ЛаБораторна робота № 3 Рентгенівська дефектоскопія

Мета: ознайомитися з принципами рентгенівської дефектоско-пії, конструкцією і роботою рентгенівського імпульсного апарату “МИРА-2Д", засвоїти методику визначення координат дефекту в деталі.

7.1 Теоретичні відомості

Багато дефектів металевих виробів виникають ще під час вироб-ництва виливків; до числа таких дефектів належать раковини, газові порожнини та інш. У процесі термічної обробки, наприклад гартування, у результаті виникнення великих внутрішніх напруг можуть з’являтися тріщини. Дефекти у вигляді порушення суцільності металу виникають також при реалізації інших технологічних процесів  зварюванні, пайці, а також у процесі експлуатації  тріщини втомлюваності.

Дефекти не лише зменшують робочий переріз виробу, вони є місцями концентрації напруг, що призводить до передчасного руйнуваннят такого виробу. Тому кількість дефектів завжди намагаються зменшити до певної безпечної величини. Визначення ступеня небезпеки тих або інших дефектів у даних умовах експлуатації  завдання дуже складне. Разом з тим розв’язання такого задання являє виключно великий інтерес для промисловості, оскільки від цього залежить правильність та обгрун-тованість відбраковування великої кількості готових виробів або напів-фабрикатів. Не менш важливою проблемою контролю якості виробів є виявлення причин виникнення дефектів.

Для розв’язання зазначених вище проблем необхідно передусім навчитися визначати наявність дефектів у виробах. Найбільшу цінність набувають методи, за допомогою яких можна виявляти дефекти не руйнуючи виробів. На сьогодні найбільшого поширення набули методи засновані на використанні іонізуючих випромінювань (рентгенівське та -випромінювання), магнітний та ультразвуковий методи.

7.2 Основи метода

Дефектоскопією називають виявлення дефектів без руйнування мате-ріалу. Це область найбільш масового застосування рентгенівських і -променів. Метод грунтується на здатності рентгенівського випромінювання проходити крізь тіла непрозорі для світла. Подібно до того як у склі за допомогою світла можна виявляти різноманітні дефекти, то за допомогою рентгенівського випромінювання можна спостерігати різно-манітні неоднорідності у будь-яких непрозорих тілах. Але, якщо у першому випадку дефекти можна спостерігати візуально, то у другому випадку  лише використовуючи фотографічний спосіб реєстрування, або який небудь інший метод (флюоресцентні екрани, лічильники).

Основним законом, на якому грунтується рентгенівська дефектоскопія, є закон послаблення рентгенівського випромінювання при проходженні крізь речовину (Лабораторна робота № 6). Послаблення рентгенівського випромінювання визначається товщиною просвічуваного матеріалу, його хімічним складом та довжиною хвилі рентгенівського випромінювання.

І

Рис. 7.1. До виведення рівняння (7.4).

нтенсивність рентгенівського випромінювання, що пройшло крізь просвічуваний об’єкт, якщо відома товщина об’єкта, визначається виключно неоднорідністю хімічного складу, наявністью порожнин або включень. Техніка одержання знімків досліджуваного об’єкта проста і схематично представлена на рис. 7.1. У просвічуваному об’єкті товщиною d см, є порожнина, заповнена газом; товщина порожнини x см. На цей об’єкт падає пучок рентгенівського випромінювання з інтенсивністю I_o, який проходить крізь суцільний метал і утворює деяке почорніння в області I_B, а пучок рентгенівського випромінювання, який проходить крізь метал та порожнину заповнену газом на рентгенограмі утворює почорніння більшої інтенсивності I_A. Почорніння в областях будуть пропорційними інтенсивності рентгенівського випромінювання, яке пройшло крізь метал. Для області B інтенсивність випромінювання дорівнює:

I_B = I_oexp(-_мd), (7.1)

а для області A вона відповідно дорівнює:

I_A = I_oexp(-(_мd - x) - _пx), (7.2)

де _м  лінійний коефіцієнт поглинання металу: _п  лінійний коефіцієнт поглинання повітря.

Якщо відкинути коефіцієнт поглинання повітря, який за величиною набагато менший за коефіцієнт поглинання більшості металів, то для області A можна записати:

I_A = I_oexp(-_м(d - x)), (7.3)

На рис. 7.2 наведена принципова схема контролю виробу просвічуванням. Промені з фокуса 1 рентгенівської трубки потрапляють на фотоплівку 4, минувши через контрольований вироб 2. Інтенсивність променів, діючих на фотоплівку, визначається в відповідності з законом послаблення за формулою:

I = I_oexp(-t). (7.4)

Інтенсивність променів, які пройшли крізь здорову частину виробу, буде відрізнятися від інтенсивності променів, на шляху яких виявилося включення. Якщо включення "важке" ( включення >  основного матеріалу), то на рентгенограмі буде видно світлу пляму на темному фоні. Якщо включення "легке" ( включення <  основного матеріалу), то на рентгенограмі будуе видно темну пляму на світлому фоні. Найбільш різкі плями одержуються коли   0 (тобто раковини, пори, тріщини та інші порожнини у виробі).

Рис. 7.2. Схема контролю вироба просвічуванням.

При аналізі рентгенограми, одержаної від об’єкта, що має на поверхні виступи або западини, потрібно мати на увазі те, що виступи на ній зобразяться як “важкі” включения, а западини  як “легкі”.

Тому при дефектоскопії виробів різної товщини (фігурних) їх засипають або заливають компенсатором – речовиною, у якої  майже дорівнює  деталі. Тоді рентгенограма здорової частини буде мати однакове почорніння, незалежно від конфігурації виробу.

Очевидно, задача дефектоскопії виробів буде виконана тим краще, чим менші мінімальні розміри дефектів, що виявляються на рентгенограмі. Виражений у відсотках по відношенню до товщини виробу (у напрямку розповсюдження променів) мінімальний розмір дефекту видимого на рентгенограмі називається відсотковою чутливістю:

. (7.5)

Чим менше Р, тим вище якість рентгенограма. Основні фактори впливати, які впливають на відсоткову чутливість:

• густина почорніння у відповідних частинах рентгенограми (оптимум для ока 1,2...2,0);

• жорсткість застосованого випромінювання;

• розмір фокуса рентгенівської трубки;

• фокусна відстань; чинність вторинного (здебільшого розісюва-ного) випромінювання, що виникає при просвічувані в об'єкті).

Для покращення відсоткової чутливості потрібно збільшувати тривалість експозиції, що супроводжується покращенням якості рентгенограм. У більшості випадків недоцільно застосовувати рентгенодефектоскопію при експозиціях більше 20...30 хв.