т. п.) контролируемого объекта приводит к появлению регулярно изменяющегося или местного изменения набега фазы отраженного светового потока, что ведет к искривлению линий интерференционной картины (рис. 6.14). Это позволяет обнаружить отклонение от плоскостности, дефекты и неровности поверхности и оценивать их величину. Так, при освещении монохроматическим светом глубина (высота) неровности может быть оценена по выражению [c.263]

    При контроле более толстых сварных швов метод окшзался весьма чувствительным к обнаружению вертикальных плоскостных и некритичным к ориентации дефектов. В.Г. Щербинский [350] исследовал выявляемость реальных несплавле-ний высотой 2 и 11 мм. При использовании обычного эхометода изменение угла падения от О до 15° вызывало уменьшение амплитуд соответственно на 12 и 20 дБ. При использовании дельта-метода изменение амплитуды составило 6 и 10 дБ при отражении вверх дифрагированной продольной волны. При использовании пере-отраженной от дна продольной волны изменение амплитуды составило 3 и 9 дБ. [c.251]

    При дифракции на плоских (плоскостных) дефектах (см. рис. 1.28, б) дифракционные волны имеют вид расходящихся лучей от каждой точки края или ребра Д и Д дефекта. Это и продольные, и поперечные волны. Точки Д и Д называют блестящгши точками. Например, такие волны наблюдают от края трещины. Амплитуды эхосигналов от обоих ребер приблизительно равны. [c.52]

    По измерениям А.Х. Вопилкина [232] при уменьшении величины д тип дифракции, отвечающий объемному дефекту, переходит в тип дифракции, соответствующий плоскостному дефекту. На рис. 1.31 показана зависимость отношения амплитуд первых двух эхосигналов АА на излучателе-приемнике от величины Сплошная линия — среднее значение экспериментальных данных, штриховые -среднее квадратическое отклонение значений.[c.53]

    Веерные ПЭП излучают расходящийся в широком диапазоне углов пучок лучей для выявления различно ориентированных плоскостных дефектов. Они имеют либо искривленную пьезопластину, излучающую выпуклой стороной, либо несколько узких плоских пьезопластин, расположенных по цилиндрически искривленной поверхности. [c.161]

    Объемные дефекты (поры, шлаки) дают равновероятное рассеяние падающей волны по всем направлениям. От плоскостных дефеков (расслоения, трещины, непровары в сварных швах) рассеяние имеет определенную направленность. Ориентация плоскости этих дефектов зависит от технологического процесса и условий эксплуатации. Бывают промежуточные типы дефектов, например паукообразные трещины, некоторые виды непроваров. [c.191]

    С учетом сказанного при УЗ-контроле изделий, в частности сварных соединений, очень важно различить объемные, близкие к округлым дефекты (например, щлаковые и газовые включения, шлаковые трубки, поры и зоны пористости) от плоских или плоскостных дефектов с острыми кромками (трещин, непро-варов, несплавлений). Округлые дефекты не очень ослабляют прочностные свойства изделия и часто допустимы, а плоскостные дефекты гораздо сильнее влияют на прочность, способны развиваться при эксплуатации и, как правило, недопустимы. [c.364]

    Конечно, разделение дефектов на плоскостные и объемные очень условно, многообразие типов дефектов весьма велико, но точную форму и тип дефекта не удается определить методами УЗ-дефектоскопии, поэтому приходится ограничиться разделением дефеетов на три класса плоскостные, объемные и промежуточные неопределенные), кото-рые не удается отнести ни к плоскостным, ни к объемным. [c.364]

    Признак K, (способ 3) основан на озвучивании дефекта поперечной волной, а приеме двух волн поперечной с амплитудой А, и трансформированной на дефекте продольной волны с амплитудой A . Способ разработан в НИИмостов (С.-Петербург) [105]. Для приема продольной волны наклонный преобразователь снабжают дополнительным пьезоэлементом. В качестве опорного используют эхосигнал от двугранного угла. При переходе от объемного к плоскостному дефекту l A )-( Af) [c.365]

    Л 1,3, и 3,4. Если разность (в дБ) А т, -А 1 2 (она приблшительно равна А — 3,4) О, то это плоскостной дефект, ориентированный поперек шва. Если данная разность близка к нулю, то это, по-видимому, объемный дефект. Здесь используются те же закономерности, что и в схеме 1. [c.367]


Плоскостной дефект — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Плоскостной дефект

Cтраница 1

Плоскостные дефекты, распространяющиеся со стороны поверхности ввода, регистрируются ДВМ как эхосигнал от кончика дефекта. Обычно они сопровождаются исчезновением или ослаблением сигнала головной волны. Фаза эхосигнала совпадает с фазой сигнала головной волны. Ухудшение качества акустического контакта, приводящее к исчезновению головной волны, может сделать изображение таким же, как от плоскостного дефекта, выходящего на донную поверхность.  [1]

Плоскостные дефекты, выходящие на донную поверхность, регистрируются ДВМ как эхосигнал от верхнего кончика дефекта.  [2]

Раскрытие плоскостного дефекта со стороны твердого металла достигает своего критического значения 5Т 5, раньше, чем со стороны мягкого металла. В окрестности вершины дефекта реализуются условия для старта трещины.  [3]

Раскрытие плоскостного дефекта со стороны твердого металла достигает своего критического значения 8Т § JF, раньше, чем со стороны мягкого металла. В окрестности вершины дефекта реализуются условия для старта трещины. Учитывая данное обстоятельство, можно предположить, что разрушение пойдет по границе сплавления и не будет определятся углом ссс.  [4]

От плоскостных дефектов эхосигнал большой амплитуды наблюдают только при благоприятных ( зеркальных) условиях отражения. Кроме того, наблюдают дифракционные краевые волны при любом угле падения, но их амплитуда значительно меньше, чем амплитуда геометрического отражения. Наблюдают также боковые поперечные волны, возникающие, когда вдоль поверхности дефекта распространяется головная волна. Кроме того, может возникнуть рассеяние на неровной поверхности дефекта.  [5]

От плоскостных дефектов большие эхо-сигналы наблюдают только при благоприятных ( зеркальных) условиях отражения. При незеркальном отражении имеются дифракционные волны от краевых точек дефекта. Их амплитуда значительно меньше амплитуды зеркального отражения и определяется направлениями излучения и приема относительно плоскости дефекта, а также типом излучаемых и принимаемых волн.  [7]

От плоскостных дефектов большие эхосигналы наблюдают только при благоприятных ( зеркальных) условиях отражения.  [9]

Высоту плоскостных дефектов определяют по разности глубин, измеренной по эхосигналам, соответствующим верхнему и нижнему кончикам дефекта. Дифрагированные эхосигналы от нижней точки дефекта имеют противоположную фазу, приблизительно такую же, как фаза головной волны.  [10]

От плоскостных дефектов большие эхо-сигналы наблюдают только при благоприятных ( зеркальных) условиях отражения. При незеркальном отражении имеются дифракционные волны от краевых точек дефекта. Их амплитуда значительно меньше амплитуды зеркального отражения и определяется направлениями излучения и приема относительно плоскости дефекта, а также типом излучаемых и принимаемых волн.  [12]

В случае плоскостного дефекта ( слева) оба сигнала возникают в результате дифракции волн на краях дефекта и их амплитуды приблизительно равны. Правда, амплитуда эхосигналов продольной волны, принятой непосредственно после дифракции на дефекте, больше, чем волны, отраженной после дифракции от дна изделия, поскольку последняя проходит больший путь.  [13]

Граница кристаллического зерна — плоскостной дефект, который определяется наличием граничной области двух кристаллов, соприкасающихся под некоторым углом.  [14]

В зависимости от ориентации плоскостных дефектов и схемы прозвучивания углы падения 3Ь и наблюдения вь могут изменяться в довольно широких пределах ( до 100 и более), поэтому точность расчетов по формулам (2.4) и (2.5) не всегда оказывается достаточной.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Дефекты конструкций : влияние на работоспособность конструкций

Темы: Контроль качества сварки, Сварные соединения.

Машиностроение предъявляет весьма высокие требования к качеству изготовляемых изделий и прежде всего к их прочности, понимаемой в широком смысле как сопротивление деформированию и разрушению. Эти требования обусловлены все возрастающей напряженностью условий работы деталей машин. При расчете деталей на прочность исходили из модели сплошного твердого тела, обладающего совершенной структурой, а для изготовления их рассчитывали использовать простые по составу материалы (например, углеродистые и низколегированные стали), отличающиеся высокой технологичностью. В современных же агрегатах значительная часть деталей подвергается длительным статическим нагрузкам при повышенных температурах или повторным нагрузкам (в том числе и знакопеременным) при нормальных и повышенных температурах или же работает в условиях воздействия на них агрессивных сред, резких тепловых ударов или радиоактивного излучения. Для изготовления таких деталей требуются высокопрочные, жаропрочные, кислотоупорные металлические и неметаллические материалы: стали, сплавы, пластические массы, обладающие повышенными специальными свойствами (пределом прочности, длительной прочностью, пределом ползучести, пределом выносливости, сопротивлением термической усталости, коррозионной стойкостью и т. д.).

Стали и сплавы, удовлетворяющие этим требованиям, как правило, отличаются сложным составом и характеризуются более низкими технологическими свойствами, что весьма затрудняет изготовление из них изделий, а в ряде случаев при водит к необходимости создания новых технологических процессов для придания им необходимых формы и свойств.

Требование сочетать указанные выше свойства с малой массой изделия обусловило применение составных конструкций, например из металлических и неметаллических материалов, соединенных склейкой и пайкой.

Методы расчета деталей, работающих в тяжелых условиях нагружения, на прочность значительно сложнее, особенно это относится к расчетам деталей авиационной и ракетной техники, поскольку в этих случаях конструктор, стремясь в максимальной степени облегчить изделие, исходит из минимального запаса прочности.

Например, для основных деталей авиационных двигателей (коленчатый вал, шатун, лопатки и диск турбины и компрессора) минимальный запас прочности 1,3 . .. 1,5, в то время как в общем машиностроении и строительной практике он доходит до 10… 15.

Как известно, теоретические значения прочности металла, рассчитываемые по величине энергии, затрачиваемой на образование двух новых поверхностей при преодолении межатомных связей в идеальной решетке монокристалла, во много раз выше значений «технической» прочности, получаемых при испытании реальных образцов того же металла.

Так, для чистого железа теоретическое значение прочности > 10000 МПа, а техническое -250 МПа. Это расхождение объясняется наличием различного рода дефектов-несовершенств строения кристаллического тела, влияние которых на свойства этого тела столь значительно, что современную физику твердого тела часто определяют как физику дефектов. К таким дефектам — несовершенствам тонкой структуры — относят прежде всего дислокации, т.е. особые зоны искажений атомной решетки, содержащиеся в реальных кристаллах в огромных количествах (порядка 108/ см2 ).

К дефектам более грубого порядка относят субмикроскопические трещины, по размерам не превышающие предела разрешения оптического микроскопа (:50,2 мкм). Такие

трещины, согласно гипотезе Гриффитса, могут образовываться по границам блоков кристалла в процессе его роста, а также появляться в результате приложения напряжений.

В реальном металле — поликристаллическом теле — встречаются еще более грубые дефекты, например, микроскопические трещины размерами >0,2 мкм. Такие трещины возникают на поверхности стальных деталей в процессе их механической обработки или эксплуатации.

Несмотря на незначительную (порядка нескольких микрометров) глубину, эти трещины резко снижают прочность детали (особенно при работе в условиях сложного напряженного состояния или воздействия поверхностноактивных сред), ускоряя ее разрушение. Удаление поврежденного поверхностного слоя механически (зачисткой тонкой шкуркой, пескоструйной обработкой) или электролитическим растворением существенно повышает прочность детали.

Наиболее грубыми являются микроскопические, видимые в ряде случаев невооруженным глазом дефекты, представляющие собой различного рода нарушения сплошности или однородности металла. Эти дефекты могут стать причиной особенно сильного снижения прочности детали и ее разрушения. С увеличением размеров детали вероятность наличия дефектов возрастает, поэтому реальное снижение прочности на крупногабаритных деталях проявляется более заметно (масштабный фактор).

Наиболее детально влияние дефектов на работоспособность конструкций изучено для изделий, выполненных сваркой. В большинстве случаев степень влияния того или иного дефекта на работоспособность конструкций устанавливают экспериментально: испытаниями образцов с дефектами.

При сдаче конструкции в эксплуатацию прежде всего оценивают допустимость наличия наружных дефектов. Значения их допустимости, как правило, указаны в технических условиях на изготовление конструкции и зависят от условий ее эксплуатации.

Установлено, что выпуклость шва не снижает статической прочности, однако очень влияет на вибрационную прочность. Чем больше выпуклость шва и, следовательно, меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем сильнее оно снижает предел выносливости. Таким образом, чрезмерная выпуклость шва может свести к нулю все преимущества, полученные от оптимизации технологического процесса по улучшению качества сварных соединений, работающих при вибрационных (см. Защита от вибрации), динамических и повторно-статических нагрузках.

Значительным (по влиянию на работоспособность) наружным дефектом является подрез. Он недопустим в конструкциях, работающих на выносливость. Небольшой протяженности подрезы, ослабляющие сечение шва не более чем на 5 %, в конструкциях, работающих под действием статических нагрузок, можно считать позволительными.

Рис. 1. Влияние относительной глубины Δh / s непровара корня шва на статическую прочность стыковых соединений (без выпуклости): 1 — Ст3; 2 — сталь 12X 18H9T; 3 — сталь 25ХГФА; 4 — сплав Дl6T; 5 — сталь 30ХГСНА.

Наплывы, резко изменяя очертания швов, образуют концентраторы напряжений и, тем самым, снижают выносливость конструкции.

Наплывы, имеющие большую протяженность, следует считать недопустимыми дефектами, так как они вызывают концентрацию напряжений и нередко сопровождаются непроварами. Небольшие местные наплывы, вызванные случайными отклонениями сварочных режимов от заданных, разрешаются.

Кратеры, как и прожоги, во всех случаях являются недопустимыми дефектами и подлежат исправлению.

Для окончательной оценки качества сварного соединения контролер должен знать значения допустимости наружных и внутренних дефектов, которые указаны в НТД. Результаты многочисленных исследований показывают, что для пластичных материалов при статической нагрузке (рис. 1, кривые 1, 2, 4) влияние величины непровара на уменьшение их прочности прямо пропорционально относительной глубине непровара. Для малопластичных и высокопрочных материалов при статической (см. рис. 1, кривые 3, 5), а также при динамической или вибрационной нагрузке (рис. 2) пропорциональность между потерей работоспособности и величиной дефекта нарушается.

Рис. 2. Влияние относительной величины Δh / s дефектов на усталостную прочность стыковых соединений из низкоуглеродистых сталей (без выпуклости): 1 — подрезов; 2 — пор; 3 — непроваров; 4 — шлаков.

Установлено, что поры и шлаковые включения при их относительной суммарной площади в сечении шва до 5… 10 % практически мало влияют на статическую прочность соединения (рис. 3). Если швы имеют значительную выпуклость, то поры и шлаковые включения суммарной площадью (размером) 10 … 15 % от сечения шва слабо сказываются на статической прочности. Для ряда конструкций (закладные детали, стыки арматуры) в зависимости от места расположения таких дефектов их допустимая величина может составлять 10…25 % от сечения шва.

Такие дефекты, как трещины, оксидные пленки, несплавления, недопустимы.

С учетом всех перечисленных конструктивно-эксплуатационных факторов для альтернативной оценки опасности влияния сварочных дефектов их целесообразно разделить на две группы: объемные и плоскостные. Объемные дефекты не оказывают существенного влияния на работоспособность соединений. Эти дефекты (поры, шлаки, флокены) можно нормировать по размерам или площади ослабления ими сечения изделия. Плоскостные трещиноподобные дефекты (трещины, оксидные пленки, несплавления, раскаты) по НТД, как правило, считаются недопустимыми.

При обнаружении недопустимых наружных или внутренних дефектов их обязательно удаляют. Удаление наружных дефектов следует про водить вышлифовкой с обеспечением плавных переходов в местах выборок. Места выборок можно не заваривать в случае, если сохранилась минимально допустимая толщина стенки детали в месте максимальной глубины выборки. Дефекты с корня шва удаляют по всей длине заподлицо с основным металлом. Если в процессе механической обработки (вышлифовки) не удалось полностью исправить наружные дефекты, то их как недопустимые внутренние дефекты необходимо полностью удалить.

Рис. 3. Влияние относительной площади дефектов (пор) на механические свойства стыковых соединений из легированной стали (σв =850 МПа после закалки и отпуска).

Заглубленные наружные и внутренние дефекты (дефектные участки) в соединениях из алюминия, титана и их сплавов следует удалять только механическим способом: вышлифовкой абразивным инструментом или резанием, а также вырубкой с последующей зашлифовкой.

В ряде случаев в конструкциях из стали допускается удалять дефектные участки воздушно-дуговой или плазменной строжкой с последующей обработкой поверхности выборки абразивными инструментами. При этом поверхности изделий из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей должны быть зачищены (зашлифованы) до полного удаления следов резки.

Исправление дефектов с заваркой выборок в сварных соединениях, подлежащих обязательной термической обработке и выполненных из легированных и хромистых сталей, нужно проводить после высокого (450…650 oС) отпуска сварного соединения (промежуточного, окончательного или предварительного), за исключением отдельных случаев, оговоренных технологическими инструкциями.

При удалении дефектных мест целесообразно соблюдать определенные условия. Длина удаляемого участка должна быть равна длине дефектного места плюс 10… 20 мм с каждой стороны, а ширина разделки выборки должна быть такой, чтобы ширина шва после заварки не превышала двойной ширины до заварки. Форма и размеры подготовленных под заварку выборок должны обеспечивать возможность надежного провара в любом месте. Поверхность каждой выборки должна иметь плавные очертания без резких выступов, острых углублений и заусенцев. При заварке дефектного участка необходимо перекрыть прилегающие участки основного металла.

После заварки участок надо зачистить до полного удаления раковин и рыхлости в кратере, выполнить на нем плавные переходы к основному металлу.

В сварных швах со сквозными трещинами перед заваркой требуется засверлить их концы, чтобы предотвратить распространение трещин. Дефектный участок в этом случае проваривают на полную глубину.

Заварку дефектного участка проводят одним из способов сварки плавлением (ручной дуговой, дуговой в инертных газах и т. д.).

Исправленные швы сварных соединений должны быть повторно проконтролированы в соответствии с требованиями, предъявляемыми к качеству изделия. Если при этом вновь будут обнаружены дефекты, то их исправляют снова с соблюдением необходимых требований. Число исправлений одного и того же дефектного участка зависит от категории ответственности конструкции и. как правило, не превышают трех.

  • < Контроль качества сварных швов при сварке пластмасс
  • Типы горячих трещин и схема расположения температурных областей >

Ультразвуковой контроль сварных соединений труб малого диаметра датчиками на фазированных решетках

Трубопроводы малого диаметра широко распространены в энергетике. При контроле таких труб дефектоскописты всегда сталкиваются с различного рода трудностями: ограниченный доступ, малые толщины и диаметры, а также различные марки сталей (углеродистые и нержавеющие). Ещё больше усугубляет ситуацию сам заказчик: сварных стыков огромное количество, а проконтролировать их нужно было ещё вчера. У нас есть решение проблемы

Преимущества фазированных решёток

Современные методы ультразвукового контроля, как, например, технология фазированных решёток, дают возможность получить надёжный и более наглядный результат контроля, при этом существенно сократив время на его проведение, по сравнению с традиционным ультразвуковым контролем. Всё это достигается за счёт некоторых физических преимуществ преобразователей на фазированных решётках:

  • Угловое отклонение и перемещение ультразвукового луча реализуется посредством электронного сканирования, то есть сканируемая область шва контролируется под разными углами без перемещения преобразователя;
  • Электронная фокусировка звукового луча в интересующей области для улучшения чувствительности, разрешения и отношения сигнал/шум при контроле;
  • Непрерывная запись всех сигналов при сканировании;
  • В дополнение к А-скану, на экране ультразвукового дефектоскопа отображаются B-, S-, C-сканы, которые визуализируют результаты контроля в более понятный вид;
  • Быстрое перемещение датчика вдоль шва и возможность сканирования несколькими группами одновременно.
Сканирующие устройства для ультразвукового контроля трубопроводов

Для ускорения и упрощения ультразвукового контроля сварных соединений труб малого диаметра удобно использовать Сканер TWN-10, который за счёт особенностей своей цепной конструкции даёт возможность сделать полный контроль сварного шва за один проход. Простая конструкция сканера обеспечивает легкое крепление на объекте контроля без разборки всего сканера, а также быструю смену преобразователей и призм.

Специально для Сканера TWN-10 разработаны низкопрофильные сфокусированные преобразователи на фазированной решетке серии А15 с призмами высотой 12 мм и притёртыми под диаметры от 20 до 114 мм.

Характеристики преобразователей TWN-A15:

Модель ПЭП

Частота (МГц)

Кол-во элементов

Шаг (мм)

Активная апертура (мм)

Подъем (мм)

TWN-7. 5CCEV35-A15

7,5

16

0,5

8

10

TWN-5CCEV35-A15

5

16

0,5

8

10

TWN-10CCEV35-A15

10

32

0,25

8

7

Притертые призмы TWN-SA15-N60S-AOD для ФР преобразователей серии А15:

AOD21. 34

AOD 26.67

AOD 33.4

AOD 42.16

AOD 48.26

AOD 60.33

AOD 73.03

AOD 88.9

AOD 101.6

AOD 114.3

Линейный vs низкопрофильный сфокусированный ФР преобразователь

Почему нужно использовать низкопрофильный сфокусированный преобразователь на фазированной решётке? На рисунках 1 и 2 показаны схемы распространения ультразвукового луча, а на рисунке 3 изображения сканирования дефекта на трубе Ø60х4 мм обычной линейной фазированной решеткой и низкопрофильным физически сфокусированным ФР преобразователем.


Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Ввиду того, что сканирование ведется в рабочей области звукового поля, результат полученный сфокусированным преобразователем имеет более четкие контуры.

Ультразвуковой контроль труб малого диаметра из углеродистой стали – Сталь 45

Контроль трубы Ø25 мм с толщиной 3.1 мм (материал сталь 45) проводился ультразвуковым дефектоскопом Alfascan I 16:64PR и ФР преобразователем TWN-7.5CCEV35-A15.


Отображение дефектов на A-, S- и С-сканах:

Контроль трубы Ø57 мм с толщиной 5 мм из Стали 45 также проводился ультразвуковым дефектоскопом Alfascan I 16:64PR и датчиком TWN-7.5CCEV35-A15.


Дефект №1


Дефект №2


Дефект №3

Сводная таблица анализа выявленных дефектов:

Номер дефекта

Амплитуда, %   

Глубина, мм

Длина, мм

Ширина, мм

Высота, мм

1

70. 6

4.8

6.0

0.4

1.0

2

100

4.2

6.0

0.6

1.5

3

36.9

0.6

4. 0

0.6

0.9

Ультразвуковой контроль труб малого диаметра из нержавеющей стали

Контроль объектов из нержавеющей стали связан с рядом проблем, вызванных структурными особенностями материала. Ультразвуковая волна быстро рассеивается, а контроль с высоким уровнем усиления не позволяет со 100% уверенностью отличить дефекты среди шума, вызванного структурой металла.

Технология фазированных решеток позволяет упростить задачу и полноценно провести контроль. Это возможно за счет применения фокусировки звуковой энергии в интересующей области шва, визуализации результатов и использования одновременно нескольких углов сканирования.

В нашем эксперименте, контроль проводился на трубах малого диаметра выполненных из разных нержавеющих сталей. Ниже приведена таблица с параметрами труб и применяемым оборудованием.

Материал

Диаметр

Толщина

Прибор

ПЭП

Призма

316L

76 мм

6 мм

Alfascan I 16:64 PR

TWN-5CCEV35-A15 (5 МГц, 16 элементов)

AOD88.9

304

51 мм

7 мм

AOD 60.33

347

45 мм

9 мм

AOD48.26

316

28 мм 

5 мм

AOD33.4

Результаты контроля:

1. Труба Ø76х6 мм, материал – сталь 316L.

Образец трубы имеет 5 имплантированных дефектов. Соотношение сигнал/шум при контроле области с порами (дефект №3) и шлакового включения (дефект №5) очень низкое, и поэтому такие дефекты нелегко найти и идентифицировать. Плоскостные дефекты в виде трещины (дефект №1), несплавления (дефект №2) и непровара в корне (дефект № 4) определяются уверенно.


Дефект №1


Дефект №2


Дефект №4

2. Труба Ø51х7 мм, материал – сталь 304.

Этот образец трубы имеет 4 имплантированных дефекта. Соотношение сигнал/шум при контроле области с порами (дефект №3) и шлакового включения (дефект №4) очень низкое, и поэтому такие дефекты нелегко найти и идентифицировать. Плоскостные дефекты в виде непровара по корню (дефект №1) и несплавления (дефект №2) определяются уверенно.


Дефект №1


Дефект №2

3. Труба Ø45х9 мм, материал – сталь 347.

Этот образец трубы имеет 4 имплантированных дефекта. Соотношение сигнал/шум при контроле области с порами (дефект №3) очень низкое, и поэтому такие дефекты нелегко найти и идентифицировать. Плоскостные дефекты в виде продольной трещины (дефект №1), несплавления (дефект №2) и области со шлаковым включением (дефект №4) определяются уверенно.


Дефект №1


Дефект №2


Дефект №4

4. Труба Ø28х5 мм, материал – сталь 316.

Этот образец трубы имеет 2 имплантированных дефекта в виде пор диаметром 0.5 мм. Соотношение сигнал/шум при контроле области с порами очень низкое, и поэтому дефекты однозначно идентифицировать не удалось.

Делаем вывод

Из проведенного эксперимента видно, что крупнозернистая структура материала и низкое соотношение сигнал/шум негативно сказываются на способности обнаружения мелких скоплений пор. Шлаковые включения определяются значительно лучше за счет своей формы и геометрии поверхности (более «острые» края). Плоскостные дефекты в виде трещин, непроваров и несплавлений определяются чётко, за счет своей геометрии.

Применение технологии фазированных решёток для ультразвукового контроля с записью результатов сварных швов труб малого диаметра повышает качество и достоверность результатов контроля, упрощает сам процесс и повышает скорость контроля.

Неразрушающий контроль качества сварных соединений трубопроводов, выполненных контактной сваркой оплавлением Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

ДИАГНОСТИКА

УДК 658.562.6

Н.П. Алешин1, М.В. Григорьев1, Д.М. Козлов1, Н.В. Крысько1, А.Л. Попович1

1 ФГАУ «НУЦ «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н.Э. Баумана» (Москва, Россия).

Неразрушающий контроль качества сварных соединений трубопроводов, выполненных контактной сваркой оплавлением

В данной статье приведены сведения о возможностях технологии и оборудования для стыковой контактной сварки оплавлением, применяемой при сооружении магистральных трубопроводов, характерных для этой сварки типов дефектов, выявление которых должно обеспечиваться средствами неразрушающего контроля. Предложено с учетом потенциальной опасности классифицировать все типы дефектов на две группы: плоскостные и объемно-плоскостные. Плоскостные дефекты характеризуются локальным изменением структуры и химического состава металла сварного соединения, в том числе вызванных наличием тонких оксидных пленок при сохранении конструкционной целостности металла шва во внутренней области дефекта. Объемно-плоскостные дефекты характеризуются нарушением конструкционной целостности металла сварного шва во внутренней области дефекта как выходящие и не выходящие на поверхность. Для выявления этих дефектов и идентификации их параметров представлен комплекс «АВТОКОН-АР», обеспечивающий проведение автоматизированного ультразвукового контроля стыковых сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением. Данный комплекс оснащен ультразвуковыми преобразователями на фазированных решетках и реализует эхо-импульсный и дифракционный амплитудно-временной методы ультразвукового контроля. Дифракционный амплитудно-временной метод основан на регистрации дифракционных сигналов от концов дефектов на разных углах ввода и определении типа дефекта (плоскостной или объемно-плоскостной) по амплитуде принятого сигнала. Приведены результаты квалификационных испытаний вышеуказанного комплекса в ПАО «Газпром» для двух контрольных сварных соединений, одно из которых было выполнено с нарушением термообработки, а другое — с отклонением режимов сварки (величина осадки и конечная скорость оплавления были меньше допустимых). Приведены примеры микрошлифов плоскостных и объемно-плоскостных дефектов и их индикации в интерфейсе комплекса. По результатам проведенных исследований предложены нормы оценки качества сварных соединений, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением для автоматизированного ультразвукового контроля.

Ключевые слова: контактная стыковая сварка оплавлением, дефекты, автоматизированный ультразвуковой контроль, фазированные решетки, оценка качества, технология контроля.

N.P. Aleshin1, M.V. Grigoryev1, D.M. Kozlov1, N.V. Krysko1, A.L. Popovich2

1 Welding and Control Research and Training Center Federal State Autonomous Institution at Bauman MSTU (Moscow, Russia).

Non-destructive testing of pipelines welded joints made by flash butt welding

This article provides information about the possibilities of technology and equipment for flash butt welding used during the main pipelines construction typical for this type of welding defects, their identification must be ensured by means of non-destructive testing. It is proposed in view of the potential hazard to classify all types of defects in two groups: plane and space-flat. Plane defects are characterized by a local change in weld metal structure and chemical composition, including those caused by the presence of thin oxide films while maintaining the structural integrity of the seam metal in the inner area of the defect. Space-plane defects are characterized with the weld metal structural integrity breach in the inner area of the defect as breaking surface as not. To detect these defects and identify their parameters the AVTOKON-AP complex is presented that performs automated ultrasonic testing of butt-welded joints made by flash butt welding. This complex is equipped with ultrasonic transducers phased array and implements pulse echo and diffraction amplitude-time ultrasonic inspection methods. Diffraction amplitude-time method is based on recording the diffraction signals from all defects at the different input angles and the type of defect determination (plane or space- plane) by the amplitude of

DIAGNOSIS

the received signal. The results of the qualification tests of above mentioned complex in Gazprom PJSC are represented for two test weld joints, one of them has been made in violation of the heat treatment, and the other — with a deviation of welding modes (the value of collapse and the final velocity is less than the allowable ones). Examples of plane and space-plane defects micro sections and their display in the complex interface are represented. Under the results of the studies the norms of welded joints quality assessment made by contact butt-welding for automated ultrasonic testing were proposed.

Keywords: flash butt-welding, defects, automated ultrasonic testing, phased array, quality assessment, test procedure.

Рис. 1. Общий вид оборудования для КСО Fig. 1. Equipment general layout CSR

Контактная сварка оплавлением (КСО), широко применяемая в 1980-1990 гг., сегодня может служить примером инновационной технологии, позволяющей существенно повысить производительность труда при проведении сварочно-монтажных работ в процессе сооружения газопроводов, снизить их стоимость, а также сократить потребление сварочных материалов, поставляемых, как правило, из-за рубежа. Благодаря работам ряда промышленных предприятий (ЗАО «Псковэлектро-свар», ЗАО «Ультракрафт»), научных

организаций (ОАО «Газпром ВНИИГАЗ», ФГАУ «НУЦ «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н.Э. Баумана»), строительных организаций (ОАО «Межрегионтрубо-проводстрой», ЗАО «ЮгСтройМонтаж») в настоящее время применяемые ранее технологии и оборудование существенно усовершенствованы за счет внедрения современных средств управления.

С помощью КСО решена в т.ч. проблема соединения высокопрочных труб, использование которых предусмотрено в проектах «Сила Сибири», «Северный

поток — 2» и др. Сегодня вышеуказанные промышленные предприятия готовы обеспечить выпуск необходимого количества оборудования для КСО (рис. 1) трубопроводов большого диаметра. Вид сварного соединения, получаемого КСО, представлен на рисунке 2.

ХАРАКТЕРНЫМИ ДЕФЕКТАМИ ДЛЯ КСО ЯВЛЯЮТСЯ [1]:

• дефекты в виде макронесплошностей, включающие в себя горячие трещины, разрывы,расслоения, раковины и рыхлоты;

Ссылка для цитирования (for references):

Алешин Н.П., Григорьев М.В., Козлов Д.М., Крысько Н.В., Попович А.Л. Неразрушающий контроль качества сварных соединений трубопроводов, выполненных контактной сваркой оплавлением // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. № 11. С. 44-48.

Aleshin N.P., Grigoryev M.V., Kozlov D.M., Krysko N.V., Popovich A.L. Non-destructive testing of pipelines welded joints made by flash butt welding (In Russ.). Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2015, No. 11. P. 44-48.

TERRITORIJA NEFTEGAS — OIL AND GAS TERRITORY No. 11 november 2015

45

ДИАГНОСТИКА

а) a) б) b) в) c)

Рис. 2. Сварное соединение, выполненное КСО: а) схема соединения; б) и в) макрошлифы, содержащие зону сплавления без смещения кромок (б), со смещением кромок (в)

Fig. 2.Welded joints made by CSR: a) connection diagram; b) and c) macro sections containing fusion are without joint displacement (b), with joint displacement (c)

а) a) б) b) в) c)

Рис. 3. Дефекты КСО. Плоскостные: скопления неметаллических включений (а), матовое пятно (б). Объемно-плоскостное: несплавление (в) Fig. 3. Defects CSR. Plane: accumulation of non-metallic inclusions (а), matt spot (b). Space-plane: Lack of fusion (c)

• дефекты монолитной структуры, включающие в себя несплавления, слипания и матовые пятна. Все данные дефекты, как правило, создаются оксидными пленками.

А II Л о

Рис. 4. Комплекс для автоматизированного ультразвукового контроля стыковых сварных соединений КСО

Fig. 4. The complex for automated ultrasonic testing of butt welded joints CSR

Указанные типы дефектов предложено разделять на две группы: плоскостные и объемно-плоскостные. Плоскостные дефекты характеризуются локальным изменением структуры и химического состава металла сварного соединения, в том числе вызванных наличием тонких оксидных пленок при сохранении конструкционной целостности металла шва во внутренней области дефекта (рис.L 40° Неоднородность Y материала f — ‘ (несплошность)

Рис. 5. Схема контроля дифракционным амплитудно-временным методом Fig. 5. Monitoring diagram for the diffraction amplitude-time method

DIAGNOSIS

Рис. 6. Представление информации при эхо-импульсном методе: 1 — индикация дефекта, 2 — индикация потери акустического контакта, 3 — переключение типов представления данных (S-скан, B-скан), 4 — параметры положения курсора

Fig. 6. Information display for the pulse-echo method: 1 — indication of the defect, 2 — acoustic contact loss indication, 3 — data indication types switching (S-scan, B-scan) 4 — cursor position parameters

Рис. 7. Представление информации при дифракционном амплитудно-временном методе:

1 — индикация дефекта, 2 — переключение типов представления данных (S-скан, B-скан), 3 — параметры положения курсора

Fig. 7. Information display at the diffraction amplitude-time method: 1 — indication of the defect,

2 — data indication types switching (S-scan, B-scan) 3 — cursor position parameters

объемно-плоскостные дефекты в материале сварного шва при сооружении газопроводов.

Созданию технологий и средств для не-разрушающего контроля сварных соединений КСО большое внимание уделяется во ФГАУ «НУЦ «Сварка и контроль» при МГТУ им. Н.Э. Баумана». Центром совместно с ЗАО «Ультракрафт» создан комплекс «АВТОКОН-АР» для автоматизированного ультразвукового контроля стыковых сварных соединений КСО (рис. 4).

ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ОСОБЕННОСТЯМИ ДАННОГО ПРИБОРА ЯВЛЯЮТСЯ:

• полная автономность работы системы;

• возможность проводить контроль, используя различные методы: эхо-импульсный, реализованный на базе фазированных антенных решеток и дифракционный амплитудно-временной на базе фазированных антенных решеток;

• автоматическое отслеживание уровня акустического контакта с изделием;

• автоматическое отслеживание и контроль заданного положения акустической системы относительно сварного шва;

• управление сканером-дефектоскопом и передача информации на внешний персональный компьютер может осуществляется как по Wi-Fi, так и по Ethernet.

Следует обратить внимание, что технологической основой методики контроля, реализованной в данном комплексе, является применение дифракционного амплитудно-временного метода (рис. 5), основанного на регистрации дифракционных сигналов от концов дефектов на разных углах ввода и определении типа дефекта (плоскостной или объемно-плоскостной) по амплитуде принятого сигнала.

При эхо-импульсном методе информация о результатах контроля представляется в виде С-, S- и A-скана (рис. 6). При дифракционном амплитудно-временном методе информация о результатах контроля представляется в виде С-, B- и A-скана (рис. 7). Представленный комплекс «АВТО-КОН-АР» и реализованная в нем техно-

логия проходят квалификационные испытания в соответствии с требованиями нормативно-технической документации, действующей в ПАО «Газпром». В процессе испытаний исследовались два контрольных сварных соединения

(КСС 1 и КСС 2). КСС 1 было выполнено с нарушением термообработки, а КСС 2 — с отклонением режимов сварки (величина осадки и конечная скорость оплавления были меньше допустимых).

TERRITORIJA NEFTEGAS — OIL AND GAS TERRITORY No. 11 november 2015

47

ДИАГНОСТИКА

Результаты контроля приведены в таблице 1.

На рисунках 8 и 9 приведены примеры микрошлифов, выявленных дефектов и соответствующие им А- и В-сканы. На основании проведенных исследований были сформулированы предложения для критериев оценки качества сварных соединений КСО (табл. 2).

ПРИ ЭТОМ СЛЕДУЕТ ЗАМЕТИТЬ, ЧТО УСЛОВНАЯ ВЫСОТА ВЫЯВЛЕННОГО ДЕФЕКТА ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ:

1) при выявлении дефекта в пределах одной зоны контроля в качестве условной высоты дефекта следует принять установленную (принятую) при настройке комплекса высоту данной зоны контроля;

2) при выявлении нескольких дефектов в одной, двух или более зонах контроля в качестве условной высоты каждого из выявленных дефектов следует принять высоту зоны, в которой был выявлен данный дефект.

ВЫВОДЫ

1. Технологии автоматизированного ультразвукового контроля, базирующи-

Таблица 1. Результаты контроля КСС1 и КСС2

Table 1. Monitoring results of the control weld joint 1 and the control weld joint 2

№ контрольного сварного соединения No. of a control weld joint Выявлено дефектов Revealed defects

Эхо-метод Echo method Дифракционный амплитудно-временной метод Diffraction amplitude-time method

1 — 12

2 40 40

Таблица 2. Оценка качества сварных соединений, выполненных КСО Table 2. Assessment of welded joints quality made by CSR

Тип дефектов Type of defects Максимально допустимая условная высота, мм Maximum allowable nominal height, mm Максимально допустимая условная протяженность, мм The maximum permissible nominal length, mm

Плоскостные Plane 6 25

Объемно-плоскостные Space-plane До 1 включительно To 1 inclusive 75

От 1 до 2 включительно From 1 to 2 inclusive 25

От 2 до 3 включительно From 2 to 3 inclusive 5

От 3 до 5 включительно From 3 to 5 inclusive 4

еся на использовании эхо-импульсного и дифракционного амплитудно-временного метода, обеспечивают выявление характерных дефектов для КСО.

2. Эффективным средством контроля сварных швов, выполненных КСО, может служить комплекс «АВТОКОН-АР» для автоматизированного УЗ-контроля.

Рис. 8. Микрошлиф плоскостного дефекта: 1 — индикация на B-и А-сканах; 2 — изображение плоскостного дефекта Fig. 8. Micro section of plane defect: 1 — indication on the B- and A-scans; 2 — Plane defect display

Рис. 9. Микрошлиф объемно-плоскостного дефекта: 1 — индикация на B- и А-сканах; 2 — изображение объемно-плоскостного дефекта Fig. 9. Micro section of space-plane defect: 1 — indication on the B- and A-scans; 2 — space-plane defect display

Литература:

1. Оборудование и основы технологии сварки металлов плавлением и давлением: Учебное пособие / Под ред. Г.Г. Чернышова и Д. М. Шашина. СПб.: Изд-во «Лань», 2013. 464 с.: ил.

References:

1. Oborudovanie i osnovy tehnologiisvarkimetallov plavleniem i davleniem: Uchebnoe posobie [Metals fuse and pressure welding equipment and procedure basis: Textbook]. Under editorship of G.G. Chernysheva and D. M. Shashina. Saint-Petersburg, Lan Publishing House, 2013. 464 pp.

48

№ 11 ноябрь 2015 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

Неразрушающий контроль качества сварных соединений трубопроводов, выполненных контактной сваркой оплавлением | Алешин

Аннотация

В данной статье приведены сведения о возможностях технологии и оборудования для стыковой контактной сварки оплавлением, применяемой при сооружении магистральных трубопроводов, характерных для этой сварки типов дефектов, выявление которых должно обеспечиваться средствами неразрушающего контроля. Предложено с учетом потенциальной опасности классифицировать все типы дефектов на две группы: плоскостные и объемно-плоскостные. Плоскостные дефекты характеризуются локальным изменением структуры и химического состава металла сварного соединения, в том числе вызванных наличием тонких оксидных пленок при сохранении конструкционной целостности металла шва во внутренней области дефекта. Объемно-плоскостные дефекты характеризуются нарушением конструкционной целостности металла сварного шва во внутренней области дефекта как выходящие и не выходящие на поверхность. Для выявления этих дефектов и идентификации их параметров представлен комплекс «АВТОКОН-АР», обеспечивающий проведение автоматизированного ультразвукового контроля стыковых сварных соединений, выполненных контактной сваркой оплавлением. Данный комплекс оснащен ультразвуковыми преобразователями на фазированных решетках и реализует эхо-импульсный и дифракционный амплитудно-временной методы ультразвукового контроля. Дифракционный амплитудно-временной метод основан на регистрации дифракционных сигналов от концов дефектов на разных углах ввода и определении типа дефекта (плоскостной или объемно-плоскостной) по амплитуде принятого сигнала. Приведены результаты квалификационных испытаний вышеуказанного комплекса в ПАО «Газпром» для двух контрольных сварных соединений, одно из которых было выполнено с нарушением термообработки, а другое — с отклонением режимов сварки (величина осадки и конечная скорость оплавления были меньше допустимых). Приведены примеры микрошлифов плоскостных и объемно-плоскостных дефектов и их индикации в интерфейсе комплекса. По результатам проведенных исследований предложены нормы оценки качества сварных соединений, выполненных контактной стыковой сваркой оплавлением для автоматизированного ультразвукового контроля.


Ультразвуковой контроль

Ультразвуковой метод контроля получил особенно широкое распространение в нефтегазовой, химической, машиностроительной отрасли и в сфере ЖКХ. Этот метод применяют при обследовании и диагностировании магистральных трубопроводов и иных узлов и механизмов.

Данная технология имеет множество преимуществ.

  • — Универсальность. Технология подходит для работы с чугуном, медью, аустенитными и легированными сталями, полиэтиленом. Ультразвуковые дефектоскопы отлично справляются с выявлением пор, непроваров, трещин, расслоения, несплошности, свищей, коррозии, провисаний, инородных включений и пр.

  • — Высокая скорость проверки, точность и достоверность результатов.

  • — Безопасность для перс
  • — Возможность безостановочной эксплуатации исследуемого объекта или его отдельной части.
  • — Сохранность проверяемой конструкции и материала.
  • — Высокая степень выявления опасных дефектов. 

Пожалуй, самое важное преимущество. Наиболее опасными дефектами являются плоскостные — типа трещин, непроваров, расслоений и т.п. Именно такие пороки металла являются наибольшими концентраторами напряжений. При критической нагрузке плоскостные дефекты развиваются мгновенно, приводя к разрушениям, катастрофам. Ультразвук хорошо отражается от подобного рода несплошностей. Это связано с тем, что само распространение УЗ волн происходит вследствие наличия упругих связей между элементами среды (материала объекта контроля), а любая, даже очень тонкая несплошность, нарушает эти связи.

К недостаткам ультразвукового контроля относят, прежде всего, ограниченность информации о дефекте, например, в сварном соединении. Технология основана на анализе сигнала от дефекта. Кроме того, при исследовании металлов, имеющих крупнозернистую структуру, возникают сложности, обусловленные сильным рассеянием и затуханием волн. Наконец, для выполнения диагностики нужно позаботиться о предварительной подготовке шва, зоны сканирования. Недопускаются брызги металла, шлак, окалина и т.п. Необходимо зачищать поверхности ввода ультразвукового луча, по которым перемещается преобразователь, не хуже Rz40.

дефектов

дефектов

Подробнее о материаловедении


Дефекты

Полезно думать о твердых телах как о регулярном повторяющемся узоре из плоскостей частицы. Но важно понимать, что твердые тела редко бывают идеально упорядоченными. Существует четыре основных механизма введения точечного дефекта в структура твердого тела, как показано на рисунке ниже.Когда частица отсутствует в одном или больше узлов решетки получаем вакансия . Когда частица пробивается внутрь дырка между узлами решетки, получаем примесь внедрения . Замещающий примеси возникают в результате замены частицы, которая должна занимать узел решетки с другой частицей, например, замена ионов Na + ионами K + ион в NaCl. (Если заменить ион с другим зарядом, электрическая нейтральность кристалла необходимо поддерживать.Если ион Ca 2+ заменить на Na + ион, например, второй ион Na + должен покинуть кристалл, чтобы он не захватить электрический заряд.) Дислокации — одномерные дефекты вызванные дырами, которые недостаточно велики, чтобы быть вакансией.

Когда значительная часть исходных частиц заменяется примесями, происходит возможно получение твердого раствора .Сплавы , такие как бронза и латунь, примеры твердых растворов. Бронза — это раствор олова, растворенного в меди. Латунь — это смесь меди и цинка, которая может содержать от 10% до 45% цинка.

Искажения кристаллической решетки часто возникают при добавлении примесей в твердое тело. В виде в результате точечные дефекты часто определяют свойства материала. Они могут изменить легкость, с которой материал проводит электричество, его механическую прочность, способность формоваться молотком (пластичность) или вытягиваться в проволоку (пластичность).Растворение например, небольшое количество углерода в железе дает сплав, известный как сталь, который значительно прочнее железа. Но более высокий процент углерода делает сталь такой хрупкой. что он может разбиться при падении.

Точечные дефекты искажают решетку и позволяют атомам перемещаться по твердому телу. Атомы могут перемещаться из узла решетки в вакансию, например, создавая новую вакансию, как показано на рисунке ниже.

Теоретические расчеты легкости скольжения одной плоскости атомов другой предполагает, что металлы должны быть намного более устойчивыми к стрессу, чем они есть.В Другими словами, металлы мягче, чем можно было бы ожидать. Металлурги объяснили это тем, что предполагая, что металлы содержат дефекты, которые позволяют плоскостям атомов скользить друг мимо друга охотнее, чем ожидалось. Эта гипотеза подтверждена микроскопическим анализом. где показаны дислокации, проходящие через кристалл. Есть два типа вывихи: краевые или винтовые вывихи. Краевая дислокация дополнительная полуплоскость атомов, которая частично проходит через твердую структуру, как показано на рисунок ниже.

Представьте, например, одну игральную карту, вставленную на полпути в колоду карт. В линия, образованная вставленной картой, будет линией дислокации. Наличие дислокационный дефект позволяет одной плоскости атомов легче скользить по соседней плоскость атомов, как показано на рисунке ниже. Не все атомы в двух плоскостях движутся мимо друг друга одновременно; они перемещаются по одной строке за раз.

Часто цитируемая аналогия — перемещение ковра.Перетаскивая ковер по пол сложен из-за трения, возникающего при контакте с поверхностью ковер с полом. Однако представьте, что произойдет, если складку поместить в ковер, как показано в части (а) рисунка ниже. Ковер теперь можно перемещать толкает морщинку по полу, потому что только трение между небольшой частью ковер и пол должны быть преодолены. Подобное явление происходит, когда одна плоскость атомы движутся мимо друг друга посредством дислокационного дефекта.

Поскольку они позволяют плоскостям атомов в твердом теле перемещаться по одной строке за раз, дислокации может ослабить металл. Парадоксально, но они также могут упрочнять металл, когда дислокации пересекаются с узлами продукта, похожими на пересекающиеся морщины на рисунке, обозначенном «b» на рисунке ниже. Это явление встречается с металлами, имеющими были закалены в работе. Рассмотрим, что происходит, например, когда нагревается железка, кованое, охлажденное, повторно нагретое и переработанное в кованое железо.В процессе работы при упрочнении металла образуются пересекающиеся дислокации, затрудняющие движение плоскости атомов.

Винтовые вывихи труднее визуализировать, чем краевые На рисунке ниже показано, как возникает винтовая дислокация, когда одна сторона кристалл смещен относительно другой стороны. Для краевых или винтовых вывихов a искажение создается вокруг дислокации с соответствующим напряжением, возникающим внутри материал.


Металлы, полупроводники и изоляторы

Значительная часть валового национального продукта (ВНП) Соединенных Штатов, и весь вклад высокотехнологичных отраслей в ВНП можно проследить до усилия по использованию различий в способах проведения металлов, полупроводников и изоляторов. электричество. Эта разница может быть выражена через удельной электропроводности , который измеряет легкость, с которой материалы проводят электрический ток.Это также может быть выражается через удельное электрическое сопротивление , обратное величине проводимость, которая измеряет сопротивление материала переносу электрического заряда.

Серебро и медь являются одними из лучших проводников электричества с проводимость всего 10 6 ом-см. (Вот почему медь — металл чаще всего используется в электрических проводах.) Проводимость полупроводников, таких как кремний и германий. в 10 8 до 10 10 раз меньше.(В чистом виде эти полуметаллы имеют проводимость от 10 -2 до 10 -4 Ом-см. Изоляторы стеклянные (10 -10 Ом-см), алмаз (10 -14 Ом-см) и кварц (10 -18 Ом-см), все они имеют крайне небольшую тенденцию проводить электрический ток.

Диапазон проводимости в 10 24 — не единственное различие между металлами, полупроводники и изоляторы. Металлы становятся лучшими проводниками, когда их охлаждают до более низкие температуры.Некоторые металлы являются настолько хорошими проводниками при очень низких температурах, что они больше не имеют измеримого сопротивления и поэтому становятся сверхпроводниками . Полупроводники показывают противоположное поведение, они становятся намного лучшими проводниками, поскольку температура увеличивается. Разница между температурной зависимостью металлов и полупроводников настолько значительна, что часто является лучшим критерием для различения этих материалы. Большой диапазон проводимости твердых тел показан на рисунке ниже.

Диапазон проводимости твердых тел составляет примерно 24 порядка величина.

Полупроводники очень чувствительны к примесям. Электропроводность кремния или германий можно увеличить до 10 6 , добавив всего лишь 0,01% примеси. С другой стороны, металлы довольно нечувствительны к примесям. Это требуется много примесей, чтобы изменить проводимость металла в несколько раз. 10; и, в отличие от полупроводников, металлы становятся менее чистыми проводниками.

Чтобы объяснить поведение металлов, полупроводников и диэлектриков, нам нужно более подробно разбираться в связях в твердых телах. Потому что это самый легкий элемент в таблица периода, которая является твердой при комнатной температуре, давайте начнем с построения модели того, что происходит при взаимодействии атомов лития. В качестве первого шага мы можем рассмотреть, что происходит, когда пара атомов лития с конфигурацией 1 с 2 2 с 1 взаимодействуют с образованием гипотетической газовой фазы молекулы Li 2 .Ли 2 Молекула образуется путем помещения двух электронов в область связи между двумя Li ядра.

А теперь давайте представим, что произойдет, когда достаточно атомов лития объединятся, чтобы сформировать кусок. металлического лития. Валентные электроны больше не ограничиваются областью между парами. ядер лития, как это было в случае изолированной молекулы Li 2 в газовой среде. фаза. В металле каждый атом лития возмущен своими соседями и энергетическими состояниями каждого атома немного изменены.1 s орбиталей на различных атомах металлов взаимодействуют, образуя полосу орбиталей, энергия которых находится в диапазоне чуть ниже энергия изолированной орбитали 1 с немного выше этой энергии, как показано на рисунок ниже. То же самое происходит с орбиталями 2 s .

Каждая из орбиталей в этих зонах может удерживать два электрона противоположных вращение. Поскольку на каждой из орбиталей s было по два электрона, которые сформировали полоса более низких энергий, полоса «единиц» заполнена.Но был только один электрон в каждая из 2 орбиталей с , которые сформировали полосу более высоких энергий, что означает, что Полоса «2s» заполнена только наполовину. Чтобы возбудить один из электроны в полосе 2 s переходят с одной орбитали на другую в этой полосе. (Энергия зазор между орбиталями в полосе 2 s в литии всего около 10 -45 кДж.) Перемещаясь с орбитальной на орбитальную в пределах 2s-зоны, электроны могут перемещаться с одного конца кристалла к другому.Поэтому эта полоса орбиталей называется зоной проводимости . полоса , потому что она позволяет металлическому литию проводить электричество.

Теперь обратимся к магнию, который имеет конфигурацию [Ne] 3 s 2 . Орбитали 3s на соседних атомах магния перекрывались бы, образуя полосу из 3 с орбиталей. Поскольку на каждой 3 орбитали с находится два электрона, это группа полностью заполнена. Однако пустые орбитали 3 p на магнии также взаимодействуют, образуя группу орбиталей.Этот пустой 3 p перекрывает полосу 3 s в магнии, так что комбинированная полоса заполняется только частично, позволяя магнию проводит электричество.

Различия в том, как металлы, полупроводники и изоляторы проводят электричество можно пояснить схемой на рисунке ниже. Металлы заполнили полосы сердечника электроны, такие как полоса 1 с в литии или полоса 1 с и 2 с полосы в магнии.Но у них также есть частично заполненные полосы орбиталей, которые позволяют электроны переходят от одного конца кристалла к другому. Поэтому они проводят электрический ток. Все полосы изолятора либо заполнены, либо пусты. Кроме того, зазор между полосой с наибольшей энергией и полосой с наименьшей энергией пустой полоса в изоляторе настолько велика, что возбудить электроны от одного из эти группы к другому. В результате трудно перемещать электроны через изолятор.

Полупроводники также имеют зонную структуру, состоящую из заполненных и пустых зон. В зазор между зоной с наивысшей энергией и пустой зоной с самой низкой энергией невелик однако достаточно, чтобы электроны могли быть возбуждены в пустую зону за счет тепловой энергии электроны переносятся при комнатной температуре. Таким образом, полупроводники находятся между крайности металлов и изоляторов в их способности проводить электрический ток.

Чтобы понять, почему металлы становятся лучшими проводниками при низких температурах, важно помните, что температура — это макроскопическое отражение кинетической энергии отдельные частицы.Большая часть сопротивления металла электрическому току в помещении температура является результатом рассеяния электронов тепловым движением атомы металла, когда они колеблются взад и вперед вокруг своих узлов решетки. Как металл охлаждается, и это тепловое движение замедляется, уменьшается рассеяние, и металл становится лучшим дирижером.

Полупроводники становятся лучшими проводниками при высоких температурах, потому что количество электроны с достаточной тепловой энергией для возбуждения из заполненной зоны в пустую зону увеличивается.

Чтобы понять, почему полупроводники чувствительны к примесям, давайте посмотрим, что происходит, когда мы добавляем небольшое количество элемента группы VA, такого как мышьяк, в один из Полупроводники группы IVA. Атомы мышьяка имеют на один валентный электрон больше, чем германий, и атомы кремния. Следовательно, атомы мышьяка могут потерять электрон с образованием ионов As + . которые могут занимать некоторые точки решетки в кристалле, где атомы кремния или германия обычно встречаются.

Если количество мышьяка остается очень маленьким, расстояние между этими атомами будет таким. большие, что они не взаимодействуют. В результате лишние электроны от атомов мышьяка занимают орбитали в очень узкой полосе энергий, лежащих между заполненным и пустым полосы полупроводника, как показано на рисунке ниже. Это уменьшает количество энергия, необходимая для возбуждения электрона в самую низкоэнергетическую пустую зону в полупроводник и, следовательно, увеличивает количество электронов, у которых достаточно энергии для преодолеть этот разрыв.В результате этот «легированный» полупроводник становится очень лучший проводник электричества, чем чистый полупроводник. Потому что электрический заряд переносится потоком из отрицательных частиц, эти полупроводники называют n-типа.

Также возможно легирование полупроводников группы IVA одним из элементы группы IIIA, такие как индий. Эти атомы имеют на один валентный электрон меньше, чем атомы кремния или германия, и они могут захватывать электроны из заполненных наивысшей энергией полоса, чтобы сформировать отверстия в этой полосе.Наличие дырок в заполненной полосе имеет то же эффект, поскольку присутствие электронов в пустой зоне позволяет твердому телу нести электрический ток. Электрический заряд теперь переносится потоком положительных частиц, или дырок, поэтому эти полупроводники называют p-типа.

Объединение полупроводников типа n и p вместе дает устройство который имеет естественный однонаправленный поток электронов, который можно отключить, применив небольшое напряжение в обратном направлении.Это соединение между типом n и типом p полупроводники были основой революции в промышленных технологиях, последовавшей за открытие транзистора Уильямом Шокли, Джоном Бардином и Уолтером Браттейном в Bell Лаборатории в 1948 году.


Теплопроводность

Вы могли заметить, что металлические лотки для льда на ощупь намного холоднее пластиковых. лотки для кубиков льда, когда вы вынимаете их из морозильной камеры.Ваши чувства явно вводят в заблуждение вы, потому что лотки имеют ту же температуру, что и температура морозильной камеры. В металлические подносы кажутся холоднее, потому что металлы гораздо лучше проводят тепло, чем пластик.

Легкость, с которой металлы проводят тепло, связана с их способностью проводить электрический ток. Большая часть энергии, поглощаемой металлом при нагревании, используется для увеличить скорость, с которой атомы колеблются вокруг узлов своей решетки. Но некоторые из этого энергия поглощается электронами в металле, которые перемещаются с орбитальной на орбитальную через зона проводимости.Конечный результат — перенос кинетической энергии от одной части металлическая поверхность к другому. Металлы кажутся холодными на ощупь, потому что электроны в зона проводимости уносит тепло от наших тел и распределяет эту энергию через металлический предмет.

Пластмассы, с другой стороны, являются теплоизоляторами. Они плохие проводники тепла потому что орбитали, на которых удерживаются электроны, как правило, локализованы на отдельном атоме или между парами атомов.Единственный способ для электронов переносить энергию через пластик — это использовать эту энергию для возбуждения электрона с заполненной орбитали на пустую. Но разница между энергиями заполненной и пустой орбиталей настолько велика, что это редко бывает.

Разницу между теплопроводниками и теплоизоляторами можно количественно определить по формуле: определение теплопроводности вещества как количества тепла передается в секунду через пластину из материала толщиной один сантиметр и один квадрат сантиметр площади, когда разница температур между двумя сторонами пластины равна один градус Цельсия или один Кельвин.Медь, используемая для изготовления кастрюль и сковородок, имеет термический проводимость, которая более чем в 5000 раз превышает значение пенополистирола, используемого для кофе чашек, как показано в таблице ниже. Эта таблица соответствует опыту, что говорит о том, что воздух, который попадает в волокна пуховой куртки, представляет собой лучший изолятор, чем хлопок, который является гораздо лучшим изолятором, чем нейлон.

Теплопроводность различных веществ

Материал Теплопроводность
(Дж / scmK) a
Материал Теплопроводность
(Дж / scmK) a
Воздух 0.00026 Пб 0,353
Стекловата 0,00042 CS 0,359
Хлопок 0,00057 MgO 0,360 (100F)
Пенополистирол 0.00079 руб. 0,582
Тетрахорид углерода 0,0010 Fe 0,804
Сосна белая 0,0011 Li 0.848
Дуб 0,0015 К 1,025
He 0,001520 C (графит) b 1,1–2,2
Картон 0.0021 Zn 1,16
Нейлон 0,0025 Латунь 1,2
Вода 0,0061 Na 1,42
Кирпич 0.0063 мг 1,56
Стекло 0,0072-0,0088 Be 2,01
Бетон 0,0086-0,013 BeO 2,20 (100F)
Hg 0.083 Al 2,37
SiC 0,090 (100F) Au 3,18
NaCl 0,092 (0C) Cu 4,01
ZnS (смесь цинков) 0.264 (0C) Ag 4,29
Al 2 O 3 0,303 (100 ° C) C (ромб) c 9,9–23,2
a Все значения приведены для комнатной температуры, если не указано иное.
b Значение зависит от примесей в графите и ориентации графит, более крупный в направлении, параллельном слоям атомов углерода.
c Стоимость сильно зависит от примесей и дефектов.


Тепловое расширение

Заманчиво думать о твердых телах так, будто частицы зафиксированы в определенном положении, способ строительства стены из кирпича. Однако это было бы ошибкой, потому что частицы в твердом теле находятся в более или менее постоянном движении, раскачиваясь взад и вперед и вращаются вокруг своих фиксированных положений в кристалле.Это движение зависит от двух факторов: температура системы и сила взаимодействий, удерживающих частицы все вместе. Чем выше температура, тем быстрее движутся частицы. Сильнее сила притяжения между частицами, тем меньше расстояния перемещаются частицы отдельно. Потому что силы Ван-дер-Ваальса, удерживающие молекулы вместе, намного слабее, чем связи между атомами в металле или между положительными и отрицательными ионами в ионном соединения, молекулярный кристалл расширяется больше при нагревании, чем металлы или ионные соединения.

Разница между коэффициентами теплового расширения железа и меди составляла источник серьезной проблемы для Статуи Свободы, которая состоит из медных пластин поддерживается железным каркасом. Изоляционный материал, используемый для защиты этих двух металлов от контакт неизбежно стирался из-за разницы в скорости, с которой эти два металла расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. (Для каждого изменения степени в температура Статуи, объем металлической меди изменяется на 40% больше, чем железо металлическое.) Когда это произошло, два металла соприкоснулись, образуя электрический ячейка, которая значительно увеличила скорость коррозии железного каркаса.

Однако то же явление используется для образования термостатов, которые включают электрические включение и выключение приборов. Когда два металла с очень разными коэффициентами термического расширения соединяются, чтобы сформировать биметаллическую полосу, металл, который расширяется больше всего, когда нагретый заставляет прилегающую металлическую полосу изгибаться к металлу с наименьшим термическим расширение.Из этой биметаллической ленты можно сделать устройство, которое будет включать обогреватель. или выключен, поскольку контакт замыкается или разрывается с помощью электрического контакта, как показано на рисунке ниже.

Тепловое расширение и теплопроводность могут работать вместе, чтобы ослабить материал. Если тепло не переносится быстро через нагретый объект, одна часть расширяется больше быстрее, чем другой. Если есть трещины или дефекты, более горячая часть вещества будет тянуть за более холодную часть и расширять трещину, вызывая поломку.


Материаловедение

Материаловедение | Металлы и элементарные элементы | Подробнее о материаловедении | Керамика


Периодический Таблица Если вы видите это, ваш браузер не поддерживает JavaScript. | Глоссарий | Классные Апплеты

Обзор темы

Gen Chem | Главная страница справки по общей химии | Поиск: веб-сайт общей химии.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

ДЕФЕКТЫ САМОЛЕТОВ И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ

Несмотря на все освещение авиакатастроф в СМИ, понятно, что многие люди страдают от птеромеранофобии, иначе известной как «боязнь полета». Однако в 2017 году уровень несчастных случаев со смертельным исходом на коммерческих пассажирских рейсах составлял всего 0,06 на миллион рейсов, или одно происшествие со смертельным исходом на каждые 16 миллионов рейсов [1]. При этом 347 человек погибли в 209 авиакатастрофах общего назначения фатальных авариях в 2017 году и еще больше аварий привело к травмам в том же году.Авиация общего назначения в основном состоит из частных самолетов, перевозящих небольшое количество людей. Соответственно, хотя авиационные происшествия случаются редко, они часто заканчиваются смертельным исходом. Неисправности самолета и ошибки пилота — два из многих факторов, которые могут способствовать редкой и потенциально смертельной авиационной аварии.

Когда хорошо работающий самолет пилотирует предусмотрительный, осторожный и опытный пилот, аварии практически отсутствуют. Поэтому, когда самолет все-таки терпит крушение, что-то — а часто и многое — идет не так.Пилоты-инструкторы и лица, расследующие аварии, часто говорят о «цепочке ошибок», приводящих к аварии. Это означает, что аварии часто возникают в результате срабатывания триггера, которое пилот неправильно обработал, и может привести к другим сбоям в самолете. Например, в отчете французского следственного органа, по сути, сделан вывод о том, что самолет разбился из-за того, что кристаллы льда препятствовали потоку воздуха через «трубки Пито» самолета, которые соединялись с индикаторами воздушной скорости самолета, которые затем отключили автопилот и на которые пилоты не отреагировали должным образом.Размер самолета и место крушения сделали расследование особенно трудным. Даже небольшая авария Cessna 172 с участием четырех человек предполагает более высокий уровень сложности и гораздо больше аспектов расследования, чем простая автомобильная авария. Определить относительную ответственность за эти авиакатастрофы сложно, и для этого требуются опытные следователи и квалифицированные юристы, работающие вместе, чтобы обеспечить привлечение к ответственности лиц и компаний, которые способствовали возникновению авиакатастрофы.

Неисправности самолетов — это не просто частая причина авиакатастроф, они часто являются фактором, способствующим возникновению аварийных происшествий, происшествий на ВПП и травм в полете. Компонент самолета может быть небезопасным по конструкции или не обслуживаться должным образом, что может привести к внезапному отказу, который может привести к травмам или гибели находящихся на борту людей.

Дефекты могут возникать в различных системах самолета; несколько примеров:

  • Поверхности управления самолета могут застрять, что мешает правильному управлению самолетом;
  • Гидравлические системы могут выйти из строя, что мешает правильному перемещению систем управления самолетом и / или шасси;
  • Утечки топлива могут привести к неожиданному уменьшению дальности полета самолета и могут привести к возгоранию в воздухе;
  • Отказ приборов может обмануть ничего не подозревающего пилота, заставив его поверить в то, что летательный аппарат ведет себя одним образом, тогда как на самом деле он ведет себя иначе;
  • Отказ противообледенительного оборудования;
  • отказы наддува в наддувных самолетах;
  • Электрические отказы могут повлиять на навигационные системы и другие органы управления воздушным судном; и
  • Механические или электрические сбои в двигателе могут привести к неожиданной потере мощности двигателя, в результате чего самолет с одним двигателем превратится в очень тяжелый планер и создаст тяжелую и неожиданную рабочую нагрузку для многодвигательного пилота.

Ошибка пилота может принимать разные формы; несколько примеров:

  • Неправильное планирование полета;
  • Неправильное решение «годен / не годен»;
  • Полет в погоду, с которой летательный аппарат, пилот или оба не могут управлять;
  • Неспособность надлежащим образом отреагировать на изменения условий полета или средств управления; и
  • Неправильная подача топлива, ведущая к топливному голоданию двигателя

8 сентября 1994 года рейс 427 авиакомпании US Airways (на фото выше), летевший из Чикаго в Питтсбург, разбился при попытке приземлиться в международном аэропорту Питтсбурга.Самолет вошел в неконтролируемое снижение и столкнулся с местностью около Аликиппы, штат Пенсильвания, в шести милях к северо-западу от аэропорта. Все 132 человека на борту, два пилота, три бортпроводника и 127 пассажиров погибли. Самолет находился на конечном этапе захода на посадку, когда потерял управление из-за неконтролируемого отклонения руля направления. Это было результатом дефекта конструкции блока управления мощностью руля направления. [2]

Примерно через два месяца после терактов 11 сентября 2001 года рейс 587 American Airlines врезался в жилой район Бель-Харбор, штат Нью-Йорк, вскоре после взлета с самолета Джона Ф.Кеннеди в Нью-Йорке. Вертикальный стабилизатор и руль направления разделились во время полета и были обнаружены в заливе Ямайка, примерно в одной миле к северу от места крушения. Двигатели самолета разделились в полете и были обнаружены в нескольких кварталах к северо-востоку от основного места крушения. Все 260 человек на борту самолета и 5 человек на земле погибли. Самолет уничтожен ударными силами и пожаром после крушения. NTSB определил, что «вероятной причиной этой аварии было разделение вертикального стабилизатора в полете в результате нагрузок, превышающих проектные, которые были созданы из-за ненужного и чрезмерного нажатия на педаль руля первым помощником.Вклады в эти педали управления повлияли на характеристики системы руля направления Airbus A300-600 и элементы программы Advanced Aircraft Maneuvering Program от American Airlines »[3]

.

Расследование и разрешение дел о неисправностях самолета могут занять годы, учитывая их сложный характер. Пожалуйста, свяжитесь с опытным адвокатом как можно скорее, если вы или ваш близкий попали в авиакатастрофу. Опытные адвокаты Маккартни Стаки могут посоветовать вам шаги, которые необходимо предпринять, чтобы привлечь виновных к ответственности за причиненный ими ущерб.Команда McCartney Stucky имеет многолетний опыт судебных разбирательств и может помочь вам преодолеть препятствия при рассмотрении сложного и сложного иска о неисправности самолета. Кроме того, партнер McCartney Stucky Кристофер Стаки является пилотом по приборам и предлагает уникальные возможности для расследования и судебного преследования исков, связанных с авиакатастрофами.

[1] https://www.reuters.com/article/us-aviation-safety/2017-safest-year-on-record-for-commercial-passenger-air-travel-groups-idUSKBN1EQ17L

[2] https: // www.ntsb.gov/news/pressreleases/Pages/NTSB_Concludes_Longest_Investigation_in_History;_Finds_Rudder_Reversal_was_Likely_Cause_of_USAIR_Flight_427_A_Boeing_737_N.aspx

[3] https://www.ntsb.gov/investigations/AccidentReports/Pages/AAR0404.aspx

Фото федеральное правительство США

Структурные дефекты и цвет в минералах

Лекция 5: Структурные дефекты и цвет в минералах

Лекция 5: Структурные дефекты и цвет в минералах


Свяжите совершенство разрабатываемой нами трехмерной кристаллографии с реальным миром и рассмотрите некоторые дефекты, которые возникают в минералах в природе.Изучение учебной программы показывает, что некоторые из этих «дефектов» будут устранены в контексте группы минералов, которая обычно проявляет эту особенность; т.е. полиморфы SiO2, двойникование в полевых шпатах. Сегодня мы рассмотрим виды структурных дефектов, представим «свет» и цвет и исследуем отношения между этими предметами.

ДЕФЕКТЫ КОНСТРУКЦИИ

Рентгеновские дифракционные исследования, просвечивающая электронная микроскопия и высокочастотная электронная микроскопия (ПЭМ) обеспечивают прямые доказательства того, что природные минералы содержат дефекты во многих масштабах.Эти структурные ошибки могут быть в масштабе элементарной ячейки или макроскопически видимыми. Такие структурные дефекты влияют на основные свойства кристаллических материалов, такие как прочность, проводимость, механическая деформация и цвет.

Качественно на рис. 3.34 показаны точечные и линейные дефекты, а также мозаика доменов, разделенных дефектными границами. В трехмерном пространстве такие границы почти наверняка будут более точно представлены как плоские дефекты. (О.Г. 1)

Точечные дефекты
  • Дефект Шоттки или анион, отсутствующий в своем месте в структуре.Это необходимо компенсировать либо другими дефектами с противоположным зарядом, либо добавлением заряженных частиц (например, электрона). (О.Н. 2)
  • Дефект Френкеля — отсутствие иона в его собственном месте, но его расположение поблизости в промежуточном сайте. Чаще встречается у катиона из-за его обычного меньшего размера.
  • Примесный дефект — добавление лишнего иона в структуру
Дефекты линии
  • концентрации дефектов по линейным элементам — дислокации
  • Краевая дислокация — плоскость атомов, оканчивающаяся вдоль линии.Этот вид ошибки является слабым местом для деформации, и дефект может перемещаться через структуру в виде плоскости скольжения.
  • Винтовые дислокации — ошибки по оси винта, которые обычно не присутствуют в структуре, но могут быть проявлением псевдосимметрии или почти симметрии, присущей пространственной группе, внутри которой кристаллизовался минерал. Такие спиральные ступеньки являются важными участками роста кристаллов, поскольку они обеспечивают хорошее место для добавления атомов.
Плоские дефекты
  • 2-х мерные зоны, по которым стыкуются слегка разориентированные блоки.Отдельные блоки могут иметь почти идеальный ближний порядок, но кристалл в целом не имеет совершенного дальнего порядка.
  • Ошибка стекирования — например, HCP прервана CCP — подробнее, когда мы будем говорить о полиморфах и политипах в ближайшие несколько недель.

ЦВЕТ

Geol 306 — Лекция Gems о цвете

Наше восприятие цвета минералов зависит от типа освещения, самого минерала и человеческого глаза. Лампы накаливания, люминесцентные лампы и солнечный свет являются наиболее распространенными источниками, и все они имеют разные спектральные характеристики, поэтому минералы могут выглядеть по-разному.

Свет: электромагнитное излучение, которое мы видим; очень небольшая часть всего диапазона возможных длин волн (энергии). Чем короче длина волны, тем выше энергия. Видимый диапазон составляет примерно от 375 до 740 нм. Мы воспринимаем разные длины волн как разные цвета. (О.Г. 1)

Человеческий глаз: светочувствительная часть, состоящая из палочек и колбочек. При слабом освещении мы видим оттенки серого, что определяется стержнями, которые содержат только один пигмент. При более высоком уровне освещения включаются конусы.Каждый конус содержит один из 3 основных пигментов с максимальным поглощением красного, синего или зеленого цветов. Наш мозг объединяет эти сигналы и достигает среднего цвета. Наш глаз не одинаково чувствителен к каждому из этих цветов — он наиболее чувствителен к зеленым длинам волн. (Это совпадает с пиком солнечной радиации и, следовательно, является эволюционным развитием.)

Свет и материя: отражение, преломление, рассеяние, дифракция, поглощение или пропускание. Затем часть энергии поглощенного света может излучаться в виде флуоресценции.Мы рассмотрим все эти механизмы в течение следующих нескольких недель.

Основные категории взаимодействий, приводящих к цвету
  • диспергированные ионы металлов — возможно, проще всего понять: одиночный атом
  • Явления переноса заряда: небольшие группы атомов
  • центры окраски: небольшие группы атомов
  • зонная теория: большие кластеры атомов
  • физическая оптика — рассеяние, дифракция: большие структуры
Дисперсные ионы металлов

Перенос заряда
  • когда электрон перескакивает с одного атома на другой (О.Н. 4)
    • — кислород в ион металла
    • — катион-катионный межвалентный перенос заряда (Fe + 2 — Fe + 3)
  • Аквамарин
  • Глубокий синий сапфир
Цветовые центры
  • обычно в результате облучения естественными или синтетическими средствами
    • — излучение может изменить степень окисления ионов металлов
    • — взаимодействуют с дефектами кристалла т.е. отсутствующие атомы или дополнительные межузельные атомы
    • — удаленный электрон может найти пристанище в одном из дефектов
    Пример: дымчатый кварц и аметист.
  • дымчатый кварц образуется путем удаления электрона с иона Al, который заменил Si.Нагревание позволяет электронам вернуться домой, и дымчатый цвет исчезнет. (О.Г. 1)
  • аметист образуется, когда Fe + 3, замещающий Si, ионизируется до Fe + 4 под действием излучения. Темно-фиолетовый цвет обусловлен переносом заряда O-2 -> Fe + 4, который сосредоточен в желто-зеленой части спектра.
  • содалит (хакманит): электрон в Cl- дырке в Na-тетраэдре (Демо) (Краткое содержание О. Х. 4)
Теория полос
Электроны, которые могут быть делокализованы по всему кристаллу; в электронную энергетическую зону, состоящую из множества близко расположенных уровней энергии.В таких материалах есть 2 зоны: низкоэнергетическая валентная зона, которая полностью заселена, и зона высокой энергии, которая обычно пуста. Существуют 3 сценария конечных членов:
  • Если ширина запрещенной зоны на больше, чем максимальная энергия видимого света, то переходов не происходит, не происходит видимого поглощения и минерал прозрачен. Такие минералы по своей природе являются электрическими изоляторами. (Горка)
  • Если зазор на меньше энергии фиолетового света , высокоэнергетический конец спектра имеет тенденцию поглощаться, оставляя красный цвет — это причина красного цвета киновари.
  • Если зазор на меньше, чем все энергии , представленные видимым светом, то весь спектр поглощается. Минерал обычно кажется черным и непрозрачным. Все металлы обладают этим свойством (или вообще не имеют зазора). Металлы выглядят блестящими (металлический блеск), потому что электроны быстро возвращаются к своему первоначальному уровню энергии, излучая ту же энергию, которую они поглотили. В случаях, когда одни длины волн поглощаются и излучаются более эффективно, чем другие, получается цвет (золото или платина).
  • Азот в алмазах -> желтый
  • Бор в бриллиантах -> синий
Физические явления
  • интерференция тонких пленок — жемчуг
  • дифракция: вызванная регулярными «слоями» в масштабе длины волны света — опал
    • Сферы 250 нм рассеивают красный свет
    • сферы диаметром до 140 нм дифрагируют другие цвета )
    • опалесценция, вызванная сферами, слишком маленькими для дифракции

    (Резюме О.Н. 4)

    Мутации, связанные с дефектами нервной трубки человека, демонстрируют нарушение плоской клеточной полярности у Drosophila

    Мы прилагаем неотредактированную версию трех комментариев рецензентов, поскольку между ними были некоторые разногласия, о которых мы хотели, чтобы вы знали. Однако после обсуждения рецензенты согласились, что ваша статья подходит для публикации в eLife, но потребует обширного редактирования, чтобы сделать ее более удобной для читателей для широкой аудитории (а не только для дрозофилов), и что она лучше отшлифована.Обратите внимание, что в будущем следует предусмотреть более сложный подход с использованием технологии CRISPR, и что точечные мутации в эндогенном гене станут нормой, а не исследования сверхэкспрессии.

    Рецензент № 1:

    Мне очень нравится эта новая статья, в которой исследуется запутанная проблема оценки патогенности в быстро расширяющейся вселенной вариантов, связанных с заболеванием, от пациентов-людей. NTDs — важная проблема, а гены PCP, как хорошо известно, связаны с NTDs.Однако для подавляющего большинства вариантов у нас мало информации о связи генотипа с фенотипом. Здесь авторы используют уникальные преимущества системы Drosophila для оценки патогенности нескольких вариантов Vangl. Таким образом, статья очень важна для разработки новой системы, в которой такая патогенность может быть оценена в биологически значимых условиях плоского поляризованного эпителия. Таким образом, он закладывает основу для систематической оценки вариантов PCP при заболеваниях человека.

    Мы благодарим рецензента за любезные комментарии и рады, что им понравилось наше исследование.

    Тем не менее, статья страдает из-за того, что она недоступна для недрозофолистов, и из-за того, что предоставляет слишком мало контекста для выводов. Если приложить больше усилий, этот документ отлично подойдет для eLife.

    Приносим свои извинения, мы работали над решением этой проблемы и благодарим рецензента за то, что он указал на области, вызывающие наибольшую озабоченность. Мы также использовали презентацию на основе программного обеспечения FijiWingsPolarity, чтобы заменить схематические изображения крыльев на рисунках 3 и 4.Это сделано для обеспечения согласованности с нашим анализом на Рисунке 2, а также для того, чтобы читатели могли легче интерпретировать различные фенотипические особенности и паттерны. Мы переместили схематические изображения в приложение, поэтому у нас есть два способа представления данных, что опять же, надеюсь, улучшит доступность для более широкой аудитории.

    Существенных изменений:

    1) Улучшение научных знаний поможет: значение этой статьи заключается в синтезе идей и интеграции научных сообществ (т.е. Он использует генетику модельных систем (мух) для понимания генетики болезней человека). Таким образом, чтобы быть эффективной, газета не должна отчуждать ни одну из заинтересованных сторон. Итак, самая большая проблема — это неспособность газеты осмысленно обращаться с литературой за пределами мухи. Это необходимо исправить:

    Введение. Непонятно, почему здесь цитируется статья Кибара 2007 года. Это не обзор NTD, а скорее основная статья, в которой впервые показано, что Vangl2 мутирует в NTD человека. Правильнее было бы процитировать его в отрывках, связывающих Vangl2 с NTD (т.е. позже во Введении).

    Спасибо, что указали на это, мы удалили цитату. Поскольку мы цитировали всесторонний обзор связи между Ванглом и ДНТ человека во введении, мы решили процитировать Kibar, 2007, когда непосредственно ссылаемся на выводы статьи, например. Введение, подраздел «Мутации, связанные с NTD млекопитающих, можно найти по всему С-концевому хвосту генов Vangl ».

    Введение.Несколько ошибок: Тада и Смит, 2000 вообще не рассматривали закрытие нейтральной трубки или нервную ткань. Его следует удалить. Wallingford et al., 2002 представляет собой обзор PCP и конвергентного расширения и не упоминает закрытие нервной трубки на какой-либо глубине; это следует заменить соответствующей статьей о связи с шириной нервной пластинки, которой является Wallingford and Harland, 2002. Точно так же, хотя ссылка Wang, 2006b действительно описывает гены PCP и закрытие нервной трубки, Wang, 2006a — это статья, которая фактически связывает PCP к ширине нервной пластинки.Здесь его следует процитировать.

    Приносим свои извинения, мы допустили ошибку и сослались не на те документы Уоллингфорда и Ванга. Спасибо, что предупредили нас об этом. Мы исправили эту ошибку.

    Введение: Wang, 2006b должен быть включен в список здесь.

    Мы добавили эту ссылку, приносим свои извинения за первоначальное упущение.

    Введение. Мышь Looptail изучалась генетиками на протяжении десятилетий, прежде чем была идентифицирована как мутация в Vangl2.Эта работа примечательна тем, что странная пенетрантность аллеля привела к выводу, что мутация была «полудоминантной», заключение десятилетней давности, подтвержденное проведенными здесь красивыми экспериментами. Я рекомендую авторам обсудить и процитировать (как минимум) следующее:

    Основа развития тяжелых дефектов нервной трубки у мутантных мышей с петлей-хвостом (Lp): использование маркеров микросателлитной ДНК для определения эмбрионального генотипа.

    Copp, Checiu and Henson, 1994.

    Краниорахишизис «все или ничего» у мутантных химер мышей с петлевидным хвостом.

    Musci and Mullen, 1990.

    Стронг и Холландер, (1949).

    Эти документы также могут быть повторно представлены в разделе «Обсуждение».

    Спасибо, что указали на это. Мы включили эти ссылки и добавили дополнительное обсуждение оригинальной работы мыши Lp , например Строки Введение и подраздел «Функциональное определение как доминантно-негативных мутаций, так и мутаций с усилением функции».

    Введение, кажется, было специально разработано, чтобы раздражать недрозофилов.Можно прочитать такой отрывок и возразить, что связь PCP с NTD действительно является единственным действительно важным открытием PCP, и это было сделано на мыши. Зачем рисковать?

    Это предложение было удалено, чтобы отразить озабоченность рецензента. Наше намерение состояло только в том, чтобы подчеркнуть преимущества использования системы Drosophila для определенных типов анализа из-за ее простоты по сравнению с системами млекопитающих, которые мы обсудим позже в тексте.

    2): Недоступно написано: в конце концов я смог понять, что изображено на рисунке 2, но эта критическая фигура была описана очень плохо.

    Подраздел « Drosophila предоставляет чувствительную систему для исследования влияния мутаций на PCP», я не знаю, что такое «сайты attP / B», было бы неплохо получить объяснение этой системы.

    Приносим извинения за то, что не объяснили это ясно. Мы добавили текст, чтобы лучше объяснить систему attP / B, которая позволяет напрямую сравнивать отдельные трансгены, поскольку все они экспрессируются из одной и той же геномной вставки. См. Подраздел « Drosophila предоставляет чувствительную систему для исследования влияния мутаций на PCP».

    Рисунок 2. Я не знаю, что такое w1118. Покопавшись, я обнаружил, что это контроль. Но тогда почему это показано после мутанта? С чем мы должны сравнивать других? Мутант или контроль?

    Генотип w1118 используется в качестве контрольного образца, если фенотип не наблюдается («дикий тип»). Мы изменили порядок рисунка, чтобы в первую очередь иметь этот элемент управления ссылкой «дикого типа». Сейчас мы описываем в основном тексте, что w1118 является генетически диким типом, и теперь мы добавили больше текста, чтобы, надеюсь, прояснить для более широкой аудитории, что это за генотип мухи и почему мы включаем его.См. Подраздел « Drosophila представляет собой чувствительную систему для исследования влияния мутаций на PCP» и легенду на Рисунке 2.

    Различные фенотипы можно и нужно сравнивать с эталонным контролем, потерей функции и сверхэкспрессией wt. Это наиболее полезно, поскольку разные мутанты млекопитающих демонстрируют разные паттерны переориентации волос, которые напоминают три вышеупомянутых генотипа. Эти различные паттерны и фенотипы обсуждаются в тексте, например, e.грамм. подраздел « Drosophila обеспечивает чувствительную систему для исследования влияния мутаций на PCP». Для статистического анализа мы сравнили сверхэкспрессию wt с избыточной экспрессией каждого мутанта, так как мы считаем, что это наиболее подходящее сравнение и контроль.

    Рис. 2. «ac>» никогда не определяется явно, хотя, как я понимаю, это означает конструкцию, управляемую актин-Gal4.

    Спасибо, что указали на это. Теперь он введен как в основной текст, так и в легенду рисунка.подраздел « Drosophila » представляет собой чувствительную систему для исследования влияния мутаций на PCP »и условные обозначения на Рисунке 2.

    Рис. 2. Весь текст в B очень мелкий.

    Приносим извинения за эту неудачу, мы увеличили размер текста на рисунке.

    Подраздел « Drosophila предоставляет чувствительную систему для исследования влияния мутаций на PCP»: в тексте говорится, что «все показали заметное изменение подвижности белка, но данные на рисунке 2C меня не убеждают.Какие изменения они заявляют? Это сдвиг? Потеря второй полосы?

    Существует ряд статей, в которых подробно описано фосфорилирование белков Vang (l) и связанные с ним изменения подвижности белков, как указано в рукописи. Это включает в себя предыдущее исследование нашей лаборатории (Kelly et al., 2016), а также другие работы Drosophila (Strutt et al., 2019). Обратите внимание на изменение внешнего вида сдвигов фосфополос здесь. Мы обнаружили, что потеря фосфорилирования может привести к появлению единственной нижней полосы или сворачивания полос в зависимости от геля.Чтобы прояснить этот момент, мы повторили эти эксперименты, чтобы более последовательно показать изменение подвижности белка по всей рукописи, и новые данные можно увидеть на рисунке 2 — рисунок в приложении 1C.

    Подраздел « Drosophila предоставляет чувствительную систему для исследования влияния мутаций на PCP»: я не думаю, что уместно предполагать, что эти сдвиги могут отражать здесь фосфорилирование. Либо проведите простой эксперимент, либо переместите его в раздел «Обсуждение».

    Мы провели соответствующие эксперименты с обработкой фосфатазой (PPase), новый набор данных, напрямую сравнивающий контрольные образцы и образцы, обработанные PPase, можно увидеть на новом рисунке 2 — рисунок в приложении 1C.

    3) Общее отсутствие ясности: эксперименты здесь хорошие, и в целом я считаю их убедительными. В то же время они сложны и требуют ясного объяснения. Запутанные и даже вводящие в заблуждение заявления включают:

    Подраздел «Доминирующее поведение и дефекты локализации белка при большинстве мутаций»: «….сравнение локализации «эндогенного wt-Vang…» «Внутренние кавычки здесь — это авторы, что указывает на то, что даже они знают, что этот эксперимент не имеет ничего общего с реальным эндогенным ванглом. Слово эндогенный необходимо удалить, и авторы должны поясняют, что в этом эксперименте рассматривается влияние сверхэкспрессируемого мутантного vangl на ко-сверхэкспрессируемый мутантный vangl.

    Приносим извинения за вводящий в заблуждение комментарий, это не было нашим намерением. Мы добавили в текст, чтобы облегчить понимание экспериментального подхода.См. Подраздел «Доминирующее поведение и дефекты локализации белка в большинстве мутаций» в измененной рукописи.

    Подраздел «Доминирующее поведение и дефекты локализации белка в большинстве мутаций»: «… наводит на мысль о конкуренции со стороны сверхэкспрессированного флага Ванга за привлечение мембран. Я согласен с интерпретацией авторов, но этот результат противоречит их утверждению, что их избыточная экспрессия «оставаться в пределах физиологического уровня». Это следует констатировать и решать.

    Мы ценим комментарий и беспокойство рецензента, однако мы не согласны с тем, что существует противоречие. В этом случае Vang-flag сверхэкспрессируется, в то время как Vang-GFP остается в пределах физиологических уровней, как показано отсутствием каких-либо фенотипических изменений GOF за счет экспрессии Vang-GFP (Рисунок 3 — приложение к рисунку 1A). Изменение локализации Vang-GFP связано с обилием Vang-flag внутри ячейки. Мы полагаем, что лучшее введение эксперимента сделало более ясным различие в уровнях экспрессии между мутантами Vang-flag и Vang-GFP.

    Подраздел «Мутанты демонстрируют измененную локализацию мембраны в условиях спасения»: «по сравнению с wt-Vang». Если я не ошибаюсь, это следует исправить, чтобы указать, что это по сравнению с ПЕРЕРАБОТАННЫМ wt-Vang.

    Спасибо, что указали на это. Да, это было исправлено.

    4) Подраздел «Мутации, связанные со снижением локализации на мембране или потерей функции белка, нарушают связывание эффектора». Альтернативная интерпретация состоит в том, что эти мутации приводят к захвату Vang в ER или Golgi, где он не может получить доступ к цитоплазматическим белкам, таким как Dvl, что приводит к наблюдаемой потере связывания.Известно, что это относится к D317E, поэтому здесь следует упомянуть эту возможность.

    Мы обсуждали эту интерпретацию в разделе «Обсуждение». Мы полагаем, что данные, полученные от мыши Lp , скорее отражают потерю связывания из-за измененной структуры, чем улавливание эффекторов. Это связано с наблюдением, что Sec24b не может связываться, и это является причиной его локализации в ER (обсуждается в подразделе «Функциональное определение как доминантно-негативных мутаций, так и мутаций с усилением функции»).Мы также думаем, что нет достаточно веских доказательств того, что мутанты D317E и K577H попадают в ловушку в определенном субкомпартменте, поэтому мы неохотно заявляем об этом в тексте. Тем не менее, мы обсуждаем захват Lp в ER, чтобы читатели знали об этих результатах (подраздел « Drosophila как модель для определения причинной природы мутаций человека»). Наконец, мы знаем, что R321L может быть локализован на мембране, и поэтому этот мутант сможет получить доступ к цитоплазматическим белкам, и он все еще обнаруживает дефект связывания.

    5) Я думаю, было бы здорово включить таблицу, которая суммирует данные для каждой мутации, а ТАКЖЕ суммирует связанный фенотип человека (то есть особенности NTD для каждой).

    Спасибо за предложение. Мы согласны с тем, что было бы неплохо напрямую соотнести человеческие данные с нашей работой. К сожалению, мы считаем, что это невозможно. Поскольку NTDs очень сложны, очевидно, что ряд факторов объединяются, чтобы вносить вклад в общий фенотип (как обсуждается в нашей рукописи, Введение).Поэтому мы считаем, что указание фенотипа одного конкретного пациента было бы чрезмерным упрощением, поскольку мы не можем быть уверены в том, способствуют ли и какие еще факторы способствуют прогрессированию заболевания, это также актуально, если учесть, что некоторые мутации являются семейными, а члены семьи демонстрируют другой фенотипический результат. . Таким образом, мы решили сохранить нашу сводную таблицу, как и в исходной версии, однако, если редакторы будут по-другому думать по этому поводу, конечно, можно будет скорректировать это и добавить эту информацию.

    Рецензент № 2:

    Humphries et al., Сообщают о наиболее полном на сегодняшний день исследовании in vivo на модели Drosophila дефекта нервной трубки (NTD), ассоциирующего мутации в VANGL2 и VANGL1, центральном (и, как утверждают авторы, наиболее «специфическом») компоненте Planar. Путь клеточной полярности. Изучается подмножество из шести миссенс-мутаций, связанных с NTD у человека и мыши в С-концевой области VANGL. Авторы используют преимущество модели Drosophila , в которой путь PCP был обнаружен и является возможно, лучше всего понимается.Используя систему сверхэкспрессии Gal4 / UAS, они экспрессируют белок Vangl Drosophila Flagx3 с мутациями NTD в эквивалентных аминокислотных остатках дикого типа (сверхэкспрессия) и мутантного фона vangl2 (спасение) и количественно определяют ориентацию волос на крыльях, а также внутриклеточное / тканевое распределение (помеченных) мутантных и эндогенных белков Vangl2, они пришли к выводу, что исследованные мутации-кандидаты являются причинными, и некоторые работают как антиморфы, гиперморфы и один как гипоморф.Они идентифицируют пониженную локализацию мембраны, пониженное взаимодействие с внутриклеточными эффекторами, такими как ad Dsh, Pk и Scribble, и вмешательство в мембранную локализацию эндогенного Vang как ключевые молекулярные дефекты мутантных белков. Одно интересное открытие заключается в том, что «эти мутации не проявляют специфичности для конкретного эффектора, а вместо этого демонстрируют общее снижение связывания», что авторы интерпретируют как эффект мутаций на «целостность всего белка».

    Принимая во внимание, что о некоторых исследованиях мутаций VANGL сообщалось в других системах (рыбки данио, культура клеток млекопитающих), это наиболее полное исследование in vivo.Рукопись содержит большой объем данных, аргументирована и четко представлена. Авторы тщательно оценивают также уровень анализируемых белков, их подвижность при гель-электрофорезе и внутриклеточное распределение. В сочетании с функциональными исследованиями это позволяет им сделать вывод, как отдельные мутации влияют на функцию различных мутантных белков в передаче сигналов PCP in vivo. Это подтверждает и значительно расширяет некоторые из предыдущих работ (например, о гипоморфной природе мутации Vangl2Lp424 -R259L).Таким образом, исследование должно представлять интерес для научного сообщества. Однако есть несколько вопросов об интерпретации и ограничениях экспериментального подхода, которые необходимо решить, прежде чем рукопись станет пригодной для публикации.

    Мы благодарим рецензента за положительные комментарии к результатам нашего исследования.

    Исследование — это упущенная возможность, потому что текущий экспериментальный подход имеет ограничения, которые обсуждаются ниже. В самом деле, несколько удивительно, что во времена, когда редактирование генома у Drosophila возможно, автор выбрал эктопическую сверхэкспрессию, а не конструировал эти мутации в эндогенном локусе.

    Мы понимаем, что эти эксперименты могли бы стать отличным дополнением, однако мы выбрали систему UAS / Gal4 attP / B, чтобы иметь возможность манипулировать уровнями и динамикой экспрессии, чтобы отвечать на различные вопросы. Мы обсудили наши аргументы в пользу нашего подхода в сопроводительном письме, и для полноты мы снова включаем наши комментарии сюда:

    Нам было особенно интересно изучить природу мутаций, например усиление функции или потеря функции. Таким образом, мы чувствовали, что эксперимент со сверхэкспрессией может хорошо решить эту проблему, что проявляется либо в усилении, либо в снижении, либо в отсутствии изменений фенотипа по сравнению со сверхэкспрессией wt.Это в сочетании с экспериментом по спасению может затем провести различие между гиперморфными, гипоморфными, нулевыми или доминантно-отрицательными мутациями. Поскольку гетерозигота Ванга проявляет очень слабый фенотип, мы были обеспокоены тем, что введение мутации в эндогенный локус не даст столь четких результатов, особенно для более слабых мутаций. Это также осложняется тем фактом, что мутации потери функции и увеличения функции в основных генах PCP приводят к неполярной аномальной локализации. Мутации проявляются в гетерозиготах у пациентов-людей, однако в этих случаях фон должен быть благоприятным для выявления патогенеза (члены семьи с мутацией не всегда демонстрируют прогрессирование заболевания).Хотя мы чувствуем, что обращаемся к тому, что мы намеревались изучить, показывая, что мутации, обнаруженные у людей, действительно показывают дефекты PCP, следующим шагом, конечно же, будет изучение тонкостей передачи сигналов PCP в эндогенных условиях.

    Ограничение текущего подхода к сверхэкспрессии лучше всего видно в экспериментах по спасению. Здесь авторы использовали экспрессию, управляемую актин-Gal4, которая, как утверждают авторы, «из-за более высоких, чем эндогенные уровни экспрессии трансгенов, мы наблюдали фенотип увеличения функции с wt-Vang (Рисунок 4A).Несмотря на этот эффект, мы смогли наблюдать паттерны переориентации волос в отсутствие эндогенного Vang, которые соответствовали экспериментам, описанным выше ». Поскольку плоская клеточная полярность и процессы, регулируемые ею, чрезвычайно чувствительны к уровню экспрессии Vangl (и других PCP). белков), было трудно спасти фенотипы мутантов Vang / Vangl путем эктопической экспрессии в любой системе. Это также затрудняет интерпретацию результатов этих экспериментов.

    В экспериментах по спасению глаза, эл.грамм. Из рисунка 5 видно, что даже предложенные доминантно-отрицательные мутантные формы обеспечивают некоторую спасительную активность. Не могли бы авторы прокомментировать это?

    Мы, конечно, согласны с тем, что у этого подхода есть ограничение, однако мы включили спасательные эксперименты, чтобы подтвердить наши выводы из доминирующих анализов (сверхэкспрессия — фенотип и локализация). Мы также считаем, что они допускали дальнейшее толкование. Например, без этих экспериментов мы не смогли бы подтвердить, что R321L является гипоморфом, а не нулевым аллелем.Хотя спасение не идеально, как мы отмечаем в тексте, мы думаем, что данные полностью согласуются с другими нашими результатами. Что касается доминирующего негативного спасения, мы действительно полагаем, что у этих мутантов сохраняется некоторая функция Ванг, которая обеспечивает очень незначительное спасение, которое мы видим. Мы обсудили это в рукописи, чтобы прояснить эти моменты (подраздел «Эксперименты по спасению на глазах подтверждают потерю функции и усиление функции»).

    С другой стороны, эксперименты по спасению в крыле не позволяют решить вопрос, идентичны ли фенотипы клеточной полярности в крыле мутантов vang — / -, сверхэкспрессирующие предполагаемые доминантно-отрицательные мутантные белки Vang, мутантам vang или сильнее. , а возможно и другое.Это позволило бы различать антиморфную активность этих белков, проявляющуюся через их влияние на эндогенный белок Vang (как видно в экспериментах по сверхэкспрессии) или, возможно, также и на другие белки.

    Мы ценим, что рецензент поднимает интересный момент. Мы полностью согласны и будем стремиться проследить за мутантами D317E и K577H в будущем исследовании, чтобы увидеть, влияет ли их доминирование только на Vang или другие эффекторы PCP. Эти находки также могут иметь интересные последствия для мышей Lp .

    Рецензент № 3:

    В этой рукописи Хамфрис и др. используйте Drosophila для изучения нескольких мутаций Vangl1 / 2 млекопитающих, которые были связаны с дефектами нервной трубки. Эквивалентные мутации были сделаны в Drosophila Vang в системах сверхэкспрессии, причем все версии FLAG были помечены и помещены в сайты attP / B для эквивалентной экспрессии транскрипта. Были исследованы мутации D317E, R321L, R332H, V391T, K418C и K577H. Сверхэкспрессия wt-Vang ведет к последовательным паттернам переориентации волос в крыле, и авт. Обнаружили, что сверхэкспрессия разных мутаций Vangl обычно дает разные паттерны.Они также обнаружили, что часть мутаций имеет различную подвижность белков, что согласуется с возможностью изменения фосфорилирования, хотя обработка фосфатазой не использовалась для подтверждения этого. Окрашивание показало, что некоторые мутации изменили локализацию, тогда как другие имели нормальную мембранную локализацию. Эти данные привели авторов к выводу, что D317E и K577H являются доминантно-отрицательными аллелями и нарушают локализацию Vang дикого типа, R332H и K418C являются доминантными мутациями, которые остаются на мембране, R321L является гипоморфом, а V391T — слабым аллелем GOF.Авторы также экспрессировали эти аллели в глазу у мутантов Vangl, используя актин Gal4 и sep-Gal4. Связывание с Dsh и Prickle было протестировано для всех аллелей в клетках S2, и снижение взаимодействий было отмечено для подмножества аллелей (317 321 577). Авт. Также использовали pull-down эксперименты для определения связывания Dgo с Vang requires Vang 303-322.

    Эксперименты хорошо описаны, данные хорошо представлены, и значительный объем работы был вложен в создание и анализ всех аллелей.Это исследование поддерживает предположение, что человеческие мутации вызывают дефекты PCP. В значительной степени эта работа также поддерживает предыдущие исследования на моделях мышей и исследования аллелей Vangl в других системах (клетки MDCK и рыбок данио), хотя некоторые аллели действуют по-разному в системе Drosophila .

    Мы благодарим рецензента за то, что он оценил усилия, которые мы приложили к нашему исследованию, и рады, что они сочли рукопись и исследование хорошо выполненными.

    Однако, хотя это исследование поддерживает предположение о том, что Drosophila может быть использован для моделирования человеческих мутаций для исследования причинно-следственной связи, эта статья не приводит к новым существенным представлениям о том, как устанавливается плоская полярность клеток и почему эти мутации приводят к NTD.В идеале эти мутации должны быть сделаны в эндогенном локусе с использованием CRISPR, а присутствие Vang дикого типа усложняет интерпретацию в крыле. Кроме того, высокие уровни экспрессии не позволили авторам исследовать локализацию своих аллелей в РСР. В целом, эта статья кажется более подходящей для такого журнала, как Genetics.

    Мы очень ценим комментарий рецензента, и мы прокомментировали причину нашего подхода в сопроводительном письме и выше (см. Также ниже), и, конечно, мы согласны с тем, что следующими шагами будет введение мутаций в эндогенные локус.Это затем дало бы возможность для дальнейшего анализа того, как сама передача сигналов PCP изменяется у мутантов и понимания механизмов установления PCP. Однако это не было целью нашего исследования, на самом деле мы чувствуем, что наша работа теперь подтверждает полезность такого подхода (подраздел « Drosophila как модель для определения причинной природы человеческих мутаций»).

    В ответ на «использование CRIPR для введения мутаций в эндогенный локус»:

    Нам было особенно интересно изучить природу мутаций, т.е.грамм. усиление функции или потеря функции. Таким образом, мы чувствовали, что эксперимент со сверхэкспрессией может хорошо решить эту проблему, что проявляется либо в усилении, либо в снижении, либо в отсутствии изменений фенотипа по сравнению со сверхэкспрессией wt. Это в сочетании с экспериментом по спасению может затем провести различие между гиперморфными, гипоморфными, нулевыми или доминантно-отрицательными мутациями. Поскольку гетерозигота Ванга проявляет очень слабый фенотип, мы были обеспокоены тем, что введение мутации в эндогенный локус не даст столь четких результатов, особенно для более слабых мутаций.Это также осложняется тем фактом, что мутации потери функции и увеличения функции в основных генах PCP приводят к неполярной аномальной локализации. Мутации проявляются в гетерозиготах у пациентов-людей, однако в этих случаях фон должен быть благоприятным для выявления патогенеза (члены семьи с мутацией не всегда демонстрируют прогрессирование заболевания). Хотя мы чувствуем, что обращаемся к тому, что мы намеревались изучить, показывая, что мутации, обнаруженные у людей, действительно показывают дефекты PCP, следующим шагом, конечно же, будет изучение тонкостей передачи сигналов PCP в эндогенных условиях.

    В случае большинства этих мутантов не было доказательств того, что они могут влиять на функцию Ванг. Таким образом, мы считаем, что наше исследование важно демонстрирует это, и, таким образом, дефекты передачи сигналов PCP могут быть причиной NTD у пациентов, что, по нашему мнению, является значительным дополнением к этой области.

    https://doi.org/10.7554/eLife.53532.sa2

    Рамановская спектроскопия для количественного анализа точечных дефектов и кластеров дефектов в облученном графите

    Мы сообщаем о развитии рамановской спектроскопии как мощного инструмента для количественного анализа точечных дефектов и кластеров дефектов в облученном графите.Высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ) облучали ионами He + с энергией 25 кэВ и D + с энергией 20 кэВ. Рамановская спектроскопия и просвечивающая электронная микроскопия выявили переход облученного графита в аморфное состояние. Эксперимент по отжигу показал тесную связь между отношением интенсивностей комбинационного рассеяния и концентрацией вакансий. Изменение спектров комбинационного рассеяния света при облучении было эмпирически проанализировано с помощью «модели неупорядоченной области», которая предполагает преобразование области, содержащей вакансии, в область неупорядоченности.Модель хорошо объясняет изменение спектров комбинационного рассеяния и предсказывает критическую дозу аморфизации, но природа неупорядоченной области неясна. Затем мы превратили модель в «модель накопления дислокаций», приписав неупорядоченную область дислокационному диполю. Модель накопления дислокаций может моделировать зависимости отношения интенсивностей комбинационного рассеяния света от времени облучения и расширения оси c под действием облучения, давая связь между абсолютной концентрацией вакансии и отношением интенсивности комбинационного рассеяния, предполагая существование барьера на взаимной аннигиляции вакансии и межстраничное.

    1. Введение

    Графит является одним из полезных материалов для тепловых ядерных и термоядерных реакторов из-за их выдающихся свойств в отношении тепловой нагрузки, нейтронной активации и так далее. Поскольку в 1957 г. произошел пожар ядерного реактора Виндскейл [1] из-за самопроизвольного высвобождения накопленной энергии из облученного графита, радиационное повреждение было признано важной проблемой, которую необходимо решить для облученного графита. Кроме того, изменения размеров при росте, параллельном оси c , и сокращении в базальных плоскостях, уменьшении удельного электрического сопротивления оси c и так далее, возникают как серьезные проблемы.Несмотря на большое количество исследований облученного графита [2–33], природа точечных дефектов и кластеров дефектов, а также кинетика их реакции остаются неясными. Это можно объяснить анизотропией решетки графита, которая требует описания движения межузельных и вакансий в терминах энергий активации, параллельных и перпендикулярных базисным плоскостям, а также нестабильности вакансий и межузельных кластеров [3, 7].

    Рамановская спектроскопия использовалась для характеристики графита и исследований процесса графитизации и изменения структуры графита под воздействием облучения.Преимуществами этого метода исследования графита являются избирательная чувствительность к структурным изменениям в базисной плоскости, таким как размер кристаллов или образование одиночной вакансии или его кластеров, а также обширная и непрерывная чувствительность в диапазоне от упорядоченного до аморфизированного. графит.

    В данной статье мы делаем обзор наших экспериментальных [8–10, 12, 15] и теоретических исследований [18, 19, 26, 29] по облученному графиту. Наше исследование началось с открытия аморфизации графита, вызванной облучением, о чем судили по изменению дифракционной картины ПЭМ, наблюдаемой вдоль оси c [8].Образцы ПЭМ были исследованы с помощью микро-рамановской спектроскопии, что позволило нам напрямую сравнить изменение ПЭМ и соответствующих результатов комбинационного рассеяния [9]. Важные результаты комбинационного рассеяния были получены при отжиге облученного ВОПГ при относительно низких температурах от 373 K до 873 K. Релаксация отношения интенсивностей комбинационного рассеяния света начала проявляться при сравнительно низкой температуре 373 K, что подразумевает тесную связь между отношением интенсивностей комбинационного рассеяния и концентрацией вакансий [ 10].

    Мы впервые предложили полуэмпирическую модель «модели неупорядоченной области» для объяснения дозовых и температурных зависимостей изменения спектров комбинационного рассеяния света при облучении [18, 19].Модель предполагает переход от области, содержащей вакансии, к области с неупорядоченной структурой, и хорошо объясняет изменение спектров комбинационного рассеяния света, предсказывая критическую дозу аморфизации. Однако модель неупорядоченной области не может предсказать ни изменение концентрации точечных дефектов и кластеров дефектов под облучением, ни дать информацию о структуре неупорядоченной области. Затем мы предложили усовершенствованную модель «модели накопления дислокаций», которая может моделировать квадратный корень зависимости от времени отношения интенсивностей комбинационного рассеяния при облучении и дает связь между абсолютной концентрацией вакансии и отношением интенсивностей комбинационного рассеяния, предполагая существование барьер на взаимной аннигиляции вакансии и внедрения [26].Таким образом, мы представляем рамановскую спектроскопию как мощный инструмент для изучения радиационного повреждения графита.

    2. Результаты экспериментов для облученного графита
    2.1. Ионное облучение фольги ВОПГ
    2.1.1. Результаты ПЭМ и спектры комбинационного рассеяния света

    Тонкие фольги из высокоориентированного пиролитического графита для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) облучали 25 кэВ He + и 20 кэВ D + при температурах в диапазоне от комнатной температуры (RT) до 973 K [ 8].На рис. 1 показаны ПЭМ-изображения и соответствующие дифракционные картины фольги ВОПГ, облученной D + с энергией 20 кэВ. Область с левой стороны, отмеченная (а), была покрыта проволочной сеткой, и, следовательно, осталась исходная структура графита, что подтверждается дифракционной картиной кристаллической решетки графита, показанной ниже. Правая часть (в), облученная дозой 2,5 × 10 21 Д / м 2 , с другой стороны, полностью теряет контуры экстинкции и грубый точечный контраст, на снимке видно только кольцо гало. дифракционная картина.Средняя боковая область (b), облученная промежуточной дозой, показывает смешанную дифракционную картину, пятна и гало-кольца. Таким образом, изначально идеальный кристаллический графит постепенно теряет атомную упорядоченность с увеличением дозы и становится аморфным, когда имплантированная доза превышает критическое значение. Критическая доза для аморфного вещества увеличивается с увеличением температуры облучения.


    Аморфизация, характеризующаяся исчезновением белого точечного контраста на темнопольном изображении и переходом от пятен к гало на дифракционной картине, наблюдается и при облучении He + .Внешний вид дифракционной картины облученных образцов на рисунке 1 был разделен на три картины: пятно, ореол, пятно и ореол, которые обозначаются как s , hs и h соответственно и далее. Критическая доза облучения He + намного меньше, чем у облучения D + . Тем не менее, расчетное значение критического dpa (смещения на атом) для аморфизации при облучении He + было таким же, как и для облучения D + , как показано на рисунке 2.Это указывает на то, что аморфизация в основном контролируется атомным смещением, и различие в природе падающих частиц или химический эффект играет незначительную роль.


    Образцы просвечивающего электронного микроскопа исследовали методом микро-рамановской спектроскопии с разрешением 2 мкм мкм. На рисунке 3 сравниваются изменения рамановских спектров фольг ВОПГ, облученных 25 кэВ He + при КТ и 673 и 973 К. Спектр до облучения приведен в нижней части рисунков, где Раман-активный E 2g Моду можно найти только на 1580 см −1 .После облучения появляется новый пик около 1355 см -1 , который можно отнести к максимальной плотности фононных состояний, вызванной ослаблением правила отбора волнового вектора. Внешний вид дифракционной картины, исследованной с помощью ПЭМ для каждого образца, обозначен как s , hs и h , соответственно, на рисунке 3. Можно видеть, что изменение спектра комбинационного рассеяния тесно коррелирует с изменением дифракции TEM. Начало аморфизации, обозначенное hs , соответствует началу значительного уширения двух основных пиков комбинационного рассеяния, в то время как завершение аморфизации, обозначенное h , соответствует полному перекрытию двух пиков.Влияние облучения на спектры комбинационного рассеяния света становится менее заметным с увеличением температуры облучения из-за динамического отжига во время облучения. Видно, что повышение температуры облучения задерживает начало аморфизации. В отличие от тесной связи между уширением ширины пика комбинационного рассеяния и аморфизацией, проверенной дифрактограммой ПЭМ, уменьшение размера кристаллов, которое рассчитывается из отношения интенсивностей [34], не совпадает с процессом аморфизации, исследованным методом ПЭМ. .


    2.1.2. Диаграмма изменения аморфизации

    Рамановские спектры деконволюционируют на несколько характеристических пиков с помощью алгоритма наименьших квадратов. Спектры облученного графита, обозначенные как s и hs , разложены на четыре лоренцевых пика, два доминирующих лоренцевых пика примерно при 1355 и 1580 см -1 и два дополнительных второстепенных лоренцевского пика примерно при 1200 и 1500 см -1. , в то время как спектры, обозначенные как h , не могут быть хорошо согласованы лоренцианцами, но могут быть адаптированы гауссианами.

    На рисунках 4 (a) и 4 (b) показаны изменения отношения интенсивностей двух пиков () и полной ширины на половине высоты пика 1580 см −1 (FWHM 1580 ), определенные подборочный анализ в зависимости от дозы. Между ними четко прослеживается разница. Ниже 473 К уже на начальной стадии облучения больше единицы. Достигнув максимума, он постепенно уменьшается и выравнивается. С другой стороны, FWHM 1580 постепенно увеличивается на начальной стадии, но резко увеличивается, когда начинается аморфизация.Заключительный этап аморфизации, обозначенный h , соответствует значению 180 см -1 . Таким образом, изменение FWHM 1580 более тесно коррелирует с процессом аморфизации, чем изменение.

    На рисунке 5 показано, как FWHM 1580 изменяется в зависимости от дозы. Линейные зависимости можно увидеть при каждой температуре облучения, но скорость увеличения уменьшается с увеличением температуры облучения. Значительное снижение скорости роста наблюдается между 573 и 673 К.


    На рисунке 6 показано соотношение между FWHM 1580 и облучением He + менее 25 кэВ. Видно, что три линейных зависимости соответствуют появлению дифракционных картин TEM для s , hs и h . Однако следует отметить, что некоторые данные ниже 473 K отклоняются от этого соотношения, указывая на разные пути от сплошной линии к пунктирной.


    2.1.3. Отжиг облученного графита

    Было проведено исследование отжига с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния для изучения термической стабильности дефектных структур в фольгах ВОПГ, облученных 20 кэВ D + при комнатной температуре, результат показан на рисунке 7.Внешний вид дифракционной картины ПЭМ, исследованной до отжига, обозначен как s , hs и h . Можно четко различить эффект отжига неаморфизованного ВОПГ ( s ) и аморфизированного ( h ). Для неаморфизованного ВОПГ ( с ) заметное восстановление спектров комбинационного рассеяния появляется при температурах отжига между 373 и 573 К, тогда как только небольшое изменение можно увидеть в аморфизованном ВОПГ ( х ).


    2.2. Изображение HRTEM и спектры комбинационного рассеяния нейтронно-облученного графитового волокна

    Совместное исследование ПЭМ высокого разрешения и рамановской спектроскопии для облученных нейтронами графитовых волокон дало важную информацию о природе дефектов, вызванных облучением [12]. Рамановский спектр для дозы 1,4 × 10 23 н / м 2 показывает резкий и интенсивный пик повреждения при 1355 см −1 , тогда как для 1,9 × 10 24 н / м 2 очень широкий, как показано на рисунках 8 (c) и 8 (d) соответственно.Эти два спектра хорошо соответствуют спектрам облученного ионами ВОПГ перед аморфизацией ( s ) и в процессе аморфизации ( hs ), соответственно. Несмотря на появление острого пика повреждения в спектрах комбинационного рассеяния, соответствующее изображение решетки на рисунке 9 по-прежнему сохраняет дальний порядок базальных плоскостей и не показывает видимого уменьшения размера кристаллов. Вместо этого он показывает множество тонких контрастов в полосе решетки, которые, вероятно, возникают из-за образования плоских дефектов.Это означает, что увеличение не обязательно связано с уменьшением так называемого «кристаллического размера La», но с образованием плоских дефектов, таких как вакансии. Соответственно, значительное снижение интенсивности пика повреждения при 1355 см, –1 для неаморфизованного ВОПГ (ов) при отжиге ниже 573 К на рис. 7 может быть хорошо объяснено взаимной аннигиляцией вакансий с подвижными межузельными элементами.


    Приведенные выше соображения приводят нас к выводу, что увеличение на ранней стадии облучения происходит из-за облучения, создаваемого плоскими дефектами, такими как сама вакансия.Это подтверждает результат Накамуры и Китадзимы, которые объяснили изменение длины корреляции фононов увеличением концентрации вакансий, возникающих при облучении [13]. С другой стороны, турбулентность и разупорядочение базисной плоскости четко видны на изображении решетки волокна, которое показывает широкий спектр комбинационного рассеяния на рисунке 8. Турбулентность и разупорядочение должны происходить из-за некоторой неравномерности угла и длины соединения и вызывать уширение рамановского спектра, которое почти не возвращается к резкому пику при отжиге ниже 873 К, как показано на рисунке 7.

    3. Модель изменения спектров комбинационного рассеяния света и индуцированной облучением аморфизации
    3.1. Рамановские спектры и дефекты, вызванные облучением

    Широко признано, что отношение интенсивностей для различных сортов графита обратно пропорционально «кристаллическому размеру La» [34]. Однако мы обнаружили значительное снижение HOPG, облученного РТ, при отжиге ниже 573 К, что не может быть объяснено изменением размера кристаллов (рис. 7).Уменьшение отношения интенсивностей при отжиге произошло только для неаморфизированных образцов, которые соответствуют тем, которые обозначены сплошной линией на рисунке 6. Мы пришли к выводу, что изменение степени недостаточного облучения следует объяснять не просто изменением размера кристаллов, а дефектами. производится в базисных плоскостях, таких как вакансии. Накамура и Китадзима, с другой стороны, провели измерение в реальном времени изменения спектров комбинационного рассеяния при облучении He + и обнаружили, что величина пропорциональна квадратному корню из дозы облучения [13].Они успешно объяснили результат уменьшением длины корреляции фононов из-за образования вакансии, давая связь между отношением интенсивностей комбинационного рассеяния и концентрацией вакансии следующим образом: где — постоянная. Заменив на, мы получим Здесь мы определяем концентрацию плоских дефектов, которая выражается величиной в единицах рамановской интенсивности (единицы R.I.), и используем ее в дальнейшем.

    На рис. 10 схематично показано изменение ширины пика 1580 см –1 и отношения интенсивностей при облучении, на котором показаны схематические изображения графитовых слоев, рассмотренных на основе результатов комбинационного рассеяния света и ПЭМВР.Сплошная линия может быть отнесена к образованию дефектов в плоскости, таких как вакансии, наличие которых не вызывает турбулентности базисных плоскостей. Отклонение вверх от сплошной линии в соотношении FWHM 1580 и (Рисунок 6) и появление турбулентности базисной плоскости (Рисунок 9), с другой стороны, соответствует началу аморфизации. Значения в точках отклонения уменьшаются с увеличением температуры облучения и составляют около 1.4 ниже 373 К, около 1,0 при 473 К и около 0,5 выше 573 К. Уменьшение значения должно соответствовать уменьшению концентрации насыщения вакансии. Видно, что при температурах ниже 473 K отклонение вверх от сплошной линии начинается при более высоких значениях по сравнению с значениями выше 573 K, как показано пунктирными линиями. Вероятно, это связано с меньшей аннигиляцией вакансий с подвижными междоузлиями при более низких температурах облучения.


    3.2. Полуэмпирическая модель (модель неупорядоченной области)

    Отношение интенсивностей комбинационного рассеяния и ширина пика FWHM 1580 дают различную информацию об образовании вакансий и неупорядоченных областей.Изменение рамановских спектров теперь рассматривается с учетом следующих предположений: (а) одиночные вакансии насыщаются до концентрации при температуре облучения до дозы; (б) графитовые структурные области с одиночными вакансиями (области G ) постепенно переходят в неупорядоченные области ( D регионов). Скорость трансформации пропорциональна насыщенной концентрации одиночных вакансий. (C) Отношение интенсивностей комбинационного рассеяния () и ширина пика G-пика (FWHM 1580 ) выражаются суммой рамановских компонентов из G и D регионов.(d) Имеет корень квадратную зависимость от концентрации вакансий и D областей. FWHM 1580 имеет зависимость квадратного корня от концентрации вакансий, но имеет пропорциональную зависимость от концентрации областей D .

    Согласно пунктам (а) и (б), концентрация областей D , при дозе равна где — постоянная реакции. Величина до насыщения плоских дефектов пренебрежимо мала после нескольких повторений.Из (c) и (d) отношение интенсивностей и ширина пика 1580 см -1 при, соответственно, выражаются как где, и — постоянные параметры, а — ширина пика чистого ВОПГ при комнатной температуре (Рисунок 12). Следует отметить, что и выражаются не в атомных концентрациях, а в единицах R.I., которые определены в последнем разделе. Из (3) — (5), FWHM 1580 выражается как

    . Теперь, сравнивая модель с экспериментальными результатами, становится ясно, что (6) не может предсказать изменения спектров комбинационного рассеяния только само по себе, поскольку оно содержит три переменных параметра, и.Затем мы используем экспериментальные результаты (рис. 4 (а)), чтобы дать информацию об изменениях концентрации и при облучении. Все постоянные параметры,,, и могут быть определенно получены из экспериментальных результатов и равны 0,2, 2/3, 30, 200 и 22 соответственно. С этими параметрами и экспериментальными результатами, модель неупорядоченной области может предсказать дозовые и температурные зависимости FWHM 1580 , используя насыщенную концентрацию одиночных вакансий, в качестве подгоночного параметра при каждой температуре облучения.

    На рисунке 11 сравниваются экспериментальные и прогнозируемые результаты дозовой зависимости FWHM 1580 при каждой температуре облучения. Символы представляют экспериментальные результаты, а сплошные кривые — результаты расчетов. Теоретические кривые хорошо соответствуют экспериментальным результатам. Постепенное увеличение FWHM 1580 перед аморфизацией и заметное увеличение после начала аморфизации хорошо предсказаны. Связь между FWHM 1580 и показанным на рисунке 6 также хорошо предсказывается моделью [18, 19].



    В этой модели неупорядоченной области мы можем четко определить критическую дозу аморфизации (), то есть дозу, при которой области D достигают критического количества, вызывая тем самым исчезновение дифракционных пятен. и появление ореола на дифрактограмме ПЭМ облученного графита. Используя (3) и пренебрегая временем насыщения, условие аморфизации можно выразить как где . Это указывает на то, что критическая доза аморфизации, обратно пропорциональна насыщенной концентрации одиночных вакансий,.

    На рисунке 13 показан график Аррениуса, значение которого определяется в качестве подгоночного параметра в расчетах модели. Мы можем найти две линейные зависимости, показывающие две энергии активации: 0,083 эВ ниже 573 К и 0,58 эВ [19] выше 573 К. Интересно сравнить изменение с дифракционной картиной ТЕМ при аморфизации. Примечательно, что две линии, параллельные результатам комбинационного рассеяния, могут быть проведены между двумя точками, обозначенными hs и h при каждой температуре, как показано на рисунке 13.Согласованность температурных зависимостей критической дозы аморфизации, полученных двумя различными методами спектроскопии комбинационного рассеяния света и ПЭМ, убедительно подтверждает модель неупорядоченной области.


    3.3. Кинетическая модель (модель накопления дислокаций)

    Модель неупорядоченной области может предсказать температурную зависимость критической дозы аморфизации и дать представление о подвижности точечных дефектов [18, 19], но не может предсказать изменение дефекта. концентрации при облучении и не дают информации о структуре неупорядоченной области.Затем мы превратили «модель неупорядоченной области» в «модель накопления дислокаций», приписав неупорядоченную область дислокационному диполю [26].

    Модель накопления дислокаций [26] представляет собой кинетическую модель, учитывающую точечные кластеры и кластеры дефектов, показанные на рисунке 14. Кинетику реакции можно резюмировать следующим образом. Падающий атом сбивает основной атом, что приводит к образованию междоузлия и вакансии (пара Френкеля). Доля атомных позиций, в которых может происходить образование пар Френкеля, постепенно уменьшается с увеличением концентрации вакансионных и дислокационных диполей.Одиночные межузельные слои перемещаются в двух измерениях параллельно базисной плоскости. Другими движениями междоузлий и вакансий параллельно базисной плоскости и вдоль оси c пренебрегают из-за высоких энергий активации. Междоузлия в рекомбинационном объеме вокруг вакансии аннигилирует с вакансией. Существует барьер для взаимной аннигиляции. Однажды сформированная пара промежуточных вставок термически устойчива. Мы пренебрегаем образованием межузельных кластеров, за исключением межузельных кластеров, поскольку мы полагаем, что межузельные кластеры не являются доминирующими для общей кинетики реакции при сравнительно низких температурах.Дивакансии, образованные в результате ударов, возникающих в узлах, близких к одиночным вакансиям, реконструируются для устранения оборванных связей, как показано в левой части рисунка 15. Реконструированные дивакансии не аннигилируют с интерстициальными образованиями и становятся ядрами дислокационных диполей. Дислокационные диполи могут расти за счет последовательных ударов вблизи концов дислокационных диполей, как показано в правой части рисунка 15. Дислокационные диполи не могут аннигилировать с межузельными элементами.


    На рисунке 16 показано изменение в реальном времени отношения интенсивностей комбинационного рассеяния исходного пика графита и пика дефекта при ионном облучении при комнатной температуре для двух различных скоростей образования пары Френкеля 7.0 × 10 −7 и 6,7 × 10 −6 сна / с [13] сравнивается с моделью накопления дислокаций [26]. Экспериментальные результаты показывают зависимость квадратного корня от дозы облучения. Чтобы показать корень квадратную зависимость, концентрация вакансий должна увеличиваться пропорционально дозе облучения; то есть скорость взаимной аннигиляции вакансии и междоузлия должна быть пренебрежимо мала. Используя правильное значение = 5,0 × 10 -4 , которое представляет собой вероятность рекомбинации, относящуюся к барьеру для взаимной аннигиляции [26], расчетные результаты могут быть согласованы с экспериментальными результатами, как показано на рисунке 16.Отклонение вниз от дозовой зависимости квадратного корня для верхнего результата, которое происходит из-за эффекта взаимной аннигиляции междоузлия и вакансии, можно смоделировать в расчетах. Диапазон доз рамановских измерений, выполненных Накамурой и Китадзимой [13], соответствует начальной стадии, когда увеличивается пропорционально времени облучения; это, . Это причина того, что отношение интенсивностей комбинационного рассеяния имеет корень квадратную зависимость. Для получения линейной зависимости необходимо очень маленькое значение вероятности рекомбинации вакансии и междоузлия, то есть сильный барьер для взаимной аннигиляции.


    Существование сильного барьера для взаимной аннигиляции было подтверждено другим моделированием [26] дозовой зависимости расширения по оси c , данным Койке и Педрасой [17] с помощью модели накопления дислокаций. На рисунке 17 сравнивается изменение размеров высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ) вдоль оси c во время облучения электронами 300 кэВ при комнатной температуре с результатами, рассчитанными по настоящей теории с использованием нескольких значений.В расчетах предполагается, что изменение размеров вдоль оси c ,, увеличивается пропорционально накоплению межузельных промежутков. является параметром, представляющим скорость расширения на атом за счет образования межузельных атомов. Согласие вполне приемлемо при значениях = 5,0 × 10 –4 и для двух стадий начального быстрого удлинения до дозы 0,2 сна и последующего линейного удлинения до 4,0 сна. Значение скорости расширения является приемлемым по порядку величины по сравнению со случаем отсутствия барьера (), где необходимо принять неприемлемо высокое значение 10 3 , чтобы соответствовать экспериментальному результату изменения размеров.Тем не менее, это больше, чем ожидаемое значение для случая, когда межузельные слои не вызывают избыточного расширения. Это может происходить в случаях, когда межузельные частицы эффективно расширяют решетку или дислокационные диполи вызывают коробление базальных плоскостей. Следует отметить, что насыщение концентрации вакансий, предполагаемое в модели неупорядоченной области [18,19], модифицируется до образования пика концентрации вакансий в модели накопления дислокаций [26].


    Используя (1) с соответствующим параметром, мы можем количественно вывести концентрацию вакансии из отношения интенсивностей комбинационного рассеяния в случае, когда большинство дефектов являются одиночными вакансиями.Ранее мы оценили значение как 0,0016 на основе измерения комбинационного рассеяния света in situ для облучения He + с энергией 3 кэВ [13], где интенсивность комбинационного рассеяния была скорректирована с наблюдаемой интенсивностью комбинационного рассеяния, поскольку поврежденная область мельче, чем область, в которой рамановская область рассеяние обнаруживается. Чтобы получить точное значение, оно должно быть определено в случае, когда одиночные вакансии равномерно распределены в обнаруживаемой области комбинационного рассеяния света. В этом смысле облучение He + с энергией 25 кэВ должно быть лучше, чем облучение He + с энергией 3 кэВ для определения, поскольку все рамановское рассеяние происходит из области повреждения.Принимая соотношение интенсивностей комбинационного рассеяния 1,5 и dpa 0,05 при дозе 0,13 × 10 20 He / м 2 для облучения при комнатной температуре и предполагая, что все вакансии, образовавшиеся в результате облучения, остались в образце, мы получили значение 0,022. Тогда (1) можно выразить как Обоснованность этого уравнения будет обсуждаться в другом месте.

    3.4. Зарождение и рост дислокационного диполя

    Модель накопления дислокаций предполагает, что ядра дислокационных диполей являются дивакансиями, и они растут за счет последовательных ударов близко к концам, как показано на рисунке 15.Однако модель не дает никакой информации о структуре дислокационных диполей, как это просто показано пунктирными линиями на рисунках 14 и 15. Итак, здесь мы обсуждаем процесс образования дислокационных диполей.

    На рисунках 18 (а) и 18 (б) показаны две возможности процесса зарождения дислокационного диполя, то есть реконструкция дивакансий. Левое превращается в два восьмеричных кольца, сидящих друг напротив друга, а правое — в восьмеричное и два пятикратных кольца.Правильный должен быть энергетически выгодным [27]. Если удар происходит в местах, обозначенных темными пятнами на Рисунке 18 (b), оба они вырастут до одной и той же структуры, состоящей из восьми-, семи- и пятичленных колец, как показано на Рисунке 18 (c). Последовательные удары по концам дислокационных диполей вызывают их рост по зигзагообразной линии.

    Длинный дислокационный диполь, созданный из девяти вакансий (Рисунок 19 (a)), показан на Рисунке 19 (b), где линия вакансии реконструируется в дислокационный диполь, чтобы создать энергетически выгодную структуру за счет устранения оборванных связей.В реконструированной структуре на Рисунке 19 (b) одна оборванная связь остается в месте, обозначенном кружком. Дислокационный диполь может расти за счет удара по концам дислокационного диполя, обозначенным символами на Рисунке 19 (b). Соседние восьми- и шестичленные кольца на левом конце дислокационного диполя на Рисунке 19 (b) трансформируются в соседние семи- и пятичленные кольца на Рисунке 19 (c) после удара по атому, обозначенному кружком. С другой стороны, соседние семи- и пятичленные кольца на правом конце дислокационного диполя на Рисунке 19 (b) могут вырасти в соседние восьмеричные и шестичленные кольца на Рисунке 19 (c) после удара. атома, обозначенного треугольником.Эти два процесса могут повторяться попеременно, приводя к росту дислокационного диполя. Происходит сжатие в базовой плоскости в направлении, обозначенном пунктирной линией на рисунке 19 (а). Следует отметить, что дислокационный диполь растет как раз на концах, где возможна реконструкция.

    3.5. Накопление дислокационного диполя и уширение спектров комбинационного рассеяния

    Модель накопления дислокаций описывает следующую картину процесса разупорядочения графита при облучении с учетом накопления дислокационных диполей.В диапазоне доз до достижения пика концентрации вакансий дальний порядок графитового листа вдоль оси c и последовательность 6-членных колец в базисных плоскостях остаются, поскольку образование дислокационных диполей пренебрежимо мало. . С увеличением дозы образование дислокационных диполей в процессе выбивания становится значительным из-за увеличения концентрации вакансий. Накопление дислокационных диполей разрушает топологический дальний порядок в базисной плоскости за счет введения, вращения и коробления графитовых листов, что приводит к фрагментации базисных плоскостей.На ранней стадии этого процесса неупорядоченная структура, вызванная облучением, все еще будет отражать исходную слоистую структуру ВОПГ. Фактически, несмотря на ТЕМ-дифрактограмму графита, наблюдаемую вдоль оси c , которая показывает ореол при облучении дозой около 1 сна, последовательность базальных плоскостей все еще сохраняется на изображениях ВРЭМ, хотя решетка изображение разбивается на небольшие сегменты [12, 17, 30, 33]. Неупорядоченный графит на этой стадии может быть использован в качестве сырья для получения аморфного алмаза путем ударного сжатия [35].В сильно накопленном состоянии дислокационных диполей нанокристаллизация должна стать значительной, и тогда дальний порядок слоистой структуры исчезнет, ​​как показано на изображениях ВОПГ с помощью ВРЭМ [17]. Образование дислокационных диполей может играть важную роль в генерации концентрической графитовой структуры «бакки-луковиц» под действием электронного облучения [36], поскольку образование дислокационных диполей вызывает кривизну графитовых слоев.

    Следует помнить, что заметное уширение рамановского спектра возникает при разупорядочении под действием облучения.Это должно быть связано с уширением времени жизни фононов, вызванным искажением решетки вокруг дислокационного диполя. Напротив, заметного уширения не происходит на начальной стадии облучения, когда преимущественно образуются одиночные вакансии. Это говорит о том, что искажение решетки вокруг одиночной вакансии не настолько велико, чтобы вызвать заметное увеличение времени жизни.

    4. Заключение

    Изменения спектров комбинационного рассеяния света и связанные с ними изменения дифракции ПЭМ высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ) при облучении He + и 20 кэВ D + систематически исследовались с точки зрения доз облучения и температура.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *