книги из ГПНТБ / Румянцев, С. В. Радиационная дефектоскопия

С. В. РУМЯНЦЕВ

РАДИАЦИОННАЯ

ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Издание второе,

переработанное и дополненное

МОСКВА АТОМИЗДАТ 1974

УДК 620.1'- .152

foe. публичная

н а учн о -тё х н и н ч \тя библиотека г ФР

ЗКЗЕМ:П.С.;Р

I ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

чения для иеразрушающего контроля качества материа­ лов, детален, узлов и изделий. Рассмотрены рентгенов­ ские аппараты, бетатроны, гамма-установки, радио­ изотопные и ядерные источники излучения, область их применения, методика, техника и порядок проведения работ по контролю качества литья, сварки, папки и других технологических процессов. Освещены основные вопросы техники безопасности. Рассмотрено влияние технологических дефектов сварки и литья на механиче­

Таблиц 62, иллюстраций 218, библиография 277 ссы­

лок.

© Атомнздат, 1974

Предисловие к первому изданию

Повышение долговечности и надежности выпускаемых из­ делий в значительной степени зависит от применяемых методов и средств технического контроля.качества материалов, деталей, узлов и готовых изделий. Наибольший интерес для промышлен­ ности представляют физические методы дефектоскопической контроля качества продукции без разрушения, в том числе с использованием проникающей радиации.

Под дефектоскопией понимают совокупность физических ме­ тодов контроля, применяемых для обнаружения дефектов, на­ пример:- раковин, пор, трещин в сварных, литых и других изде­ лиях, непроваров и непропаев в сварных и паяных соедине­ ниях, расслоений и волосовин в кованых и штампованных дета­ лях и т. д.

В зависимости от природы явлений, которые лежат в основе физических методов контроля пли играют главную роль в обна­ ружении дефектов, и получили названия применяемые в настоя­ щее время методы: магнитный, ультразвуковой, люминесцент­ ный, рентгеновский, гамма-дефектоскопический и другие.

Радиационная дефектоскопия — это совокупность методов контроля качества путем просвечивания материалов и изделий различными видами проникающей радиации.

Монография посвящается методам дефектоскопического кон­ троля с использованием рентгеновского, у-, р- и нейтронного из­ лучений.

Реитгено- и гамма-дефектоскопический контроль является наиболее массовой областью применения в народном хозяйстве рентгеновских аппаратов и источников у-излучения. В общем объеме применяемых в промышленности физических неразру­ шающих методов контроля он составляет не менее 80%.

Метод рентгенодефектоскоппп в основном был разработан до Великой Отечественной войны; об уровне его развития в то время можно судить по книге А. К. Трапезникова «Просвечи­ вание материалов лучами Рентгена» (Оборонгнз, 1939 г.).

3

Возможности рентгенодефектоскопин и область ее примене­ ния определяются характеристиками выпускаемой рентгенов­ ской аппаратуры, в частности напряжением па рентгеновской трубке, углом раствора пучка излучения, габаритами и массой аппаратов. В 1947 г. толщина стали 40—50 мм была предель­ ной для рентгенодефектоскопического контроля.

С развитием металлургии, машиностроения, судостроения и других отраслей промышленности увеличились толщины слит­ ков, сварных, литых и других конструкции. Возникла необхо­ димость в контроле изделий из стали и специальных тяжелых сплавов толщиной до 200 мм и выше. Для этой цели был раз­ работан метод гамма-дефектоскопии с использованием естест­ венных радиоактивных источников.

В 1950 г. благодаря развитию атомной техники предостави­ лась возможность взамен естественных радиоактивных препара­ тов радия-мезотория применять искусственный препарат ко­ бальт-60 (Со60). Работы, проведенные в 1950— 1951 гг. по иссле­ дованию и применению Со60 в дефектоскопии, показали, что источники Со60 и радия-мезотория дают практически одинако­ вые результаты при просвечивании металлов.

С дальнейшим развитием промышленности появилась необ­ ходимость в контроле изделий сложной конфигурации и трудно­ доступных мест ответственных конструкций, а также в проведе­ нии контроля изделий в полевых н особых специфических усло­ виях, где применение методов рентгенодефектоскопин, а также ультразвуковых, электромагнитных и других методов исключа­ лось. Эти новые проблемы потребовали дальнейшей разработки и внедрения в промышленность гамма-дефектоскопического ме­ тода контроля с использованием новых искусственных радиоак­ тивных источников: Cs137, Ir192, Ей'52' I54, Se75, Tm170, Eu155, Sm14S, Ce144.

Проведенные в стране исследовательские работы позволили решить вопрос о промышленном применении радиоактивных ис­ точников для гамма-дефектоскопического контроля. Этот метод стал одним из основных методов неразрушающего контроля материалов и готовых изделий с большим диапазоном толщин, эквивалентных толщине стали от 0,5 до 200—250 мм.

В современной литературе методы радиационной дефекто­ скопии рассматриваются часто тенденциозно и при сравнении их иногда противопоставляют друг другу. Такое положение затрудняет более эффективное использование в промышленно­ сти рассматриваемых методов контроля. Нередки случаи необо­ снованного ■отказа от применения для целей дефектоскопии ра­ диоактивных источников из-за переоценки опасности работы с изотопами или отказа от дальнейшего совершенствования рентгенодефектоскопии под предлогом успешного развития метода гамма-дефектоскопии. В данной монографии методы дефекто­ скопического контроля с использованием проникающих ионизи-

4

Предисловие ко второму изданию

Директивами XXIV съезда КПСС поставлена задача повысить технический уровень производства, завершить комплексную меха­ низацию важнейших производственных процессов в промышлен­ ности; повысить производительность труда и улучшить качество всех видов продукции. В осуществлении этой задачи особое значение приобретает дальнейшее развитие и широкое примене­ ние эффективных методов и средств неразрушающего контроля качества материалов, деталей, узлов и изделий — дефектоско­ пии, которая является одним из наиболее быстро развиваю­ щихся направлений в прикладной науке, использующим новей­ шие достижения физики, химии, электроники, автоматики, теле­ визионной и вычислительной техники.

Роль и значение дефектоскопии возрастают в связи с повы­ шением требований к качеству и надежности выпускаемой от­ ветственной продукции (рост скоростей, ударные, знакопере­ менные и тепловые нагрузки, воздействие ядерпой и космиче­ ской радиации и т. д.). Ни один новый прогрессивный техно­ логический процесс изготовления и эксплуатации ответственной продукции не внедряется в промышленность без использования дефектоскопических методов и средств неразрушающего конт­ роля, который стал неотъемлемой частью технологических про­ цессов производства. Этим объясняется возрастающее из года в год внимание, которое уделяется в нашей стране и за рубе­ жом развитию __дефектоскопии вообще и в значительной мере радиационной дефектоскопии.

Второе издание монографии готовилось после того, как этой книгой свыше 4 лет пользовались предприятия (организации) и специалисты, применяющие неразрушающие методы и средства контроля. За этот срок выяснилось, что книга оказала опреде­ ленное влияние на дальнейшее развитие и более эффективное применение в промышленности методов и средств радиационной дефектоскопии. Это позволило автору считать, что обший харак­ тер и объем книги должны быть сохранены. Поэтому автор не

6

ставил своей задачей коренную переработку книги и ограни­ чился изменениями, связанными главным образом с необходим мостыо учесть то новое, что было опубликовано по теме моно­

графии.

При переработке книги были учтены отзывы о первом изда­ нии и особенно обстоятельная рецензия, выполненная Главной редакцией научно-технической литературы Госкомиздата СССР. Авторам рецензии приношу глубокую благодарность.

В первом разделе монографии «Физико-технические основы методов радиационной дефектоскопии» произведены редакцион­ ные изменения и сокращения, главным образом за счет исклю­ чения некоторых приложений п внешних видов зарубежных рентгеновских и гамма-аппаратов. Дополнительным является материал, относящийся к новым рентгеновским и гамма-аппа­ ратам отечественного и зарубежного производства, радиацион­ ным характеристикам рентгеновских трубок.

Значительно большим изменениям подвергся второй раздел «Методы радиационной дефектоскопии». В него включены зано­ во написанные главы: глава VI «Метод цветной радиографии»; глава XI «Контроль бетонных и железобетонных конструкций»; глава XII «Основные пути повышения технико-экономической эффективности неразрушающих методов контроля». В главу V включены новые параграфы: «Фотообработка рентгеновской пленки» и «Дефектоскопическая технологичность изделий». Зна­

в частности материал по экспозиции просвечивания и чувстви­ тельности радиографического метода применительно к плен­ кам типа РТ, контролю качества сварки, литья и т. д.

Третий раздел «Защита от излучений при радиационной де­ фектоскопии» заменен вновь написанной главой XIII «Вопросы техники безопасности в радиационной дефектоскопии». Это вы­ звано тем, что к моменту сдачи рукописи в набор взамен ранее действующих санитарных правил при проведении работ по ра­ диационной дефектоскопии не были выпущены новые правила в соответствии с требованиями «Норм радиационной безопас­ ности (НРБ—69)» и «Основных санитарных правил работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизи­ рующих излучений ОСП—72» от 10 апреля 1972 года. Однако следует подчеркнуть, что методы защиты от излучений, изложен­ ные в третьем разделе первого издания монографии, достаточно апробированы и могут быть рекомендованы к использованию в практике радиационной дефектоскопии.

/

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ РАДИАЦИОННОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

ГЛАВА 1

ФИЗИКА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

1. Строение атома

По атомио-молекулярной теории химический элемент есть вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств. Атом представляет собой электродинамическую систе­ му, состоящую из положительно заряженного ядра и окружаю­ щих ядро отрицательно заряженных частиц — электронов [1]. Заряд электрона равен 4,803 -10-10 ед. СГСЭ. Абсолютную вели­ чину заряда электрона называют элементарным электрическим зарядом е и принимают за единицу количества электричества. Масса покоя электрона т0 равна 9,108-10-28 г. Этой массе соот­ ветствует энергия покоя /ПоС2= 0,511 Мэе*, где с — скорость света в вакууме, равная 2,998-1010 см/сек.

Заряд ядра равен Z положительным элементарным электри­ ческим зарядам е, где Z — порядковый номер элемента в пе­ риодической системе элементов Д. И. Менделеева. В нормаль­ ном состоянии атом нейтрален, т. е. число электронов в атоме равно порядковому номеру элемента.

Электроны в атоме располагаются на определенных энерге­ тических уровнях (Е1, Ez, Ег и т. д.) или электронных оболоч­ ках. Ближайшая к ядру оболочка называется /(-оболочкой, дальше следуют L, М, N, Р и Q. Чем ближе электрон располо­ жен к ядру, тем больше сила притяжения между электроном и ядром, т. е. тем выше энергия связи электрона в атоме. Сле­ довательно, чтобы вырвать электрон с /(-оболочки, необходимо затратить больше энергии, чем с А-оболочки и т. д.

Число электронов, движущихся вокруг ядра, является важ­ ной характеристикой атома. Оно определяет место данного эле­

энергии, которую приобретает заряженная частица, несущая один элементар­

9