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

лаки), которые образуют пленку, закрепляющую проявляю­ щий порошок после испарения жидкости.

Жидкостное проявление позволяет получать на фотополу­

проводниковом	слое высокое	разрешение	(порядка	100—
300 л ш - 1 ) , а при использовании		коллоидных	пигментных	час­
тиц — до 1000	лиг1.

Жидкостный метод проявления используют, в основном» для получения изображений на фотополупроводниковых слоях одноразового пользования (ZnO). Для проявления селеновых ксерорадиографических пластин жидкие проявители не при­ меняют из-за трудности очистки фотополупроводникового слоя от остатков проявителя.

В ксерорадиографии для проявления полутоновых рент­ геновских изображений применяют метод порошкового об­ лака: заряженное облако тонтссдооперсного проявителя (аэро­ золь) с помощью специального устройства подается к фото­ полупроводниковому слою и оседает на нем в соответствии с величиной потенциала электростатического изображения.

Электризацию проявителя удобнее всего осуществлять, поместив на пути порошкового облака шаровой или пластин­ чатый электрод, находящийся под высоким напряжением. В электрическом поле, создаваемом этим электродом, части­ цы проявляющего порошка приобретают заряд. Максималь­ ный заряд частицы <7Ш К С определяется формулой

		1 + 2 -	Ег\	(2.8> •
			н + 2
где	Е — напряженность электрического поля;			е — диэлектри­
ческая проницаемость материала			проявителя; г — радиус про­
являющей частицы.
	Из формулы (2.8)	следует, что заряд проявляющей части­
цы	пропорционален	квадрату	ее радиуса,	напряженности

электрического поля и возрастает с увеличением диэлектриче­ ской проницаемости материала проявителя [13].

Разрешающая способность ксерорадиографического про­ цесса увеличивается с уменьшением размера проявляющих частиц. Однако беспредельно уменьшать размер проявляю­ щих частиц нельзя, так как в соответствии с формулой (2.8) их заряд при этом уменьшается по закону квадратов. Суще­ ствует оптимальный размер частиц проявляющего порошка, при котором обеспечиваются как высокий заряд проявителя, так и необходимая разрешающая способность. В рентгено­ графии этот размер составляет примерно 5—10 мкм. Для спе­ циальных целей используют проявляющие порошки с диамет­ ром частиц 0,1—1 мкм.

В работе [12] для рентгенографии рекомендуется прояв­ ляющий порошок, состоящий из 100 г резината кальция, 30 г асфальтита печорского, 1 г красителя судан № 1 или

30

№ 3. Резинат кальция получают сплавлением канифоли с 7%-ной гашеной известью три 250° С. Составные части порошка •измельчают, смешивают в нужной пропорции и сплавляют. Полученную массу истирают в ступке .и просеивают через си­

то, имеющее		10—15		тысяч	ячеек на	1 см2.	Для получения бо­
лее	мелких	фракций		порошка проявитель			просеивают через
сито	с более		мелкими		ячейками.
Электрические поля электростатических изображений раз­
нообразны по			своей	конфигурации		и значению. Поэтому в

общем виде описать процесс осаждения проявляющих частиц, на поверхность фотополупроводннкового слоя затруднительно. Большинство расчетов процесса проявления порошковым об­ лаком проведено при наличии проявляющего электрода. В этом случае электростатическое изображение находится в центре большой площади с равномерной плотностью поверх­ ностного заряда [14].

Вработе [17] показано, что основное количество прояв­ ляющего порошка отлагается в первые моменты проявления,, резко увеличивая оптическую плотность изображения. В даль­ нейшем скорость проявления уменьшается, и к концу процес­ са проявления оптическая плотность медленно стремится к насыщению. Указанная закономерность подтверждается эк­ спериментальными данными.

Впроцессе проявления оптическая плотность изображения растет с большей скоростью, чем оптическая плотность вуали. Величина остаточного потенциала быстро уменьшается в про­ цессе проявления и с увеличением времени проявления стре­ мится к нулю. Оптическая плотность изображения является линейной функцией потенциала ксерорадиографической плас­ тины. Это связано с тем, что заряд проявляющей частицы нейтрализует равный заряд фотополупроводникового слоя. Данный процесс идет до тех пор, пока на поверхности плас­ тины не осядет достаточное для нейтрализации заряда элек­ тростатического изображения количество порошка. Дальней­

шее осаждение проявителя практически прекращается, так как электрическое поле над пластиной уничтожается.

Основные достоинства метода проявления порошковым об­ лаком — возможность получения полутоновых изображений без заметного краевого эффекта, высокая разрешающая спо­ собность (до 200 мм~1) и наличие сравнительно простых уст­ ройств для автоматизации процесса проявления.

Существуют различные конструкции устройств для прояв­ ления ксерорадиографических пластин методом порошкового облака. Они различаются методом создания равномерно рас­ пределенного мелкодисперсного облака проявителя и спосо­ бом его зарядки. На рис. 2.10 показана принципиальная схе­ ма проявления, согласно которой облако заряженных частиц 3 создается продуванием проявляющего порошка из контейне-

Э1

pa / через эбонитовое сопло 2. Проявитель заряжается в ре­ зультате трибоэлектричеокого эффекта при многократном кон­ такте проявляющих частиц с поверхностью эбонитового

Подача воздуха

		Рис. 2.10.		Принципиальная			схе­
		ма проявления			порошковым об­
		лаком	(порошковое			облако	со­
	1 -	здается		потоком		воздуха):
		/ — контейнер с			проявителем;		2 —
		сопло;	3 — облако		заряженных		час­
		тиц;	4 —	ксерораднографическая
				пластина.

наконечника. Заряженное облако проявителя, достигая ксерорадиографпческой пластины 4, взаимодействует с электриче­ ским полем фотополупроводникового слоя и оседает на его

'поверхности	в соответствии с
•потен ци ал ом	электрост атиче-

ского изображения. В качест­ ве проявителя попользуют мелкотамельчениый порошок таль­ ка, белый цвет которого от­ четливо найден :на темной по­ верхности селенового слоя, или другой мелкодисперсный про­ являющий состав. Основным недостатком этого метода про­ явления является сложность управления зарядом про­ являющего порошка и не­ возможность изменения в про­ цессе работы знака заряда проявителя.

Рис. 2.11. Принципиальная схема проявления порошковым облаком (порошковое облако создается ко­ лебаниями мембраны):

/ — ксерораднографическая		пластина;
2— облако заряженных		частиц;	3—
камера проявления;	4—зарядный		элек­
трод; 5 — к о н т е й н е р	с проявителем; б—
мембрана .

Проявление методом порош­ кового облака можно прово­ дить по схеме, приведенной на рис. 2.11. Для этого Э'Кспон'И- р ова-нну го ксер оради огр а фиче-

скую	пластину / помещают		в
светонепроницаемую		.камеру	3
ф оточуветвительным		слоем
вниз.	Мелкодисперсный проя­
витель	из 'контейнера	5 при по-

габаритов ксерорадиографнческих пластин и возможности по­ лучения равномерно распределенного облака проявителя.

Система проявления, в которой порошковое облако соз­ дается с помощью потока воздуха, имеет существенный не­ достаток: в замкнутом объеме проявляющей камеры возни­ кают помимо основного циркуляционные потоки воздуха, препятствующие доставке проявляющего порошка к поверх­ ности проявляемой ксерорадиографической пластины. В ре­ зультате •проявление фотололупроводникового слоя происхо­ дит неполностью и неравномерно. Циркуляционные потоки можно уменьшить, устанавливая на пути движения порошко­ вого облака всевозможные диффузоры, отражатели и направ­ ляющие.

Недостатком большинства систем проявления с мембран­ ными вибраторами является то, что проявляющий порошок в результате периодических колебаний уплотняется и, отла­ гаясь, в основном, у стенок контейнера, не используется для проявления. При этом количество порошка, попадающего на фотополупроводниковый слой, быстро уменьшается со време­ нем, что приводит к снижению производительности операции проявления и необходимости частого пополнения контейнера новыми порциями проявителя. Для предотвращения уплотне­ ния проявляющего порошка в контейнер помещают активатор, который постоянно перемешивает проявитель.

У нас в стране налажено серийное изготовление электро­ графических проявителей различных типов.

Для целей ксерорадиографии предпочтительно использо­ вать проявляющие порошки КСЧ-5, ПСЧ-1 и ПСЧ-74, кото­ рые обеспечивают необходимую плотность и контрастность ксерорадиографнческих изображений.

2.4. ПЕРЕНОС И ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПОРОШКОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Ксерорадиограммы контролируемого изделия должны в течение определенного времени храниться в архиве. Поэтому, если порошковое изображение сформировано на фотополупро­ водниковом слое многократного использования, то для полу­ чения документа контроля необходимо сфотографировать это изображение или перенести его на бумагу.

Метод фотографирования порошкового изображения ши­ роко применяют в США и Великобритании. Для регистрации ксерорадиограмм обычно используют 35-жл фотопленку. Этот метод удобен для хранения технической документации, так как микрофильм занимает мало места. В то же время микро­ фильмирование обладает существенным недостатком, который заключается в возможности искажения истинного соотноше­ ния плотностей почернения различных участков ксерорадио­ грамм, что вносит погрешность при их расшифровке. Поэтому

34

заключение о качестве контролируемого изделия дают по порошковому изображению на ксерорадиографической плас­ тине, а микрофильм используют как документ контроля. Для увеличения контрастности порошкового изображения в состав проявителя иногда добавляют флуоресцирующие вещества, которые ярко светятся под действием ультрафиолетового из­ лучения.

На практике широко применяют электростатический и ад­ гезионный методы переноса порошкового-изображения.

Электростатический метод переноса заключается в сле­ дующем (рис. 2.13). На проявленный фоточувствптельный

Рис. 2.13. Принципиальная схема электростатического метода переноса порошкового изображения в поле ко­ ронного разряда:

/ — коронный	разрядник; 2 — л и с т	бумаги; 3 — проявляющий
порошок; 4 —	фоточувствптельный	слой; 5 — ксерораднографиче-
	ская пластина.

слой 4 ксерорадиографической пластины 5 накладывают лист бумаги 2 и заряжают его с помощью коронного разрядника 1 потенциалом, знак которого противоположен знаку заряда проявляющих частиц 3. Напряженность электрического поля должна быть такой, чтобы соответствующая ему электроста­ тическая сила могла преодолеть силу взаимодействия между проявителем и зарядами ксерорадиографического изображе­ ния, а также силу тяжести проявляющих частиц и силу их. адгезии к фоточувствительному слою. Под действием электро­ статических сил бумага прижимается к поверхности ксерорадиографической пластины, а частицы проявителя отрывают­ ся от фоточувствительного слоя и переходят на поверхность бумаги. Количество перенесенного порошка зависит от по­ тенциала, до которого заряжается бумага, от размера частиц проявителя, величины их заряда, от толщины и качества по­ верхности бумаги и фоточувствительного слоя.

3*

•

35

При получении штриховых отпечатков нет необходимости полностью переносить проявляющий порошок с светочувст­ вительного слоя на бумагу, поэтому есть возможность изго­ товлять несколько копий с одного порошкового изображения. Для этого с помощью коронного разряда на бумагу переносят изображение по технологии, описанной выше (знак заряда бумаги противоположен знаку заряда проявителя). Затем, не снимая бумаги с фоточувствительного слоя, повторно элек­ тризуют ее зарядом противоположной полярности (знак заря­ да проявителя и бумаги одинаков). В результате повторной электризации часть проявляющего порошка переходит обрат­ но к фотополупроводниковому слою. Оставшегося на бумаге проявителя обычно достаточно для получения высококачест­ венного штрихового изображения. Указанный процесс может быть повторен многократно.

Для получения полутоновых изображений осуществляют лишь однократный перенос порошкового изображения на бу­ магу, так как при повторном переносе нарушается соотноше­ ние плотностей различных участков изображения.

При электростатическом методе переноса разрешающая способность ксерорадиографического изображения заметно ухудшается. Это связано с боковым смещением частиц про­ являющего порошка в процессе переноса и преимущественным переходом на бумагу крупных частиц проявителя, имеющих

большой заряд	по сравнению с мелкодисперсными частицами.
Разрешающая	способность	ксерорадиографического		изобра­
жения, сформированного		на	фотаполуцроводниковом слое
из аморфного	селена, обычно		не превышает 20	линий!am.

Экспериментально установлено, что при электростатическом переносе порошкового изображения на бумагу его разре­ шающая способность уменьшается в 1,5—2 раза.

В дефектоскопии, когда необходимо выявлять мелкие де­ фекты типа пор и трещин, подобное снижение разрешающей способности недопустимо. В этом случае используют адгези­ онный способ переноса изображения на бумагу с липким по­ крытием. Липкое покрытие хорошо воспринимает частицы проявляющего порошка и не оставляет следов на фоточувст­ вительном слое. Адгезионный перенос осуществляют под давлением, которое обычно создают с помощью резинового валика. Для адгезионного переноса используют влажную бу­ магу, подложки из разнообразных материалов, покрытые липким веществом на основе синтетического или натурального каучука с добавками канифоли. В работе [26] показано, что весовое отношение количества каучука и канифоли должно быть 1:3,5; оптимальная температура сушки 95—100° С, ее продолжительность 5 мин, толщина наслоения клея не долж­ на превышать 50—60 г/м2. Порошковое изображение можно переносить также на триацетатную прозрачную пленку, по-

36

крытую слоем желатина, который перед употреблением слегка смачивают. В последнем случае ксерорадиограммы по внеш­ нему виду практически не отличаются от рентгенограмм ана­ логичных объектов.

Порошковое изображение, полученное сухим методом про­ явления, легко разрушается даже при незначительном меха­ ническом воздействии. Для обеспечения долговечности ксерорадиограмм необходимо осуществить прочное сцепление про­ являющих частиц с поверхностью подложки, на которую это изображение перенесено.

При использовании жидкостных методов проявления нет необходимости в специальной операции фиксирования. Зак­ репление в этом случае осуществляется в результате испаре­ ния растворителя и образования тонкой фиксирующей пленки.

Существует универсальный метод закрепления, заключаю­ щийся в наложении прозрачной липкой пленки на порошко­ вое изображение, сформированное на подложке из любого материала. Однако из-за трудоемкости процесса и ухудшения при этом разрешающей способности ксерорадиографнческих снимков этот метод не получил широкого распространения.

На практике для закрепления порошковых изображений, полученных в результате сухого проявления, используют три основных метода: закрепление давлением, тепловое закрепле­ ние и закрепление парами активного растворителя.

Сущность первого метода состоит в том, что бумагу, на ко­ торой имеется порошковое изображение, пропускают между двумя прессующими валиками, вращающимися в разные сто­ роны. Под действием сил, возникающих при контакте прес­ сующих валиков с бумагой, частицы проявителя, находящиеся

в	холодном	состоянии, приобретают	текучесть, вдавливаются
в	бумагу	и прочно сцепляются с	ее поверхностью. Данный

метод не нашел широкого применения из-за относительной сложности оборудования, изменения толщины бумаги в про­ цессе прессования и заметного ухудшения при этом разре­ шающей способности ксерорадиографнческих снимков.

Во многих ксерорадиографнческих установках используют метод закрепления в парах активного растворителя. В этом случае лист бумаги с порошковым изображением помещают на рамку, которая находится над органическим растворите­ лем. В насыщенных парах органического растворителя части­ цы проявителя, в состав которого входят смолы, размягчают­ ся и под действием капиллярных сил проникают в поры бу-, маги. В результате указанного процесса порошковое изобра­ жение закрепляется и в дальнейшем не смазывается.

В качестве органических растворителей для фиксирования порошкового изображения используют ацетон, четыреххлористый углерод, фреон, сернистый эфир и т. п. Основные требо­ вания к растворителю: высокое давление его насыщенных

паров при комнатной температуре; способность быстро раст­

ворять смолы, входящие в	состав проявителя; нетоксичность
и безопасность в пожарном	отношении.

Проявляющие порошки типа КСЧ-5 и ПСЧ-1 хорошо за­ крепляются в парах ацетона или растворителя № 646. Прояв­ ляющие порошки типа ПСЧ-74 закрепляют в парах раствори­ теля, приготовленного из смеси толуола и ацетона в отноше­ нии 1 : 7.

Тепловое закрепление состоит в нагревании бумаги с на­ несенным на нее порошковым изображением до температуры плавления смол, входящих в состав проявителя. При этом частицы проявляющего порошка прилипают к поверхности бумаги и образуют прочное покрытие. Температура размяг­ чения входящих в состав проявителя смол должна быть ниже предельной температуры, при которой в бумаге начинаются процессы, приводящие к изменению ее цвета и короблению. Тепловое закрепление осуществляют либо путем контакта бу­ маги с нагретым металлическим телом, либо под действием инфракрасных лучей. Конструктивно тепловое закрепление можно осуществить, помещая бумагу с порошковым изобра­ жением на движущуюся бесконечную ленту, которая прохо­ дит в непосредственной близости от источника теплового из­ лучения. Под действием высокой температуры проявитель плавится и изображение плотно закрепляется на бумаге. Ско­ рость закрепления зависит от температуры нагревателя, вели­ чины воздушного промежутка между нагревателем и бумагой и скорости их относительного перемещения. Источником теп­ лового излучения могут служить как электрические лампы на­ каливания, так н специальные инфракрасные источники излу­ чения.

Закрепленный ксерорадиографическнй снимок можно рас­ сматривать и хранить как обычную фотографию.

2.5. ОЧИСТКА ФОТОПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СЛОЯ КСЕРОРАДИОГРАФИЧЕСКОЙ ПЛАСТИНЫ

Фотополупроводниковые слои ксерорадиографических пластин перед повторным использованием должны быть очи­ щены от остатков проявляющего порошка. Очистку ксерора­ диографических пластин обычно осуществляют ватными или марлевыми тампонами, замшей или вращающимися меховыми щетками. Операция очистки фоточувствительного слоя являет­ ся ответственным этапом получения ксерорадиографического изображения и должна проводиться весьма тщательно, так как остатки проявителя усиливают вуаль снимка, уменьшают его контрастность и чувствительность.

При использовании механических средств очистки селе­ новый слой после длительной эксплуатации покрывается тон-

38

кон н прочной пленкой проявителя, которая образуется в про­ цессе трения из-за локального повышения температуры поверхности ксерорадиографической пластины. Для удаления этой пленки селеновый слой необходимо периодически промы­ вать мзопропиловым спиртом или этиловым спиртом-ректи­ фикатом. При этом достигается дополнительный полезный эффект разрядки ксерорадиографической пластины и устра­ нения ее «усталости» (см. гл. 4) за счет образования прово­ дящей пленки воды, которая остается на поверхности селе­ нового слоя после испарения спирта.

Очищать ксерорадиографические пластины можно с помо­ щью липких пленок, которые хорошо воспринимают прояв­ ляющий порошок и не оставляют следов на фоточущствительном слое.

Для уменьшения сил электростатического взаимодействия между частицами проявляющего порошка и селеновым слоем ксерорадиографическую пластину перед очисткой можно до­ полнительно облучить ионизирующим излучением или види­ мы*! светом для снятия остаточных зарядов. Этого можно добиться также зарядкой селенового слоя потенциалом, по­ лярность которого противоположна знаку заряда электроста­ тического изображения [27].

Существует метод очистки селеновых слоев с помощью кристаллов, обладающих униполярным зарядом [28, 29]. Для этого фоточувствительную поверхность ксерорадиографиче­ ской пластины посыпают составом, состоящим из гранулиро­ ванных солей хлористого натрия, калия и т. п. Под действием кулоновских сил частицы проявляющего порошка притяги­ ваются к поверхности кристалла, имеющего заряд обратной полярности. Кристаллы используемых для очистки солей име­ ют относительно крупные размеры (— 0,5 мм) и легко уда­ ляются вместе с остатками проявителя с поверхности фоточувствительного слоя. Этот метод не нашел широкого применения из-за малой производительности и опасности по­ вреждения селенового слоя твердыми частицами соли. К тому же достигаемое качество очистки невысоко, и фоточувспвительный слой перед повторным употреблением требуется до­ полнительно протирать ватным тампоном.

В некоторых ксерорадмографических установках исполь­ зуют метод очистки селеновых слоев вращающимися меховы­ ми щетками. Остатки проявляющего порошка при этом отса­ сываются пылесосом. Как показывает опыт эксплуатации таких систем, высокое качество очистки обеспечивается толь­ ко в том случае, если щетки не загрязнены проявителем. Поэтому иногда очистку ксерорадиографических пластин осу­ ществляют несколькими щетками: первая щетка служит для грубой очистки пластин, вторая производит предварительную

39