книги из ГПНТБ / Горбачев В.И. Ксерорадиографический метод дефектоскопии

В. И. ГОРБАЧЕВ

КСЕРОРАДИОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД ДЕФЕКТОСКОПИИ

МОСКВА АТОМИЗДАТ 1973

УДК 620.179.152 + 621.039

ность; излагаются физико-технические принципы ксерорадиографии и существующие методы электризации, проявления, пе­ реноса и закрепления изображения. Большое внимание уделе­ но основным методам изготовления ксерорадиографнческих пластин, их электрофизическим и спектральным характеристи­ кам. Изложены специфические проблемы ксерорадиографии: подтравливание, краевой эффект и факторы, приводящие к возникновению дефектов изображения. Дан обзор существую­ щих ксерорадиографнческих аппаратов, приведены их основ­ ные технические характеристики. Рассмотрены задачи, связан­ ные с применением ксерорадиографии для контроля качества сварки в цеховых и монтажных условиях. Приведены опти­ мальные режимы контроля изделии из стали, алюминия и ти­ тана. Указаны некоторые области применения ксерорадиогра­ фии в народном хозяйстве.

Таблиц 5. Рисунков 62. Библиография 111.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие техники, в частности, машиностроения, ядерной

в отношении надежности и долговечности. При их монтаже

воздействуют различные факторы: статические и динамиче­ ские нагрузки, ионизирующее излучение, повышенные и низ­ кие температуры, агрессивные среды и- т. п. Наличие даже одного дефектного шва может стать причиной аварии и при­ вести к большим материальным .потерям. Поэтому при изго­ товлении ответственных объектов контроль качества сварных соединений стал обязательной технологической операцией.

В настоящее время разработаны сварочные полуавтоматы, позволяющие осуществлять сварку большинства узлов и агре­ гатов со скоростью до 100 м/ч. Однако достижения в области сварки используются неполностью из-за несовершенства су­ ществующих методов дефектоскопии. Сведения о качестве сварных соединений поступают несвоевременно, контроль за­ нимает много времени, дорог и малопроизводителен.

Для контроля качества сварных швов широко применяют метод рентгеновской и гамма-дефектоскопии. С их помощью выявляется большинство наиболее часто встречающихся де­ фектов сварных соединений: непровары, трещины, поры, газо­ вые и шлаковые включения.

В основе рентгеновской и гамма-дефектоскопии лежит за­ кон ослабления интенсивности излучения при прохождении через вещество. Интенсивность рентгеновского или у-излуче- ния можно измерить с помощью сцинтилляционных счетчиков и ионизационных камер, методом регистрации на галоидносеребряных фотослоях, а также электроннооптическими усили­ телями и преобразователями излучения.

В дефектоскопии широкое распространение получил фо­ тографический метод регистрации рентгеновского и у-излуче-

3

имя, основанный та зависимости почернения галоидносеребряных фотопленок от интенсивности излучения. Для визуализа­ ции изображения используют химические методы: проявление, •промывку, закрепление, вторичную промывку и сушку.

Время, .необходимое для получения рентгеновского снимка, зависит от уровня автоматизации работ и изменяется от 30 мин до нескольких часов. Поэтому скорость радиографи­ ческого контроля обычно не превышает 2 м/ч.

Широкое использование галоид'носеребряных фотопленок привело к тому, что в некоторых странах ощущается недоста­ ток серебра в общенациональном масштабе. В промышленно развитых странах около 30% всего расходуемого серебра идет на изготовление фотоматериалов, а общее потребление серебра в капиталистических странах в два раза превышает его добычу.

Все эти причины сделали актуальным вопрос о разработ­ ке такого метода контроля, который, сохранив основные до­ стоинства фотографического способа регистрации излуче­ ния — наглядность, высокую чувствительность, объективность, возможность получения документа контроля, — был бы лишен его основных недостатков: малой оперативности, высокой стоимости, опасности засветки рентгеновской пленки, необхо­ димости в специальном помещении, химикатах, водоснабже­ нии. В этом отношении одним из наиболее перспективных является ксерорадиографический метод регистрации излуче­ ния. Ксерорадиографией принято считать совокупность спо­ собов получения изображений на поверхности, электрические свойства которой изменяются в зависимости от величины энергии рентгеновского или у-излучения, воспринятого этой цоверхностью.

Достоинства ксерорадиографин заключаются в следую­ щем.

1. Отпадает необходимость в рентгеновской пленке и, как следствие, высвобождается драгоценный металл — серебро. Использование в дефектоскопии 1 м2 ксерорадиографических пластин вместо рентгеновской пленки экономит 15—20 кг се­ ребра.

2. Оперативность контроля увеличивается по сравнению с рентгенографированием на рентгеновской пленке в 10—15 раз. Действительно, если время получения рентгеновского изображения на ксерорадиографической пластине составляет около 3 мин (не считая времени экспозиции), то время обра­ ботки рентгеновской пленки обычно превышает 30 мин.

3.Каждую ксерорадиографическую пластину можно ис­ пользовать до 1000 раз.

4.Затраты 'на получение 'рентгеновского снимка ксерарадиографическим методом почти в 7 раз ниже затрат на по­ лучение аналогичного снимка на рентгеновской пленке.

4

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

Радиационная • дефектоскопия — совокупность методов контроля качества изделий просвечиванием их различными видами ионизирующего излучения [2—4]. Эти методы основа­ ны на измерении интенсивности излучения, прошедшего через облучаемое изделие. Интенсивность излучения, прошедшего через вещество, зависит от плотности материала и толщины

6

использовании в качестве детектора излучения рентгеновской пленки дефекты типа пор, трещин, раковин, непроваров и т. п. регистрируются в виде областей с повышенной плотностью почернения.

Интенсивность и энергию рентгеновского излучения можно изменять регулировкой тока накала нити катода и напряже­ ния, подаваемого на рентгеновскую трубку. Для промышлен­ ной дефектоскопии применяют длинноволновое рентгеновское излучение (напряжение 20—80 кв), рентгеновское излучение средних волн (100—300 кв) и коротковолновое рентгеновское излучение (300 кв и выше).

Характеристики серийно изготовляемых в СССР рентге­ новских аппаратов приведены в работах [2—5].

Вкачестве источников у-излучения в промышленной де­ фектоскопии применяют радиоактивные изотопы с высокой активностью и большим периодом полураспада. В зависимо­ сти от толщины и плотности контролируемых деталей исполь­ зуют у-излучение различной энергии.

Всоответствии с классификацией, принятой Советом Эко­ номической Взаимопомощи, для промышленных целей серий­ но выпускаются гамма-дефектоскопы трех классов. Каждый

класс в свою очередь подразделяется на типы в соответствии с видом и радиационным выходом источника излучения [6 - 8] .

При ксерорадиографическом методе дефектоскопии источ­ ники проникающего излучения выбирают в зависимости от толщины контролируемого металла и заданной величины ра­ диографической чувствительности, определяемой технически­ ми условиями на контроль конкретного изделия.

Радиографическая чувствительность характеризует мини­ мальный дефект, выявляемый радиографическим методом, и определяется разрешающей способностью и контрастной чув­ ствительностью.

Разрешающая способность характеризует минимальный размер выявленного дефекта в плоскости, перпендикулярной направлению просвечивания, и определяется минимальным расстоянием между двумя элементами изображения, которые на радиограмме переданы раздельно. Разрешающая способ­ ность зависит от геометрической схемы контроля и от разре­ шающей способности детектора излучения. Разрешающая способность детектора излучения, например рентгеновской пленки, зависит от энергии излучения, толщины фоточувст­ вительного слоя, метода фотообработки и размера зерен га­ лоидного серебра.

Геометрическая схема контроля определяется размером фокусного пятна, фокусным расстоянием, положением дефек­ та и его ориентацией по отношению к детектору и источнику излучения. Поскольку образование теневого изображения

7

Просвечиваемого объекта подчиняется законам геометриче­ ской оптики, для получения четкой проекции дефекта источ­ ник излучения должен иметь малый размер фокусного пятна, и находиться иа достаточном расстоянии от контролируемого изделия. При этом улучшается выявляемость малых дефектов, так как уменьшается геометрическая нерезкость, обусловлен­ ная образованием полутеней. Ограничивающим фактором при увеличении фокусного расстояния является существенное воз­ растание времени экспозиции, так как интенсивность излу­ чения убывает обратно пропорционально квадрату расстоя­ ния.

Минимальный размер дефекта, который может быть обна­ ружен радиографическим методом, зависит от его формы и местонахождения. Лучше всего выявляются дефекты с прямо­ линейными гранями вследствие большего градиента интенсив­ ности излучения на границах по сравнению с дефектами, на­ пример, шаровой или цилиндрической формы. Дефекты в виде плотного слипания металла (расслоения), расположенные перпендикулярно направлению просвечивания, радиографиче­ ским методом не выявляются (9, 10].

Выявляемость дефектов зависитот их ориентации относи­ тельно направления просвечивания. Лучше всего выявляются дефекты, имеющие протяженность вдоль пучка проникающе­ го излучения. Если дефект расположен под углом к направ­ лению просвечивания, то чувствительность радиационного метода ухудшается и зависит от величины раскрытия дефек­ та и угла между направлением просвечивания и направлени­ ем дефекта. Экспериментально установлено, что дефекты с малым раскрытием (трещины) не выявляются, если угол вхо­ да пучка излучения по отношению к оси трещины больше 7° [11].

ния и выражается в абсолютных или в относительных едини­ цах. Она зависит от радиографической контрастности контро­ лируемого объекта и от коэффициента контрастности детекто­ ра излучения.

Радиографическая контрастность определяется изменени­ ем интенсивности проникающего излучения при заданном из­ менении толщины объекта. Радиографическая контрастность характеризует объем информации о внутреннем строении

ла дефекта, а также с уменьшением энергии проникающего излучения. Радиографическая контрастность заметно сни­ жается под действием рассеянного излучения, которое особен-

8