Методы неразрушающего контроля

Радиационная дефектоскопия

Рентгеновское и гамма-излучения обладают гораздо большей энергией, чем видимый свет, по-разному поглощаются различными материалами. Кроме того, они действуют на фотопленку и фотобумагу, вызывают люминесценцию некоторых химических соединений, ионизируют газы, не подвергаются воздействию электрических и магнитных полей, нагревают облучаемое вещество, а также воздействуют на живые организмы. Эти свойства рентгеновского и гамма-излучений используются для дефектоскопии сварных соединений.

Рентгеновское излучение получают в результате торможения на аноде рентгеновской трубки свободных электронов, обладающих большой скоростью.

Электроны, летящие с большой скоростью и попадающие на анод, тормозятся в нем , теряют свою кинетическую энергию, часть которой превращается в лучистую энергию и выделяется в виде фотонов тормозного излучения. Это излучение используется при дефектоскопии сварных швов.

Тамма-излучение образуется в результате распада ядер радиоактивных элементов (изотопов). Процесс распада объясняется следующим образом. Внутриядерные силы притяжения между протонами и нейтронами, входящими в состав ядра радиоактивных элементов, не обеспечивают достаточной устойчивости ядра. В результате наблюдается самопроизвольная перестройка менее устойчивых ядер в более устойчивые . Этот процесс, называемый естественным радиоактивным распадом, сопровождается испусканием положительно заряженных альфа-частиц, отрицательно заряженных бета-частиц и электромагнитного гамма-излучения. При этом образуется новое ядро, которое может оказаться в возбужденном состоянии. Ядро, переходя в нормальное состояние, испускает избыток энергии в виде гамма-излучения. Такое излучение используют при дефектоскопии материалов.

Детекторы для радиографического контроля. К ним относятся рентгеновская пленка и фотографическая бумага.

Рентгеновская пленка состоит из нескольких слоев: подложки, светочувствительного и защитного слоев. Подложка представляет собой тонкую пленку прозрачной и гибкой пластмассы — ацетатцеллюлозы. На подложку с обеих сторон наносят тонкие слои специального клея, называемого подслоем. После высыхания подслоя наносят светочувствительные эмульсионные слои. Подслой улучшает сцепление эмульсионных слоев с гладкой подложкой; толщина эмульсионных слоев колеблется у различных сортов пленки от 0,01 до 0,03 мм. Светочувствительный эмульсионный слой состоит из бромистого и йодистого серебра, равномерно распределенного в желатине. Слой желатина толщиной до 0,001 мм служит для предохранения от механических повреждений.

Фотохимическая реакция, в результате которой возникает изображение, происходит следующим путем. При просвечивании фотоны ионизирующего излучения, проходя сквозь эмульсию, частично поглощаются, ионизируя зерна бромистого серебра и вызывая появление так называемого скрытого изображения. Молекула бромистого серебра состоит из положительно заряженного иона серебра и отрицательно заряженного иона брома. Под действием фотона отрицательный ион бромистого серебра теряет свой электрон и становится нейтральным.

а томом брома. Электрон, взаимодействуя с положительным ионом серебра, нейтрализует его заряд, превращая его в нейтральный атом серебра

Восстановление серебра при проявлении происходит гораздо интенсивнее, чем при возникновении скрытого изображения. Проявление представляет собой усиление. с крытого радиационного изображения.

Для защиты пленки от рассеянного излучения и сокращения экспозиции (в 2—3 раза) при просвечивании применяют металлические усиливающие экраны, поглощающие вторичное длинноволновое излучение сильнее, чем первичное. Усиливающее действие экрана обусловлено фотоэлектронами и электронами отдачи, возникающими под действием ионизирующего излучения.

Металлические усиливающие экраны изготовляют, например, из листовой свинцовой фольги с наклеенной на нее синтетической пленкой, которая предохраняет фольгу от механических повреждений и позволяет многократно ее использовать.

Источники ионизирующего излучения. К ним относятся рентгеновские аппараты, гамма-дефектоскопы и ускорители электронов. Рентгеновские аппараты применяют в цеховых и реже в полевых условиях, а также в случаях, когда к качеству сварных соединений предъявляются высокие требования. Гамма-дефектоскопы используют при контроле сварных соединений больших толщин, а также стыков, расположенных в труднодоступных местах, в полевых условиях. Ускорители электронов эффективны при дефектоскопии соединений большой толщины, в основном в цеховых условиях.

Рентгеновский аппарат служит для получения рентгеновского излучения с заданными параметрами. Он состоит из рентгеновской трубки, генератора высокого напряжения и аппаратуры управления.

В зависимости от анодного напряжения рентгеновские аппараты разделяются на два вида: непрерывного действия и импульсные. В импульсных аппаратах под воздействием импульса высокого напряжения образуется мощный импульс излучения. Эти аппараты благодаря малым размерам обладают повышенной технологической маневренностью, что позволяет использовать их в условиях монтажа.

По конструктивному исполнению рентгеновские аппараты делят на моноблочные и кабельные. В моноблочных аппаратах рентгеновская трубка и высоковольтный трансформатор помещены в одном блоке. Аппараты такого типа предназначены преимущественно для работы в полевых условиях. Существуют, также стационарные моноблочные аппараты.

В аппаратах кабельного типа рентгеновская трубка размещена в защитном кожухе, а высоковольтный трансформатор — в отдельном блоке, от которого высокое напряжение передается к рентгеновской трубке.

Аппараты кабельного типа предназначены для работы в цеховых и лабораторных условиях (например, РУП-150/300-10). По анодному напряжению рентгеновские аппараты условно делят на следующие группы; до 160 кВ (РУП-бО-20-1, РУП-120-5-1, РУП-100-10, РУП-160-6П), 160-400 кВ (РУП-200-10-2, РАП 150/ 300-10, РАП-220-5-Ш, РАП-220-5-Ш, РУП-400-5-1). Трубки моноблочных и кабельных аппаратов обозначаются следующим образом: первое число показывает максимальное напряжение в киловольтах, второе — ток в миллиамперах, третье — номер модели (буква Н в конце означает нормальное излучение, буква П — панорамное излучение).

В последнее время разработаны малогабаритные и импульсные рентгеновские аппараты типа МИРА, ПОРА и др. Для радиографического контроля в труднодоступных местах применяется новый передвижной рентгеновский аппарат РАПС-1, который снабжен выносным портативным излучателем.

Гамма-дефектоскопы служат для получения гамма-излучения. Основными характеристиками источника гамма-излучения являются энергия излучения, период полураспада и начальная активность. Две первые величины являются физическими характеристиками изотопа, в то время как последняя зависит от массы источника.

Гамма-дефектоскоп представляет собой устройство, снабженное приводом для управления перемещением гамма-источника и перекрытием пучка ионизирующего излучения.

Гамма-дефектоскопы классифицируют по следующим признакам: типу используемых источников излучения, условиям эксплуатации — на лабораторные, цеховые, полевые, специальные; по мобильности — на переносные, передвижные, стационарные; по степени коллимации пучка излучения — для фронтального или панорамного просвечивания, универсальные (для фронтального и панорамного просвечивания). Пучки ионизирующего излучения в дефектоскопах формируются с помощью сменных коллимирующих головок.

Промышленностью выпускается ряд специализированных и универсальных гамма-аппаратов , позволяющих контролировать разнообразные изделия в цеховых или полевых условиях.

Источниками гамма-излучения служат радиоактивные изотопы: кобальт-60, тулий-170, иридий-192 и др. Ампулу с радиоактивным изотопом помещают в свинцовый контейнер. Техника просвечивания сварных соединений гамма-излучением подобна технике рентгеновского просвечивания. Этим способом выявляют аналогичные внутренние дефекты по потемнению участков пленки, помещенной в кассету. Гамма-излучение отличается от рентгеновского большей жесткостью и меньшей длиной волны, поэтому оно может проникать в металл глубже, чем рентгеновское излучение, и позволяет просвечивать металл толщиной до 300 мм. Кроме того, просвечивание гамма-излучением — менее дорогостоящий способ.

Недостатками просвечивания гамма-излучением по сравнению с рентгеновским являются; меньшая чувствительность (при просвечивании толщин до 50 мм обнаруживаются относительно крупные дефекты с размерами болев 2—4% толщины металла); невозможность регулирования интенсивности излучения, которая в рентгеновских аппаратах регулируется подводимым напряжением; большая опасность гамма-излучения при неосторожном обращении с гамма-аппаратами .