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

и отверстия. Раскрытие щелей и диаметр отверстий соответ­ ственно составляли 0,1—0,6 мм [97].

Под вероятностью выявления дефектов понималось отно­ шение числа дефектов, уверенно различаемых на снимке, к общему числу дефектов, заведомо имеющихся в исследуемом участке эталонного образца. Общее количество дефектов, ре­ гистрируемых на одном снимке, изменялось от 10 до 15. За­ ключение о количестве дефектов делалось по 10 снимкам, полученным при оптимальном режиме. Для уменьшения субъ­ ективных ошибок расшифровка снимков производилась неза­

висимо тремя	опытными	дефектоскопистами-рентгенологами,
а полученные	результаты	усреднялись.

Методика получения рентгенограмм практически не отличалась от методики, изучению выявляемое™ равноразмерных

и ксерорадиограмм принятой в работе по дефектов [96]. В обо-

0,6

/у-У

\0,6

/ У ?

1 ^	&	/	. S
		5
		Р'Х
	10	20	30	40	50
	Толщина	слоя	метал/ia,	мм

Рис. 6.7. Прямые равной вероятности выявления от­

верстий			в	плоскопараллельной		пластине		высотой
0,2	мм для			различных	значений	толщины	слоя алю­
					миния:
/,	2,	3	(рентгенография)		— для вероятности 100;		100;	50;	0%.
/',	2',	3'	(ксерорадиографии) — для вероятности					50;	0%.

их случаях при рентгенографии применялась высококонт­ растная рентгеновская пленка РТ-5, при ксерорадиографии — ксерорадиографическая пластина с селеновым покрытием толщиной 200 мкм, напыленным в вакууме на алюминиевую подложку.

Полученные результаты (рис. 6.5, 6.6) свидетельствуют о том, что для каждой толщины контролируемого металла в за­ висимости от раскрытия щелей, диаметра отверстий и их:

НО

глубины имеются области различной вероятности выявляемости дефектов (от 0 до 100%).

На рис. 6.7 сплошные линии соответствуют равной верояч ности выявления отверстий при рентгенографическом, а пунк­ тирные — при ксерорадиографической методах контроля. Ли­ нии / и / ' отвечают 100%, а линии 3 и 3' — 0% вероятности; выявления дефектов.

Анализ полученных зависимостей говорит о том, что на данном уровне развития метод ксерорадиографпи позволяет с меньшей вероятностью выявлять дефекты типа отверстий, чем метод рентгенографии. Нижний предел, чувствительности к выявлению дефектов для обоих методов практически совпа­ дает.

В промышленности широкое применение в качестве конст­ рукционного материала нашли нержавеющие стали, а также сплавы на основе титана и алюминия. Поэтому практически важной задачей является изучение их дефектоскопических характеристик. Просвечивание осуществлялось на ксерорадиографические пластины с толщиной селенового слоя 200 мкм. В качестве источника излучения использовался промышлен­ ный рентгеновский аппарат РУП-200-5-1. Ориентировочные режимы просвечивания приведены в табл. 6.1.

Результаты исследований показали, что для стали в диа­ пазоне толщин от 4 до 27 мм дефектоскопическая чувстви­

тельность ксерорадиографических пластин не уступает чувст­
вительности	'рентгеновской пленки РТ-2. Время нормальной
экспозиции	на ксерорадиографическую пластину в 1,6—2,4

раза меньше, чем на безэкранную рентгеновскую пленку РТ-2

и увеличивается	в 1,2—1,7 раза по сравнению с экспозицией
на пленку, если	она применяется с усиливающими средст­
вами.

При контроле титановых сплавов в диапазоне толщин от 1 до 15 мм дефектоскопическая чувствительность ксерорадио­

графических пластин и рентгеновской пленки РТ-2 примерно
одинакова.
При контроле алюминиевых сплавов толщиной от 15 до
75 мм чувствительность ксерорадиографических пластин		выше
чувствительности рентгеновской пленки	РТ-2, а при толщине
4—15 мм и более 75 мм она примерно	одинакова для обоих
методов. Для алюминиевых сплавов время нормальной		экспо­
зиции на ксерорадиографическую пластину с толщиной		селе­
нового слоя 200 мкм несколько больше, чем на 'рентгеновскую

пленку. Это связано с тем, что в ксерорадиографии длитель­ ность экспозиции зависит от толщины селенового слоя и жест­ кости излучения. С уменьшением толщины селенового слоя уменьшается длительность экспозиции, но при этом ухудшает­ ся чувствительность и контрастность снимка. Лучшие 'резуль­ таты получены при использовании для мягкого излучения

111

					Ориентировочные		режимы	просвечива
						Источник	излучения — рентге-
Толщина							Толщина
слоя		U, кв		/, ма	t, сек	k, од
							слоя		U, кв
стали,		мм
						титана, мм
2		90		4	20	5,0	1		80
•4		100		4	50	2,5	2		80
6		120		4	90	1,8	4		90
10		140		4	150	1,5	6		95
15		150		4	200	1,5	8		100
20		160		4	320	1,5	10		100
22		ISO		4	3S0	1,8	15		110
- ™ „ , . и	1	1 р Н М е Ч а н " е -	ф ° к У	с н ° е	р а с с т о я н и е - 800	мм; U — напряжение		на	иентге
-цельная	чувствительность. 0/„.					n « u i » u « u i i i i .		на	рентге

(60 кв) ксерорадиографических пластин с толщиной селеново­ го слоя 100—120 мкм; для излучения средней жесткости (120 кв) толщина селенового слоя должна быть около 200 мкм; для жесткого излучения (больше 180 кв) —250—280 мкм[95].

Среди рентгеновских установок, применяемых для про­ мышленного просвечивания в монтажных условиях, представ­ ляют интерес малогабаритные импульсные рентгеновские ап­ параты типа ИРА-1Д. Принцип действия этих аппаратов основан на явлении возникновения импульса рентгеновского излучения при вакуумном пробое в двухэлектродной рентге­ новской трубке. Пробой происходит под действием импульса высокого напряжения, возникающего на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора при разрядке накопитель­ ной емкости через первичную обмотку.

Величина высокого напряжения, подаваемого на рентге­ новскую трубку, составляет 220—280 кв. Регулировка этого напряжения в электрической схеме установки не предусмот­ рена. Подбор экспозиции при контроле материалов различ­ ной толщины осуществляется путем изменения количества импульсов рентгеновского излучения, которым облучается ис­ следуемый объект. Длительность импульса высокого напряже­ ния на рентгеновской трубке 1 мксек. Время зарядки накопи­ тельной емкости 10—15 сек.

Учитывая перспективность применения в дефектоскопии импульсных рентгеновских аппаратов типа ИРА-1Д, были

Т а б л и ц а 6.1

ния на ксерорадиографическую пластину, новский аппарат РУП-200-5-1

Толщина

слоя

/, ма /, сек К % алюминия, U. кв /, ма 1, сек к, %

.н.ч

3	15	6,0	2	70	3	15	5,0
3	40	4,5	4	75	3	30	2,5
4	50	2,5	10	85	3	40	1,0
4	70	1.6	20	90	3	80	0,S
4	80	1,2	40	100	4	90	0,8
4	130	1,0	60	ПО	4	120	1,2
4	140	1,2	80	120	4	180	1,4
новской	трубке, кв;	/ — анодный	ток, ма;	( — время	экспозиции,	сек; К — относн-

проведены исследования возможности их использования в ка­ честве источника излучения в комплекте с портативной ксеро­ радиографической установкой ПКР-1- Просвечивание произ­ водилось на ксерорадиографическую пластину с толщиной селенового слоя 200 мкм. Чувствительность определялась по минимальной глубине канавки эталона, отчетливо выявлен­ ной на ксарорадиограмме, и выражалась в процентах от сум­ марной толщины контролируемого металла и эталона. Иссле­ довались образцы из стали толщиной от 2 до 20 мм.

Результаты исследований сведены в табл. 6.2.

В качестве замечания, общего для всех ксерорадиографи­ ческих снимков, получаемых с помощью аппарата ИРА-1Д, необходимо отметить сравнительно невысокое качество изо­ бражений, что, по-видимому, объясняется большими размера­ ми фокусного пятна импульсной рентгеновской трубки. Существенным недостатком аппарата ИРА-1Д является от­ сутствие регулировки высокого напряжения, что не дает воз­ можности подбирать для каждой толщины контролируемого металла оптимальную жесткость рентгеновского излучения. Контрастность получаемых ксерорадиограмм обычно невысо­ ка, что можно объяснить малым остаточным потенциалом ксерорадиографической пластины. Действительно, так как количество импульсов, необходимых для контроля изделия толщиной 15 мм, составляет около 100, а время накопления импульса 10—15 сек, то общее время экспозиции будет соиз­ меримо с временем темнового полуспада потенциала.

112

.8 Заказ 2542

113

т е б л и ц а &.2

Ориентировочные режимы просвечивания на ксерорадиографическую пластину. Источник излучения — рентгеновский аппарат ИРА-1Д

	Толщина	Дефектоскопи­
		ческая чувст­	Количество
	слоя стали,
		вительность,	импульсов
	мм

2	8	12
4	5,5	20
6	4	32
8	3,5 -	50
10	2,5	64
12	3	7S
15	3,4	100
20	4	130

Полученные результаты позволили сделать заклю­ чение, что при существую­ щей конструкции импульс­ ного рентгеновского аппа­ рата ИРА-1Д применение последнего для целей де­ фектоскопии в комплекте с ксерорадиографической ус­ тановкой ПКР-1 технически оправдано при контроле стали толщиной от 4 до 12 мм.

При исследовании каче­ ства сварных соединений в стесненных условиях мон­ тажа, в полевой' обстанов­ ке, при отсутствии электро­ питания и водоснабжения в качестве источника прони­ кающего излучения в основ­ ном применяются гаммааппараты.

	Исследования		по спект­
П р и м е ч а н и е . Фокусное расстояние	ральной	чувствительности
200 мм.	ксерорадиог р а ф и ч е с к м х
	пластин	(гл. 3)	показали,
что их чувствительность с увеличением		жесткости	электро­

магнитного излучения (>180 кв) заметно ухудшается. По­ этому для практических целей представляли интерес экспе­ рименты с радиоактивными источниками, имеющими длинно­ волновый у-спектр (1 7 0 Tm, 7 S Se).

Поскольку чувствительность ксерорадиографическнх плас­ тин к у-излучению невелика, для уменьшения времени экспо­ зиции использовались небольшие фокусные расстояния (от 100 до 300 мм). Просвечивание проводилось в соответствии с ГОСТ 7512—69. Контролировались плоские сварные швы из стали толщиной от 2 до 28 мм и кольцевые сварные швы тру­ бы 0 70 мм и толщиной 2,5 мм.

Ориентировочные режимы просвечивания стальных образ­ цов с помощью радиоактивных источников 75 Se и 1 7 0 Т т при­ ведены в табл. 6.3, 6.4. Просвечивание осуществлялось на ксерорадиографическую пластину с толщиной селенового слоя 200 мкм.

Чувствительность ксерорадиографическнх снимков, полу­ ченных с помощью гамма-источников 75 Se и 1 7 0 Т т , в основном удовлетворяет требованиям принятых норм контроля для ста­ ли толщиной до 12 мм. С увеличением толщины просвечивае­

114

				Т а б л и ц а 6.3
Ориентировочные режимы просвечивания
на	ксерорадиографическую		пластину.
Источник излучения — радиоактивный изотоп 7 5 Se
	активностью	1,5 г-экв	Ra
Толщина	Фокусное	Время		Относитель­
				ная чувстви­
слоя стали,	расстояние,	экспозиции,		тельность,
мм	мм	сек
2	300	100		7
5	300	220		5
7	250	200		2,8
10	250	300		3
12	250	420		2,8
20	200	540		4

мого материала чувствительность ксерорадиограмм заметно ухудшается.

Недостатком большинства ксерорадиограмм является ма­ лая резкость и контрастность изображения. Причина заклю­ чается в геометрии просвечивания, принятой в экспериментах. Вследствие малой чувствительности ксерорадиографических пластин контроль стальных образцов производился при ма­ лых фокусных расстояниях (100—300 мм) и с длительными

Т а б л и ц а 6.4

Ориентировочные режимы просвечивания

	на	ксерорадиографическую пластину.		1 7 0 Т т
	Источник излучения — радиоактивный изотоп
		активностью	0,5' г-экв Ra
	Толщина	Фокусное	Время	Относитель­
				ная чувстви­
	слоя стали,	расстояние,	экспозиции,
				тельность,
	мм	мм	сек	%
	2	300	720	5
	5	250	660	4
	8	200	540	3,4
	10	100	180	4
	18	100	450	12

8*

115

экспозициями (до 12 мин). Поскольку диаметр ампул радио­ активного источника 1 7 0 Т т составляет 5 мм, a 75 Se — 9 мм, то при выбранных фокусных расстояниях возникают полутени, ширина которых возрастает с увеличением размеров ампулы и уменьшением фокусного расстояния. Наличие полутеней ухудшает резкость изображения. Необходимость длительных экспозиций приводит к уменьшению абсолютной величины по­ тенциала скрытого электростатического изображения, что отрицательно сказывается на контрастности ксерорадиогра­ фических снимков.

На большинстве ксерорадиографических снимков, полу­ ченных при гамма-просвечиваиии, имеются дефекты в виде полос, пятен, мелких темных или светлых точек.

Основной причиной их появления является низкое каче­ ство ксерорадиографических пластин. При экспонировании у-«вантами выявляются даже мелкие неоднородности в строе­ нии фоточувствительного слоя и подложки.

Особенно заметно проявляются дефекты ксерорадиографи­ ческих пластин при просвечивании образцов стали большой толщины. С увеличением толщины контролируемого металла время экспозиции существенно возрастает и становится соизмеримым с временем темпового полуспада потенциала. В результате этого остаточный потенциал, который имеет

ксерорадиографическая пластина после	ее	экспонирования
у-квантами, зависит как от интенсивности	прошедшего излуче­
ния, так и от электрических характеристик		фоточувствитель­

ного слоя. Причем влияние неодиородностей фоточувствитель­ ного слоя на величину остаточного потенциала возрастает с увеличением времени экспозиции. Объясняется это тем, что при длительных экспозициях особенно заметна утечка заряда в местах с меньшим электрическим сопротивлением.

Использование изотопов с высокой энергией у-излучения (например, 6 0 Со) не дало положительных результатов. При­ чина заключается, по-видимому, в малом поглощении высо­ коэнергетических у-квантов фоточувствительным слоем. В ре­ зультате этого время экспозиции возрастает и превышает время разрядки ксерорадиографической пластины.

Для расширения области применения ксерорадиографического метода дефектоскопии надо использовать высокоактив­ ные источники излучения, которые позволят сократить вре­ мя экспозиции и увеличить чувствительность метода. Перспек­ тивным направлением развития ксерорадиографии является разработка ксерорадиографических пластин с толстым слоем полупроводника и применение усиливающих экранов из тяже­ лых металлов между слоем селена и подложкой. Увеличение толщины фоточувствительного слоя позволит увеличить по­ глощение высокоэнергетических у-кзаитов, а применение уси­ ливающих экранов — повысить контрастность снимков.

116

6.2. ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ КСЕРОРАДИОГРАФИИ

Выбор метода контроля качества сварки определяется ря­ дом факторов. Основными из'Них являются чувствительность к выявлению дефектов, производительность и стоимость контро­ ля. Последние имеют существенное значение при контроле массовой продукции.

Ксерорадиографический метод дефектоскопии наиболее целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо иметь оперативную информацию о качестве сварных швов непосредственно на сварочном участке через несколько минут после сварки, например в монтажных условиях.

Радиационные методы контроля, в частности ксерорадиографию, применяют для обнаружения в сварных соединениях дефектов типа пор, шлаковых или других инородных включе­ ний, неправа ров, трещин и прожогов, за исключением мелких трещин, расположенных в плоскости, составляющей с направ­ лением просвечивания угол свыше 5—15°, и непроваров в ви­ де плотного слипания металла без газовой или шлаковой про­ слойки.

Контроль качества сварных конструкций начинают с внеш­ него осмотра и очистки от шлака и грязи. Если внешние де­ фекты превышают максимально допустимую величину, определяемую техническими условиями, то сварное соедине­ ние бракуется. В этом случае контроль его'радиационными ме­ тодами производится после устранения отмеченных дефектов.

При просвечивании контролируемого изделия с одной сто­ роны к сварному шву плотно прижимают кассету с ксерорадиографической пластиной, а с противоположной стороны на определенном расстоянии от кассеты устанавливают источник излучения согласно выбранной схеме просвечивания (рис. 6.8). Кольцевые сварные швы обычно просвечивают отдельными участками или через две стенки на «эллипс». Смежные участ­ ки снимков должны перекрывать друг друга на длине не ме­ нее 20 мм.

Фокусное расстояние должно быть не менее 1,5 длины ксерорадиографического снимка. В случаях, когда фокусное расстояние устанавливается из технических возможностей, длина снимка не должна превышать 0,75 применяемого фо­ кусного расстояния.

Эталон чувствительности устанавливают посередине про­ свечиваемого участка рядом со швом на поверхности метал­ ла со стороны источника излучения (что соответствует наи­ худшим условиям выявления дефектов). Толщина эталона чувствительности должна соответствовать суммарной величи­ не усилений сварного шва.

117

Чувствительность контроля k, %, при использовании плас­ тинчатых эталонов с канавками оценивается по минимальной глубине отчетливо выявленной канавки и вычисляется по формуле

к	-	100%,	(6.1)
	/ +	/,
где Ь — глубина наименьшей		видимой канавки эталонов,	мм;
I — толщина контролируемого		основного металла в месте ус­
тановки эталона, мм;	1\ — толщина эталона, мм.

Рис. 6.8. Типичные схемы контроля сварных конструкций:

/ — направление просвечивания; 2 — ксерорадиографическая пластина.

Глубину дефектов в сварном шве ориентировочно опреде­ ляют, сравнивая плотность почернения участка ксерорадио­ граммы, соответствующего дефекту с плотностью почернения канавок эталона чувствительности. При этом считают, что при равной плотности почернения глубина дефекта приблизитель­ но равна глубине канавки эталона.

Перед просвечиванием сварной шов размечают на участки н маркируют. Номера ксерорадиограмм обычно наносят краской посередине просвечиваемого участка в 10 мм от края шва. Положение кассеты и эталона чувствительности на свар­ ном шве также отмечают краской. Ксерорадиографический снимок маркируют свинцовыми буквами или цифрами, кото­ рые обозначают номер контролируемого стыка и помещаются во время просвечивания рядом с эталоном чувствительности.

Режимы просвечивания устанавливают в соответствии с табл. 6.1.

И8

На ксерорадиограммах должен быть четко виден сварной шов (для швов с усилением), установленные на нем метки, определяющие границы контролируемого участка, номер ксерорадиограммы и изображение эталона чувствительности. При этом должны отсутствовать пятна, царапины, следы пальцев и т. п., затрудняющие расшифровку ксерорадиограмм. Допускается наличие нескольких точечных дефектов селенового слоя (не более 5) по периферии ксерорадиогра­ фической пластины в стороне от изображения сварного шва.

Рассматривать ксерорадиографические снимки рекомен­ дуется в специальном помещении при равномерном освеще­ нии.

Врабочем журнале составляют эскиз с указанием просве­ чиваемых участков, номеров ксерорадиограмм и технических условий, в соответствии с которыми производится контроль. Там же записывают число, когда произведена работа, фами­ лию оператора, название и номер чертежа контролируемой детали, тип рентгеновского аппарата и режимы, при которых произведен контроль.

Взаключении о качестве сварного шва указывают услов­ ное обозначение контролируемого участка, его длину в мил­ лиметрах, чувствительность снимка в процентах, вид и харак­ тер выявленных дефектов, их количество в штуках и протя­ женность в миллиметрах. В отдельной графе регистрируют номер ксерорадиографической пластины и режимы ее обра­ ботки.

Ксерорадиограммы вместе с рабочим журналом должны храниться в архиве лаборатории в условиях, исключающих их порчу в течение времени, определяемого отдельными инструк­ циями или по согласованию между предприятием и заказ­ чиком.

Применение ксерорадиографического метода дефектоско­ пии связано с использованием установок, которые являются источниками проникающего излучения (рентгеновские и гам­ ма-аппараты). Персонал, обслуживающий эти установки, должен выполнять требования техники безопасности [98, 99].

Подробно правила работы с проникающим излучением рассмотрены в специальных руководствах [100—102].

6.3. НЕКОТОРЫЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КСЕРОРАДИОГРАФИИ

В последние годы предпринимались многочисленные по­ пытки использовать уникальные характеристики ксерорадио­ графического процесса в различных областях науки и техни­ ки. Определенные успехи в практическом использовании ксерорадиографнн . достигнуты при дефектоскопии сварных

119