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

чения камера имеет два бериллневых окна. Предварительная эксплуатация установки подтвердила возможность значительно сократить расходы на обнаружение дефектов в работе гермети­ зированных узлов аппаратуры.

Установка для флуороскопического контроля с ЭОП и видикопом, чувствительным к рентгеновскому излучению (фирма

Рис. 9.29. Схема установки для стробоскопического контроля

изделии:

/ — п р и в о д н о й м о т о р : 2 — в р а щ а ю щ и е с я д н с к н - з а с л о н к н : 3 — к о н т р о л и р у е ­ м о е и з д е л и е ; 4 — Э О П ; 5 — с в и н ц о в о е с т е к л о : 6 — с в и н ц о в а я з а щ и т а ; 7 — у п р а в л е н и е - в и б р а т о р о м ; 8 — у п р а в л е н и е д и с к а м и - з а с л о н к а м и ; 9 — в и б ­ р а т о р ; 10 — р е н т г е н о в с к а я т р у б к а .

Picker X-Ray Corporation), была включена в систему анализи­ рующего центра NASA на мысе Кеннеди (Флорида) [107]. Эта установка предназначена для определения причин дополетиых повреждений детален самолета, в управлении которого уча­ ствуют два человека, и позволяет определять отдельные непо­ ладки в механизме.

В Англии успешно применяют ЭОП для целей стробоскопиче­ ского анализа работы механизмов в условиях вибраций [108]. При этом применяется рентгеновский аппарат на 150 кв с остро­ фокусной трубкой (фокусное пятно 0,4 мм) и используется двукратное проекционное увеличение изображения. Если пучок рентгеновского излучения пульсирует с частотой, равной часто­ те вибраций механизма (с точностью до ± 4 гц), то ЭОП дает при стробоскопии хорошее изображение.

Пульсация рентгеновского излучения может осуществляться какэлектронным, так и механическим переключением. Послед-

397

нип способ более прост. Он осуществляется (рис. 9.29) с по­ мощью двух контрадпсков с четырьмя отверстиями в каждом. Диски приводятся в движение сервоприводом постоянного тока с расщепленным полем, обеспечивающим постоянство скорости вращения дисков с точностью ±1% . Эффективный диапазон ча­ стот прерывателя от 35 до 150 гц, возможна частота до 600 гц. Одной из возможных областей применения стробоскопического анализа с ЭОП и замкнутой телевизионной установкой явля­ ется исследование влияния вибраций на собранные конструкции самолетов и ракет. Утверждается, что большие затраты на обо­ рудование компенсируются ценностью полученных результатов и сэкономленным временем.

ГЛАВА X

РАДИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАДИАЦИОННОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

1.Ионизационный метод

Вотличие от радиографического метода, где детектором из­ лучения, прошедшего через контролируемый объем, является пленка, при ионизационном методе такими детекторами служат

различного рода счетчики рентгеновского и у-излучений, прнн-

2

J

Рис. 10.1. Схема ионизационного метода контроля:

т е л ь ; « — р е г и с т р и р у ю щ и й п р и б о р ( с а м о п и ш у щ и й ) .

цип действия которых рассматривается в гл. III. Применение этих детекторов основано на ионизирующем действии излучения при его взаимодействии с веществом.

Принцип работы ионизационных дефектоскопов характеризу­ ется схемой на рис. 10.1. Узкий (коллимированный) пучок рент­ геновского или у-излучения перемещается по контролируемому объекту, последовательно просвечивая все его участки. Излуче­ ние, прошедшее через контролируемый предмет, регистрируется детектором, и на выходе последнего образуется электрический

396

сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности из­ лучения, падающего на детектор (счетчик). Электрический сиг­ нал через усилитель поступает на регистрирующее устройство. В качестве выходных (регистрирующих) устройств обычно при­ меняют миллиамперметр, механический счетчик отдельных им­ пульсов, осциллограф, самопишущий потенциометр и т. д. При наличии дефектов в материале (пустота) регистрирующее уст­ ройство отмечает возрастание интенсивности излучения. Нали­ чие дефекта может отмечаться отклонением стрелки прибора, записью на самопишущем приборе, срабатыванием реле, приво­ дящего в действие исполнительный механизм, который отмечает на изделии дефектные участки, и т. д.

Источник излучения и детектор устанавливаются с противо­ положных сторон контролируемого объекта и одновременно пе­ редвигаются параллельно поверхности просвечиваемого мате­ риала, находясь все время на одинаковом расстоянии от этой поверхности, при этом контролю подвергаются последовательно все новые и новые участки изделия. Иногда, наоборот, пере­ двигается контролируемое изделие, а источник излучения и де­ тектор остаются неподвижными. Ниже рассматриваются иони­ зационные дефектоскопы с самогасящимися газоразрядными и сциитилляциои11ыми счетчиками.

Дефектоскоп с самогасящимся счетчиком состоит из контей­ нера с источником у-излучения и жестко связанного с ним экра­ нированного счетчика, механического и электросилового устрой­ ств для перемещения системы источник излучения — счетчик относительно контролируемого объекта н регистрирующих при­ боров. Схема расположения источника излучения и счетчика в общем виде аналогична схеме на рис. 10.1.

С помощью рассматриваемого дефектоскопа дефекты фикси­ руются в виде пиков на диаграммной ленте самописца. Величи­ на пика соответствует изменениям толщины стенок изделия в дефектном участке. Зависимость чувствительности от толщины стали характеризуется рис. 10.2 [109]. График построен по ре­ зультатам просвечивания у-излучением Со60 искусственных де­ фектов, площадь поперечного сечения которых была больше пло­ щади поперечного сечения пучка излучения. Производительность дефектоскопа 10—20 см2/мин.

Как отмечалось, сцинтилляционные счетчики обладают боль­ шой разрешающей способностью и большей, чем у самогасящегося счетчика, эффективностью. При прочих равных условиях применение сцинтилляциониого счетчика повышает чувствитель­ ность к изменению толщины просвечиваемой стали в 2—4 раза. Из рис. 10.2,6 следует, что при небольшой активности кобаль­ тового источника (9,75 кюри — кривая 1) чувствительность де­ фектоскопа до толщины 100 мм позволяет выявить изменение толщины в 0,6—0,8 мм. С увеличением активности источника излучения до 0,6 кюри (кривая 2) при той же скорости контро­

399

ля чувствительность увеличивается приблизительно вдвое-— вы­ является изменение толщины до 0,3—0,4 мм. При просвечивании у-излучением Со60 активностью 0,6 кюри скорость контроля со­ ставляет 20—30 см2!мин.

а

Рис. 10.2. Чувствительность гамма-дефектоскопа с самогасящимся (а) н сцннтнлляцнонным (б) счетчиками

Разработанный в Институте физики металлов АН СССР гам­ ма-дефектоскоп со сцннтнлляцнонным счетчиком [110] успешно применяют на заводе «Уралхиммаш». Дефектоскоп состоит из трех основных узлов (рис. 10.3): передающе-приемного устрой­ ства (система источник 4 — детектор излучения 6 вместе с удер­ живающими их стойками 3), механической тележки и пульта управления.

В этом гамма-дефектоскопе сканирование осуществляется пе­ ремещением источника (Со60) и детектора вертикально, а конт-4

4ПО

дефектов 5 пневматического типа свободно перемещается по обойме детектора на двух направляющих.

Тележка гамма-дефектоскопа, установленная на рельсах, имеет неподвижный 9 и подвижный 7 упоры. Стягивающим го­ ризонтальным винтом 8 подвижный упор перемещается по на­ правляющим пазам. У основания платформы механической те­ лежки имеется рейка 13, по которой могут передвигаться два ограничителя 10 величины горизонтального хода. У вертикаль-

Рнс. 10.4. Рабочая дефектограмма отливки.

ной стойки укреплены горизонтальные контакторы 12. Когда ог­ раничитель приходит в соприкосновение с одним из горизонталь­ ных контакторов, тележка останавливается. Передаточные ше­ стерни И позволяют иметь семь ступеней скорости движения тележки в диапазоне от 0,18 до 1,12 м/мин. Управление переда­ юще-приемным устройством и тележкой осуществляется с пуль­ та, находящегося на безопасном расстоянии.

На рис. 10.4 приведена рабочая дефектограмма отливки в форме плиты, а на рис. 10.5 и 10.6 — кривые чувствительности гамма-дефектоскопа к выявлению дефектов.

Хорошо зарекомендовал себя рентгеио-сцинтилляционный дефектоскоп HAi-l-lM, предназначенный для контроля изделий из стали толщиной до 25 мм и алюминиевых сплавов толщиной до 150 мм. При контроле изделия и узлы с габаритами не более 750 мм по диаметру и 750 мм по высоте перемещаются с помо­ щью сканирующего устройства относительно неподвижной систе­ мы рентгеновская трубка — сцинтилляционный счетчик. Источ­ ником излучения служит рентгеновский аппарат РУП-150/300-10. Результаты измерения записываются автоматически на бумаж­ ную ленту самописца. В зависимости от толщины контролируе­ мого материала чувствительность к обнаружению дефектов со­ ставляет 0,5ч-1,0%. Производительность дефектоскопа при ска­ нировании узким пучком рентгеновского излучения может до­ стигать 3 м2/ч.

Для дефектоскопического контроля толстостенных литых из­ делий либо сварных швов со снятым усилением создан гаммасцинтилляционный дефектоскоп ГДС-2. В дефектоскопе приме­ няется Со60. Контроль производится путем сканирования изде­

.402

лия узким пучком у-излучения. Прошедшее через контролируе­ мое изделие излучение регистрируется сцинтилляциоиным счет­ чиком с автоматической записью результатов измерения на бу-

Рис. 10.5. Чувствительность гамма-дефектоскопа в зависимости от толщины стали.

тележки при выявлении 10%-ного дефекта встали различной толщины (цифры у кривых).

магу самописца. Чувствительность к обнаружению дефектов со­ ставляет 1% контролируемой толщины материала. Скорость контроля изменяется от 0,083 до 2,5 см/сек.

403

В США для контроля твердого топлива ракетных двигате­ лей применяют ионизационный дефектоскоп (установку) [111] с использованием бетатрона на 25 Мэе (рис. 10.7).

Чувствительность ионизационного метода контроля с исполь­ зованием рассматриваемой установки ограничена величиной ста­ тистических флуктуаций интенсивности излучения бетатрона.

Рис. 10.7. Блок-схема установки по контролю твер­ дого топлива ракетных двигателей:

/ — к о л л и м а т о р ы ; 2 — к р и с т а л л ы ; 3 — ф о т о у м н о ж и т е л я ; 4 — д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы й у с и л и т е л ь ; 5 и 6 — п р и б о р ы с з а п и с ь ю с о о т в е т с т в е н н о н а д и а г р а м м н у ю и м а г н и т н у ю л е н т у .

Уравнение, устанавливающее связь между минимальной вели­ чиной обнаруживаемого дефекта и различными физическими па­ раметрами установки при вероятности обнаружения 0,95, имеет вид

где V — объем выявляемого дефекта, см3; ц — коэффици­ ент поглощения излучения, см-1; vs— скорость перемещения ма­ териала при испытании, .см/сек; h — высота кристалла Nal, см; f — число фотонов, проникающих через площадь образца в 1 см2; е — эффективность регистрации излучения кристаллом.

Поскольку / характеризует максимальную мощность бетатро­ на, а е — параметр кристалла, то управлять чувствительностью можно только изменением скорости сканирования и величины коллимации пучка излучения. Уменьшение скорости сканирова­ ния и размеров коллимационного отверстия повышает чувстви­ тельность, но приводит к увеличению времени контроля. Поэто­ му в практике добиваются оптимального соотношения между требуемой чувствительностью и скоростью контроля.

404

Сканирующая система установки должна отвечать следую­ щим требованиям:

а) минимальное время переналадки системы при смене конт­ ролируемого объекта;

б) быстрое и точное центрирование коллимированного пучка излучения относительно сцинтилляционного блока;

в) точное определение местоположения дефекта, обнаружи­ ваемого при контроле;

г) согласованное управление скоростью сканирования, осу­ ществляемое с двух контрольных положений.

Эти требования обеспечиваются с помощью роликовой цепи и зубчатых механизмов. Установка позволяет контролировать из­ делия и узлы диаметром от 560 до 1830 мм и длиной от 1,0 до 6,0 м при скорости сканирования 152 см!мин. Масса изделий может достигать 13,5 г.

При контроле твердого топлива ракетных двигателей приме­ няли рекомендуемые фирмой Allis Chalmers два способа ска­ нирования: построчный и спиральный. Принцип построчной раз­ вертки заключается в том, что, закончив продольное перемеще­ ние, контролируемый объект смещается за счет вращения на ширину коллимационного отверстия и затем происходит про­ дольное перемещение, только в обратном направлении. При спи­ ральном методе сканирования объект совершает одновременно и продольное, и вращательное движения.

Применение системы из двух счетчиков обеспечивает доста­ точно точное определение местоположения дефекта. Однако де­ фектные участки, которые вызывают сомнения, просвечивают на рентгеновскую пленку.

В Англин (Харуэллский атомный центр) [111] разработана сцинтиллографическая сканирующая установка для исследова­ ния песплошности твэлов. Основными элементами установки яв­ ляются рентгеновская трубка на 150 кв, сцннтилляционный счетчик [Nal(Tl) размером 2,5x2,5 см и ФЭУ], электронная регистрирующая аппаратура и токарный станок, обеспечиваю­ щий сканирование контролируемого объекта. Исследованию подвергали, в частности, нержавеющие трубки диаметром 5,8 мм, заполненные двуокисью урана (рис. 10.8).

Для контроля качества плоских объектов применяли построч­ ную развертку, а цилиндрических — развертку по спирали. В по­ следнем случае исследуемый образец прослеживали при его вра­ щении вместе с зажимным патроном и одновременном переме­ щении системы источник —■счетчик излучения относительно об­ разца. Скорость подачи вдоль образца изменялась в диапазоне

чувствительной бумаге штрихового самописца контрастную кар-

405