Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция 25. Радиационные методы контроля – 4 часа
|
Тема 2. Методы контроля качества сварных соединений |
15 |
8 |
6 |
||
|
1 |
Назначение и правила выполнения визуального и измерительного контроля |
2 |
4 |
1 |
|
|
2 |
Радиационный контроль |
4 |
2 |
1 |
|
|
3 |
Ультразвуковой контроль |
3 |
1 |
||
|
4 |
Магнитные и электромагнитные методы контроля |
2 |
1 |
||
|
5 |
Капиллярные методы контроля |
2 |
2 |
1 |
|
|
6 |
Методы контроля течеисканием |
2 |
1 |
2.2.2. Радиационный контроль
Физическая сущность, чувствительность и классификация методов радиационной дефектоскопии сварных соединений. Виды и природа ионизирующих излучений, их основные свойства и взаимодействие с просвечиваемой средой. Виды, природа и основные свойства ионизирующих излучений. Взаимодействие ионизирующих излучений с просвечиваемой средой. Источники радиационного излучения. Источники рентгеновских лучей (рентгеновские трубки), спектр рентгеновского излучения и схемы рентгеновских аппаратов. Источники - излучения (радиоактивные изотопы) и виды -дефектоскопов. Источники тормозного радиационного излучения повышенной энергии и проникающей способности. Линейные ускорители электронов, бетатроны, микротроны.
Рентгенографический контроль сварных соединений. Схемы, определение требуемой чувствительности и параметры режима рентгенографического радиационного контроля. Требуемые для рентгенографического контроля материалы и принадлежности, структура и виды рентгеновских пленок. Определение видов и размеров дефектов по их изображениям на рентгеновской пленке и правила оформления протоколов рентгенографического контроля.
Радиоскопический контроль сварных соединений. Методы (схемы) радиоскопического контроля и их разрешающая способность. Принцип действия флуороскопического и электролюминесцентного экранов и сцинтилляционных кристаллов, используемых при радиоскопическом контроле. Принцип действия рентген-видикона и электронно-оптического преобразователя рентгеновского и - излучений. Телевизионные системы радиоскопического контроля сварных соединений.
Радиометрический контроль сварных соединений. Методы (схемы) радиометрического контроля и основные характеристики радиометрических детекторов. Схема и принцип действия сцинтилляционного счетчика. Схема и принцип действия ионизационной камеры и газоразрядного счетчика.
Нормативные документы, определяющие правила выполнения радиационного контроля, оформления его результатов и годности к эксплуатации проконтролированных неразъемных соединений. Вопросы охраны труда и окружающей среды при контроле проникающими излучениями.
Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х т./Редкол.: Г.А Николаев (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1979 – Т.4/под ред. Ю.Н. Зорина. 1979. 512 с.
25.1.Физическая сущность, чувствительность и классификация методов радиационной дефектоскопии сварных соединений;
25.2.Виды и природа ионизирующих излучений, их основные свойства и взаимодействие с просвечиваемой средой:
25.2.1. Виды, природа и основные свойства ионизирующих излучений;
25.2.2. Взаимодействие ионизирующих излучений с просвечиваемой средой;
25.3. Источники радиационного излучения:
25.3.1.Источники рентгеновских лучей (рентгеновские трубки), спектр рентгеновского излучения и схемы рентгеновских аппаратов;
25.3.2. Источники - излучения (радиоактивные изотопы) и виды -дефектоскопов;
25.3.3.Источники тормозного радиационного излучения повышенной энергии и проникающей способности. Линейные ускорители электронов, бетатроны, микротроны;
25.4. Рентгенографический контроль сварных соединений:
25.4.1. Схемы, определение требуемой чувствительности и параметры режима рентгенографического радиационного контроля;
25.4.2.Требуемые для рентгенографического контроля материалы и принадлежности, структура и виды рентгеновских пленок;
25.4.3.Определение видов и размеров дефектов по их изображениям на рентгеновской пленке и правила оформления протоколов рентгенографического контроля.
25.5. Радиоскопический контроль сварных соединений:
25.5.1.Методы (схемы) радиоскопического контроля и их разрешающая способность;
25.5.2.Принцип действия флуороскопического и электролюминесцентного экранов и сцинтилляционных кристаллов, используемых при радиоскопическом контроле;
25.5.3. Принцип действия рентген-видикона и электронно-оптического преобразователя рентгеновского и - излучений,;
25.5.4.Телевизионные системы радиоскопического контроля сварных соединений.
25.6. Радиометрический контроль сварных соединений:
25.6.1. Методы (схемы) радиометрического контроля и основные характеристики радиометрических детекторов;
25.6.2.Схема и принцип действия сцинтилляционного счетчика;
25.6.3. Схема и принцип действия ионизационной камеры и газоразрядного счетчика.
25.7.Нормативные документы, определяющие правила выполнения радиационного контроля, оформления его результатов и годности к эксплуатации проконтролированных неразъемных соединений;
25.8.Вопросы охраны труда и окружающей среды при контроле проникающими излучениями.
25.1. Физическая сущность, чувствительность и классификация методов радиационной дефектоскопии сварных соединений
Физическая сущность, чувствительность и классификация методов радиационной дефектоскопии сварных соединений. Виды и природа ионизирующих излучений, их основные свойства и взаимодействие с просвечиваемой средой. Виды, природа и основные свойства ионизирующих излучений. Взаимодействие ионизирующих излучений с просвечиваемой средой. Источники радиационного излучения. Источники рентгеновских лучей (рентгеновские трубки), спектр рентгеновского излучения и схемы рентгеновских аппаратов. Источники - излучения (радиоактивные изотопы) и виды -дефектоскопов. Источники тормозного радиационного излучения повышенной энергии и проникающей способности. Линейные ускорители электронов, бетатроны, микротроны.
Радиационная дефектоскопия основана на регистрации и анализе ионизирующего излучения после его взаимодействия с контролируемым объектом, на который оно было направлено. Поэтому любой из известных методов радиационной дефектоскопии предполагает обязательное использование, как минимум, трех основных элементов: источника излучения 1, контролируемого объекта 2 (сварного соединения) и детектора 3, регистрирующего дефектоскопическую информацию (рис. 25.1).
Рис. 25.1. Общая схема радиационного контроля:
1 – источник излучения; 2 – сварное соединение; 3 – детектор;
4 – влияние характера дефекта сварного шва и толщины металла
на интенсивность излучения, регистрируемого детектором.
Ионизирующее излучение источника, интенсивность которого J0, а энергия частиц Е0, при прохождении через изделие ослабляется. Частично оно поглощается просвечиваемым материалом, частично рассеивается. Интенсивность излучения d , прошедшего через контролируемый материал толщиной d и воздействующего на детектор определяется формулой:
d = 0 е - d,
где 0 и d интенсивности излучения соответственно перед просвечиваемым материалом толщиной d и за ним; - линейный коэффициент ослабления.
Линейный коэффициент ослабления повышается с увеличением плотности просвечиваемого материала и уменьшается с увеличением энергии излучения.
где m - массовый коэффициент ослабления; - плотность вещества, г/см3.
В контролируемом сварном соединении интенсивность излучения меняется в зависимости от плотности и толщины материала, а также в зависимости от плотности и размеров присутствующих в нем дефектов – включений, пор, трещин и других несплошностей. После прохождения через сварное соединение излучение различной интенсивности d в отдельных его участках воспринимается детектором 3, пропорционально реагирующим на эти изменения интенсивности излучения. Если на пути излучения встречаются поры, оно ослабляется меньше и сильнее воздействует на детектор. Если же на пути встречается вольфрамовое включения, плотность которого больше плотности металла сварного шва, излучение ослабляется сильнее и в меньшей степени будет действовать на детектор.
Радиационная дефектоскопия обеспечивает выявление дефектов (раковин, пор, расслоений, непроваров, инородных включений и др.) с чувствительностью (отношение протяженности дефекта в направлении просвечивания к толщине стенки детали) 1–5 %.
Методы радиационной дефектоскопии классифицируют по способам детектирования и видам источников излучения.
В зависимости от вида источника излучения различают следующие методы радиационного контроля: рентгеновским излучением (рентгеноконтроль), -излучением (гаммаконтроль), контроль тормозным излучением, получаемым с помощью различных видов ускорителей электронов: линейных ускорителей, бетатронов и микротронов. Существуют также методы контроля потоком нейтронов и позитронов, возникающих при ядерных реакциях, -излучением и β–излучением.
По способам детектирования дефектоскопической информации методы радиационного контроля классифицируют на радиографические, радиоскопические и радиометрические.
При радиографическом методе фиксация детектируемого изображения осуществляется на специальной рентгеновской пленке или фотобумаге.
При радиоскопическом методе изображение наблюдается на экране.
При радиометрический методе радиационного контроля излучение после прохождения через контролируемое сварное соединение преобразуют в детекторе в электрический сигнал, который затем усиливается и регистрируется (электроприбором, осциллографом и др.).
Выделяют также еще один метод – ксерорадиографический. Данный метод основан на получении радиографических изображений на фотополупроводниковых слоях (приборах).
|
Метод радиационного контроля |
Чувствительность метода |
|
Рентгенографический |
Дефекты шириной 0.1 мм и глубиной 1 – 2.5 % толщины металла сварного соединения |
|
Гаммаграфический |
Дефекты шириной 0.1 – 0.2 мм и глубиной 1,2 – 2% толщины металла контролируемого сварного соединения |
|
Радиоскопический |
|
|
Радиометрический |
Радиационная интроскопия - метод ра диационного неразрушающего контроля, осно ванный на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в све товое изображение на выходном экране радиа-ционно-оптического преобразователя, причем полученное изображение анализируется в про цессе контроля.
Чувствительность этого метода несколько меньше, чем радиографии, но его преимущест вами являются повышенная достоверность получаемых результатов благодаря возможно сти стереоскопического видения дефектов и рассмотрения изделий под разными углами; экспрессность и непрерывность контроля.
Радиометрическая дефектоскопия - метод получения информации о внутреннем состоя нии контролируемого изделия, просвечиваемо го ионизирующим излучением, в виде электри ческих сигналов (различных величины, дли тельности или количества).
Этот метод обеспечивает наибольшие возможности автоматизации процесса контро ля и осуществления автоматической обратной связи контроля и технологического процесса изготовления изделия. Преимуществом метода является возможность непрерывного высоко производительного контроля качества изделия, обусловленная высоким быстродействием применения аппаратуры. По чувствительности этот метод не уступает радиографии.
25.2.Виды и природа ионизирующих излучений, их основные свойства и взаимодействие с просвечиваемой средой
25.2.1. Виды, природа и основные свойства ионизирующих излучений
Для радиационного контроля используют рентгеновское излучение, γ- излучение, нейтронное излучение, α- и β - излучение.
-излучение представляет собой поток ядер гелия (42 Не), образующихся при распаде изотопов.
β–излучение представляет собой поток электронов или позитронов, который может возникать при распаде изотопов.
Нейтронное (протонное) излучение – это потоки нейтронов (протонов), возникающих при ядерных реакциях.
Излучение в виде потока частиц – β-частиц (обычно электронов), -частиц или нейтронов – называют корпускулярным.
Рентгеновское излучение, - излучение (гамма-излучение), а также тормозное излучение линейных ускорителей электронов, бетатронов и микротронов по своей природе представляют собой сверхвысокочастотное фотонное электромагнитное излучение (рис. 25.2), распространяющееся в вакууме, как и другие виды электромагнитных волн, со скоростью 299.8 км/с (скорость света).
Рис. 25.2. Виды электромагнитных излучений, их частота (длина волны) и номограмма для определения энергии излучения по его частоте: Е = hν; ν = С/λ; С – скорость света, ν – частота электромагнитного излучения, h – постоянная Планка.
Длина волны и энергия квантов любого электромагнитного излучения (рентгеновского, гамма, видимого света, инфракрасного, радиоволнового, ультрафиолетового и космического) связана с частотой соотношениями:
λ = С/ν; Е = hС/λ,
где; С – скорость света, ν – частота электромагнитного излучения, h – постоянная Планка, λ – длина волны.
Чем меньше длина волны излучения, тем больше его энергия и проникающая способность. Из представленных на рис. 25.2 видов излучения видно, что наибольшую проникающую способность имеет - излучение, называемое жестким. Еще большую проникающую способность имеет тормозное излучение линейных ускорителей и бетатронов, у которых энергия излучения может достигать 10…25 МэВ. Радиационное излучение линейных ускорителей и бетатронов является наиболее коротковолновым и жестким.
Корпускулярное излучение в виде -частиц обладает наименьшей проникающей способностью. Даже с энергией, равной 10 МэВ, -частицы могут пройти слой воздуха не более 10 см при атмосферном давлении, алюминий толщиной не более 1 мм. Поэтому источники -частиц для просвечивания сварных соединений практически не применяют.
Источники излучения β-частиц непосредственно для радиационного контроля сварных соединений тоже не нашли широкого применения, хотя проникающая способность β-частиц несколько выше. β-частицы с энергией 70 кэВ могут пройти слой алюминия до 5 мм.
Для просвечивания сварных соединений с целью обнаружения в них внутренних сварочных дефектов применяют главным образом рентгеновское излучение, получаемое с помощью рентгеновских аппаратов, и γ- излучение, в качестве источников которых используют радиоактивные изотопы.
Для контроля сварных соединений большой толщины применяют источники тормозного излучения, получаемого в линейных ускорителях заряженных частиц (электронов), бетатронах и микротронах.
Основные свойства ионизирующих излучений:
1. Фотонное излучение, потоки заряженных частиц и нейтронов при взаимодействии с веществом, через которое они проходят, способны ионизировать его атомы и молекулы. Т.е. под действием этих излучений в облучаемом веществе образуются положительные и отрицательные ионы и свободные электроны. Поэтому указанные излучения называют ионизирующими (ГОСТ 15484 – 74).
На использовании этого свойства основаны ионизационные детекторы излучений, широко применяемые в дозиметрических приборах и радиометрических дефектоскопах.
Ионизирующие излучения оказывают биологическое действие, т.е. ионизируют клетки живого организма. При значительных дозах облучения человеческого организма может наступить лучевое заболевание.
2. Благодаря очень высокой энергии, ионизирующие излучения способны проникать через слои вещества разной толщины. Наибольшей проникающей способностью обладают нейтроны, рентгеновское и -излучения; наименьшей – -частицы.
3. Ионизирующие излучения вызывают люминесценцию некоторых веществ (так называемых люминофоров или сцинтилляторов). На этом свойстве основано действие люминесцентных детекторов излучений, применяемых в радиометрических и дозиметрических приборах для обнаружения и измерения
интенсивности излучений, в дефектоскопах радиационной интроскопии (обычно визуального и автоматического контроля просвечиванием) – для преобразования скрытых радиационных изображений в светотеневые; в усиливающих экранах – для сокращения времени экспозиции при радиографическом контроле и др.
4. Ионизирующие излучения оказывают действие на галогенидное серебро эмульсии рентгеновской пленки, проявляющееся в ее почернении после химической обработки.
5. Ионизирующие излучения человек не воспринимает ни глазами, ни другими органами чувств.
25.2.2. Взаимодействие ионизирующих излучений с просвечиваемой средой
Заряженные - и β- частицы при прохождении через вещество теряют свою энергию в основном на ионизацию и возбуждение встречных атомов и молекул вещества, через которое они проходят. Частицы с высокими энергиями (105 эВ и более) теряют энергию также в результате их торможения в электрическом поле атомных ядер. Результатом торможения является переход электронов атомов на более высокие энергетические уровни и излучение фотонов с высокой энергией Е = h ν при возвращении возбужденных атомов в устойчивое состояние.
-частицы обладают большой ионизирующей и малой проникающей способностью. Наиболее проникающие -частицы (с энергией, равной 10 МэВ) могут пройти слой воздуха при атмосферном давлении не более 10 см, слой воды до 150 мкм, алюминия до 70 мкм ( не более 1 мм) и биологической ткани до 130 мкм. Поэтому источники -частиц для просвечивания сварных соединений практически не применяют. Они находят применение в некоторых радиоизотопных реле.
Проникающая способность β-частиц значительно выше. β-частицы с энергией более 70 кэВ могут пройти слой алюминия до 5 мм. Ионизирующая способность их меньше, чем -частиц. При торможении β-частиц со значительной энергией (например, ускоренных электрическим или магнитным полем) в веществах (мишенях) с большим Z возникает интенсивное тормозное рентгеновское излучение, которое используют для просвечивания сварных соединений.
Взаимодействие рентгеновского и -излучений с материалом контролируемой среды.
Рентгеновское и -излучения при прохождении через материал контролируемой среды теряют свою энергию за счет рассеяния и преобразования в кинетическую энергию вторичных электронов, выбиваемых с энергетических уровней атомов облучаемого вещества. Эти процессы взаимодействия фотоновского излучения с веществом сложен и состоит из более чем десятка элементарных процессов взаимодействия. Однако для квантов с энергий 0.01 – 10 МэВ с достаточной вероятностью происходят три из них (рис. 3.6): фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект, рис. 3.6 а), комптоновское рассеяние (рис. 3.6. б) и процесс образования пар (рис. 3.6 в).
В результате фотоэлектрического взаимодействия (фотоэффекта) с атомом вещества А квант исчезает, передавая свою энергию электрону еф, который. вследствие этого вылетает из атома А с энергией, равной разности энергии кванта и энергии связи электрона в атоме. Фотоэффект особенно заметен в тяжелых веществах при облучении их излучением малых энергий.
При комптоновском рассеянии фотоны не исчезают. В результате комптоновского взаимодействия квант р и электрон атома еk при взаимодействии отклоняются, а энергия фотона уменьшается. При этом кванты могут рассеяться под углами 0 – 180, а электроны под углами 0 – 90 к направлению движения исходного кванта.
Минимальная энергия кванта для образования пар заряженных частиц электрон е - позитрон е + должна быть по меньшей мере сумме энергий электрона и позитрона, т.е. 1.022 МэВ. Поэтому при энергии фотонов меньше 1 МэВ (т.е. при контроле сварных соединений рентгеновским и -излучением) процесс образования пар не происходит.
Количественной характеристикой вероятности взаимодействия рентгеновских и -квантов с электронами или атомами вещества служит линейный коэффициент взаимодействия (см–1). Он характеризуется отношением числа квантов, испытавших акт взаимодействия в единицу времени, к плотности потока фотонов.
Иными словами, линейный коэффициент взаимодействия определяет ослабление интенсивности ионизирующего излучения в результате его прохождения через вещество.
25.3.1.Источники рентгеновских лучей (рентгеновсией трубки), спектр рентгеновского излучения и схемы рентгеновских аппаратов;
25.3.2. Источники - излучения (радиоактивные изотопы) и виды -дефектоскопов;
25.3.3.Источники тормозного радиационного излучения повышенной энергии и проникающей способности. Линейные ускорители электронов, бетатроны, микротроны;
25.4. Рентгенографический метод радиационного контроля;
25.4.1. Схемы, определение требуемой чувствительности и параметры режима рентгенографического радиационного контроля;
25.4.2.Требуемые для рентгенографического контроля материалы и принадлежности, структура и виды рентгеновских пленок;
25.4.3.Определение видов и размеров дефектов по их изображениям на рентгеновской пленке и правила оформления протоколов рентгенографического контроля.
25.3. Источники радиационного излучения
25.3.1. Источники рентгеновских лучей (рентгеновские трубки), спектр рентгеновского излучения и схемы рентгеновских аппаратов
Рентгеновские аппараты. Рентгеновская установка состоит из рентгеновского излучателя, источника высокого напряжения и пульта управления (рис. 16.22). Высоковольтный ге нератор преобразует напряжение сети в напря жение питания рентгеновской трубки. Высоко вольтный генератор включает в себя: преобра зователи переменного тока в постоянный (дио ды кенотронов), конденсаторы для фильтрации и удваивания напряжения, трансформаторы накала рентгеновской трубки, трансформаторы накала кенотронов, выключатели и защитные устройства.
Пульт управления содержит группу при боров, которые служат для измерения и регули рования времени, тока, напряжения и частоты.
Рентгеновский излучатель (рис. 16.23) со стоит из рентгеновской трубки и защитного кожуха, заполненного изолирующей средой: трансформаторным маслом, воздухом или га зом под давлением. Оболочка трубки пред ставляет собой заполненный стеклянный бал лон или выполнена по металлокерамической технологии. Нить накала чаще всего выполня ется из вольфрама. Нагретая до температуры 2200...2500 °С током нить накала является источником свободных электронов. Фокуси-
Рентгеновские аппараты служат источниками характеристического и тормозного излучений в широком диапазоне энергий (от 0.5 до 1000 кэВ). Их применяют для просвечивания стальных деталей толщиной до 120 – 160 мм.
Рентгеновское излучение имеет непрерывный энергетический спектр, состоящий из характеристического излучения с энергетических уровней атомов мишени и тормозного излучения ее атомов. И характеристическое излучение и тормозное происходит при бомбардировке атомов мишени заряженными частицами – электронам (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Схема источника рентгеновских лучей – рентгеновской трубки
Uн – напряжение накала, подаваемого на эмиттер электронов – катод К;
U – напряжение между катодом и анодом А, ускоряющее эмитируемые
катодом электроны е; Х – поток рентгеновских лучей.
Характеристическое излучение испускается атомами при их переходе в основное или менее возбужденное состояние. Этот процесс заключается в переходе электронов с внешних оболочек атома на внутренние, из которых выбиты электроны при бомбардировке атома корпускулярными частицами или фотонами (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Схема процессов возбуждения атомов, вызываемого сталкивающимися с ними электронами е, и процессов возникновения
фотонов рентгеновского излучения Х при возврате электронов возбужденного атома (с уровня L) в устойчивое состояние (на уровень К)
Тормозное излучение возникает при прохождении электрона через поле атома или ядра, которым он тормозится. Чтобы электрон мог пройти близко от ядра материала мишени, его энергия должна быть не менее 105 эВ. Движущийся с замедлением электрон в соответствии с законами электродинамики испускает кванты излучения различной частоты и энергии, которое называют тормозным излучением.
Рис. 5.5.Спектры излучения рентгеновской трубки
1 – непрерывный спектр излучения (тормозного);
2 –характеристическое излучение с уровня К;
3 – характеристическое излучение с уровня L
Рентгеновские аппараты. Рентгеновским аппаратом называют совокупность технических средств, предназначенных для получения и использования рентгеновского излучения. В общем случае рентгеновский аппарат состоит из трех основных частей:
Высоковольтный генератор преобразует напряжение сети в напряжение питания рентгеновской трубки. Высоковольтный генератор имеет: преобразователи переменного тока в постоянный (кенотроны, диоды), конденсаторы для фильтрации и удваивания напряжения, трансформаторы накала рентгеновской трубки, трансформаторы накала кенотронов, выключатели и защитные устройства.
Контрольно-измерительная часть представляет собой группу приборов, которые служат для измерения и регулирования времени, тока, напряжения и частоты (реле времени, измерительные приборы, прерыватели, селекторы, защитные приборы и т.п.).
Рентгеновский излучатель состоит из рентгеновской трубки и защитного кожуха, заполненного изолирующей средой: трансформаторным маслом, воздухом или газом под давлением. Оболочка трубки представляет собой запаянный стеклянный баллон или выполнена по металлокерамической технологии.
С увеличением тока трубки при постоянном напряжении увеличивается интенсивность излучения. Увеличение ускоряющего напряжения при заданном анодном токе изменяет спектр излучения со смещением максимума излучения в сторону коротких волн.
Электрические свойства рентгеновской трубки характеризуются ускоряющим напряжением и, анодным током i и током накала iH (рис.7.2).
Рис. 7.2. Электрические характеристики рентгеновской трубки
Оптические свойства рентгеновской трубки определяются формой и размерами оптического фокуса трубки. Как правило, применяют трубки с круглым или прямоугольным (линейным) фокусом. В рентгеновских трубках с линейным фокусом размеры зоны, в которой электроны взаимодействуют с мишенью, не соответствуют размерам кажущегося фокусного пятна. Эта зона представляет собой прямоугольник, тогда как кажущееся фокусное пятно является квадратом (рис.7.3).
В радиационной дефектоскопии применяют рентгеновские трубки обычной двухэлектродной конструкции двух- и одно полярные; специализированных конструкций: с вынесенным полым анодом и с вращающимся анодами; импульсные и высоковольтные.
Рис. 7.3. Схема формирования фокусного пятна рентгеновской трубки:
1 – сечение электронного пучка; 2 – фокальное пятно; 3 – оптический фокус; 4 – анод; 5 – сечение фокального пятна
Импульсные рентгеновские трубки предназначены для исследования быстропротекающих процессов. Длительность импульсов ~20 нс. В этих трубках за короткий промежуток времени создается ток 103…105 А [14]. Современные паяные двух- и трехэлектродные импульсные трубки с холодным катодом работают по принципу вакуумного пробоя, который развивается под действием автоэмиссии электронов, получаемых из острых краев катода под действием сильного электрического поля. Анод в таких трубках выполняется в виде вольфрамовой иглы, а катод – в виде кольца или диска. Трубки работают при разрежении 10-5…10-6 мм рт. ст.
Высоковольтные рентгеновские трубки не могут быть двух электродными, так как при высоком ускоряющем поле более 400 кВ наблюдаются автоэлектронная эмиссия, электрические пробои, рассеяние и отражение электронов. Поэтому высоковольтные рентгеновские трубки делают секционными, состоящими из катода, промежуточных электродов и полого анода. Полый анод почти полностью улавливает отраженные электроны.
Возможность высоковольтного вакуумного пробоя исключена благодаря большому расстоянию между анодом и катодом.
В зависимости от конструкции конечной части полого анода могут использоваться различные пучки излучения.
По конструктивному использованию рентгеновские аппараты подразделяют на кабельные и моноблочные.
Кабельные аппараты используют однополюсные (высокое напряжение не более 225 кВ) и двухполюсные (высокое напряжение не более 500 кВ) трубки и могут быть передвижными или стационарными.
Особенностью моноблочной рентгеновской аппаратуры является наличие следующих основных частей:
Импульсная рентгеновская аппаратура. К разряду переносной аппаратуры для промышленного просвечивания можно отнести и импульсную рентгеновскую аппаратуру с анодными напряжениями до 0,5 МВ. Принцип действия такой аппаратуры основан на явлении возникновения кратковременной (0,1…0,2 мс) вспышки тормозного рентгеновского излучения при электрическом пробое вакуума в двухэлектродной рентгеновской трубке (с холодным катодом) под действием импульса анодного высокого напряжения (220…280 кВ), возникающего на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора при разряде накопительной емкости (Uр = 7,5…10 кВ) [15] через первичную обмотку высоковольтного трансформатора.
Передвижная (разборная) рентгеновская аппаратура для промышленного просвечивания предназначена для работы в лабораторных условиях. Она позволяет оборудовать временные (передвижные) и стационарные рентгенодефектоскопические установки.
25.3.2. Источники - излучения (радиоактивные изотопы) и виды -дефектоскопов
Радиоактивное γ-излучение возникает при распаде искусственных или естественных радионуклидных изотопов. Одновременно с γ-квантами при распаде радионуклидных изотопов могут образоваться α-частицы (ядра гелия – -2Не-4) и β-частицы (электроны). γ-кванты обладают существенно большей проникающей способностью по сравнению с α- и β-частицами, поэтому их преимущественно и используют при контроле качества сварных изделий.
Источники γ-излучения. При распаде искусственных или естественных радионуклидных изотопов возникает γ-излучение. Одновременно с γ-квантами могут образоваться α-частицы (ядра гелия – -2Не-4), β-частицы (электроны). γ-кванты обладают существенно большей проникающей способностью по сравнению с α- и β-частицами, поэтому их преимущественно и используют при контроле качества сварных изделий.
Естественные радионуклиды для радиационного контроля не применяют. Искусственные радионуклидные изотопы получают:
- облучением неактивных заготовок в нейтронных потоках ядерных ракторов;
- разделением остаточных продуктов деления горючего ядерного реактора;
- облучением неактивных заготовок-мишеней на циклотронах.
Радионуклиды являются активной частью источников излучения. Их помещают в герметизированные ампулы. Ампулы могут быть заваренными, завальцованными и на резьбе (рис. 5.6 и 5.7). Способ герметизации, материал и число ампул зависят от мощности экспозиционной дозы (МЭД) излучения,
Рис. 5.6.Конструкции радионуклидных ефектоскопических источников: а,б – заваренные; в – завальцованный. 1 – наружная ампула; 2,5 – крышки; 3 – активная часть; 4 – внутренняя ампула
Дефектоскопическими характеристиками источников радионуклидного излучения являются:
- энергия Е излучения, которая определяет проникающую способность излучения и выявляемость дефектов в контролируемых;
-мощность экспозиционной дозы (МЭД) излучения Р, которая определяет производительность контроля, а также требования к технике безопасности и конструкции защитных устройств. В процессе радионуклидного распада нуклида МЭД излучения постоянно уменьшается;
-период полураспада Т1/2, который определяет периодичность замены источников и затраты на их приобретение и захоронение.
γ-дефектоскопы представляют собой устройства, в которых ампулы с радионуклидами помещены в защитные блоки дефектоскопов. Выпуск и перекрытие пучка излучения осуществляется с помощью дистанционных приводов управления.
Защитные блоки радиационных головок, контейнеров и коллиматоров дефектоскопов изготовляют из свинца, сплавов на основе вольфрама или их комбинации.
γ-дефектоскопы в основном используют в полевых и монтажных условиях при отсутствии источников электропитания или при контроле сварных соединений, расположенных в труднодоступных местах.
γ-дефектоскопы выпускаются двух видов:
В аппаратах шлангового типа пучок излучения формируется с помощью сменных коллимирующих головок. Источник излучения подается по ампулопроводу с помощью гибкого троса, находящегося в зацеплении с зубчатым приводным колесом.
Шланговые γ-дефектоскопы широко применяют в промышленности. Их используют для контроля качества изделий, расположением в труднодоступных местах.
В ряде случаев γ-дефектоскопы снабжают набором источников γ-излучения с различными размерами активной части и МЭД γ-излучения. Набор источников размещается в магазине-контейнере, что позволяет просвечивать изделия различной толщины на различных фокусных расстояниях.
Некоторые аппараты снабжены γ-экспонометрами для автоматической выдержки времени просвечивания.
γ-дефектоскопы для фронтального и панорамного просвечивания. Аппараты этого типа предназначены для использования в полевых, монтажных и стапельных условиях в тех случаях, когда применение шланговых аппаратов невозможно из-за ограниченных размеров радиационно-защитных зон.
25.3.3.Источники тормозного радиационного излучения повышенной энергии и проникающей способности. Линейные ускорители электронов, бетатроны, микротроны
Ускорители электронов
Для дефектоскопии изделий большой толщины и сложной формы, когда энергии γ-квантов рентгеновских источников излучения и радионуклидных источников недостаточно, применяют источники тормозного излучения с энергией до нескольких десятков МэВ (до 35 МэВ). Такими источниками излучения являются линейные ускорители электронов, бетатроны, микротроны.
Принцип действия линейного ускорителя электронов основан на том, что электроны, введенные с некоторой начальной скоростью вдоль оси цилиндрического волновода, в котором возбуждается бегущая электромагнитная волна с предельной компонентой электрического поля, попадая в ускоряющую полуволну, ускоряются под действием электрического поля. Для непрерывного увеличения энергии электронов необходимо, чтобы электромагнитная волна двигалась вдоль волновода с такой скоростью, при которой электрон не выходит за пределы ускоряющей полуволны. С целью получения необходимой для ускорения электронов скорости электромагнитной волны внутри волновода устанавливают диафрагмы. Таким образом, диафрагмированный волновод является основным узлом линейного ускорителя электронов.
Преимущество линейных ускорителей состоит в большой интенсивности тормозного излучения. Так, линейные ускорители с энергией 10…25 МэВ создают тормозное излучение, мощность экспозиционной дозы которого составляет 2000…25000 Р/мин на расстоянии 1 м от мишени.
Бетатрон – циклический ускоритель электронов. Действие его основано на законе электромагнитной индукции, согласно которому вокруг изменяющегося во времени магнитного потока образуется вихревое электрическое поле, напряженность которого определяется скоростью изменения магнитного потока (рис.7.8).
Электроны в бетатроне ускоряются по замкнутой орбите постоянного радиуса под действием силы электрического поля. Совершив полный оборот, они приобретают энергию, равную произведению напряженности электрического поля на заряд электрона и длину траектории. Энергия электрона увеличивается до тех пор, пока электрическое вихревое поле не изменит своего направления.
Рис. 5.8. Схема бетатрона: 1- камера; 2 – электромагнит; 3 – генератор; 4 – волновод; 5 - электронная пушка; 6 – мишень.
По условиям применения бетатроны подразделяют на передвижные, переносные и стационарные.
Передвижные и переносные бетатроны предназначены для радиографического контроля качества сварных соединений непосредственно в заводских цехах и на строительных площадках.
Стационарные бетатроны предназначены для работы в специально оборудованных лабораториях радиационного контроля и отличаются от транспортабельных бетатронов повышенными мощностью дозы и энергией тормозного излучения, а также большими массой и габаритами отдельных узлов и блоков ускорителя.
Основные преимущества бетатрона перед другими устройствами – простота и надежность в эксплуатации. Кроме того, можно плавно изменять энергию МЭД излучения, для каждого конкретного случая
выбрать режим работы ускорителя (энергию излучения) и добиться более высокой выявляемости дефектов.
Применяя в качестве источника проникающего излучения бетатроны, можно контролировать качество стальных изделий толщиной до 600 мм с использованием методов и средств промышленной радиографии и радиометрической дефектоскопии.
Микротрон – циклический ускоритель с переменной кратностью ускорения. В микротроне частицы движутся в постоянном и однородном магнитном поле. Ускорение происходит под действием переменного электрического поля постоянной частоты. Электроны, находящиеся в вакуумной камере, движутся по орбитам-окружностям, имеющим общую точку касания. В этом месте расположен резонатор, сверхвысокочастотное поле которого ускоряет электроны. Резонатор возбуждается импульсным магнетроном.
25.4.2.Требуемые для рентгенографического контроля материалы и принадлежности, структура и виды рентгеновских пленок;
25.4.3.Определение видов и размеров дефектов по их изображениям на рентгеновской пленке и правила оформления протоколов рентгенографического контроля.
25.4. Рентгенографический контроль сварных соединений
25.4.1. Схемы, определение требуемой чувствительности и параметры режима рентгенографического радиационного контроля
Рис. 5.1. Общая схема радиационного контроля:
1 – источник излучения; 2 – сварное соединение; 3 – детектор;
4 – влияние характера дефекта сварного шва и толщины металла
на интенсивность излучения, регистрируемого детектором.
Рис. 1. Схема радиографического метода
контроля:
1 – источник излучения интенсивности I0;
2 – сварное соединение;
3 –кассета с рентгеновской пленкой;
F – фокусное расстояние;
I – интенсивность потока излучения,
воспринимаемого детектором
Материалы, используемые для регистрации результатов радиографического контроля, структура и виды рентгеновских пленок
.
Рис. Строение рентгеновской пленки
1 – эмульсионный слой (AgBr или AgCl);
2 – подложка;
3 – подслой (тонкий слой клея);
4 – защитный слой из желатина
25.4.3.Определение видов и размеров дефектов по их изображениям на рентгеновской пленке и правила оформления протоколов рентгенографического контроля
25.5. Радиоскопический контроль сварных соединений
25.5.1.Методы (схемы) радиоскопического контроля и их разрешающая способность
Радиоскопический метод (метод радиационной интроскопии) неразрушающего контроля основан на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в световое изображение на выходном экране радиационно-оптического преобразователя, причем дефектоскопический анализ полученного изображения проводится в процессе контроля.
Сохраняя такие достоинства радиографического метода, как возможность определения характера и формы выявленного дефекта, методы радиоскопии позволяют исследовать контролируемый объект непосредственно в момент его просвечивания. Поэтому сокращается время между началом контроля и моментом получения заключения о качестве контролируемого объекта.
Благодаря малой инерционности радиоскопических систем объект можно контролировать под различными углами к направлению просвечивания. При этом повышается вероятность обнаружения дефектов и обеспечивается возможность контроля деталей и узлов, как в эксплуатационных условиях, так и в условиях поточного производства и открываются широкие возможности применения принципов стереометрии
25.5.2.Принцип действия флуороскопического и электролюминесцентного экранов и сцинтилляционных кристаллов, используемых при радиоскопическом контроле
25.5.3. Принцип действия рентген-видикона и электронно-оптического преобразователя рентгеновского и - излучений
25.5.4.Телевизионные системы радиоскопического контроля сварных соединений
25.6. Радиометрический контроль сварных соединений
25.6.1. Методы (схемы) радиометрического контроля и основные характеристики радиометрических детекторов
25.6.2.Схема и принцип действия сцинтилляционного счетчика
Рис. 26. Устройство и принцип действия сцинтилляционного счетчика
25.6.3. Схема и принцип действия ионизационной камеры и газоразрядных счетчиков
Полупроводниковые детекторы
25.7.Нормативные документы, определяющие правила выполнения радиационного контроля, оформления его результатов и годности к эксплуатации проконтролированных неразъемных соединений
25.8.Вопросы охраны труда и окружающей среды при контроле проникающими излучениями
\
\