книги из ГПНТБ / Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие

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

ствительного слоя пластинки пудрой (диаметр частиц 5—40 мкм) — электронографическим порошком.

При опылении частицы порошка заряжаются за счет трибо­ электрического эффекта и выявляют на пластинке изображе­ ние детали. После рассмотрения изображения его стирают, а ксерографическая пластинка может быть повторно использо­ вана до 600— 1000 раз.

При необходимости сохранения изображения контролируе­ мой детали его фотографируют или переносят на обычную бу­ магу. Для этого применяется специальный порошок, приготов­ ленный из легкоплавкой смолы, который закрепляется на бу­ маге подогревом.

Производительность ксерографического метода регистра­ ции изображения намного выше производительности обычного метода регистрации на рентгеновской пленке, так как требует не более 2—3 мин для получения готового отпечатка. Этот метод экономичен, поскольку не требует расхода фотоматериа­ лов и реактивов, а также отпадает необходимость в специаль­ ном темном помещении. Однако метод не лишен и недостатков: сложность хранения чувствительных пластин, так как уже при температуре 24° С в течение полутора лет селен из аморфного переходит в кристаллическое состояние и теряет свойство фо­ топроводимости; контрастность ксерографического изображе­ ния уменьшается с увеличением энергии излучения.

Расшифровка рентгеновских и гамма-снимков заключается в установлении причин, вызвавших различную плотность почер­ нения пленки на разных ее участках. Причинами могут быть дефекты изделий — трещины, пористость, непровары, ликва­ ция, коррозия и др. Обычно негатив легко расшифровывается. Однако на снимке могут быть и дефекты самой пленки, а так­ же дефекты, возникшие в процессе ее обработки. Если такие дефекты вызывают сомнение, то приходится повторить снимок. Иногда просвечивание делается одновременно на две пленки. В этом случае путем сравнения полученных снимков пороки пленки легко устанавливаются.

Значительно облегчает расшифровку рентгенограмм нали­ чие эталонных снимков.

§ 60. Визуальный метод

Визуальный метод рентгеновской дефектоскопии — рентге­ носкопия, широко используемая в медицине, в промышленной дефектоскопии не нашел широкого применения. Это объясняет­ ся тем, что при наблюдении за изображением на флюоресци­ рующем экране оператор должен быть защищен от рентгенов­ ского излучения, что весьма затруднительно при используемых

366

в промышленности жестких рентгеновских лучах. Кроме того, низкая яркость изображения на экране требует тщательного затемнения помещения, а для полной адаптации глаза операто­ ра ему необходимо находиться в темноте до начала работы

30—40 мин.

Вместе с тем рентгеноскопия по сравнению с рентгеногра­ фией имеет ряд преимуществ: производительность процесса дефектоскопии значительно выше, представляется возмож­ ность наблюдения движущихся объектов и т. д.

Однако достижения электроники и применение новых мето­ дов преобразования рентгеновского изображения в видимое открывают весьма широкие возможности для использования рентгеноскопии в промышленности.

Применение обычной телевизионной установки для переда­ чи рентгеновского изображения изделия с флюоресцирующего экрана позволяет рассматривать его без затемнения, а при не­

Примером использования телевизионной установки для пе­ редачи рентгеновского изображения с флюоресцирующего экрана могут служить установки, разработанные конструктор­ ским бюро «Газоприборавтоматики». В рентгено-телевизион­ ных установках «Экран-1», «Луч-1» и «Луч-2» использованы серийные промышленные телевизионные и рентгеновские устаноки с медицинскими флюоресцирующими экранами. Установ­ ки предназначены для контроля качества сварки труб с тол­ щиной стенок не более 16 мм, имеющих разный диаметр. Чув­ ствительность этих рентгено-телевизионных установок при про­ свечивании стали толщиной 5—16 мм составляет 3—5%.

Преобразование рентгеновского или гамма-изображения в видимое можно осуществлять и другими путями: с помощью сцинтилляционных монокристаллов, рентгеновских электронно­ оптических преобразователей и специальных передающих рент­ гено-телевизионных трубок.

В установках, использующих сцинтилляционные монокри­ сталлы, экран, на котором получается рентгеновское изображе­ ние изделия, изготовляется в виде пластин из йодистого натрия или йодистого цезия. Такие экраны, при использовании излу­ чения с энергией выше 200 кэВ, имеют более высокую разре­ шающую способность по сравнению с обычными флюороскопическими. Так, рентгено-телевизионный интроскоп РТИ-1 пред­ назначен для контроля качества сварных швов и литых изде­

367

лий из стали толщиной до 30 мм. Просвечивание деталей про­ изводится серийной рентгеновской установкой с максималь­ ным напряжением до 150 кВ. Преобразующая часть интроскопа РТИ-1 состоит из монокриталлического экрана, объектива «Юпитер-3» и серийной передающей телевизионной установки ПТУ-1 И. Чувствительность такого интроскопа составляет 2—4%, а скорость контроля сварных швов — 0,5—4 м/мин.

Недостаточная яркость изображения на экранах как обыч­ ных, так и монокристаллических сцинтилляционных установок существенно ограничивает толщины контролируемых изделий.

Рис. 118. Схема электронно-оптического преобразователя:

1 — и с то ч н и к р е н т г е н о в с к и х и л и г а м м а - л у ч е й ; 2 — д и а ф р а г м а ; 3 — к о н т р о л и р у е м о е и з ­ д е л и е ; 4 — к о р п у с Э О П : 5 — ф л ю о р е с ц и р у ю щ и й сл о й в х о д н о г о э к р а н а ; 6 — ф о т о к а т о д ; 7 — п р о в о д я щ и й с л о й ; 8 — а л ю м и н и е в ы й к о р п у с а н о д а ; 9 — в ы х о д н о й ф л ю о р е с ц и р у ю ­ щ и й э к р а н

Расширение диапазона контролируемых толщин изделий и одновременное увеличение чувствительности метода и ярко­

преобразователя. Пучок рентгеновских или гамма-лучей, огра­ ниченный диафрагмой, проходит через контролируемое изде­ лие и попадает на флюоресцирующий экран ЭОП, вызывая его свечение. В непосредственном контакте с экраном находится фотокатод. Световое изображение на экране вызывает эмиссию электронов фотокатода, т. е. преобразуется в электронное изо­ бражение. Полученные фото-электроны ускоряются приложен­ ным высоким напряжением и с помощью системы электродов фокусируются на втором — выходном флюоресцирующем экра­

368

не. Второй экран по сравнению с первым имеет значительно' меньшую поверхность. Полученное на выходном экране изо­ бражение имеет значительно более высокую яркость по сравне­ нию с яркостью первоначального изображения.

Увеличение яркости изображения на выходном экране ЭОП достигается за счет увеличения потока электронов под действием высокого напряжения и электронно-оптического уменьшения размеров изображения.

Изображение на выходном экране ЭОП рассматривается с помощью увеличивающего оптического прибора, что позволяет наблюдать контролируемое изделие и его отдельные участки в натуральную величину или в увеличенном виде.

Разрешающая способность ЭОП несколько меньше обыч­ ного фотографического метода.

В настоящее время разработаны установки, совмещающиеприменение ЭОП и промышленных телевизионных установок. Например, установка РЭТУ-1 состоит из рентгеновского аппа­ рата, усилителя яркости рентгеновского изображения УРИ-135Г и промышленной телевизионной установки ПТУ-111. Основной частью УРИ-135Т является рентгеновский электрон­ но-оптический преобразователь типа РУ-135 со следующими, характеристиками: диаметр рабочего поля входного экрана 135 мм; выходного экрана— 13,5 мм; коэффициент усиления яркости порядка 2500; рабочее напряжение 25 кВ.

Установка РЭТУ-1 предназначена для поточного контроля качества сварных швов стальных труб диаметром от 529 до 1420 мм, с толщиной стенок до 30 мм; наибольшая скорость пе­ ремещения контролируемых труб — 2 м/мин.

Чувствительность установки при просвечивании стали тол­ щиной 5—30 мм составляет 3—7%, т. е. ниже чувствительности фотографического метода.

Повышение чувствительности ЭОП откроет широкие воз­ можности для применения рассматриваемого метода в про­ мышленности и позволит автоматизировать процесс контроля.

В последние годы ведется разработка аппаратуры для пря­ мого преобразования рентгеновского изображения в телевизи­ онное с помощью рентгено-видиконов передающих телевизион­ ных трубок, чувствительных к рентгеновскому и гамма-излу­ чению с экраном из аморфного селена.

§ 61. Техника безопасности

Рентгеновские лучи и гамма-лучи в случае превышения до­ пустимых доз облучения могут вызвать в организме человека тяжелые заболевания. В связи с этим помещения, предназна­ ченные для выполнения рентгеновской или гамма-дефектоско­

лии, должны удовлетворять правилам № 366—61 и санитарным правилам № 233—60, а сотрудники, работающие с источника­ ми проникающей радиации, самым строгим образом выполнять указанные правила.

Для индивидуального дозиметрического контроля исполь­ зуются различные типы дозиметров, в частности малогабарит­ ные ионизационные камеры, входящие в комплект приборов типа КИД-1 и КИД-3, регистрирующие суммарную дозу облу­ чения за определенный промежуток времени.

и гамма-установки, вентиляция должна обеспечивать необхо­ димый обмен воздуха.

Персонал, работающий с источниками ионизирующих излу­ чений, должен ежеквартально проходить специальный ин­ структаж и периодически, в соответствии с санитарными пра­ вилами j\° 333—60, подвергаться медицинскому осмотру.

Г л а в а XVI

ПРИМЕНЕНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ПРИ СОРТИРОВКЕ МЕТАЛЛОВ ПО МАРКАМ

§62. Характеристика методов сортировки металлов по маркам

Установление марки материала и ее соответствие требова­ ниям чертежа при изготовлении деталей машин и ремонте — необходимое условие обеспечения их надежной работы.

При изготовлении деталей ответственного назначения про­ водится сплошной входной контроль исходного материала, цель которого не только обнаружение дефектов в исходном ма­ териале (прутки, штучные заготовки и др.), но и выявление соответствия материала марке, указанной в сопроводительной документации, т. е. заданному химическому составу.

370