Радиационные методы диагностики: физические основы, оборудование, методика проведения.

Радиационные методы основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с твердым телом. Однородный поток электромагнитного излучения подается на просвечиваемую деталь (рис.3.9).

Проходя через нее и взаимодействуя с материалом детали и дефектами в ней, поток ослабляется (рассеивается и поглощается). Степень ослабления зависит от толщины и плотности контролируемого объекта, а также от интенсивности и энергии излучения. В результате прохождения излучения через внутренние и наружные дефекты прошедшее поле становится неоднородным. Неоднородный поток электромагнитного излучения после прохождения детали образует так называемое радиационное изображение, которое преобразуется в видимое с помощью детектора, например, фоточувствительной пленки. На пленке после проявления формируются участки с различной оптической плотностью.

При радиационном контроле применяют следующие виды излучения:

а) тормозное излучение;

б) гамма-излучение;

в) нейтронное излучение.

Тормозное излучение и его частный случай - рентгеновские лучи - получают в рентгеновских аппаратах, ускорителях, бетатронах. В них поток электронов, проходя большие разности потенциалов или испытывая воздействия других электрических или электромагнитных полей, ускоряется до больших скоростей, то есть приобретают большую кинетическую энергию. Затем электроны тормозятся на мишени, при этом кинетическая энергия их движения переходит в энергию электромагнитного излучения.

Гамма -излучение получают используя радиоизотопные источники излучения, в которых происходит распад неустойчивых ядер радиоактивных изотопов. При этом возникает электромагнитное излучение (гамма-лучи разной энергии в зависимости от изотопа), а иногда и бета-лучи (поток электронов) или альфа-лучи (поток ядер атомов гелия). Поток нейтронов иногда используют из-за их высокой проникающей способности.

По способу регистрации излучения различают:

- радиографию

- радиоскопию

- радиометрию.

При радиографии получают неподвижное изображение на фотопленке или на специальных пластинах. В последнем случае изображения с пластин переносят на бумагу. Радиография с использованием пленок основана на фотографическом действии электромагнитного излучения. Радиационное изображение подается на фотопленку, чувствительную к электромагнитному излучению в этом диапазоне, взаимодействует с кристаллами AgBr в фотоэмульсии пленки и образует скрытое изображение. затем пленку подвергают фотообработке и получают видимое изображение.

В радиоскопии радиационное изображение подается на сцинтилляционный кристалл. Сцинтилляция - явление излучения кристаллом видимого света под воздействием тормозного или гамма-излучения. После кристалла изображение поступает на фотоэлектронный умножитель, где оптическое изображение преобразуется в электронное, затем оно подается на телевизионный приемник. таким образом, радиоскопия - это получение подвижного видимого изображения.

В радиометрии радиационное изображение подается на ионизационную камеру или счетчик, где производит ионизирующее воздействие на газ, содержащийся в них. Возникающий ионизационный ток измеряется прибором. Таким образом, радиометрия - это получение электрических сигналов под воздействием ионизирующего излучения.

Фотоэмульсия, применяемая в фотопленках, представляет собой равномерно распределенные кристаллики AgBr в эмульсии. Каждый кристалл - самостоятельный приемник излучения. По размеру кристаллов AgBr пленки делятся на крупнозернистые, со средней величиной зерна и мелкозернистые. Важная характеристика рентгеновской пленки - чувствительность к излучению. Чем больше величина зерна, тем больше чувствительность пленки к излучению, то есть крупнозернистые пленки быстрее темнеют под воздействием излучения, но при этом изображение получается более зернистое, грубое. Мелкозернистые пленки темнеют медленнее, качество изображения на них выше.

На готовых рентгеновских снимках должно быть четкое изображение контролируемого участка, свинцовых ограничителей границ участка, свинцовых знаков с наименованием изделия, номер сварного шва и номер снимка, изображение дефектометра (или эталона чувствительности). При отсутствии любого из них снимок не соответствует ГОСТ и переделывается.

Чувствительность метода определяется минимальным размером дефекта в направлении просвечивания, обнаруживаемого при просвечивании. Выражается либо в единицах длины (абсолютная), либо в процентах (относительная).

В процессе просвечивания необходимо контролировать, соответствует ли реальная чувствительность требуемой. Для этого используют наборы искусственных дефектов разных размеров, называемых дефектометрами. Дефектометры устанавливаются на каждый участок, подлежащий контролю. По выявлению искусственных дефектов судят о выявлении реальных дефектов. Используют проволочные или канавочные дефектометры (рис.3.10).

Требуемая чувствительность считается достигнутой, если выявляется проволочка или канавка заданного размера.

Нерезкость снимка характеризуется шириной границы перехода между участками с разным потемнением, измеряется в мм.

Разрешающей способностью пленки называется количество линий, различаемых на участке 1 мм. Большей разрешающей способностью обладают мелкозернистые пленки. Разрешающая способность и чувствительность пленок находятся в обратной зависимости.

Разрешающая способность метода - это способность раздельно наблюдать два близко расположенных дефекта. Она измеряется в мм.

Чувствительность и разрешающая способность зависят от:

- типа пленки и ее фотообработки

- усиливающих экранов

- геометрических условий просвечивания

- соответствия энергии излучения толщине просвечиваемой детали.

Для проведения радиационной дефектоскопии применяют следующее оборудование:

1) Гамма-дефектоскопы:

а) с использованием изотопа Кобальт-60 (сталь толщиной 50-200мм)

б) с использованием изотопа Иридий-192 (сталь толщиной 5-100мм)

2) Рентгеновские аппараты (сталь толщиной 0-100мм)

3) Ускорители электронов (сталь толщиной 50-400мм).

Радиационный контроль служит для выявления как внутренних дефектов, так и недоступных для визуального контроля поверхностных дефектов. Чувствительность контроля зависит от плотности материала и толщины просвечиваемого объекта, характера дефекта, его формы и ориентации, режима и условий просвечивания, метода регистрации результатов контроля. Радиационный контроль проводится в целях выявления в сварных соединениях: внутренних дефектов в виде трещин, непроваров, раковин, пор и шлаковых (окисных и других) включений; недоступных для визуального контроля поверхностных дефектов в виде прожогов, подрезов, превышения проплава и т.п.

Радиационный контроль не позволяет выявлять: поры и включения диаметром поперечного сечения или непровары и трещины высотой менее удвоенной чувствительности контроля; непровары и трещины с раскрытием менее 0,1 мм; непровары и трещины, плоскость раскрытия которых не совпадаете направлением просвечивания или (при радиоскопическом контроле) с направлением строк телевизионного растра; любые дефекты, если их изображение на снимках совпадает с изображением посторонних деталей, острых углов или резких перепадов толщин свариваемых элементов.

Наиболее целесообразен радиационный контроль для выявления объемных дефектов (пор, раковин и др.), им плохо выявляются плоскостные дефекты (непровары, трещины), плоскость раскрытия которых не параллельна направлению излучения. Самым распространенным методом радиационной дефектоскопии является радиография вследствие ее высокой чувствительности и простоты операций контроля. Важным преимуществом радиографического контроля является возможность определения типа (объемный или плоскостной) и вида (пора, шлаковое включение, непровар или трещина) выявленного дефекта. Однако, как показали результаты вскрытия, сварные швы грузоподъемных и горнотранспортных машин не содержат широко распространенных и значительных по величине объемных дефектов. Вероятность выявления объемных дефектов в стыковых соединениях составляет около 90-92 %, а вероятность выявления плоскостных дефектов не превышает 30 %.

При проведении радиационного контроля необходимо обеспечить радиационную безопасность персонала.