Радиационные методы контроля

Радиационные методы основаны на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролируемым объектом. Методы радиационного контроля определяются характером взаимодействия ионизирующего излучения с контролируемым объектом (прошедшего или рассеянного излучени я), а также способом регистрации первичной информации (радиографический, радиосконический).

Радиационные методы контроля обеспечивают обнаружение дефектов в материале, являющемся оптически непрозрачным, за счет регистрации ослабления интенсивности излучения, проходящего через контролируемый объект. Объектами контроля могут быть сварные соединения, слитки и отливки, агрегаты, узлы и механизмы, многослойные материалы и конструкции, материалы большой плотности, клепаные соединения. Радиационные методы контроля обнаруживают дефекты и неисправности типа непроваров, трещин, газовых пор, прожогов, шлаковых включений, разрушений, коррозионных поражений, усталостных деформаций.

Источниками ионизирующего излучения служат рентгеновские аппараты (рентгеновские трубки), ускорители заряженных частиц и радиоактивные изотопы. Их применяют для просвечивания стальных деталей толщиной до 160 мм. В рентгеновских аппаратах применяют различные по конструкции рентгеновские трубки, наиболее распространенные — двухэлектродные. В стеклянном вакуумном баллоне имеются два электрода (рис. 6.6.17): анод 1 в виде медного полого цилиндра с приваренной к нему вольфрамовой мишенью и катод 3 в виде спирали из толстой вольфрамовой проволоки. К электродам от высоковольтного трансформатора подводится высокое напряжение, а к спирали — низкое. При накале нити спирали вследствие термоэлектронной эмиссии из нее вылетают электроны 2, которые специальным устройством фокусируются в узкий пучок и под действием электрического поля с большой скоростью движутся к аноду. Электронный пучок тормозится вольфрамовой пластикой, возникает тормозное рентгеновское излучение.

Рис. 6.6.17. Схема рентгеновской трубки (пояснения см. в тексте).

В радиационной дефектоскопии имеют место такие понятия, как интенсивность излучения, доза излучения и мощность дозы излучения. Интенсивность излучения — эго переносимая излучением энергия в единицу времени через малую сферу, отнесенная к площади поперечного сечения этой сферы. Доза излучения (поглощенная доза) — энергия излучения, поглощенная в единице массы облучаемого вещества. Мощность дозы излучения — приращение поглощенной дозы в единицу времени.

Внутренние дефекты материала выявляются благодаря изменению интенсивности ионизирующего излучения при прохождении через неповрежденную и дефектную части объекта. Интенсивность излучения при прохождении через пустоты, заполненные воздухом, газом или неметаллическими включениями, понижается меньше, чем в сплошном материале. Различие в интенсивности излучения можно зафиксировать фотографированием, а также наблюдать на экране или фиксировать с помощью счетчиков. В меньшей степени ослабленное излучение вызывает более сильное потемнение пленки.

Просвечивание деталей выполняется следующим образом. С одной стороны контролируемого изделия устанавливают источник излучения, а с другой — индикатор излучения (рентгеновскую пленку, прибор, экран). Расстояние от источника излучения до индикатора называется фокусным расстоянием (рис. 6.6.18, а). Интенсивность прошедшего через изделие излучения будет различна, и, но ней судят о наличии и расположении дефекта (рис. 6.6.18, 6).

Рис. 6.6.18. Общая схема просвечивания деталей (а) и график интенсивности излучения (б):

1 — дефект; 2 — источник излучения; 3 — изделие; 4 — рентгенопленка;

F — фокусное расстояние Одним из способов получения видимого изображения является ксерография. Сущность метода регистрации заключается в следующем. Ионизирующее излучение, проходя через слой предварительно заряженного фотополупроводника, создает электростатическое изображение просвечиваемого объекта. После этого поверхность пластины опыляют наэлектризованным порошком, выявляющим скрытое изображение. Если нет необходимости сохранять эго изображение, то порошок удаляют после визуального осмотра, а пластину используют вновь.

Ксерорадиографические пластины состоят из алюминиевой подложки 1 (рис. 6.6.19, а) и нанесенного на нее слоя фотонроводникового материала 2 (аморфный селен). Чтобы сделать пластину чувствительной к ионизирующему излучению, поверхности селенового слоя сообщают электрический заряд с помощью электрода 3. Затем ее, подобно рентгеновской пленке, помещают в светонепроницаемую кассету и вместе с контролируемой деталью 4 облучают источником ионизирующего излучения 6 (рис. 6.6.19, б). Под воздействием рентгеновского или у-излучения селеновый слой заряженной пластины становится проводником, и поверхностный заряд стекает через слой селена на подложку. Степень разрядки пластины зависит от дозы падающего на нее излучения. Поэтому при просвечивании детали на поверхности селенового слоя образуется скрытое электростатическое изображение, представляющее собой картину распределения на ней зарядов. Скрытое изображение проявляют опылением селенового слоя мелким наэлектризованным порошком, заряженным электричеством противоположного знака. Дефект 5 становится видимым, можно видеть его изображение 7 (рис. 6.6.19, в).

Рис. 6.6.19. Ксерографический метод регистрации результатов просвечивания изделий:

а — зарядка элемента; б — общая схема просвечивания; в — проявление скрытого изображения; 1 — металлическая подложка; 2 — слой полупроводника; 3 — электрод для зарядки полупроводника; 4 — изделие; 5 — дефект; 6 — источник излучения; 7 — изображение дефекта, проявленное порошком С помощью радиографии контролируют сварные и паяные соединения. Длину контролируемого участка устанавливают такой, чтобы дефекты выявлялись без существенных искажений. Дефекты на снимках имеют вид более темных или светлых полос или пятен.

Радиометрический метод контроля основан на измерении одного или нескольких параметров ионизирующего излучения после его взаимодействия с контролируемым объектом. Информация об ионизирующем излучении может быть получена в цифровом или аналоговом виде. Приемником излучения является радиометрический детектор. Исследуемое изделие проверяют, перемещая его между источником излучения и его приемником, и по замеряемой интенсивности излучения судят о наличии дефектов и их размерах. Регистрация результатов просвечивания проводится с использованием ионизационных камер, газоразрядных счетчиков или сцинтилляционных счетчиков. Ионизационная камера — это прибор (рис. 6.6.20), состоящий из двух изолированных друг от друга электродов, А и Б, между которыми находится воздух или иной газ. Роль одного из электродов обычно выполняет корпус прибора. К электродам подается напряжение от постоянного источника тока, но ток не пойдет, так как между электродами нет контакта. Если же прибор поместить в сферу действия ионизирующего излучения, то атомы газа внутри камеры ионизируются, возникают свобод;

Рис. 6.6.20. Схема регистрации результатов просвечивания при помощи ионизационной камеры:

1 — источник излучения; 2 — контролируемое изделие; 3 — внешний электрод (корпус камеры); 4 — внутренний (собирательный) электрод; 5 — источник питания; 6 — регистрирующее устройство ныс электроны и ионы, которые перемещаются: электроны — к электроду с положительным зарядом, а ионы — к электроду с отрицательным зарядом. В электрической цепи возникнет ионизационный электрический ток. Этот ток может быть замерен. В области насыщения все свободные электроны и ионы попадают на электроды, при этом с увеличением интенсивности ионизирующего излучения увеличивается и ток насыщения.

Электрические методы контроля. Электрические методы основаны на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом или возникающего в нем в результате внешнего воздействия.

В зависимости от способа получения первичной информации получили распространение электростатический, электропотенциальный, электроискровой методы. Например, электропотенциальный метод основан на регистрации электрического ноля по вольтамперным, вольтфарадным и другим характеристикам контролируемого объекта. Для решения ряда задач дефектоскопии и толщинометрии, в частности для определения глубины залегания трещин, контроль осуществляют следующим образом (рис. 6.6.21). Четыре электрода устанавливают в ряд по обеим сторонам исследуемой трещины на небольшом расстоянии друг от друга. Через крайние (наиболее удаленные) электроды пропускают ток, при этом стрелка гальванометра отклоняется на определенный угол.

Рис. 6.6.21. Схема дефектоскопа, работающего по электронотенциальному методу.

Проградуировав прибор предварительно на образцах с искусственными трещинами различной глубины, можно по углу отклонения стрелки гальванометра судить о глубине трещин. Если удельное сопротивление образца или детали постоянно и расстояние между электродами одинаково, а также постоянна сила тока между двумя крайними электродами, то напряжение между двумя внутренними электродами будет определяться какими-либо изменениями на участке между ними. Например, при наличии трещины между внутренними электродами напряжение между ними будет пропорционально ее глубине. Зависимости напряжения от глубины и ориентации трещин для различных материалов получены путем подбора силы тока и расстояния между электродами.

Определение глубины трещин позволяет устанавливать возможность их удаления с деталей перед механической обработкой.