Тема 8. Радиационные методы

Раздел 3. Методы неразрушающего контроля сварных (паяных) соединений

Методы неразрушающего контроля объединяют в группы по общим физическим признакам. Эти группы называют видами неразрушающего контроля(ГОСТ 18353-79):

1. Радиационный контроль;

2. Акустический контроль;

3. Магнитный контроль;

4. Вихретоковый контроль;

5. Капиллярный контроль;

6. Контроль герметичности;

7. Оптический (визуально-оптический) контроль;

8. Тепловой контроль;

9. Электрический контроль;

10. Радиоволновый контроль.

Методы неразрушающего контроля разделяют по способу контроля или получения информации о контролируемых характеристиках. Виды и методы неразрушающего контроля регламентируются стандартами.

Тема 8. Радиационные методы

Радиационные методы контроля основаны на регистрации и анализе ионизирующего излучения, проникающего через контролируемый объект. При прохождении излучения через объект в зависимости от плотности его структуры имеет место ослабление энергии излучения. По результатам анализа изменения интенсивности излучения определяют толщину объекта, тип и размеры дефекта.

Индикаторные устройства (рентгеновская пленка, экраны, преобразователи) используются для преобразования невидимого изображения в видимое изображение или электрический сигнал, удобный для восприятия операторов (контролером).

В качестве ионизирующих излучений используют корпускулярное и электромагнитное излучение. К корпускулярным излучениям относят: протонное излучение ( - частицы); электронное излучение ( - частицы); нейтронное излучение ( -частицы).

Протонное и электронное излучения обладают малой проникающей способностью и поэтому используются ограниченно. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью и поэтому используется для контроля изделий большей толщины или композиционных материалов. Для контроля сварных соединений машиностроительных конструкций используют, как правило, электромагнитное излучение.

К электромагнитному излучению относят рентгеновское излучение ( -лучи), гамма-излучение ( -лучи). Длина волны рентгеновского луча составляет м, а длина волны -лучей составляет м. Гамма излучение имеет большую проникающую способность. Рентгеновские и гамма-лучи способны проникать через любые материалы, не отклоняются с помощью линз или призм, движутся прямолинейно, действуют на фотопленку, вызывают свечение некоторых химических веществ, ионизируют газы и действуют на живые организмы.

К источникам ионизирующих излучений относятся:

1. Электронные источники. Они основаны на преобразовании электрической энергии в энергию ионизирующих излучений. Эти источники потребляют подведенную энергию. При отключении источника от электросети исчезает и ионизирующее излучение. К электронным источникам относятся рентгеновские аппараты и установки, линейные и циклические ускорители электронов. Основой рентгеновских аппаратов и установок являются рентгеновские трубки.

2. Радиоизотопные источники. Они основаны на использовании и распаде радиоизотопов (радионуклидов) химических элементов, имеющих радиоактивность. Эти источники дают корпускулярное и гамма-излучение.

Реакция распада - + + +

Радиоактивное вещество характеризуется периодом полураспада. В течение этого времени половина вещества распадается и теряет свою активность. Поэтому при контроле необходимо использовать радиоактивные вещества с большим периодом полураспада. К таким веществам относится цезий 137, который имеет период полураспада – 30 лет. Радиоактивные источники в виде капсулы помещаются в контейнеры, являющиеся частью гамма-дефектоскопов. При контроле капсула выводится из контейнера, а после контроля задвигается обратно в контейнер. Гамма-дефектоскопы не требуют электропитания и поэтому могут быть использованы при контроле в полевых условиях.

Рентгеновские аппараты и гамма-дефектоскопы могут быть неподвижными и подвижными. Подвижные источники, используемые для контроля сварных трубопроводов, называются кроулерами.

3. Ядерные реакторы – источники нейтронного излучения, сопровождающие ядерные реакции деления ядер.

Методы радиационного контроля по способу отображения анализируемой информации разделяют на 3 группы:

1. Радиографический метод (радиография). В качестве индикатора используются рентгеновские плёнки (плёночный метод) и электрорадиографические полупроводниковые пластины (электрорадиографический метод). Эти методы используются как методы дефектоскопии.

2. Радиоскопический метод (радиоскопия). В качестве индикатора используются люминесцентные экраны, электронно-оптические преобразователи, интроскопы. Метод используется как метод дефектоскопии и интроскопии.

3. Радиометрический метод (радиометрия). В качестве индикаторов используются счетчики импульсов или ионизационные камеры. Метод используется как метод дефектоскопии, толщинометрии и контроля уровня ионизирующего излучения (дозиметрия).

В пленочном методе радиографии анализируют рентгенографические или гамма-графические снимки. Пленка имеет фотоэмульсию, на которой фиксируются почерневшие (засвеченные) и прозрачные (незасвеченные) участки, то есть получается негативное изображение объекта.

На снимках можно определить вид дефекта, его размеры, глубину расположения. Непровары, поры, трещины имеют вид более темных областей, а металлические включения – светлых областей. С наибольшей чувствительностью выявляются объемные дефекты (поры, включения). Наименьший размер выявляемых дефектов – 0,1 мм. Для увеличения резкости изображения дефекта плёнку необходимо располагать близко к объекту. Поэтому она должна быть гибкой. Просмотр негативов и контроль дефектов выполняют на негатоскопах.

Пленочный метод дает объективность контроля, однако имеет низкую производительность и большую стоимость, связанную с большими расходами пленки и фотохимикатов при обработке пленки.

Электрорадиографический метод основан на изменении электрических свойств поверхности полупроводниковой пластины под действием ионизирующего излучения. Полупроводниковая пластина заряжается до определенного потенциала. При просвечивании контролируемого объекта потенциал полупроводниковой пластины в отдельных её зонах будет соответствовать интенсивности излучения в этой зоне. Полученное скрытое электростатическое изображение проекции объекта преобразуется в видимое с помощью сухого порошка (ксерокса). Порошок предварительно электризуют и затем наносят на пластину. Высота валика порошка будет зависеть от оставшегося заряда на пластине после просвечивания контролируемого объекта. Затем порошок контактным способом переносят на бумагу. Метод контроля подобен ксерокопированию.

Электрорадиографический метод позволяет отказаться от использования дефицитной плёнки и исключить её фотообработку. Пластины могут быть использованы многократно при контроле объектов с плоской поверхностью, но требуют осторожности в обращении.

Радиоскопический метод основан на преобразовании невидимого радиационного изображения внутренней структуры объекта в светотеневое или электронное. Для получения светотеневого изображения в качестве индикаторного устройства используются флюороскопические (люминесцентные) экраны, которые осматриваются оператором в процессе контроля, что небезопасно.

Для контроля толстостенных конструкций в качестве индикаторного устройства используются электронно-оптические преобразователи (ЭОП), преобразующие радиационное изображение контролируемого объекта в светотеневое. Затем с помощью передающей телевизионной трубки происходит преобразование светотеневого изображения в электронное изображение и передача его по кабелю на монитор, находящийся на расстоянии от места контроля. На мониторе происходит обратное преобразование электронного изображения в светотеневое. Такой метод радиоскопического контроля называют рентгенотелевизионным методом.

Современная контрольная аппаратура имеет совмещенную конструкцию электронно-оптического преобразователя и передающей электронной трубки. Такую аппаратуру называют рентгенвидиконом (рентгенинтроскопом).

Рентгенвидикон с монитором называют рентгенотелевизионной установкой. Для контроля малогабаритных изделий используются рентгенотелевизионные микроскопы. Контроль осуществляют в динамическом режиме (при движении объекта) и в статическом режиме (при неподвижном объекте).

Преимуществами радиоскопического метода являются отсутствие дефицитной пленки, возможность контроля объекта под различными углами для повышения чувствительности метода и высокая производительность.

Радиометрический метод основан на регистрации электрических сигналов, величина которых пропорциональна интенсивности прошедшего через контролируемый объект излучения. В качестве индикаторных устройств используются электронные счетчики импульсов и ионизационные камеры. В первом случае количество импульсов зависит от интенсивности излучения (цифровой метод). Во втором случае от интенсивности излучения зависит величина ионного тока, который фиксируют с помощью стрелочного прибора (аналоговый метод).

Для контроля сложных конструкций используют рентгеновскую компьютерную томографию. Используя датчики излучения, компьютер формирует на экране монитора визуальное изображение отдельных плоских сечений объекта. Томография – метод получения послойного изображения контролируемого объекта с использованием компьютерной обработки электрических сигналов и получением изображения слоя толщиной до 2мм (томограмма) на экране монитора. Во время сканирования одного слоя за 2-5 с источник излучения и электронные счетчики импульсов совершают синхронное вращение вокруг контролируемого объекта. Томографы имеют высокую чувствительность и разрешающую способность.