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

с эксплуатационными дефектами из стали толщиной 1— 15 ммг алюминиевых сплавов толщиной 5 —45 мм и магниевых спла­ вов толщиной 8—60 мм.

Тормозное излучение Т1204 можно применять для просвечи­

лируемых деталей подлежат уточнению с учетом технических требований на изделия и чувствительности этого метода, кото­ рая близка к чувствительности, достигаемой при использовании Тгп170 и Se75.

ГЛАВА VIII

КСЕРОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД

1.Основы метода

Кксерографии (ксерорадиографии) относится совокупность способов получения изображения на поверхности, электрические свойства которой изменяются в соответствии с энергией рент­ геновского или ушзлучения, воспринятого этой поверхностью [15, 64]. Если зарядить пластинку из такого материала электри­ ческим зарядом до определенного уровня, а затем подвергнуть

ееоблучению рентгеновским или у-излучением, то величина оста­

точного заряда на любом участке пластинки будет однозначно связана с интенсивностью излучения, падающего на данный ее участок, причем остаточный заряд будет тем меньше, чем больше интенсивность излучения. Следовательно, в тех местах пла­ стинки, на которые попало излучение, прошедшее через какойлибо дефект (непровар, раковину, поры), остаточный заряд будет меньше, чем в других местах пластинки. Таким образом, в пластинке образуется скрытое электростатическое изображе­ ние, имеющее наибольшую плотность в зонах, подвергнутых наименьшему облучению.

Для проявления скрытого изображения при данном методе не требуются никакие проявляющие растворы. Изображения проявляют с помощью сухих красящих веществ, в связи с чем

весь процесс получил название ксерографии (от греч. xeros — сухой), а пластинки — ксерографические. В качестве аппаратуры для просвечивания изделий при ксерографическом методе кон­ троля можно использовать те же установки, что и в радио­ графии.

322

Важно, что ксерографическую пластинку можно использовать многократно (до сотни и даже тысячи раз), если она не имеет повреждений от неосторожного обращения; она не портится при случайном экспонировании светом, рентгеновским или у-пз- лучепием. Ксерографическое изображение может быть прояв­ лено всего через несколько секунд после окончания экспониро­ вания и, как уже было отмечено, без применения каких-либо растворов.

Процесс получения ксерографического снимка состоит из следующих стадий: электрической сенсибилизации ксерографи­ ческой пластинки, просвечивания деталей рентгеновским или у-излучеиием па пластинку, проявления ксерографической пла­ стинки для получения видимого изображения (отпечатка), пе­ реноса изображения с пластины на другую поверхность, напри­ мер бумагу, для получения постоянного снимка, удаления с пластины старого отпечатка и подготовки ее к повторному использованию. В некоторых случаях одна или две последние стадии процесса могут быть не нужны.

Для контроля ксерографическим методом важное значение имеет ксерографическая пластинка. В настоящее время широкое применение получают ксерографические пластинки, состоящие из полированного проводящего элемента, на который нанесен тонкий слой чувствительного к излучению материала. Проводя­ щий элемент должен обеспечивать высокую механическую проч­ ность ксерографической пластинки, и на его поверхность должен хорошо наноситься чувствительный слой.

В качестве проводящего элемента можно использовать листо­ вой алюминий, латунь, стекло или бумагу с проводящим покры­ тием, стальную фольгу и другой подходящий материал.

Вкачестве чувствительного слоя можно наносить селен, серу

идругие материалы, принадлежащие к классу полупроводников. Наиболее широко для ксерографических пластинок применяют

алюминиевые подложки, на поверхность которых путем распы­ ления в вакууме нанесен аморфный селен. Размер таких пла­ стинок можно довести до 350X450 мм. Если фоточувствительные слои данных пластинок не подвергаются облучению, то они являются хорошими изоляторами с удельным сопротивлением порядка 1012— 1015 ом-см, величина которого уменьшается в 100— 100 000 раз при облучении рентгеновским или у-излуче-

ннем.

2.Общий порядок и техника работ при ксерографировании

Без предварительной обработки ксерографические пластинки нечувствительны к рентгеновскому излучению, в связи с чем они не портятся, как рентгеновские пленки, при воздействии на них радиации. Чтобы ксерографическая пластинка оказалась чув­ ствительной к воздействию излучения, ее необходимо специально

и* 323

обработать — сенсибилизировать. Процесс сенсибилизации со­ стоит в нанесении равномерного электрического заряда на чув­ ствительную поверхность пластинки. Сенсибилизация дости­ гается путем перемещения ксерографической пластинки под тонкими проволочками, 'имеющими потенциал 7 кв, либо путем размещения пластинки над коронирующей иглой (на расстоя­ нии ПО— 120 мм от электрода) с положительным потенциалом в 12 кв. В процессе коронного разряда селеновый слой приобре­ тает электрический заряд. Длительность зарядки от 10 до120 сек. Подложка ксерографической пластинки во время за­ рядки обычно заземляется. Так как после зарядки ксерографи­ ческая пластинка чувствительна не только к рентгеновскому и у-излучению, но также и к видимому свету, сенсибилизирован­ ная пластинка должна храниться в темноте.

К заряженной поверхности ксерографических пластинок нельзя прикасаться пальцами, а также любыми другими пред­ метами, так как это приведет к отводу электрического заряда с поверхности и появлению пятен на проявленном изображении. Поэтому ксерографические пластинки обычно помещают в кас­ сеты, причем кассеты делают так, чтобы крышка их не касалась чувствительного слоя пластинки.

Заряженная ксерографическая пластинка со временем теряет свой заряд даже в полной темноте. Скорость разрядки пласти­ нок изменяется со временем. Особенно велика скорость утечки электрического заряда в тех случаях, когда пластинки заряжали до высокого потенциала (рис. 8.1). Практическая работа с ксе­ рографическими пластинками в условиях рентгеновских лабо­ раторий показала, что заряженные пластинки можно оставлять в темноте при отсутствии радиации в течение часа без значи­ тельной потери чувствительности и четкости изображения. Более продолжительная выдержка заряженных пластин (до 24—50 ч) нежелательна, так как приводит к значительно менее плотным изображениям.

Кривые на рис. 8.1,6 характеризуют утечку заряда с по­ верхности чувствительного слоя ксерографической пластинки (уменьшение потенциала пластинки) при облучении рентгенов­ ским излучением и видимым светом. Скорость разрядки ксерографической пластинки зависит от интенсивности падаю­ щего излучения, толщины и плотности просвечиваемого мате­ риала.

При просвечивании изделий на ксерографические пластинки целесообразно применять усиливающие экраны, представляющие собой подслой из тяжелых металлов (свинец, олово, висмут) между подложкой и фоточувствительным слоем. Их применение позволяет увеличить контрастность и четкость изображения. Осо­ бенно эффективно применение свинцовых экранов в случае про­ свечивания изделий жестким рентгеновским и у-излучениями. Применять обычные флуоресцирующие экраны при просвечи-

324

ваиии на ксерографические пластинки нецелесообразно, так как из-за крупнозернистое™ флуоресцирующего слоя и невозмож­ ности создать тесный контакт между флуоресцирующим экраном и чувствительным слоемзаряженной пластинки (касание к за­ ряженной пластинке отводит заряд с ее поверхности) сильно снижается четкость изображения.

Для получения видимого изображения экспонированные пла­ стины проявляют, причем выдержка экспонированных пластин перед проявлением не должна превышать нескольких часов. При более длительной выдержке получается искаженный отпе­ чаток. Подобно рентгеновской пленке, экспонированная ксе­ рографическая пластинка может покрыться вуалыо, если па нее воздействует видимый свет, рентгеновское, у- или другие виды излучения, способные разрядить пластинку.

Наиболее простым и дешевым является проявление экспо­ нированной пластинки путем осаждения на ее поверхность частиц пигмента. Число частиц, осаждающихся на поверхность пластинки, пропорционально плотности заряда ее поверхностного слоя. Эти частицы заряжаются, например, в результате трибоэлектрического эффекта (т. е. трения частиц друг о друга) и удерживаются на скрытом изображении электростатическими силами, возникающими между зарядом пластины и зарядом пигментных частиц.

В настоящее время существует несколько методов, с по­ мощью которых можно осаждать на ксерографические пластинки заряженные пигментные частицы: метод каскадного проявления, метод проявления порошковым облаком и лр.

При каскадном проявлении порошок-проявитель состоит из смеси мелких частиц пигмента с подходящими трибоэлектриче­ скими свойствами и крупного гранулированного несущего мате­ риала. Последний выбирают из трибоэлектрических серий таким образом, чтобы порошок пигмента после отделения его от несу­ щих частиц имел достаточно большой заряд трибоэлектричества. Частицы пигмента имеют в диаметре 0,1—20 мкм\ несущие частицы намного крупнее — до 200—300 мкм. Такой порошокпроявитель удобно наносить на экспонированную пластинку в качающемся лотке. Каждая несущая частица, когда она катится вдоль поверхности пластинки, оставляет за собой след, состоя­ щий из частиц пигмента, прилипших к поверхности заряженной пластинки. В результате многократного покачивания лотка (2— 10 раз) порошок распределяется довольно равномерно в соот­ ветствии с величиной потенциала чувствительного слоя пла­ стинки, проявляя при этом скрытое электростатическое изобра­ жение. Плотность прилипшего слоя порошка тем выше, чем больше заряд чувствительного слоя ксерографической пла­ стинки. Процесс проявления заканчивается, как только отпеча­ ток становится ясно видимым. Полный процесс проявления длится 5— 10 сек.

326

В настоящее время более широко применяют метод проявлеиия порошковым облаком. Для этого кассету с ксерографи­ ческой пластинкой помещают в специальное устройство над вибратором таким образом, чтобы чувствительный слой пла­ стинки со скрытым изображением был направлен вниз, к вибра­ тору. Затем крышку кассеты открывают. При проявлении чув­ ствительный слой экспонированной пластинки соприкасается

Рис. 8.2. Схема передвижной ксерографической установки:

с облаком тонкоизмельченного белого порошка, которое со­ здается специальным вибратором. Из вибратора порошок вы­ брасывается через отверстие диаметром 3 мм. Частицы порошка трутся друг о друга, в результате часть их заряжается поло­ жительно, а часть отрицательно. На пути облака порошка (пыли) между вибратором и пластинкой устанавливается круг­ лый электрод диаметром 37,5 мм, который присоединен к поло­ жительному потенциалу в 12 кв. Этот электрод расположен на расстоянии 120 мм над вибратором и служит для фильтрации отрицательно заряженных частичек, которые притягиваются и прилипают к электроду. Во взвешенном состоянии остаются, следовательно, только положительно заряженные частички. По­ следние, прилипая к поверхности заряженного слоя ксерогра­ фической пластинки в соответствии с величиной заряда пла­ стинки, проявляют скрытое электростатическое изображение. Продолжительность проявления этим методом 30—40 сек.

Схема передвижной установки для ксерографирования по­ казана на рис. 8.2.

327

3. Экспозиция и чувствительность метода

Продолжительность экспозиции при просвечивании изделий рентгеновским или у-излучением на ксерографические пластин­ ки зависит от энергии и интенсивности излучения, толщины и плотности просвечиваемого материала, фокусного расстояния, чувствительности применяемой ксерографической пластинки к излучению данной энергии, а также от применяемых усиливаю­ щих экранов. Продолжительность экспозиции зависит также от толщины селенового слоя и величины заряда пластины.

При одинаковых условиях просвечивания продолжительность экспозиции на ксерографические пластинки обычно меньше, чем на рентгеновскую пленку; различие тем больше, чем ниже энер­ гия излучения.

В широком диапазоне энергий (от 50 кэв до нескольких мегаэлектронвольт) плотность и контрастность ксерографиче­ ских отпечатков уменьшаются с повышением энергии излучения. При энергии рентгеновского или у-излучения до 100 кэв для просвечивания на ксерографические пластинки требуется в 4— 7 раз меньшая экспозиция, чем на мелкозернистую рентгенов­ скую пленку (условия просвечивания одинаковые, свинцовые фольги и усиливающие экраны не применялись). Плотность и контрастность отпечатков, получаемых на ксерографических пластинках и рентгеновских пленках при указанной энергии излучения, примерно одинаковы. В интервале энергии излучения от 100 до 400 кэв продолжительность экспозиции в случае про­ свечивания на ксерографические пластинки в 2,5—4 раза меньше, чем на мелкозернистую рентгеновскую пленку (без применения усиливающих фольг и экранов). Плотность и кон­ трастность ксерографических отпечатков при указанной энергии излучения несколько меньше, чем при энергии до 100 кэз. Если энергия излучения 1000 кэв и выше, ксерографические отпечатки имеют малую плотность и слабую контрастность. Скорость экс­ понирования на ксерографические пластинки в этом случае только в 2 раза больше, чем на мелкозернистые пленки, причем плотность и контрастность ксерографических отпечатков не­ сколько ниже.

Известно широкое применение усиливающих экранов в ра­ диографии с целью сокращения экспозиции. Но соприкосновение свинцового экрана с ксерографической пластинкой разряжает фоточувствительный слой, и сенсибилизация исчезает. Поэтому при ксерографическом методе контроля рекомендуется исполь­ зовать видоизмененный усиливающий экран — слой тяже­ лых металлов, расположенный между селеновым слоем и под­ ложкой.

Для увеличения чувствительности ксерографии предлагается наносить на ксерографическую пластинку дополнительный слой люминесцентного вещества. Таким образом, пластинка состоит

328

из четырех последовательно расположенных слоев:, основания, электропроводящего слоя (для неметаллической подложки), слоя люминесцирующего фосфора и селенового слоя. При об­ лучении каждый фотон излучения вызывает выделение из люмннесцпрующего слоя нескольких фотонов видимого света. Чет­ вертый слой может состоять из селена или другого фотопрово­ дящего вещества.

Качество ксерографии можно повысить также, расположив между светочувствительным слоем и металлическим или метал­ лизированным основанием тонкую пленку (50—80 мкм) изоля­ ционного материала, играющего роль диэлектрика в конденса­ торе. Качество получаемых изображений улучшается по сле­ дующим причинам: на металлическое основание можно подавать более высокий потенциал, что способствует эффективной элек­ тризации светочувствительного слоя и интенсивному осаждению красящего вещества при проявлении; изолирующая пленка препятствует переходу свободных электронов из основания в светочувствительный слой до экспозиции; при экспозиции про­ межуточная пленка, изготовленная из стекловидного селена, способствует увеличению числа носителей зарядов, освобожден­ ных каждым фотоном. Удельное сопротивление материала плен­ ки должно быть более 1013— 1014 ом-см.

Разрешающая способность ксерографии теоретически не ограничена, ибо электростатическое 'изображение не обладает зернистостью. Практически разрешающую способность опреде­ ляют размер пылинок проявляющего вещества и способ его нанесения. При сухом способе проявления разрешающая спо­ собность может достигать 60 линий/мм, что трудно получить даже для рентгеновской эмульсии.

Чувствительность ксерографического метода контроля зави­ сит от энергии излучения', степени ослабления излучения в материале, разрешающей способности ксерографических пла­ стин и процесса проявления (свойств проявляющего порошка и метода его нанесения). Практически разрешающая способность ксерографической пластинки определяется размером частичек порошка и равна 8— 12 линий/мм.

В случае перенесения ксерографического изображения на бумагу чувствительность метода зависит также от способа перенесен ия' изображения.

Принято считать, что чувствительность ксерографического метода контроля примерно одного порядка с радиографическим (в случае использования для радиографирования мелкозерни­ стых рентгеновских пленок).

На рис. 8.3 приведены примеры ксерограмм растрескавшейся стальной пластинки и фотоумножителя в сравнении с рентгено­ граммами, полученными в одинаковых геометрических условиях н при одинаковом напряжении на рентгеновской трубке.

329

пластины в настоящее время довольно дороги, хотя возможно, что при серийном производстве их стоимость значительно сни­ зится. Селеновый слой хрупкий и может легко царапаться и ломаться. Однако при аккуратном обращении пластина выдер­ живает до 1000 экспозиций. На поверхности пластины могут появляться пятнышки или трещины, которые затрудняют обна­ ружение дефектов в образце. В результате механических дефек­ тов — царапин, разнотолщинности слоя, различной обработки поверхности, а также после высокоинтеисивпого облучения мо­ жет появиться ложное изображение. Эти факторы сокращают срок службы селеновых пластин до 600'—700 экспозиций.

Отмеченные недостатки не могут служить препятствием для развития ксерографического метода контроля, ибо все они вы­ званы несовершенством технологии изготовления отдельных фоточувствительпых пластин и могут быть устранены в серийном производстве. Среди наиболее перспективных методов дефекто­ скопического контроля ксерография занимает ведущее место.

Более обстоятельно ксерорадиографический метод дефекто­ скопии и электрорадиографии рассматривается в работах

[65, 66].

ГЛАВА IX

РАДИАЦИОННАЯ ИНТРОСКОПИЯ (РАДИОСКОПИЯ)*

За последние годы большое развитие в СССР и за рубежом для целей неразрушающего контроля качества материалов, заготовок, сваркщ-.пайки, литья и других технологических про­ цессов получили методы радиационной интроскопии.

Эти методы основаны на просвечивании контролируемых объектов ионизирующим излучением, преобразовании радиа­ ционного изображения объекта в светотеневое или электронное изображение и передаче этих изображений на расстояние с по­ мощью оптики или телевизионной техники с последующим ана­ лизом изображений на экране оптического устройства 'или те­ левизионного приемника (рис. 9.1).

Сохраняя такие достоинства радиографического метода кон­ троля, как возможность определения характера и формы вы­ являемого дефекта, методы радиационной интроскопии позво­ ляют исследовать контролируемый объект непосредственно в момент его просвечивания. Тем самым сокращается до мини­ мума характерный для радиографии разрыв во времени между началом контроля и моментом получения результатов кон­

* По ГОСТ 18353—73, радиоскопический метод — способ представления окончательной информации, основанный на получении информации об иони­ зирующем излучении с помощью флуоресцирующих экранов, электроннооптических преобразователей, оптических усилителей и телевизионных си­ стем.

331