Файл: Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие..pdf

Соответствующие количества радиоактивных элементов по­ мещаются в ампулы, изготовленные из нержавеющей стали марки Х18Н10Т. Ампулы с радиоактивными препаратами хра­ нят в свинцовых контейнерах.

Для просвечивания промышленностью выпускаются уста­ новки ГУП (гамма-установка промышленная), в которых по­ мещаются ампулы с радиоактивным источником (ГОСТ

16760—71, ГОСТ 16761—71, ГОСТ 15843—70).

Взаимодействие рентгеновских и гамма-лучей с веществом сопровождается рядом характерных явлений, некоторые из ко­ торых являются существенными для дефектоскопии. Проходя через вещество, рентгеновские и гамма-лучи поглощаются, т. е. происходит преобразование энергии ионизирующего излу­ чения в другие виды энергии или в энергию других видов из­ лучения. Фотон, попадая в вещество, может взаимодейство­ вать с ядром или орбитальными электронами его атомов. При взаимодействии фотонов с орбитальными электронами атомов вещества, некоторые из них могут потерять связь с ядром, т. е. происходит высвобождение электронов вещества, образуются фотоэлектроны. Это явление носит название фотоэлектриче­ ского эффекта. Образующиеся фотоэлектроны могут вызывать люминесценцию некоторых веществ, что широко используется в рентгено- и гамма-дефектоскопии. Поглощение проникающей радиации веществом происходит также за счет возникновения вторичного характеристического излучения (флюоресценция), образования пар и других эффектов.

Наряду с поглощением происходит и рассеяние энергии рентгеновских и гамма-лучей при их прохождении через мате­ риал. Рассеяние зависит только от плотности просвечиваемого материала и приводит к возникновению отраженного излуче­ ния.

В результате рентгеновские и гамма-лучи, проходя через вещество, теряют часть своей энергии — ослабляются. Суммар­ ное ослабление лучей в веществе будет тем больше, чем боль­ ше атомов они встретят на своем пути, т. е. чем выше плот­ ность материала и чем больше его толщина.

Количество фотонов, поглощенных в слое, пропорционально'

толщине слоя. На основании сказанного может быть состав­ лено дифференциальное уравнение, решение которого пред­ ставляет собой экспоненциальную функцию:

/ = 7 0е - ^,

где / — интенсивность излучения, прошедшего через материал толщиной х.

359

ц— линейный коэффициент ослабления, который характе­ ризует относительное уменьшение интенсивности из­ лучения на единицу толщины материала — поглоти­ теля.

Рис. 115. График поглощения излучения вещест­ вом

На рис. 115 представлен график поглощения излучения, по­ казывающий изменение интенсивности лучей в зависимости от толщины просвечиваемого образца. Из рассмотренной зависи­ мости следует, что с увеличением толщины контролируемого изделия уменьшается интенсивность прошедших через него лу­ чей, а следовательно, должна падать и чувствительность ме­ тода.

Отметим еще ряд свойств проникающей радиации. Рентгеновские и гамма-лучи способны ионизировать нейт­

ральные атомы и молекулы газов, а также увеличивать прово­ димость некоторых полупроводников. Это свойство лучей ис­ пользуется для измерения их интенсивности. Например, с по­ мощью ионизационной камеры (одного из элементов дозимет­ рической аппаратуры) по изменению в ней ионизационного то­ ка определяется поглощенная газом лучистая энергия, пропор­ циональная энергии падающего излучения.

Для оценки величины поглощенного излучения вводится понятие экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излуче­ ния, характеризующей ионизацию в воздухе в поле источника

.проникающей радиации. За единицу экспозиционной дозы при­ нят рентген. Один рентген соответствует такому количеству энергии проникающей радиации, которое образует в 0,001293 г воздуха ионы, несущие заряд в одну электростатическую еди­ ницу количества электричества каждого знака.

Рентгеновские и гамма-лучи вызывают почернение фото­

360

графической пленки. Проходя через слой фотографической эмульсии, лучи разлагают бромистое серебро, а при дальней­ шей фотографической обработке пленки происходит ее почер­ нение. Степень почернения пленки пропорциональна доли по­ глощенной ею лучистой энергии. Следовательно, степень почер­ нения пленки зависит от интенсивности и времени действия на нее лучей. На этом свойстве рентгеновских и гамма-лучей ос­ нована рентгенография.

Рассмотренные свойства рентгеновских и гамма-лучей поз­ воляют использовать их для контроля качества материалов и изделий без их разрушения.

§ 58. Просвечивание деталей

Из экспоненциального закона поглощения энергии излуче­ ния следует, что рентгеновские и гамма-лучи, прошедшие через

Рпс. 116. Схема просвечивания изделий рентгеновскими или гамма-лучами:

1 — п о т о к л у ч е й ; 2 — д е т а л ь ; 3 — р а к о в и н а ; 4 — п л о т н о е в к л ю ч е н и е ; 5 — р е н т г е н о в с к а я п л е н к а (д е т е к т о р и з л у ч е н и я ); б — п о с в е т л е н и е п л е н к и ; 7 — п о т е м н е н и е п л е н к и

деталь, имеющую неоднородный материал, будут иметь различную интенсивность. Более интенсивными будут лучи, встре­ тившие на своем пути различные нарушения сплошности (тре­

36Ь

щины, раковины, пористость и др.). В соответствующих местах на рентгеновской пленке появятся потемнения, рисующие кон­ тур этих дефектов (рис. 116). Интенсивность лучей, прошед­ ших через более плотные по сравнению с материалом детали участки (или участки, имеющие большую толщину), будет ос­ лаблена и на пленке образуются более светлые участки.

Таким образом, по результатам изменения интенсивности лучей, прошедших через контролируемое изделие, судят о на­ личии в нем дефектов.

Регистрацию изменения интенсивности прошедшего через деталь излучения можно производить различными методами:

фотографическим — с помощью рентгеновской пленки (рентгенография);

визуальным —- на флюоресцирующем экране (рентгеноско­ пия);

ионизационным; ксерографическим — с помощью фотопроводящих материа­

лов.

До последнего времени фотографический метод рентгено- и гамма-дефектоскопии являлся наиболее распространенным ме­ тодом выявления дефектов в изделиях. Однако в настоящее время все шире используется рентгеноскопия, благодаря раз­ работке новых методов преобразования рентгеновского изоб­ ражения в видимое непосредственно в процесе просвечивания.

Во всех случаях рентгено- и гамма-дефектоскопии взаимное расположение источника лучей, детали и регистрирующего устройства одинаковые (см. рис. 116).

Чувствительность методов дефектоскопии с помощью про­ никающей радиации оценивается наименьшим размером де­ фекта в направлении просвечивания, который может быть выявлен и выражается в процентах от толщины просвечивае­ мого изделия. Чувствительность зависит от многих факторов:

•от плотности материала и толщины просвечиваемой детали, от характера дефекта и его формы, от режима и условий просве­ чивания, от метода регистрации изображения.

Фотографический метод контроля, при наиболее благо­ приятных условиях, позволяет обнаруживать дефекты от 1 до 2—2,5% толщины просвечиваемой детали в направлении луча.

Для определения качества рентгеновских снимков при отра­ ботке технологии просвечивания или при применении пленок, качество которых вызывает сомнение, используются специаль­ ные эталоны. Наиболее распространены проволочные эталоны, представляющие собой набор проволок различного диаметра, а также ступенчатые эталоны. Эталоны изготавливаются из материала на той же основе, из которой состоит материал

:362

контролируемой детали, т. е. при контроле стальных деталей применяются эталоны, изготовленные из железа или его спла­ вов, при контроле деталей из алюминиевых сплавов — этало­ ны из алюминия и т. д. При просвечивании эталоны распола­ гаются непосредственно на контролируемой детали или под ней (проволочные эталоны).

Технология рентгено- и гамма-дефектоскопии фотографи­ ческим методом состоит из следующих основных операций:

Рис. 117. Примеры взаимного расположения источника лучей ( I ) ; детали ( 2) и пленки ( 3) при контроле качества сварных швов мето­ дом проникающей радиации

подготовка детали для просвечивания; установка контролируемой детали в положении, обеспечи­

вающем наилучшие условия выявления возможного дефекта; установка пленки, усиливающих экранов и т. д.; выбор режимов и просвечивание детали; обработка рентгеновской пленки; расшифровка снимков.

Для просвечивания деталь предварительно очищают от за ­ грязнений и при необходимости размечают на отдельные уча­ стки, если не вся деталь подвергается контролю. Взаимное расположение источника лучей, детали и рентгеновской плен­ ки зависит от исследуемого объекта и возможного дефекта

(рис. 117).

Для рентгено- и гамма-графирования применяются спе­ циальные пленки на основе ацетатной нитроцеллюлозы. Как правило, чувствительный слой наносится с двух сторон пленки для увеличения поглощения излучения.

363

Для промышленной радиографии выпускается пять типов пленки:

РТ-5 — для получения снимков деталей, изготовленных из алюминиевых и магниевых сплавов;

РТ-4 ■— для стальных и толстых деталей из легких сплавов; РТ-1 и РТ-3 — для гамма-графирования и рентгеновских

снимков при высоком напряжении; РТ-2 — для фотографирования с применением усиливаю­

щих экранов.

Рентгеновская пленка обычно поглощает не более 1% энер­ гии излучения, поэтому в ряде случаев приходится применять достаточно большие экспозиции, а это приводит к снижению качества снимков. Для уменьшения экспозиции применяют усиливающие экраны или металлические фольги, которые на­ кладывают непосредственно на рентгеновскую пленку с двух

•ее сторон.

Усиливающие экраны представляют собой картон или дру­ гую гибкую основу, на поверхность которой нанесены люмино­ форы. Свечение люминофоров под действием рентгеновских или гамма-лучей сокращает экспозицию в 10— 100 раз, однако при этом снижается четкость изображения дефектов. Учиты­ вая это обстоятельство, усиливающие экраны рекомендуется

.применять при просвечивании деталей большой толщины, т. е. когда без экранов продолжительность выдержки недопустимо большая.

Металлические фольги поглощают рассеянное излучение, вызывающее «вуаль» пленки значительно сильнее чем первич­ ное. В результате четкость и контрастность снимков значитель­ но увеличивается. Кроме того, при прохождении рентгеновских или гамма-лучей через металл фольги, в результате фотоэлек­ трического эффекта, образуются фотоэлекторны, которые так­ же оказывают действие на эмульсию рентгеновской пленки, что и позволяет сократить время выдержки при рентгеноили гамма-графировании.

Применять металлические фольги целесообразно при гам­ ма- и рентгенографировании, если напряжение на трубки не ниже 100 кВ. Это объясняется тем, что эмиссия фотоэлектро­ нов начинается при 60—80 кэВ.

Материал фольги для жесткого излучения — свинец, для мягкого — медь, олово, алюминий, сталь. Толщина металличе­ ской фольги при просвечивании с помощью рентгеновских ап­ паратов обычно составляет 0,01—0,2 мм, при просвечивании гамма-лучами — 0,02—0,5 мм.

Если в качестве источника рентгеновских лучей применяет­ ся бетатрон, то толщина металлических экранов достигает не­ скольких миллиметров.

:364

Для устранения рассеянного излучения непросвечиваемые участки детали защищают листовым свинцом, с этой же целью свинец подкладывают под кассету с таким расчетом, чтобы им было покрыто все поле облучения.

При выборе режимов просвечивания для рентгеновской де­ фектоскопии необходимо установить: напряжение, которое сле­ дует приложить к рентгеновской трубке, силу тока через труб­ ку, время экспозиции и фокусное расстояние. При гамма-де­ фектоскопии вместо напряжения и силы тока выбирают соот­ ветствующий источник гамма-лучей. Практически выбор режи­ мов просвечивания производится по специальным графикам, а затем уточняется опытным путем.

Дефекты на снимках лучше всего выявляются при оптиче­ ской плотности негатива в пределах 1,5—1,8.

Обработка рентгеновской пленки производится так же, как и обычной фотопленки, только с применением специальных ре­ активов.

§ 59. Ксерографический метод контроля

При ксерографическом методе регистрация рентгено- и гам­ ма-изображения происходит на слое фотопроводника, которо­ му предварительно сообщен электрический заряд. В качестве фотопроводника чаще всего используется аморфный селен — диэлектрик, становящийся проводником тока под действием ионизирующего излучения, а также видимого света.

Аморфный селен наносят на алюминиевую или другую то­ копроводящую подложку слоем толщиной 50—200 мкм, в ре­ зультате получается так называемая ксерографическая пла­ стинка.

До получения снимка ксерографическую пластинку по­ мещают в кассету и заряжают в специальном устройстве в поле коронного разряда до потенциала в 600 В. Заряд пластинки сохраняется в закрытой кассете в течение нескольких часов. Кассета с заряженной пластинкой в схеме просвечивания зани­ мает место рентгеновской пленки — непосредственно под кон­ тролируемой деталью.

При облучении детали проводимость, а следовательно, и по­ верхностный заряд отдельных участков слоя аморфного селена ксерографической пластинки изменяют свою величину в зави­ симости от интенсивности прошедшего через деталь и попав­ шего на чувствительный слой излучения. Интенсивность падаю­ щего на чувствительный слой излучения зависит от толщины детали и дефектов. В результате на поверхности чувствитель­ ного слоя образуется скрытое электрическое изображение кон­ тролируемой детали, которое проявляют путем опыления чув­

365