Контроль качества сварных конструкций

Контроль качества сварных конструкций

 

Учебное пособие

 

Омск- 2011 г

 

УДК 621.791.052.08

ББК 34.641

 

Рецензенты:

Кандаев В.А.., д-р техн. наук, профессор кафедры «Системы передачи информации» ОмГУПС

Мирошниченко М.М., директор Западно-Сибирского регионального аттестационного центра НАКС, специалист IV уровня.

 

Соколов В.А.

Контроль качества сварных конструкций: учебное пособие / В.А. Соколов.

 - Омск: Изд-в0 ОмГТУ, 2011.- с.

 

Рассмотрены вопросы обеспечения качества сварных конструкций. Описаны основные виды внутренних и внешних дефектов. Рассмотрены различные виды разрушающего и неразрушающего контроля (радиационный, ультразвуковой, магнитный и др).

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение................................................................ ……………………………...    4

1. Качество сварки и методы его контроля.......... ………………………………5

1.1.Факторы качества..................................... ………………………………5

1.2.Дефекты и дефектность............................... ……………………… ……...6

1.2.1.Классификация дефектов....................... ………………………………6

1.2.2.Влияние дефектов на работоспособность ……………………………...6

1.2.3.Уровни дефектности.............................. ……………………………..  9 

1.2.4.Устранение сварочных дефектов.......... …………………………….. 10

1.3.Выбор методов контроля........................... ……………………………...11

1.3.1.Контроль технологических факторов.. …………………………….. 11

1.3.2.Разрушающий и неразрушающий контроль . ………………………….12

1.4.Визуально-измерительный контроль........ …………………………….. 14

1.4.1.Методика контроля............................... …………………………….. 14

1.4.2.Приборы визуального контроля.......... …………………………….. 14

1.4.3.Внешний осмотр.................................... …………………………….. 15

2.Разрушающие методы контроля....................... ………………………. …… 15

2.1.Механические испытания........................... ……………………………. 17

2.2.Металлография…………………………………………………………………..18

2.3. Коррозионные испытания………………………………………………………19

2.4. Оценка свариваемости металлов ………………………………………………19

3. Радиационный контроль................................... ……………………………...21

3.1.Физические основы и классификация........ ……………………………….21

3.1.1.Рентгеновское излучение....................... …………………………….. 22

3.1.2.Гамма-излучение................................... ……………………………...23

3.1.3.Классификация и параметры контроля ……………………………...23

3.2.Источники излучения................................. ……………………………. 25

3.2.1.Источники тормозного излучения........ ………………………. …… 25

3.2.2.Источники гамма-излучения................ ……………………………. 27

3.3.Радиография............................................... ……………………………. 28

3.3.1.Радиографические детекторы............... …………………………… 29

3.3.2.Технология контроля............................ …………………………….. 31

3.5.Радиационная безопасность....................... …………………………….. 36

4. Ультразвуковой контроль................................ …………………………….. 37

4.1.Физические основы ультразвуковой дефектоскопии    ………………….. 37

4.1.1.Природа и получение ультразвуковых колебаний.... ……….. ……. 37

4.1.2.Типы и скорости ультразвуковых волн …………………………….. 38

4.1.3.Распространение ультразвука............... …………………………….. 39

4.1.4.Свойства ультразвуковых колебаний... …………………………….. 39

4.1.5.Методы ультразвукового контроля...... …………………………….. 45

4.2.Аппаратура............................................. ……………………………...47

4.2.1.Ультразвуковые дефектоскопы............. …………………………….. 47

4.2.2.Пьезопреобразователи.......................... ……………………………...50

4.2.3.Стандартные образцы и вспомогательные приспособления……. ……..51

4.3.Параметры ультразвукового контроля.... …………………………….. 54

4.3.1.Чувствительность контроля.................. …………………………….. 55

4.3.2.Эталонирование чувствительности....... …………………………….. 56

4.4.Измерение дефектов................................... …………………………….. 58

4.4.1.Измерение амплитуды сигнала............ ……………………………..     58

4.4.2.Координаты дефекта............................. ……………………………...     58

4.4.3.Условные размеры дефектов................ ……………………………...     59

4.5. Технология ультразвукового контроля.. ……………………………...     60

4.5.1.Этапы технологии контроля................. ……………………………...    61

4.5.2.Контроль стыковых соединений........... ……………………………...63

4.5.3.Контроль тавровых, нахлесточных и прочих соединений ……………65

5. Магнитные и электромагнитные методы контроля    …………………..65

5.1.Физические основы и классификация... …………………………………65

5.2.Магнитопорошковая дефектоскопия........ ……………………………...65

5.3.Магнитография.......................................... …………………………….. 68

5.4.Феррозондовый метод............................... ……………………………. 71

6. Капиллярные методы и течеискание................ ……………………………..72

6.1.Капиллярный контроль............................. ……………………………..72

6.2.Классификация методов течеискания........ ……………………………..74

6.3.Гидро-и пневмоиспытания........................ ……………………….    …….75

6.3.1.Гидроиспытания................................ ………………………. …...75

6.3.2.Керосиновая проба............................... ……………………… …….75

6.3.3.Люмогидравлический метод................. ……………………… …….76

6.3.4.Пузырьковый метод.............................. ……………………………..76

6.3.5.Манометрический метод....................... …………………….. …….78

6.4.Газоаналитические  методы....................... …………………………... 78

6.5.1.Галогенный метод................................. ……………………………..78

6.5.2.Катарометрический метод.................... ……………………………..80

6.5.3.Масс-спектрометрический метод.......... ……………………………..80

Список литературы.............................................. ……………………….    …….82

Приложение…………………………………………………………………………83

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Проблема обеспечения оптимального уровня качества продукции становится во всем мире все более актуальной.

В сварочном производстве доля исправлений сварных швов (доля брака) недопустимо высока. На монтаже она может достигать 15—25, а в заводских условиях 3—5 и более процентов. При неудовлетворитель­ном качестве сварки годовые затраты на ликвидацию последствий брака из-за отказов и аварий сварных изделий иногда оказываются в несколько раз превышающими сумму производственных затрат на все технологи­ческие операции.

Для контроля качества сварки применяют разрушающие и неразрушающие испытания, причем последние, как правило, преобладают. Внутрен­ние дефекты главным образом обнаруживают ультразвуковыми и радиа­ционными методами. Применяют магнитные методы для контроля подповерхностных и поверхностных дефектов в ферромагнитных материалах. Поверхностные дефекты в виде тонких трещин находят с помощью капил­лярных методов — цветной и люминесцентной дефектоскопии. Мельчай­шие сквозные дефекты позволяют обнаружить техника вакуумного и гелиевоготечеискания, гидро- и пневмоиспытаний.

Качество продукции главным образом зависит от уровня технологии ее производства. Поэтому важный фактор современности - переход к активному управлению качеством сварки путем использования обратных связей от контроля к технологии.

В учебном пособии рассмотрены вопросы обеспечения качества сварных конструкций. Описаны основные виды внутренних и внешних дефектов. Рассмотрены различные виды и методыразрушающего и неразрушающего контроля (радиационный, ультразвуковой, магнитный и др).

 

 

1. КАЧЕСТВО СВАРКИ И МЕТОДЫ ЕГО КОНТРОЛЯ

1.1 ФАКТОРЫ КАЧЕСТВА [ 6]

Качество продукции есть совокупность ее свойств, удовлетворяющих определенные потребности. Для сварных соединений показателями качест­ва служат такие свойства, как прочность, отсутствие дефектов, число ис­правлений и др.

Контроль качества продукции — это проверка соответствия показа­телей качества установленным требованиям. Под термином управление качеством понимают обеспечение необходимого уровня качества за счет обратных связей от контроля к технологии и путем активного на нее воздействия на всех этапах производства.

Управление качеством реализуют, как правило, с использованием математико-статистических методов. При этом необходим контроль факторов, от которых зависит качество продукции. Основные из них можно условно сгруппировать как конструктивно-эксплуатацион­ные и технологические Этапы организации контроля должны охватывать последовательно все стадии производства, начиная от проектной документации и кончая контролем готовой продук­ции. На всех стадиях необходима проверка качества самих контрольных операций: метрологическая поверка средств контроля, оценка соблюде­ния режимов дефектоскопии, ее чувствительности и достоверности, контроля дефектоскопических материалов, квалификации и состояния операторов-дефектоскопистов и т.п.

Требования к качеству сварных соединений. От качества соединений во многом зависит работоспособность сварных изделий и конструкций, а следовательно, и их безопасность в процессе эксплуатации для окружаю­щей среды и людей. Требования к качеству соединений включают сле­дующие основные показатели: надежность и прочность; макро- и микрогеометрию соединения и шва; дефектность соединения; структуру металла и его термообработку.

Перечисленные показатели оговаривают в нормативно-технических до­кументах (НТД), указывая допустимость (или недопустимость) тех или иных отклонений. Обычно используют несколько категорий качества соединений, зависящих от вида изделий, их ответственности и условий их эксплуатации. Для разных категорий качества регламентируются обычно следующие параметры: допустимые виды, форма, размеры и количество дефектов; виды и объемы контроля — разрушающих и неразрушающих испытаний; достоверность обнаружения тех или иных дефектов выбран­ным методом контроля.

Для строительных конструкций основными НТД служат СНиПы -строительные нормы и правила, в различных отраслях производства действуют НТД в виде РД (руководящие документы), СП (своды правил), и пр. За рубежом принят также выпуск регламентирующих документов-кодов, включающих в одной книге все требования к качеству того или иного вида сварных изделий на всех этапах их создания и эксплуатации.

 

1.2. ДЕФЕКТЫ И ДЕФЕКТНОСТЬ [ 6, 13]

Классификация дефектов

Термин дефект можно определить как отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативной документацией. На практике распространено и более широкое понятие о дефектах, как несплошностях или пороках — допустимых и недопустимых. Различают дефекты подготовки и сборки изделий под сварку и собственно свароч­ные дефекты. Наиболее характерные дефекты подготовки и сборки: неправильный угол скоса кромок в швах при сварке плавлением с Vи Х-образной разделкой; неравномерное притупление по длине кромок или непосто­янство зазора между ними; несовпадение стыкуемых плоскостей; рас­слоения и загрязнения на кромках и т.п.

Причинами появления подобных дефектов могут быть неисправ­ности станков для изготовления заготовок и приспособлений для сборки, недоброкачественность исходных материалов, ошибки в чертежах, а также низкая квалификация или культура труда работников. Правильность подготовки и сборки соединений контролируют внешним осмотром и измере­нием с помощью специальных шаблонов и инструментов.  

Сварочные дефекты-несплошности различают по их типам и видам. Классификация по типам дефектов связана с их геометрическими приз­наками и массовостью. Тип дефекта может быть определен практически любым методом контроля. Наиболее информативна в этом отношении радиография. Для соединений, выполненных сваркой плавле­нием, установлено шесть видов дефектов (табл. 1.1). Дефекты, определяемые с помощью радиографического контроля, обозначают двумя буквами: первая указывает вид дефекта, вторая — под­робный род или характер дефекта. Подобные обозначения приняты также в документах Международного института сварки (МИС). Следует отметить, что кроме несплошностей в сварных соединениях могут иметь место макро- и микронеоднородности и другие несовершенства структуры.

 

Методика контроля

Визуально-измерительный  контроль (ВИК) применяют в трех вариантах: внешний осмотр соединений и их замеры, осмотр с помощью оптических приборов (эндоскопов и т.п.) и, наконец, активный ВИК в про­цессе сварки с оперативной обратной связью для регулирования техноло­гических режимов. Методы ВИК, а особенно внешний осмотр швов, осмотр оборудования и вспомогательных материалов (электродов, флюсов) — это наиболее простые, дешевые и доступные методы по сравне­нию с любыми другими. Их следует применять в первую очередь до исполь­зования остальных НР-методов (радиационного, УЗ-контроля и др.). Одна­ко эффективность ВИК может быть достигнута обычно при доста­точно высокой квалификации контролеров. Во время внешнего осмотра швов они должны уметь выявить такие опасные дефекты, как подрезы, прожоги, кратеры, натеки, нарушения формы и размеров валика и менис­ка, выходящие на поверхность трещины и непровары. Например, контро­лер, имеющий опыт работы сварщиком, оценивает дефекты швов и де­фекты сборки под сварку с высокой достоверностью. Своевременное устранение дефектов, выявленных внешним осмотром, и выяснение их причин позволяет оперативно регулировать качество технологии и уменьшить объемы последующих этапов НР-контроля. При внешнем ос­мотре широко применяют шаблоны и эталоны для измерения как швов, так и параметров подготовки кромок.

Внешний осмотр                                  

Простейшим приложением визуально-измерительного контроля служит внешний осмотр готовых соединений. Он должен предшествовать любому другому виду НР-контроля, поскольку позволяет самым дешевым и быстрым путем, невооруженным глазом или через лупу обнаружить наружные дефекты. Проверяют наличие трещин, подрезов, прожогов, свищей, нате­ков, непроваров корня и кромок, выходящих наружу. Очень важно также поддерживать в заданных допусках форму и размеры швов. Для их контроля служат специальные и универсальные шаблоны. Внешний вид поверхности также характерен для каждого способа сварки. Неравномерная чешуйчатость, колебания ширины или высоты шва указывают на неустойчивость дуги или нарушения режима. Например, сварка на повышенных токах (с целью роста производительности) может приводить к большому числу подрезов. При сварке в вакууме и в защитных газах и особенно при сварке титана контроля контролируют  величину  и цвет  зоны термического влияния.                                                                                              

Следует всегда помнить, что внешний осмотр швов - простая, но очень важная контрольная операция. Ее следует проводить тщательно и квалифицированно, с обязательной регистрацией всех наружных дефектов для их статистического анализа и выяснения причин. Тогда внешний ос­мотр будет дешевым и эффективным средством повышения качества сварки.

 

МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

Механические испытания сварных соединений регламентированы ГОСТ 6996-66. Они бывают статические, ударные и циклические (уста­лостные). К статическим относятся испытания: а) наплавленного метал­ла на растяжение; б) стыкового соединения на растяжение (рис. 2.1а) и испытания абсолютной прочности шва (рис. 2.1б); в) стыко­вого соединения на изгиб (рис. 2.1в); г) твердости и микротвердости ме­талла шва и зоны термического влияния (ЗТВ).

При испытаниях на растяжение определяют предел текучести σ _т (σ _{0, 2})

временное сопротивление разрыву σ _в, относительное удлинение δ, %, и относительное сужение ψ , %  после разрыва по формулам:

здесь Р_Т, Р_В — усилие текучести или разрыва, Н (или кгс); σ _т и σ _в - напря­жение, МПа, или Н/мм² (1 Н/мм² = 1 МПа « 0, 1 кгс/мм²); l ₀ - перво­начальная длина, а Δ l - ее приращение; S ₀ и S _К - начальная и конечная площади образцов, мм². Пределы текучести и σ _в определяют по диаграм­ме растяжения, а δ и ψ

— измерениями размеров образцов до и после ис­пытания.  

а)

                б)                                                      в)

Рис. 2.1. а) Образцы для определения относительной прочности сварного соединения; б) Образец для определения временного сопротивления металла шва; в) Схема испытания на изгиб

При сварке труб испытания ведут на трубчатых образцах.

При испытании на изгиб (рис. 2.1в) оценивают пластичность соедине­ния в целом по величине угла загиба. Выпуклость шва снимают. Испытания на ударный изгиб проводят для определения ударной вязкости на образ­цах с надрезом. Размеры образцов зависят от толщины металла.

Усталостные испытания различают как многоцикловые (обычно при N > 10⁶ циклов) и малоцикловые (N= 100 - 1000). Определяют способ­ность соединений сопротивляться действию переменных нагрузок при из­гибе, растяжении и кручении. Формы образцов зависят от этих нагрузок и от вида соединений. При испытаниях определяют предел выносливости σ _r, т.е. наибольшее напряжение, которое образец может вынести при задан­ном числе циклов — базе испытания. Используют три вида циклов: сим­метричный, когда r =σ _min /σ _max = - 1, а σ _ср = 0; пульсирующий (r= 02 σ _ср= σ _max /2); асимметричный ( r=-1). Если при статике обычно доста­точно испытать 2—3 образца из партии, то для определения σ _r испытывают не менее шести (десяти) образцов. Для первого образца при испытании берут σ _max=(0, 3-0, 5) σ _в, а для следующих – на 10-20 МПа меньше, доводя σ _max до σ _r.

МЕТАЛЛОГРАФИЯ

Металлографию используют для определения правильности выб­ранных режимов сварки, электродов, флюсов и т.п. факторов качества, а также для выявления реальных размеров сварочных дефектов (вскры­тия их). Оценку качества ведут по макро- и микроструктуре шва и зоны термического влияния — ЗТВ.

Макроструктуру исследуют на шлифах и на изломах швов (фракто-графия). По виду излома можно определить пластичность или хрупкость металла, а также дефекты сварки (раковины, включения, непровары и т.п.). Макрошлиф шва позволяет выявить границы шва и ЗТВ, строение металла, его кристаллизацию, слоистость или неоднородность, дефекты и т.д. Для изготовления макрошлифов вырезают темплеты в плоскости по­перечного сечения шва. Затем темплеты шлифуют и травят в растворах кислот, щелочей и солей. Например, для чугуна рекомендуют 5 %-ный раствор пикриновой кислоты в этиловом спирте, для алюминиевых спла­вов — 10-20 %-ный раствор едкого натра в воде, для аустенитных сталей — раствор щавелевой кислоты (10 г щавелевой кислоты на 100 см³ воды), для углеродистых и низколегированных сталей — 25 %-ный раствор азот­ной кислоты в воде и др.

Микроструктура дает возможность глубже изучить строение шва. Ее исследуют на полированных шлифах при увеличении X (50—2000) и более. Травление шлифов из углеродистых и низколегированных сталей проводят 2—5 %-ным раствором азотной кислоты в этиловом спирте (в течение одной минуты). При этом перлит окрашивается 1 черный цвет. Для высоколегированных сталей примёняют электролитическое травление в растворе щавелевой кислоты. Используют и другие травители. При сварке металл претерпевает ряд структурных превращений (рис. 2.2) в зави­симости от температуры и скорости

 

Рис. 2.2. Схема структур в поперечном сечении однопроходного сварного шва малоуглеродистой стали

охлаждения каждого участка соедине­ния. Термические циклы определяют форму и размеры кристаллов и зе­рен, которые оценивают по микрошлифам. Микрофотографии служат так­же важным документом о качестве швов наравне с рентгенограммами. Используют эталоны микроструктуры (по ГОСТ 8233—75 для стали).

Химическому анализу подвергают основной, наплавленный и элект­родный металлы, а также компоненты покрытий и флюсов, защитные газы. Пробы металла отбирают обычно в виде стружки. Применяют спект­ральный анализ. Химические анализы позволяют оценить правильность выбора материалов и качество технологии сварки.

КОРРОЗИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Их проводят для определения коррозионной стойкости сварных соединений. Различают три основных типа возможного коррозионного разрушения (преобладающего отказа) [ 14]:

а) сплошная (общая) коррозия;

б) местная коррозия — межкристаллитная и избирательная;

в) коррозионная усталость — статическая, повторно-статическая и
циклическая. Испытания образцов обыч­но ведут при их погружении и кипячении в агрессивных средах. Это рег­ламентировано ГОСТ 13819-68 и ГОСТ6032-75, а также отрасле­выми НТД.

Общая коррозия характерна обычно для углеродистых и низколеги­рованных сталей. Состав испытательных сред зависит от условий эксплу­атации. Применяют водные растворы (3 - 5 %) NH₄NO₃, (40-50%) Ca(NO₃)₂, (20-50 %)NaOH или MgCl₂ и т.д.

Местная коррозия более характерна для коррозионно-стойких хромо-никелевых аустенитных и аустенитно-ферритных сталей. Кроме перечис­ленных выше сред используют HNO₃ 65 %, смеси (10% HNO₃ + 3 % HF) и (110 г/дм³ CuSO₄ +55 г/дм³ H₂SO₄ ), 3 % NaCl, морскую воду.

Для алюминиевых, магниевых и титановых сплавов широко приме­няют испытательные среды на базе 3 % NaCl с добавками 0, 1 % H₂O₂, 1% HCl, 0, 1 % СН₃СООН, 2% К₂CrO₄, морскую воду и др.

Коррозионную стойкость швов оценивают по 10-балльной шкале или по отношению к показателям основного металла.

2.4. ОЦЕНКА СВАРИВАЕМОСТИ МЕТАЛЛОВ ( 6]

Возможность материалов образовывать работоспособные сварные сое­динения называют свариваемостью. Ее оценивают степенью соответствия свойств соединения и основного металла и вероятностью образования дефектов в шве и ЗТВ. Различают хорошо свариваемые, трудно или огра­ниченно свариваемые и несвариваемые сочетания материалов. Основным показателем свариваемости служит технологическая прочность, оценивае­мая обычно показателями стойкости против образования сварочных тре­щин — горячих и холодных.

Сопротивляемость трещинообразованию количественно определяют методом машинных испытаний и с помощью технологических проб. Для машинных испытаний на образование горячих трещин используют машину ЛТП-1 конструкции МВТУ им. Баумана, в которой серия специальных об­разцов (рис. 2.8) в процессе их сварки и затвердевания металла деформи­руется растяжением с последовательным увеличением скорости дефор­мации от образца к образцу.

Рис. 2.3. Образцы для машинных испытаний на горячие трещины

 Наименьшая скорость, при которой появля­ются горячие трещины, служит показателем трещиностоикости металлов при их сварке. Сопротивляемость холодным трещинам определяют на ма­шине ЛТП-2 путем нагружения образцов (рис. 2.4) после их сварки.

 

Рис.2.4. Тавровые (а) и стыковые (б) образцы для испытаний на холодные трещины

 Наименьшее растягивающее напряжение, приводящее к образованию хо­лодных трещин, в течение заданного времени (для стали—20 ч) служит показателем трещиностойкости. Холодные трещины характерны для ме­таллов, претерпевающих при сварке фазовые превращения в твердом состоянии. К ним относятся перлитные, мартенситные, высокохромистые ферритные стали, ряд титановых, алюминиевых сплавов и т.п.

Технологические пробы на образование горячих трещин представляют собой испытания путем сварки специальных образцов, обеспечивающих интенсивное развитие деформаций при затвердевании шва. Имеется боль­шое количество проб разного вида. Например, используют пробу с набо­ром образцов разной ширины (4—20δ ) при полном проплавлении корня шва (рис. 2.5 а). Критерием оценки служит наименьшая ширина образца, при которой не образуются трещины; контроль по излому. Тавровая про­ба (рис. 2.5б) позволяет по наличию трещин, обнаруживаемых при разрез­ке после сварки, выбрать трещиностойкий металл и технологию сварки.

  

                  а)                                         б)

Рис. 2.5. Проба с образцами различной ширины (а) и тавровая проба (б)

Пробы на образование холодных трещин предусматривают сварку образцов, в которых обусловлен высокий уровень остаточных сварочных напряжений. Примером может слу­жить крестовая проба (рис. 2.12), которую сваривают последователь­но, а через 1/4 суток по шлифам оценивают наличие трещин.

Рис.2.6. Крестовая проба

 Более сложна лихайская проба в виде плоского образца, имеющего в центре щелевую разделку, а по обоим краям образца серию (8—10) поперечных пропилов заданной глубины. Сварку ведут с непроваром в корне шва, где из-за концентрации напряже­ний возникают трещины. Критерий трещиностойкости - глубина попереч­ных пропилов.

Балыковую пробу МВТУ применяют для оценки изменения механи­ческих свойств металла в ЗТВ. Используют составную пластину, собран­ную го отдельных брусков стали длиной 200—250 мм. После сборки пластины на нее наплавляют валики при разных погонных энергиях. Затем с пластин снимают усиление, а из брусков вырезают образцы для ударных испытаний и шлифы для металлографии. По полученным данным оцени­вают оптимальную погонную энергию и соответствующие ей показатели качества шва.

 

 

РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ

Гамма-излучение

γ -лучи образуются в результате распада радиоактивных нуклидов на­ряду с α -частицами (ядра гелия) и β -частицами (электроны), α -частицы для дефектоскопии не используются, так как их пробег в веществе мал. Они задерживаются 7-8 см воздуха, листом писчей бумаги или алюминие­вой фольгой толщиной около 0, 1 мм. Длина пробега β -частиц зависит от их энергии. Она -больше, чем у α -частиц, и в алюминии составляет 2-5 мм. поэтому β -дефектоскопы можно применять только при малых толщинах деталей из легких сплавов.

Для дефектоскопии металлоконструкций используют главным образом γ -излучение, жесткость которого и проникающая способность весьма велики. Они зависят от природы изотопа — нуклида. Радионуклиды в отличие от R-трубок дают линейчатые спектры излучения с несколькими характерными линиями.

При использовании γ -нуклидов необходимо иметь в виду закон радио­активного распада. Согласно этому закону число радиоактивных атомов N( t ) в момент времени t  экспоненциально уменьшается по сравнению с их числом N о при t = 0, т.е. в момент времени, который условно принят за первоначальный:

N = N( t ) = N₀ехр(-ω t);

здесь ω — постоянная распада или вероятность распада, являющаяся ме­рой неустойчивости радионуклида. На практике вместо ω используют период t1/₂ полураспада, т.е. время, в течение которого распадается поло­вина атомов данного радионуклида.

Активность Q, радионуклида определяют числом радиоактивных ядер, распавшихся в единицу времени Q = - ( dN / dt ). Активность радионуклида, в котором за время 1 с происходит один акт распада, называется беккерель-(Бк). Это основная единица активности.

Для 1 г радия, который ранее широко применяли, активность состав­ляет 37 ГБк, или 37 • 10⁹ актов распада в секунду. Это внесистемная еди­ница активности, ее называют кюри (Ки) и до последнего времени ши­роко используют на практике.

Важными характеристиками источников ионизирующего излучения являются экспозиционная и поглощенная дозы излучения. Экспозицион­ная доза — это доза, при которой сумма электрических зарядов всех ионов одного знака, созданных в облученном воздухе массой 1 кг, равна 1 ку­лон (Кл). Основная ее единица — Кл/кг. Мощность экспозиционной дозы МЭД (на расстоянии 1 м от источника) имеет размерность Кл/кг • с, или А/кг.

Единица поглощенной дозы излучения — грей (Гр). Он характеризует дозу, при которой в массе облученного вещества в 1 кг передана энергия ионизирующего излучения в 1 джоуль (Дж).

 

ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Источники гамма - излучения

Гамма-аппараты или γ -дефектоскопы представляют собой устройства для безопасного транспортирования γ -изотопов на объекты и подачи γ -ампул в зону контроля. Применяют универсальные шланговые дефекто­скопы и дефектоскопы специального назначения (затворные) для фрон­тального или панорамного γ -просвечивания (рис. 3.6.).

Рис.3.6. Кинематическая схема шлангового гамма-дефектоскопа

Шланговый γ -дефектоскоп обычно состоит: из радиационной головки РГ с защитным блоком; привода управления ПУ, обеспечивающего с по­мощью троса Г, двигающегося в соединительном шланге Ш, подачу ам­пулы γ -изотопа А в ампулопровод АП; систем сигнализации о наведении γ -пучка на объект контроля, коллиматоров и диафрагм для получения пучков требуемой формы. Кроме того, в комплект гамма-дефектоскопов входят штативы, транспортно-перезарядные устройства и т.п.

В защитных блоках, радиационных головках и в контейнерах исполь­зуют: свинец, ρ = 11 г/см³, Ζ = 82;

сплавы ВНМ (вольфрам, никель, медь) ВНМ-3-2 и ВНМ-5-3, ρ = 16 т 18г/см³, Ζ = 74;

обедненный уран, ρ = 18, 5 г/см³, Ζ = 92. Защита обеспечивает ослабление γ -лучей до безопасных уровней, чтобы МЭД на расстоянии 1 м от источника была не более 2 • 10 ^-10 А/кг. Это соответствует ослаблению излучения в 10⁶ —10⁷ раз.

В то же время шланги обеспечивают дистанционный контроль при расстояниях от пульта до ампулы от 5 до 50 м, что также гарантирует безопасность персонала.

РАДИОГРАФИЯ

Основной метод используемый в радиографии — фотометод, при котором изделия просвечивают непосредственно на радио­графическую Р-пленку (с усиливающими экранами). Кроме этого приме­няют метод переноса изображения, когда сначала получают скрытое изоб­ражение, а потом его переносят: а) при нейтронной радиографии — на Р-пленку; б) при электрорадиографии — на обычную бумагу.

Радиографические детекторы

Детектирование включает преобразование излучения и регистрацию изображения. Радиографические пленки служат средством регистрации R -, γ -излучения после его прохождения через сварной шов (изделие) и экраны-преобразователи. Различают две группы пленок: безэкранные и экранные. К безэкранным относят (в порядке уменьшения их контрастности и увеличения чувствительности) пленки: РТ-5, РТ-4М, РТ-3, РТ-1. К экранным — пленку РТ-2, а также медицинские пленки (РМ-1, РМ-2, РМ-3), которые предназначены для использования главным образом с флуоресцентными усиливающими экранами. Экранные пленки имеют высокую чувствительность не только к R -, γ -лучам, но также к лучам видимой и ультрафиолетовой части спектра. Р-пленки представляют собой пленки обычно с целлюлозной или полиэтилентерефталатной основой, на которую с обеих сторон нанесены слои фотоэмульсии с гаплоидной солью серебра.

. Обычно R-пленки характеризуют: плотностью почернения, контрастностью, спектральной чувствительностью, разрешающей способ­ностью, зернистостью.

Плотность почернения D — это логарифм отношения световых пото­ков: яркости L ₀ падающего света к яркости L _п света, прошедшего через пленку. Оптическая плотность — свойство пленки и не зависит от падаю­щего света. Для прозрачной пленки D = lg 1 = 0. Плотность Вуали.D < 0, 2.

Если негатоскоп имеет яркость свечения экрана 100 нит (нт), а R-пленка ослабляет эту яркость в 100 раз, до L _п = 1 нт, то D = lg ( L ₀ / L _п )= lg (100/1)=2.

Оптические плотности R, γ -снимков (обычно от 0 до 4 ед.) измеряют
с помощью денситометров. Используют компарирующий денситометр
ДФО-10, либо прибор ЦЦ-ФЭУ. Последний достаточно сложен в эксплуата­
ции из-за необходимости утомительных пересчетов по градуировочным
таблицам.                                                            

Удобен денситометр " Полдень" со стрелочным прибором, градуиро­ванным непосредственно в единицах оптической плотности D от 0 до 37.

Чувствительность W _пл, пленки, измеряемая в соответствии с ТУ на пленки в обратных рентгенах Р^-', обратно пропорциональна дозе излуче­ния (Р), необходимой для получения заданной плотности почернения. Обычно W _пл оценивают при D= 0, 85. Например, если для пленки РТ-1 W _пл = 100 P ^-1, то плотность почернения 0, 85 будет полу­чена при экспозиционной дозе ЭД-1/100Р = 2, 5 10 ^-6 Кл/кг. Для мало­чувствительной пленки РТ-5 W _пл, = 5 Р ^-1, что требует ЭД = 1/5 Р =0, 5Х 10^-4 Кл/кг. Чувствительность пленки зависит от условий ее изготовле­ния и фотообработки, а также от жесткости излучения. Наилучшая чувст­вительность при Е = 60 т 80 кэВ.

Контрастность Р-пленки γ _D — есть отношение приращения плотности почернения (определяемом по так называемым, характеристическим кривым Р-пленок) к приращению логарифма относительной экспозиции.

Практически контрастность измеряют разностью оптических плот­ностей D ₁ – D ₂ =Δ D негатива. Наименьший воспринимаемый глазом контраст Δ D =0, 02. Высококонтрастная пленка РТ-5 имеет контрастность у _D> 4, но зато экспозиция требуется в 10—15 раз больше, чем для высокочувствительной, но малоконтрастной пленки РТ-1. Максимальную контрастность пленок получают при D=2(1, 5 -2, 5).  

Разрешающую способность Р-пленки определяют по числу раздельно различимых тонких штрихов на длине 1 мм. Высокое " разрешение" дают мелкозернистые пленки, которые в то же время и высококонтрастные: РТ-5, РТ-4М.

Р-пленки принято делить на четыре класса [12]:

1 - особомелкозернистая (ОМЗ) и высококонтрастная (ВК): РТ-5, РТ-5Д

2 — мелкозернистая (МЗ) и высококонтрастная (ВК) РТ-4М; РНТМ;

3 — высокочувствительная к ионизирующему излучению (ВЧИИ): РТ-1, РТ-1Д;

4 — высокочувствительная к любому излучению (ВЧИ) РТ-2 и меди­цинские РМ-1; РМ-2; РМ-3.

Пленки первых трех классов используют с металлическими экранами или без них. Пленки 4-го класса обладают хорошей чувствительностью и контрастностью при использовании их с флуоресцирующими экранами.

Пленки 1-го класса в 2-3 раза дороже остальных и требуют в нес­колько раз больших экспозиций. Поэтому пленки РТ-5 и др. применяют там, где необходимы снимки высшего качества с высокой выявляемостью мелких трещиноподобных дефектов. В том же время крупные раковины в толстостенных сварно-литых конструкциях хорошо будут выявлены и на крупнозернистой пленке РТ-2, которая с экранами позволит сократить время экспозиции в несколько десятков раз. Для легких металлов и ма­лых толщин могут быть рекомендованы безэкранные мелкозернистые пленки, наоборот, для тяжелых металлов и больших толщин — экранные пленки.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: