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

дается на экран суперортикона диаметром около 115 мм. Диа­ метр чувствительной поверхности суперортикона 80 мм. Для по­ лучения высокой четкости изображения на телевизионном экране и устранения строчной структуры изображения используется нестандартная телевизионная система развертки — 1024 строки при 50 или 60 полях чересстрочной развертки. Все схемы уста­ новки размещаются в трех стойках с блочной конструкцией кас­ кадов. Флуороскопический экран, зеркально-линзовая система

Рис. 9.25. Чувствительность по системе проволочных эталонов DIN при флуороскопическом контроле стали на установке фирмы Магсопу с использованием излучения высокой энергии:

и суперортикои размещены в специально сконструированной пе­ редающей части установки, которая приспособлена для транспортировки сухопутным и водным транспортом. Управление установкой автоматизировано и осуществляется с расстояния до 230 м. Установка вырабатывает электронные масштабные

просвечиваемой с использованием бетатрона на 18 Мэе фирмы Simens и линейных ускорителей на 4,5 и 15 Мэе фирмы Mullard, характеризуется рис. 9.25. При контроле стали толщиной около

200 мм с использованием линейного ускорителя на 15 Мэе чув­ ствительность метода, измеренная по системе проволочных эта­ лонов DIN *, достигает 0,5%.

Практика показала, что применение бетатронов и линейных ускорителей обходится очень дорого. Поэтому для непрерыв­ ного контроля плоских стальных слитков размером примерно

Рис. 9.26. Система непрерывного контроля заготовок на флуоро­ скопической установке фирмы Raul and Corporation:

/ — з а т в о р г а м м а - у с т а н о в к и ; 2 — и с т о ч н и к С о “ в р а б о ч е м п о л о ж е н и и ; 3 — у с а д о ч н а я р а к о в и н а ; 4 — р о л и к о в ы й к о н в е й е р ; 5 — с т а л ь н а я з а г о т о в к а ;

1200X3000X100 мм рекомендуется [96, 97] флуороскопическая

контроля позволяет точно определить местоположение дефекта, что дает большой экономический эффект при контроле краев раскаленных слитков, так как определяет точные границы отхо­ дов при наличии раковин и шлаковых включений.

В США для исследования титановых прутков диаметром до

63,5 мм применяют ЭОП фирм Philips Electronic Instruments и

* Система проволочных эталонов DIN, принятая в Западной Европе, в частности в ФРГ.

388

с помощью бинокулярной оптической системы, зеркальной си­ стемы или замкнутой телевизионной установки.

Разрешающая способность флуороскопической системы с ЭОП (ширина наименьшего выявляемого дефекта, определяемая с помощью проволочных эталонов, устанавливаемых на входе системы) составляет около 8 линий/мм при проекционном уве­ личении рентгеновского изображения.

Детальная чувствительность рассматриваемой флуороско­ пической системы с ЭОП равна 2%. По принятому в США комплексу технических требований ASME Boiler Code и техни­ ческим условиям военных ведомств такая детальная чувстви­ тельность считается хорошей.

б. Контроль литья

Метод радиационной интроскопии широко применяется в

СССР' [72] и за рубежом (в США, Франции и других странах [98]) для контроля качества литья. Этим методом хорошо выяв­ ляются крупная пористость, газовые и усадочные раковины, флюсовые и шлаковые включения, а также трещины, имеющие достаточную ширину и глубину (соответствующие чувствитель­ ности метода). Выявление трещин облегчается тем, что метод радиационной интроскопии обеспечивает просмотр отливки под различными углами к пучку излучения.

ЭОП фирм Philips (Голландия) и Picker X-Ray Corpora­ tion (США) применяют для контроля литья из легких сплавов, используемых в современных самолетных конструкциях [98].

Для визуального контроля качества соединения стеллита (сверхтвердого сплава, содержащего в разных пропорциях ко­ бальт, хром, вольфрам и молибден) и нержавеющей стали в ло­ патках турбин низкого давления применяли флуороскопическую установку фирмы Marcony Instruments [94, 95].

Эксплуатация в течение нескольких лет установки типа УВМ-1 [72] (см. табл. 9.9) для контроля литых деталей из легких сплавов показала, что дефекты типа газовых пор и уса­ дочных раковин с размерами в пределах 0,5—5 мм отчетливо выявляются по изображению на экране телевизора. Примене­ ние данной установки в сочетании с радиографическим мето­ дом позволило повысить производительность и снизить . тру­ доемкость контроля качества литья.

В установке УВМ-1, как и в других радиационных интроскопах, применяемых в нашей стране для контроля качества литых деталей, до минимума сокращено время просвечивания детали, перемещающейся перед экраном преобразователя со скоростью около 1 м/мин. Но еще сравнительно большим оста­ ется время на выполнение вспомогательных операций: на транс­ портировку, маркировку, крепление и съем контролируемой де­ тали.; открывание п закрывание защитной двери помещения

389

(камеры) для просвечивания; включение, вывод на режим п вы­ ключение рентгеновского аппарата или другого источника излу­ чения; переходы оператора из пультового помещения в помеще­ ние для просвечивания и обратно и т. д. Все это снижает про­ изводительность труда в процессе выполнения контрольных испытаний и не позволяет максимально использовать большие возможности по повышению производительности труда, зало­ женные в методике радиационной интроскопии.

В установках типа СТД-1 [99] полностью механизированы н автоматизированы практически все основные операции конт­ роля, начиная от крепления и съема деталей и кончая марки­ ровкой и фотографированием дефектных мест. Рациональное со­ четание высокой производительности самого метода с высокой степенью автоматизации и механизации основных и трудоем­ ких контрольных операций позволит повысить производитель­ ность и технико-экономическую эффективность методов и средств радиационной интроскопии.

в. Контроль качества сварки и пайки

Основным методом контроля качества сварных и паяных сое­ динений в настоящее время является радиографический метод. Этот метод по производительности значительно уступает авто­ матизированным технологическим процессам сварки и пайки. В результате создался большой разрыв во времени между про­ цессом сварочного производства детали (изделия) и процессом неразрушающего контроля этих деталей. Метод радиационной интроскопии позволяет в несколько раз повысить производи­ тельность неразрушающего контроля. Поэтому методы н сред­ ства радиационной интроскопии за последние годы получают широкое применение для контроля качества сварки и пайки. При этом скорость контроля соединений достигает 1—3 м/мин.

ЛИ-417 благодаря более высокой разрешающей способности и более высокому (до 30 раз) телевизионному увеличению. С по­ мощью этого рентген-видикона в сварных соединениях из стали толщиной 1,5 мм, выполненных аргоно-дуговой сваркой, в статическом режиме выявляются практически те же дефекты, что и радиографическим методом с использованием рентгенов­ ской пленки типа РТ-1 (газовые поры диаметром свыше 0,2 мм, поперечные трещины с раскрытием около 0,1 мм и др.). При­ менение [72] подобной установки с ремтген-видиконом ЛИ-417

390

Сравнительно небольшие размеры передающей телевизион­ ной камеры с рентген-видпконом позволяют разместить ее внут­ ри контролируемой сварной трубы с расположением источника излучения снаружи трубы. При контроле методом радиацион­ ной интроскопии труб с кольцевыми и спиральными сварными швами рентгеновскую трубку [100] вводят внутрь трубы, а пе­ редающую телевизионную камеру устанавливают снаружи. В зависимости от толщины и плотности материала трубы при­ меняли рентгеновские трубки типов 0,3 БПВ6-150 и 1,5 БПВ7-150. В сварных швах из стали толщиной до 8 мм и алю­ миниевых сплавов толщиной до 15 мм выявлялись трещины, непровары и поры. Для контроля сварных соединений из стали и алюминиевых сплавов большей толщины необходимо повы­ шать энергию излучения, что приводит к резкому ухудшению выявляемое™ дефектов.

Для контроля сварных соединений из стали толщиной до 20 мм и алюминиевых сплавов толщиной до 50 мм более эффек­ тивно применять рентгено-телевизионные интроскопы типа РИ-10Т на базе сцинтилляционных кристаллов CsI(Tl) (см. табл. 9.9). Чувствительность метода с использованием интроскопа PPI-10T, измеренная по эталонам с канавками, составила [74]: для стали толщиной 3— 18 мм— 1—3%, для алюминиевого сплава толщиной от 3 до 50 мм — от 3 до 0,8%. Такая чувст­ вительность всего лишь в 1,3—2 раза хуже чувствительности ра­ диографического метода.

Рентгено-телевизионный интроскоп типа РИ-10Т успешно применяется для контроля качества продольных и кольцевых сварных швов стальных труб со стенками толщиной 5 мм. Хоро­ шо выявлялись поры, трещины, подрезы, вольфрамовые и шла­ ковые включения. Хорошему обнаружению дефектов способству­ ют телевизионное увеличение изображения, возможность изме­

50 кв, анодный ток был равен 20 ма. По изображениям выявля­ лись ликвационные кольца, свидетельствующие о наличии про­ вара, а также выплески.

С помощью установки УВМ-1 (см. табл. 9.9) получали рентгеновское изображение на телевизионном экране сварного соединения из алюминиевого сплава АМгб толщиной 2+ 2 мм, выполненного точечной сваркой с применением контрастирую­ щего материала. Просвечивание производилось рентгеновским аппаратом типа РУТ-60-20-1. Применяли флуороскопический экран и телевизионную установку с суперортиконом ЛИ-17.

391

ries Incorporated [102]. Чувствительная к рентгеновскому излу­ чению мишень представляет собой покрытие из аморфного селе­ на размером 12,7X9,5 мм. Видикон преобразует рентгеновское изображение непосредственно в видеосигналы, которые усили­ ваются в телевизионной системе и воспроизводятся на телеви­ зионном экране с увеличением от 30 до 50 раз. Большое увели­ чение изображения позволяет получить разрешающую способ­ ность системы около 0,01 мм, которую можно сравнить с разрешающей способностью крупнозернистой рентгеновской пленки. Детальная чувствительность системы при контроле из­ делий из стали толщиной 3 мм и алюминиевых сплавов толщи­ ной 6,5 мм составляет 1,4%. Скорость контроля сварных швов тонколистовых материалов без существенного ухудшения выяв­ ляемое™ дефектов может достигать 3,8 м/мин. Испытания уста­ новки показали, что по сравнению с радиографическим методом контроля она показывает худшую чувствительность к дефектам, в частности к трещинам. Однако трещины в сварных швах с по­

ществляется на установках американской фирмы High Voltage Engineering Corporation с использованием ускорителя Ван де Граафа на 2 Мэе и установки типа «Lumikon» с ЭОП и телеви­ зионной системой (рпс. 9.28). Мишень ускорителя 3, являю­ щаяся источником тормозного излучения, помещается внутрь контролируемого брикета топлива 1 на расстоянии около 3 м от ускорителя 2. Тормозное излучение, пройдя через топливо, по­ падает на входной экран установки. После каждого оборота двигатель перемещается по вертикали и снова поворачивается.

По данным фирмы, замена радиографирования твердого топ­ лива с помощью у-пзлучения Со60 флуороскопическим методом контроля позволила на каждом двигателе получить высокую технико-экономическую эффективность.

Для контроля твердого топлива применяют также флуоро­ скопическую установку фирмы Rauland Corporation со

393

специальным ЭОП, чувствительным к у- или рентгеновскому из­ лучению с энергией 1 Мэе [96, 97]. Изображения с выходного экрана ЭОП передаются замкнутой телевизионной установ­ кой с передающем трубкой типа суперортикон на безопасное рас-

Рис. 9.28. Установка для контроля ракетного твердого топлива с использованием ускорителя Ван де Граафа на 2 Мэе и флуоро­ скопической системы «Lumicon»:

1 — б р и к е т т в е р д о г о т о п л и в а ; 2 — у с к о р и т е л ь В а н д е Г р а а ф а ; 3 — м и ш е н ь у с к о р и т е л я ; 4 — п е р е д а ю щ а я ч а с т ь с и с т е м ы « L u m i c o n » ; 5 — п у л ь т у п р а в ­ л е н и я у с к о р и т е л е м ; 6 — п р и е м н а я ч а с т ь с и с т е м ы « L u m i c o n » ; 7 — п у л ь т у п р а в л е н и я к о н т р о л и р у е м ы м м а т е р и а л о м ; 8 — п у л ь т у п р а в л е н и я с и с т е м о й « L u m i c o n » ; 9 — п у л ь т у п р а в л е н и я .

стояние. В качестве источника излучения применялся Соео активностью 1000 кюри в гамма-установке для радиографнрования типа «Циклоп». Могут применяться также рентгенов­ ские аппараты с напряжением 1 Мв. При этом для нормальной (с точки зрения освещенности фотокатода) работы суперортикона необходима мощность дозы на входном экране ЭОП

394

0,5 piмин. При использовании Со60 флуороскопическая установка фирмы Rauland Corporation обеспечивает четкое изображение отверстии стальных пенетрометров толщиной около 75 и 150 мм, заключенных в твердое топливо толщиной около 570 мм.

д. Контроль радиодеталей

Флуороскопический метод применяют в авиационном прибо­ ростроении и радиоэлектронике для контроля без разрушения транзисторов, печатных схем, кремниевых диодов, плавких пре­ дохранителей и других герметизированных электронных узлов и деталей.

В США были проведены [103] сравнительные испытания ра­ диографического и флуороскопического контроля транзисторов, диодов и сопротивлений, электросхем из тонких пленок алюми­ ния и нихрома толщиной 200—400 А на стеклянной подложке толщиной 1,5 мм, модулей, печатных схем п т. д. Флуороскопиче­ ский контроль проводили с использованием замкнутой телеви­ зионной системы с видиконом, чувствительным к рентгеновско­

Исследуемые детали помещали иа барабан, вращаемый со ско­ ростью 1 об/мин. Скорость контроля в продольном направлении достигала 3,8 м/мин. Изображение деталей регистрировалось на кинопленку шириной 16 мм. Испытания показали, что увеличен­ ное до 30 раз изображение деталей на телевизионном экране имеет лучшую разрешающую способность по сравнению с изо­ бражением иа крупнозернистой рентгеновской пленке. Использо­ вание флуороскопической системы повышает вероятность выяв­ ления дефектов в электронных устройствах, в частности в мо­ дулях, так как позволяет просматривать их под разными угла­ ми. При радиографическом контроле для надежного выявления произвольно ориентированного дефекта необходимо сделать большее число съемок. Испытания показали также, что обна­ ружение дефектов в пленочных электронных схемах на стеклян­ ной подложке, а также выявление алюминиевой проволоки диа­

контроля электронных деталей, диодов, транзисторов, микроре­ ле и т. д. Контролируемые электронные детали в количестве до 600 шт. укладывались на барабан, продольно перемещающийся перед телевизионной камерой и поворачивающийся вокруг оси па 360®. Контролер имеет возможность дистанционно управлять телевизионной камерой и вынимать из приемного барабана де­ тали с обнаруженными дефектами.

395

е. Контроль узлов и механизмов в процессе эксплуатации

Флуороскопический метод позволяет контролировать движу­ щиеся объекты. Поэтому его применяют для исследования де­ тален н узлов механизмов в условиях эксплуатации. Большое значение это имеет при производстве ракет и летательных ап­ паратов, где обязательным требованием является 100%-ная на­ дежность всех систем. Большое преимущество флуороскопичес­ кого метода — возможность контроля узлов и механизмов без их разборки. Разборка, как правило, требует много времени, больших затрат и часто приводит к изменению работы механиз­ мов по сравнению с эксплуатационными условиями, например к изменению резонансных характеристик работающего элемен­ та. Для герметизированных изделий разборка невозможна без нарушения их работоспособности.

В целях повышения надежности ракет и летательных аппа­ ратов фирма General Dynamics Astronautics проводит контроль рентгеновским излучением устанавливаемой на них аппаратуры и механизмов в процессе их работы [93, 105]. Контролируется действие вентилей, зубчатых передач, реле, регуляторов и дру­ гих скрытых механизмов в условиях, близких к эксплуатацион­ ным. Такие детали сначала подвергают обычным исследовани­ ям, и если эти исследования не позволяют выявить причины перебоя в их работе, детали поступают на рентгеновский конт­ роль. Иногда детали поступают на контроль непосредственно

сместа запуска ракет.

Впроцессе контроля применяют рентгенокиносъемку работы

механизмов, которую осуществляют с помощью рентгеновской аппаратуры при напряжениях от 18 до 300 кв с использованием ЭОП фирмы Philips и кинокамеры типа «Fairchild HS-401»,

предназначенной для кинопленки шириной 16 мм. Скорость съемки изменяется в пределах от 36 до 7000 кадров/сек, ско­ рость просмотра — от 5 до 24 кадров!сек. Возможен покадро­ вый просмотр пленки. Контролируемые механизмы помещают в специальную камеру, и во время испытаний их можно дистанци­ онно перемещать в удобные для рентгенокиносъемкн положения.

Американской фирмой Northrop разработана установка для флуороскопического контроля за работой аппаратуры самоле­ тов, ракет и спутников при воздействии на нее (поочередном или совместном) вибраций, температурных и атмосферных ко­ лебаний [106]. В установке применяют рентгеновский аппарат на 150 кв, ЭОП с диаметром входного экрана 127 мм, фото- и киноаппаратуру, замкнутую телевизионную установку, а так­ же стробоскопическое оборудование. Контролируемую аппара­ туру размещают в испытательной камере с наружным размером

1575X1270X1420 мм и внутренним размером 1060X760X910мм.

Температура в камере может изменяться от температуры жид­ кого азота до 150° С. Для входа и выхода рентгеновского излу­

3 9 6