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

образователн с усилением яркости до 3000 и более [72]. Изо­ бражение на выходном экране рассматривается с помощью монокулярной или бинокулярной оптики 10 пли передается на телевизионную систему 11, 14.

Качество изображения, создаваемого ЭОП, определяется свойствами люминесцентного экрана применяемого в преобразо­ вателе. Разрешающая способность люминесцентного экрана рав­ на 3 линиям!мм. За счет искажений, возникающих при пере­ носе электронного изображения в преобразователе, его разре-

Рис. 9.11. Зависимость яркости свечения выход­ ного экрана ЭОП от толщины просвечиваемой стали. Цифры у кривых — напряжение на рентге­ новской трубке.

шающая способность снижена до 2,5 линии/мм. Контрастность изображения, создаваемого люминесцентным экраном ЭОП, сни­ жается за счет термоэлектронного тока с фотокатода, засветок, обусловленных внутренним отражением в преобразователе, и т. п. Полные потери контраста не превышают 15%.

Яркость выходного экрана ЭОП примерно в 1000 раз выше яркости флуороскопического экрана. Из рис. 9.11 следует, что при просвечивании стали толщиной 5— 15 мм яркость свечения выходного экрана ЭОП составляет 1,0— 100 нт. Такая яркость достаточна для визуальной оценки изображения. Применение ЭОП позволяет просвечивать объекты при меньшем напряже­ нии на рентгеновской трубке, чем с использованием флуороско­ пического экрана, что совместно с высокой яркостью изобра­ жения улучшает выявляемость дефектов.

На рис. 9.12 приведены экспериментальные данные по чув­ ствительности, получаемой при использовании флуороскопиче­ ского экрана и ЭОП фирмы Philips.

Из анализа графиков видно, что чувствительность при про­ свечивании стали толщиной 5—20 мм в случае применения ЭОП почти в два раза выше, чем с флуороскопическим эк­ раном.

352

На толщинах до 20 мм стали и до 37 мм алюминия можно достичь высокой чувствительности, применяя флуороскопиче­ ский экран и оптимальное увеличение от трех до шести раз. Однако свыше указанных величин яркость экрана падает, что ведет к ухудшению чувствительности. При толщине стали бо­ лее 25 мм и алюминия 'более 50 мм выгоднее применять ЭОП. Это обусловлено не только повышением яркости, но и тем, что

/ — ф л у о р о с к о п и ч е с к и й э к р а н , о п т и м а л ь н о е у в . 3 — 6 : 2 — Э О П , у в . 2 ; 3 — ф л у о р о с к о п и ч е с к и й э к р а н , у в . 2 .

при просвечивании с помощью ЭОП можно применять значи­ тельно меньшее напряжение, что ведет к увеличению поглоще­ ния излучения, а следовательно, к повышению контрастности изображения и улучшению чувствительности.

Если применять одинаковое увеличение и одинаковые труб­ ки, то чувствительность, полученная с использованием ЭОП, примерно в два раза выше, чем для флуороскопического эк­ рана (см. рис. 9.12,6). Существенным недостатком ЭОП яв­ ляется малый диаметр входного экрана (не более 250 мм), что не позволяет получить более чем двукратное увеличение изо­ бражения. Поэтому эффективная внутренняя нерезкость усили­

0,3 мм. Поэтому чувствительность при просвечивании с исполь­ зованием ЭОП значительно хуже, чем при просвечивании на пленку (табл. 9.6).

Таким образом, при прочих равных условиях выявляемость дефектов при,просвечивании изделий рентгеновским излучени­ ем с использованием ЭОП примерно в два раза лучше, чем для флуороскопических экранов, и в 2—4 раза хуже, чем для радио­ графического метода. Применение у-излучения радиоактивных изотопов совместно с ЭОП показало пониженную выявляемость

Т аблица ' 9.6

нием ЭОП

тнмальном режиме. Это объясняется низкой контрастностью изображения из-за наличия в спектре Т т 170 жесткого тормоз­ ного излучения, а также недостаточной интенсивностью излуче­ ния тулиевых источников. ЭОГ1 чаще применяют при просвечи­ вании рентгеновским излучением. Однако в последнее время раз­

3. Телевизионные системы в радиационной интроскопии

Рассмотренные преобразователи и усилители яркости в пол­ ной мере не разрешают проблемы радиационной безопасности; ее обеспечивают телевизионные установки, которые передают рентгеновское изображение на безопасное расстояние и одно­ временно позволяют усилить яркость и увеличить изображения дефектов. Для этих целей применяют промышленные телеви­ зионные установки [76] замкнутого типа, в которых видеосиг­

сигналов, которые в дальнейшем передаются телевизионным ка­ налом связи и воспроизводятся на приемной телевизионной трубке в виде оптического изображения, эквивалентного пода­ ваемому на вход телевизионной системы.

Суперортикон — передающая телевизионная трубка с пере­ носом изображения и двусторонней мишенью, наиболее чувст­ вительна к свету и поэтому предназначена для передачи опти­ ческих изображений низкой яркости. Преобразование оптических изображений в суперортиконе основано на внешнем фотоэф­ фекте.

354

Анализ приведенных на рис. 9.14 данных показывает, что чувствительность метода с использованием ЭОП и телеуста­ новки примерно в два раза выше, чем при использовании обыч­ ного экрана, и в три раза ниже радиографической. В случае применения ЭОП и дополнительной оптики выявляемость де­

фектов немного лучше, чем при использовании телевизионной установки.

Однако, несмотря на значительные преимуще­ ства объединения ЭОП и суперортикона с помо­ щью оптической системы, эффективность такой установки невелика, так как коэффициент пере­ дачи объектива состав­ ляет практически 2—5%.

товое изображение — электронное изображение на входном эк­

шается качество изображения. С этой точки зрения целесооб­ разно применять передающие телевизионные трубки, чувстви­ тельные непосредственно к рентгеновскому или у-излучению.

4.Передающие телевизионные трубки, чувствительные

крентгеновскому и у-излучениям

356

пию, значительно повышает эффективность преобразования рентгеновского или у-изображения в видеосигналы.

Широкое распространение получили рентген-видиконы — пе­ редающие трубки типа видикон, создающие видеосигнал под действием рентгеновского и у-излучения [78, 79]. Рентгенвидиконы по принципу действия не отличаются от световых видиконов, и лишь узел мишени конструктивно изменен.

покрытия 25—30 мкм. Фокусировка и отклонение электронного пучка магнитные. Реитген-видикон преобразует рентгеновское изображение непосредственно в видеосигналы, которые усили­ ваются в телевизионной системе и затем воспроизводятся на те­ левизионном экране с увеличением в 20—50 раз. Это позволяет при развертке на 500—600 строк получить разрешающую спо­ собность системы 0,02 мм. Достигнутая разрешающая способ­ ность близка к разрешающей способности рентгеновской пленки.

Для контроля качества литья, сварки и других технологиче­ ских процессов в СССР разработан рентген-видикон типа ЛИ-423 с наружным диаметром 90 мм и рабочим диаметром мишени 80 мм. Мишень изготовлена из аморфного селена. Тол­ щина мишени 80— 100 мкм. При работе с распространенными приемными телевизионными трубками телевизионное увеличение

непосредственного .преобразования в достаточный электрический сигнал коротковолнового рентгеновского или у-излучения. Для этого необходимо иметь мишень толщиной не менее 1—2 мм. С увеличением толщины мишени растет величина электрического сигнала, но одновременно резко снижается разрешающая спо­ собность видикона. Для устранения такого противоречия пред­ ложена [81] конструкция видикона с мишенью сотовой кон­ струкции. Такая мишень представляет собой пластину из ди­ электрического материала, не чувствительного к рентгеновскому или у-нзлучению, толщиной в несколько миллиметров, с боль­ шим количеством отверстий, которые заполняются полупровод­

ном трубки. Эта пластина одновременно служит усилителем изо­ бражения за счет выбиваемых из нее фотоэлектронов и электро­ нов отдачи, воздействующих на сотовый полупроводник. Разре-

357

тающая способность трубки определяется диаметром отверстий, которые могут быть выполнены достаточно малыми.

Принципиально возможно [81] создание передающей теле­ визионной трубки со сциптилляционным монокристаллом, нахо­ дящимся в оптическом контакте с фотокатодом или фотопрово­ дящей мишеныо.

Следует считать перспективным использование передаю­ щей трубки типа «Уникон» (универсальный электронный кон­ вертер), впервые предложенной и созданной в СССР [82, 83]. Трубка типа «Уникон» является универсальным преобразовате­ лем электрического рельефа, создаваемого рентгеновским, ней­ тронным или другим видом ионизирующего излучения, в после­ довательность электрических импульсов (видеосигнал).

5. Чувствительность и производительность метода радиационной интроскопии

Схема метода плоскостной радиационной интроскопии при­ ведена на рис. 9.1. В результате преобразования скрытого изо­ бражения на экране преобразователя, яркость свечения кото­ рого в большинстве случаев пропорциональна мощности дозы падающего па него излучения, возникает светотеневое изобра­ жение дефекта. Под чувствительностью метода плоскостной радиационной интроскопии понимают минимальный размер Д/ обнаруживаемого по световому изображению дефекта в на­ правлении просвечивания, выраженный в процентах от толщи­ ны просвечиваемого материала или в миллиметрах. Чувстви­ тельность, полученную в первом случае, называют относитель­

~S

AS

объекта; — — пороговый контраст глаза.

358

В случае немоноэнергетмческого рентгеновского или у-из- лучения в этих уравнениях используются эффективные вели­ чины рофф и ВЭфф. Последние определяются для эффективной энергии немоиоэнергетического излучения, равной энергии такого условного моноэнергетического излучения, которое ос­ лабляется одним и тем же поглотителем в той же степени, что п данное немопоэнергетическое излучение.

Из уравнении (9.10) и (9.11) следует, что чувствительность метода плоскостной радиационной интроскопии, как и чувстви­ тельность радиографического метода (см. гл. V), тем выше (меньше по числовому значению), чем больше коэффициент ослабления р.

Влияние других факторов на чувствительность подробно рассматривается в работе [72] и в гл. V.

В производственных условиях для воспроизведения и под­ держания выбранного режима просвечивания применяют эта­ лоны чувствительности (см. табл. 5.3). Различают два вида относительной чувствительности, определяемой по эталонам: контрастную и детальную.

Контрастная чувствительность определяется как выражен­ ное в процентах отношение минимального ступенчатого при­ ращения толщины материала просвечиваемой детали (объекта), которое можно заметить на изображении, ко всей толщине Материала этого объекта и зависит от характеристики материа­ ла, энергии излучения, свойств преобразователя излучения и зрительного аппарата [см. формулу (9.11)].

Детальная чувствительность определяется толщиной эта­ лона, выраженной в процентах от толщины материала просве­ чиваемого объекта, при которой на изображении объекта от­ четливо видны отверстия, канавки или другие углубления эта­ лона. Детальная чувствительность характеризует различимость деталей изображения и зависит не только от характеристик контролируемого материала и энергии излучения, но и от гео­ метрических и других условий просвечивания.

На рис. 9.15—9.17 приведены результаты исследования де­ тальной статической чувствительности метода радиационной ин­ троскопии [85—88], т. е. чувствительности, полученной для не­ подвижных объектов. Просвечивание производилось при фокус­ ном расстоянии 350—500 мм и максимально допустимом анод­ ном токе. Напряжение на трубке, расстояние от экрана преоб­ разователя до детали и другие параметры подбирали опти­ мальными для получения наилучшей чувствительности метода.

Чувствительность метода, определяемую для движущихся объектов, называют динамической. При движении контролируе­ мого объекта перед экраном преобразователя динамическая чувствительность метода изменяется по сравнению со статиче­ ской благодаря двум конкурирующим процессам. С одной сто­ роны, происходит удлинение изображения, что снижает поро­

359

говый контраст и улучшает чувствительность метода. С дру­ гой стороны, пороговый контраст увеличивается благодаря раз­ мытию изображения дефекта, что ухудшает чувствительность

эталонам с отверстиями) при контроле сплавов на ос­ нове магния с использованием рентгеновского аппарата типа РУП-160/300-10 с трубкой 0,3 БПВ6-150 и различ­ ных преобразователей:

/ — Э О П т и п а Р У - 1 0 0 ; 2 — ф л у о р о с к о п и ч е с к и й э к р а н ; 3 — ф л у о ­ р о с к о п и ч е с к и й э к р а н — т е л е в и з и о н н а я у с т а н о в к а с с у п е р о р т н к о - н о м Л И - 1 7 ; 4 — Э П П — т е л е в и з и о н н а я у с т а н о в к а с с у п е р о р т н к о - н о м Л И - 1 7 .

Рис. 9.16. Чувствительность метода (по этало­ нам с канавками) при контроле алюминиевых сплавов с использованием рентгеновского аппа­ рата типа РУП-150-10-1 с трубкой 0.3БПВ6-150 и различных преобразователей:

/ — Э О П т и п а Р У - 1 3 5 ; 2 — с ц н и т н л л я ц н о н п ы й к р и ­ с т а л л C s l ( T I ) — о д н о к а с к а д н ы й Э О У ; 3 — с и и н т н л - л я ц н о н н ы н к р и с т а л л C s l ( Т 1 ) — о д н о к а с к а д н ы й Э О У ;

метода. Последнее является превалирующим, и чувствительность метода, как правило, ухудшается при движении контролируе­ мого объекта, и тем в большей степени, чем выше скорость объекта и чем больше инерционность радиационного интроскопа.

,360

Исследование рентгено-телевизионной системы с флуоро­ скопическим экраном показало (рис. 9.18), что с повышением скорости перемещения объекта из магниевых сплавов наблю­ дается тенденция к непрерывному ухудшению динамической

Толщина стали,им

Рис. 9.17. Чувствительность метода (по ступенчатым эталонам с отверстиями) при контроле стали с исполь­ зованием рентгеновского аппарата типа РУП-150-10-1 с трубкой 0,3 БПВ6-150 и различных преобразователей:

1— р е н т г е н о - т е л е в и з и о н н а я с и с т е м а с р е н т г е н - в и д п к о н о м Л И - 4 1 7 ; 2 — с ц и н т н л л я ц н о н н ы н к р и с т а л л C s l ( Т 1 ) — т е л е в и з и о н н а я у с т а ­ н о в к а с с у п е р о р т н к о н о м Л И - 1 7 .

О 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 5,0 5,5

'Скорость,м/мин

Рис. 9.18. Зависимость чувствительности метода (по ступенчатым эталонам с отверстиями) с ис­ пользованием флуороскопического экрана, рентге­ новского аппарата типа РУП-150/300-10 с труб­ кой 2,5 БПМ4-250 и телевизионной системы с суперортнконом ЛИ-17 от скорости перемещения объектов из магниевых сплавов различной тол­

щины (цифры у кривых).

чувствительности метода. Сравнительно меньшее ухудшение чувствительности наблюдается при контроле изделий из более плотных материалов, что объясняется более высокой контраст­ ностью изображений дефектов, выявляемых в этих материалах.

361