Контроль качества сварных соединений

ной 10–30 мкм, в котором равномерно распределены микрокристаллы бромистого серебра (3 мкм). Для увеличения прочности соединения между эмульсией и подложкой лежит слой специального клея, называемый подслоем. Снаружи на эмульсию наносят защитный слой из задубленного желатина толщиной до 1 мкм, предохраняющий эмульсию от механических повреждений.

Рис. 4.11. Схема строения радиографической пленки: 1 – основа; 2 – подслой; 3 – слой чувствительной эмульсии; 4 – защитный слой

Эмульсия радиографической пленки реагирует на прошедшее через объект излучение, изменяя параметры своего серебристого слоя и тем самым обеспечивая регистрацию проходящего потока излучения.

Кроме того, пленки обладают интегрирующей способностью регистрировать чрезвычайно низкие потоки излучения за длительное время просвечивания в широком диапазоне энергий.

Фотографическая эмульсия содержит в качестве чувствительного к излучению вещества галлоидную соль серебра (обычно бромистое серебро с небольшой примесью иодистого), равномерно в виде зерен распределенную в тонком слое желатина.

Эмульсию наносят на обе стороны подложки (целлюлозы, стекла, бумаги и т.д.). При облучении пленки проникающим излучением в кристаллах бромистого серебра происходят изменения, приводящие к тому, что кристалл становится свободным к проявлению, т.е. к восстановлению до металлического серебра под действием проявителя.

Ионизирующее излучение в кристаллах бромистого серебра вызывает фотохимические превращения:

71

Стр. 71

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Ag+ Br− + (hv) → Ag+ Br+ →e +Ag Br,

т.е. под влиянием кванта излучения (hv) отрицательный ион брома Br– теряет свой валентный электрон и становится нейтральным атомом Br.

Этот атом перемещается к поверхности кристалла, где связывается с желатином, а освободившийся электрон, взаимодействуя со свободным положительным ионом Ag+, превращает его в нейтральный атом серебра Ag. Когда в результате действия излучения в кристалле бромистого серебра накапливается определенное число атомов восстановленного металлического серебра, в нем образуется так называемый центр открытого изображения. Для превращения скрытого изображения в видимое радиографическую пленку обрабатывают в растворе проявителя. В проявителе происходит химическая реакция восстановления бористого серебра в металлическое. Причем процесс восстановления идет избирательно – наиболее эффективно он протекает в кристаллах, имеющих центры скрытого изображения. Эти центры можно рассматривать как частицы-катализаторы, способствующие восстановлению ионов серебра во всем объеме полученных кристаллов. Зёрна восстановленного металлического серебра придают пленке темную окраску, т.е. определяют ее прозрачность.

В общем случае проявленное изображение представляет собой картину из почерневших и прозрачных мест на пленке, отвечающих соответственно участкам эмульсии, подвергнутым и не подвергнутым действию излучения. Степень почернения какого-либо участка изображения зависит от количества зерен металлического серебра на нем и определяется интенсивностью излучения I и временем t его воздействия на эмульсию. Произведение I t называется экспозицией. Чтобы зафиксировать полученное изображение, т.е. сделать его нечувствительным к свету, проявленную пленку обрабатывают в растворе закрепителя. Закрепитель растворяет кристаллы бромистого серебра, не прореагировавшие с проявителем.

Радиографические пленки являются основным средством регистрации прошедшего ионизирующего излучения. По свойствам и назначению выпускаемые рентгеновские пленки подразделяют на две группы:

1)безэкранные – для использования без флуоресцентных экранов или с металлическими усиливающими экранами;

2)экранные – с применением флуоресцентных усиливающих экранов (табл. 4.1).

72

Стр. 72

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Основными характеристиками пленки являются:

–спектральная чувствительность Q;

–контрастность γ Д;

–разрешающая способность.

Спектральная чувствительность Q представляет собой ее способность получать различные плотности почернения при проявлении после облучения ионизирующими излучениями различной энергии с одинаковой экспозиционной дозой.

						Таблица 4.1
	Характеристики радиографических пленок
Тип	Чувствитель-	Коэффициент		Разрешающая
пленки	ность Q, Р–1	контрастности γ Д	способность, мм–1
РТ-1	50–60	3,5	68–13
РТ-3	20–30	3,9	80–110				безэкранные
РТ-4	9–12	3,5	110–140
РТ-5	3–5	3,5	140–180
РТ-2	350	3,0	73–78
РМ-1	300	3,0	73–78					экранные
РМ-2	400	2,8	78
РМ-3	300	2,7	78
На практике спектральная чувствительность Q				1	или P			−1	харак-
			P

теризуется величиной, обратной отношению дозы Х, необходимой для получения одинаковой плотности почернения Д:

1

Q = Х .

Оптимальная спектральная чувствительность пленки достигается при напряжении на рентгеновской трубке в интервале 50–110 кВ.

Плотность почернения пленки Д есть логарифм отношения яркости падающего света L0 к яркости света, прошедшего через пленку Lп:

Д = lg L0

Lп

При просвечивании изделий рентгеновским или γ -излучениями наиболее оптимальные значения плотности почернения лежат в пределах

73

Стр. 73

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Д = 1,8…2,2, т.е. лучшую радиографическую чувствительность можно получать именно при этих значениях плотности почернения.

Контрастность γ Д есть отношение приращения плотности почернения к приращению относительного времени экспозиции:

γД = (dД ) .

d lg X

При оптимальных значениях плотности почернения (Д = 1,5…2,2) контрастность экранных пленок лежит в интервале γ Д = 2,5…3, а безэкранных пленок – 2,5–4,5.

Разрешающая способность определяет свойства пленки раздельно регистрировать близко расположенные дефектные участки.

Количественно эта характеристика оценивается числом штриховых линийодинаковой толщины, различимых на участкедлиной1 мм(мм–1 ).

4.2.2. Ксерорадиографические пластины

Ксерорадиографические пластины применяются при методе переноса изображения. Ксерорадиографические пластины – это полупроводниковые пластины, которые реагируют на прошедшее через объект рентгеновское илиγ -излучение ввиде изменения параметров электрического поля.

Электрическое поле наносится таким образом, чтобы величина остаточного заряда (образующего скрытое электростатическое изображение внутренней макроструктуры контролируемого объекта) была пропорциональна изменению интенсивности излучения.

Ксерорадиографическая пластина служит промежуточным преобразователем радиационной информации в электростатическом изображении, которое потом переносится на бумагу и закрепляется с помощью красящих веществ – пигментов.

Конструктивно ксерорадиографические пластины выполнены в виде полированной проводящей подложки (алюминий, латунь или стекло, бумага с проводящим покрытием), на которую тонким слоем нанесены полупроводниковые материалы(аморфныйселен, сера, антраценидр.).

Чувствительный слой наносят в вакууме.

Удельное сопротивление полупроводниковых слоев составляет 1012 – 10 15 Ом см до облучения и 107 – 10 13 Ом см при облучении.

Разрешающая способность ксерографической пластины теоретически неограничена, так как электростатическое поле не имеет зерни-

74

Стр. 74

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

стости, однако практически она определяется величиной пылинок проявляющего вещества и способом проявления.

При сухом способе проявления разрешающая способность на ксерорадиограмме может достигать 60 линий на 1 мм; при использовании жидкостных проявителей – 120 линий на 1 мм. Однако на практике она не превышает 8–12 линий на 1 мм из-за выпускаемых типов пластин и процессов переноса изображения.

Ксерорадиографические пластины используют с металлическим и флуоресцентным экранами, которые наносят между чувствительным слоем и подложкой.

4.2.3.Металлические активируемые экраны-преобразователи

При применении нейтронной радиографии на тепловых или промежуточных нейтронах с использованием метода переноса изображения применяют экраны-преобразователи. Они реагируют на прошедший через объект поток нейтронов в виде образования наведенной активности, пропорциональной потоку нейтронов и имеющей сравнительно большой период полураспада.

Эти экраны обеспечивают усиление информации и служат преобразователями нейтронной информации в скрытое активационное изображение, котороевдальнейшем переносится на радиографические пленки.

Преимущество подобных экранов – их нечувствительность к сопутствующему γ -излучению, источником которого может быть само контролируемое изделие.

Экранные материалы:

Индий – In 115 ( τ 1/2 = 54 мин). Золото – Au 197 (τ 1/2 = 2,7 дня). Родий – Rh 103 ( τ 1/2 = 4–5 мин). Диспрозий – Dy 164 ( τ 1/2 = 140 мин).

Индий обеспечивает получение радиограмм за 5–10 мин при интенсивности реактивного потока тепловых нейтронов 105 см–2 с–1 , а диспрозий– при интенсивности 6 103 см–2 с–1 . Золото менее удобно из-забольшого периода полураспада, но оно обеспечивает лучшие результаты по разрешающей способности. Родий применяют при интенсивности 5 106 см–2 с–1 ивысокочувствительных пленках.

75

Стр. 75

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

4.2.4.Усиливающие металлические

ифлуоресцентные экраны

Их применяют для сокращения времени просвечивания. Усиливающее действие экранов характеризуется коэффициентом

усиления – отношением времени просвечивания без экрана к времени просвечивания с экраном.

Усиливающее действие металлических экранов основано на освобождении в них вторичных электронов под действием ионизирующего излучения.

Освобожденные электроны действуют на эмульсию пленки и вызывают дополнительную фотохимическую реакцию, усиливающую действие первичного излучения. Металлические экраны рекомендуется применять с безэкранными пленками РТ-1, РТ-3, РТ-4 и РТ-5. Эти экраны выполнены в виде свинцовой фольги δ = 0,05…0,5 мм, нанесенной на гибкую пластмассовую подложку.

Усиливающее действие флуоресцентных экранов обусловлено дополнительным воздействием на пленку свечения, возникающего в люминофоре под действием рентгеновского или γ -излучения.

В качестве люминофоров используют:

–сернистый цинк SnS;

–сернистый кадмий CdS;

–вольфрамокислый кальций и др.

Эти экраны выполнены в виде пластмассовых или картонных подложек, на которые нанесен слой люминофора. Их применяют с экранными пленками РТ-2, РМ-1, РМ-2, РМ-3.

При использовании флуоресцентных экранов разрешающая способность ухудшается из-за крупнозернистости самих экранов. Это приводит кснижениювыявляемостиузкихнепроваров, трещин, мелкихдефектов.

Для ответственных сварных конструкций эти экраны не применяют. Применение экранов (металлических и флуоресцентных) позволяет снизить время экспозиции в 2–5 раз. Металлические экраны снижают

время экспозиции в 2–3 раза и повышают чувствительность (поэтому их более широко применяют).

В настоящее время применяют флуорометаллические усиливающие экраны, выполненные в виде свинцовой подложки с нанесенным на нее слоем люминофора. Эти экраны имеют больший коэффициент усиления, чем металлические, и обеспечивают лучшую чувствительность, чем флуоресцентные.

76

Стр. 76

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

4.3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РАДИОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

4.3.1. Эталоны чувствительности

Для определения относительной чувствительности радиографического контроля используют специальные эталоны.

Эталоны представляют собой специальную пластину с идеальными дефектами, контуры которых резко очерчены.

На границе дефектов эталона происходит резкое изменение суммарной толщины просвечиваемого материала (в то время как в реальном металле постепенное изменение толщины на границе дефекта – бездефектной зоны).

Кроме того, реальные дефекты часто рассредоточены и имеют неправильные очертания. Вследствие этого поры или шлаковые включения, диаметры которых равны соответственно высоте прореза или диаметру проволоки эталона, могут быть не выявлены, несмотря на то, что изображения искусственных дефектов четко видны.

Применяемые эталоны чувствительности представлены в табл. 4.2. Канавочные и проволочные эталоны имеют четыре типа размеров каждый. На канавочном эталоне имеется шесть канавок, глубина рядом расположенных канавок различается в 1,39 раза. Проволочный эталон представляет собой пластиковый чехол с установленными в нем семью проволоками различного диаметра (рядом расположенные различаются в1,25 раза).

			Таблица 4.2
	Эталоны чувствительности
		Чувствитель-
Типэталона	Эскиз	ность, %, для		Стандарты
		δ = 10...50 мм
Проволочный*		1		Европейских
				стран, Вели-
				кобритании,
				Японии, РФ
Канавочный		0,5		Европейских
сканавками				стран
постояннойши-
риныиперемен-
нойглубины**
			77

Стр. 77

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Окончание табл. 4.2

		Чувствитель-
Типэталона	Эскиз	ность, %, для	Стандарты
		δ = 10...50 мм
Канавочный		1	РФ
сканавками
переменных ши-
риныиглубины
Пластинчатый		1,5–2,0	США,
сотверстиями			ASME Code,
			РФ
Ступенчатый		2,0–2,5	Международ-
сотверстиями			ногоинститу-
			тасварки
			(МИС)

* Геометрический ряд значений d с основанием 1,25. ** Арифметический ряд значений ∆δ .

Материал эталона должен быть аналогичен материалу контролируемого изделия.

Эталоны маркируют буквами и цифрами: буквы обозначают материал эталона; цифры – номер эталона (Cu2, Al3, Ti4, Fe1).

Оба эталона чувствительности равнозначны, и выбор их определяется условиями работы и удобством использования.

4.3.2. Кассеты, маркировочные знаки, держатели

Перед проведением радиографического контроля пленку вместе с усиливающими экранами помещают в специальную светозащитную кассету. Применяют гибкие и жесткие кассеты.

Гибкая кассета представляет собой двойной конверт из черной светонепроницаемой бумаги или дермантина.

Вменьший конверт укладывают пленку с усиливающими экранами, а затем заряженный конверт вставляют в другой больших размеров, обеспечивая тем самым светонепроницаемость кассеты.

Вкассетах предусмотрены карманы для установки маркировочных знаков и эталонов чувствительности.

78

Стр. 78

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Жесткие кассеты выполнены из алюминиевых сплавов и пластмасс. Их можно применять только при контроле изделий простой формы, когда не требуется изгибать пленку.

Вгибких кассетах полная гарантия плотного прижатия пленки

кусиливающему экрану.

Взависимости от типа изделия и от интенсивности ионизирующего излучения применяют различные схемы зарядки радиографических кассет:

	Способ зарядки	Наличие пленок в кассете
		одна	две
Без экранов
С усиливающими металлическими
экранами
С усиливающими флуоресцирующими
экранами
С усиливающими металлическими
и флуоресцирующими экранами
–	радиографическая пленка;
–	усиливающий металлический экран;
–	усиливающий флуоресцирующий экран

Зарядка кассет двумя пленками применяется при контроле особо ответственных изделий и изделий переменной толщины (в этом случае должно быть две пленки разной чувствительности).

С целью обозначения изделия по участкам контроля применяют маркировочные свинцовые знаки, которые размещают в кассетах. После просвечивания их изображение отпечатывается на снимке.

Гибкие кассеты устанавливают на ферромагнитные материалы с помощью магнитных держателей типа МД-1.

На немагнитные материалы кассеты крепятся с помощью резиновых поясов и ремней.

79

Стр. 79

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

4.4. ТЕХНОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ

Для испытаний сварных соединений наиболее широко применяют методы радиографического контроля, при выполнении которых в качестве детектора ионизирующихизлученийиспользуют рентгеновские пленки.

В зависимости от используемого типа излучения различают:

–рентгенографию – наиболее чувствительный способ (в цеховых, реже в полевых условиях, когда к контролю качества предъявляются наивысшие требования почувствительности);

–радиографию – для контроля сварных соединений, расположенных в труднодоступных местах (полевые и монтажные условия);

–бетаграфию

–нейтронографию – для сварных соединений большой толщины

вцеховых условиях.

При радиографии сварных соединений соблюдают следующую последовательность:

–выбирают источник излучения;

–выбирают радиографическую пленку;

–определяют оптимальные режимы просвечивания;

–подготавливают контролируемый объект;

–просвечивают объект;

–производят фотообработку снимков;

–производят расшифровку снимков;

–оформляют отчет результатов контроля.

1. Выбор источника излучения зависит:

–от заданной чувствительности контроля;

–плотности и толщины контролируемого материала;

–производительности контроля;

–конфигурации контролируемой детали;

–доступности ее для контроля и т.д.

Выбор обусловлен технической целесообразностью и экономической эффективностью.

2. Выбор пленки определяется:

–толщиной и плотностью материала просвечиваемого объекта;

–требуемой чувствительностью и производительностью контроля. РТ-1 – для больших толщин; РТ-2 – для деталей различной толщины;

80

Стр. 80

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)