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

Чтобы избежать измерения в той области толщин, которая не достигается (3-частнцамн, необходимо знать максимальный пробег (3-частиц в поглотителе. Эмпирическая зависимость мак­ симального пробега электронов RMакс (в мг/см2) от их энергии имеет вид

Ямакс = 412£*,

где 6=1,265—0,0954 In Е; Е — значение энергии в интервале от

0,01 до 3 Мэе.

Активность источника выбирают в соответствии с допустимой погрешностью измерений. При использовании короткоживущих изотопов с малым периодом полураспада необходимо следить за сохранением требуемой точности измерения. Обычно актив­ ность источников берут несколько большей оптимальной актив­ ности, а в измерительную аппаратуру вводят устройство, ком­ пенсирующее уменьшение активности со временем.

Весовая толщина. Измерение толщины материалов с помо­ щью ионизирующих излучений осуществляется не в отдельной точке, а на некотором участке поверхности материала. Так как ослабление или отражение (обратное рассеяние) излучения про­ порционально количеству электронов в поглощающем или отра­ жающем материале, а количество электронов, в свою очередь, примерно пропорционально плотности материала, то интенсив­ ность ослабленного или отраженного излучения фактически со­ держит информацию о количестве вещества, находящегося на измеряемом участке, т. е. о массе этого участка. Поэтому в толщинометрип принято определять толщину материала массой единицы площади, подвергаемой облучению, т. е. весовой тол­ щиной, и измерять ее в г/см2. При этом измеряемая по прибору толщина материала оказывается усредненной по измеряемому участку, а действительная толщина в отдельных точках измеряе­ мого участка может значительно отличаться от измеряемой. Для повышения достоверности показаний прибора необходимо умень­ шить площадь облучаемого участка, однако при этом значи­ тельно уменьшается интенсивность ослабленного или отражен­ ного излучения, вследствие чего резко возрастают статистиче­ ская и аппаратурная погрешности измерения.

Детекторы излучения. Для регистрации ионизирующего из­ лучения в радиационной толщинометрип применяют ионизаци­ онные камеры, газоразрядные, полупроводниковые и сиинтилляционные счетчики.

Основное преимущество ионизационных камер заключается в их стабильности, т. е. выходной ток не зависит от напряжения на электродах в режиме насыщения. Они служат продолжитель­ ное время и просты в обращении. Недостаток ионизационных камер — низкая эффективность регистрации излучения.

418

Когда чувствительность ионизационных камер оказывается недостаточной для регистрации излучения, применяют счетчики Гейгера — Мюллера. Так как скорость счета изменяется при колебаниях анодного напряжения, то необходимо обеспечить высокую стабилизацию напряжения. Эффективность регистрации ^-излучения в счетчиках Гейгера — Мюллера достигает 90%, что позволяет повысить точность измерения по сравнению с регист­ рацией у-нзлучепия.

Наиболее часто в толщинометрип применяют ецпптилляционные счетчики, имеющие достаточно высокую эффективность регистрации излучения. Помимо применения сцинтилляционного счетчика для регистрации излучения в счетном режиме его мож­ но использовать в качестве спектрометра, так как величина сиг­ нала счетчика зависит от энергии фотона или частицы.

Область применения. Радиационную толщинометрию приме­ няют для контроля толщины выпускаемой продукции и различ­ ных защитных покрытий.

Бесконтактное определение измеряемой толщины и возмож­ ность измерения при одностороннем доступе к изделию создают условия для автоматизации контрольных операций. С помощью приборов радиационной толщинометрип осуществляется не толь­ ко пассивный контроль выпускаемой продукции, но и активное регулирование технологических процессов, таких, как горячий и холодный прокат металлов, нанесение покрытий и др.

Приборы для радиационной толщинометрип. Отечественная промышленность выпускает серийно толщиномеры разных ти­ пов, основанных на применении ионизирующих излучений и предназначенные для различных нужд радиационной толщинометрнн: измерения толщины проката (горячего и холодного), из­ мерения толщины изделий, стенок труб и емкостей, определения разиостенности труб и измерения толщины покрытий. Основные характеристики приборов, применяемых в радиационном толщи­ нометрип, даны в табл. 10.2.

ГЛАВА XI

КОНТРОЛЬ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Основными задачами дефектоскопического контроля качества бетонных и железобетонных изделии в строительной промышлен­ ности являются выявление несплошностей бетона и определение положения п состояния арматуры и закладных элементов. При толщине строительного бетона до 40—60 см раднационнодефектоскопическнй контроль можно проводить с использованием из­ лучения радиоактивных источников и рентгеновских аппаратов. При большей толщине (примерно до 2 м) в качестве источников излучения следует применять бетатроны с энергией излучения от единиц до десятков мегаэлектронвольт. Необходимость выяв-

14* 419

лепия определенных дефектов зависит от типа изделий и их на­ значения [117].

При решении конкретной задачи по дефектоскопическому контролю железобетонных конструкций с использованием тор­ мозного излучения бетатронов необходимо учитывать чувстви­ тельность к дефектам и производительность этого метода, а также такие его особенности, как ограниченность пучка излуче­ ния, неравномерность интенсивности излучения по сечению пуч­ ка, возникающая благодаря неоднородности структуры бетона, и

Рис. 11.1. Линейный коэффициент поглощения р и фактор накопления рас­ сеянного излучения В в зависимости от толщины просвечиваемого бетона и максимальной энергии тормозного излучения (числа у кривых).

дается выравнивание потока излучения с заданной точностью, определяется как порог однородности. Начиная с толщины, равной толщине порога однородности, бетон может рассматри­ ваться, как однородное тело.

Следовательно, все положения и методика радиационной де­ фектоскопии, разработанные для однородных материалов — ме­ таллов, могут быть применены и для неоднородных материа­ лов— бетона и железобетона [118] с учетом особенностей про­ хождения через бетон излучения с энергией от единиц до десят­ ков мегаэлектронвольт.

Среди различных бетонов наибольшее применение имеет строительный бетон (р = 2,3—2,4 т/м3) с эффективным атомным номером 13— 16. С точки зрения качества излучения, используе­ мого для радпационнодефектоскоппческого контроля изделий, определяющее значение имеют коэффициент поглощения излуче­ ния в веществе и фактор накопления рассеянного излучения (рис. 11.1) [117]. При толщине бетона 1—2 т/м2 значения коэф­ фициента ослабления излучения в диапазоне максимальных

420

ставляет ПОД: (где Е — энергия ускоренных электронов, Мэе). Это обстоятельство приводит к дополнительному ограничению размеров радиографических снимков по сравнению с рентгено- п гамма-дефектоскопией.

Рис. 11.3. Номограммы для определения времени просвечивания бетонных конструкции на пленку РТ-1 со свинцовыми (а) и флуоресцирующими экра­ нами, помещенными между пленкой и свинцовыми экранами (б), в зависи­ мости от максимальном энергии тормозного излучения [толщина свинцовых экранов— 0,5/1,0 мм (6 Мэе), 1,5/2,0 мм (15 Мэе) и 2,0/3,0 мм (25 и 30 Мэе),

фокусное расстояние 2 м, D0m = 1,6-М,8].

Максимальные размеры радиографических снимков не пре­ вышают 2 F t g * , т. е. при энергии 15 Мэе длина снимка не

превышает 0,25, а при энергии 30 Мэе — 0,125 фокусного рас­

стояния.

Время просвечивания бетонных п железобетонных конструк­ ций определяется по номограммам, того же типа, которые по­ строены для радиоактивных источников излучения (рис. 11.3)

422

[117]. Для расчета времени просвечивания при фокусном рас­ стоянии 2 м необходимо разделить значение экспозиционной до­ зы, найденное по номограмме и соответствующее просвечивае­ мой толщине и используемой энергии излучения, на мощность экспозиционной дозы на расстоянии 1 м от мишени бетатрона при тон же энергии. Мощность экспозиционной дозы на расстоя­ нии 1 м от мишени является паспортной характеристикой бета­ трона. Если при контроле используются другие фокусные рас­ стояния, найденное время умножается па квадрат отношения используемого фокусного расстояния к тому, для которого по­ строена номограмма. Оптимальным диапазоном плотности по­ чернения радиографических снимков является 1,6— 1,8. Длитель­ ность экспозиции, определенную по номограммам, необходимо проверять и корректировать экспериментально для каждого ти­ па конструкций, так как в приводимых данных металлическая арматура не учитывалась. Это приводит к некоторому увеличе­ нию действительного времени просвечивания по сравнению с найденным по номограммам.

В целом методика и порядок радиографического контроля бетонных и железобетонных конструкций с использованием из­ лучения бетатронов аналогичны методике и порядку радиогра­ фического контроля с использованием излучения рентгеновских аппаратов и радиоактивных источников.

ГЛАВА XII

ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

[119— 122]

Неразрушающне методы и средства контроля качества свар­ ных, литых п других изделий являются неотъемлемой частью технологических процессов современного производства.

Неразрушающие методы контроля приобретают особую важ­ ность в связи с повышением требований к изделиям ответствен­ ного назначения. Особенно важными объектами контроля стано­ вятся цельносварные конструкции кораблей, энергетических установок, летательных аппаратов, неразъемные сварные и пая­ ные соединения трубопроводов, средства автоматического управ­ ления и т. д.

В машиностроении и других отраслях народного хозяйства большой удельный вес составляют операции неразрушающего контроля. Например, на тридцать технологических операций по изготовлению подшипника (железнодорожного) приходится 360 контрольных операций. Объем работ по неразрушающему контролю качества материалов, деталей, узлов и изделий возра­ стает.

423

Основными критериями оценки технико-экономическом эф­ фективности неразрушающпх методов и средств контроля явля­ ются:

—уровень механизации и автоматизации контрольных опе­ раций;

—производительность средств контроля;

—соотношение трудоемкости операций контроля и трудоем­ кости производственных операций;

—чувствительность методов к дефектам и надежность средств контроля;

—стоимость контроля.'

Исходя из этих критериев, следует рассматривать состояние и перспективы развития неразрушающих методов и средств конт­ роля.

За последние годы в стране усилено внимание к совершен­ ствованию существующих и разработке новых неразрушающпх методов и средств контроля. В частности, достигнуты известные успехи в области ультразвукового контроля сварных соединений с толщиной свариваемых материалов больше 10 мм, разработ­ ки и внедрения новой аппаратуры для гаммаграфического конт­ роля, средств радиационной интроскопии и др.

Несмотря на отдельные успехи, развитие неразрушающпх методов и средств контроля качества продукции, гарантирую­ щих надежную проверку, степень их автоматизации значительно отстает от уровня механизации н автоматизации производствен­ ных процессов сварки, пайки, литья, пластического деформиро­ вания и др. В результате создался большой разрыв во времени между изготовлением и проведением технического контроля качества продукции после ее изготовления. Это приводит к то­ му, что при внедрении новых технологических процессов дости­ гаемая эффективность в значительной мере снижается на за­ вершающем этапе производственного процесса, связанного с проведением контрольных операций. Например, скорость конт­ роля качества автоматической сварки ответственных изделий (при 100%-ном контроле) в 10 раз меньше скорости самой сварки. Такое же положение имеет место в производстве отли­ вок, штамповок и т. д. Низкий уровень механизации и автомати­ зации контрольных операций — одна из причин многочисленного штата контролеров на предприятиях.

Дальнейшее развитие многих технологических процессов мо­ жет сдерживаться сравнительно низкими темпами и уровнем развития методов и средств неразрушающего контроля каче­ ства.

Комплексная автоматизация и механизация технологических и контрольных процессов производства должны ликвидировать разрыв между производительностью процесса изготовления и процесса контроля качества материалов, деталей узлов и гото­ вых изделий (конструкций). Необходимо перенести центр тяже-

4 2 4

cm контроля с проверки и отбраковкиготовой продукции на контроль .хода технологического процесса п поддержание его в заданных режимах, гарантирующих требуемое качество выпу­ скаемой продукции.

Большое значение приобретает создание и внедрение средств активного контроля, когда деталь контролируется в процессе ее изготовления, а средства контроля, органически связанные с технологическим оборудованием, своевременно сигнализируют о возможности появления брака и исключают физико-технические причины его появления.

Важное значение приобретают работы по снижению объема п трудоемкости контроля за счет создания п внедрения средств контроля в процессе производства — сварки, пайки, пластиче­ ского деформирования и т. д. В частности, дальнейшее развитие сварочной техники следует дополнить разработкой систем авто­ матического контроля и стабилизации параметров режима свар­ ки с обратной связью, автоматически обеспечивающей заданный процесс сварки для создания соединений с гарантированными качественными характеристиками. Это даст возможность на не­ которых деталях, узлах и изделиях перейти от 100%-ного конт­ роля к выборочному, значительно сократив общий объем нераз­ рушающего контроля соединений.

Решение этой задачи может быть осуществлено разработкой и внедрением:

а) автономной аппаратуры периодического контроля и изме­ рения параметров режима (тока, усилий, времени) сварки, не­ обходимой для поддержания сварочного оборудования в задан­ ном рабочем состоянии;

б) встроенной или автономной аппаратуры для контроля пли стабилизации параметров непосредственно в процессе свар­ ки деталей, узлов и аппаратуры управления сварочными про­ цессами, обладающей повышенной надежностью и стабильно­ стью параметров;

в) средств активного контроля параметров процесса точеч­ ной и роликовой сварки, специфические дефекты которой с боль­ шим трудом (см. гл. V, § 8) обнаруживаются неразрушающнми методами.

Снижения объема и трудоемкости контроля можно достигнуть также созданием и внедрением прогрессивных технологических конструкций и технически обоснованной разбраковки соедине­

контроля) позволит снизить трудоемкость и стоимость контроля за счет более широкого внедрения методов с использованием ра­

4 2 5

диационной интроскопии, ультразвуковых колебаний, магнптографии и т. д. и уменьшения удельного веса радиографических методов.

Пересмотр устаревших, разработка и введение новых научно обоснованных норм разбраковки сварных, паяных, литых и дру­ гих изделий дадут возможность на отдельных изделиях снизить объем радиографического контроля за счет внедрения методов радиационной интроскопии и ультразвуковой дефектоскопии. Кроме того, может быть достигнуто сокращение объема слесар­ ных работ, обусловленных уменьшением доработок дефектных участков.

Необходимо продолжить работы по механизации и автома­ тизации существующих неразрушающих методов и средств конт­ роля. Механизации и автоматизации подлежат, в первую оче­ редь, радиографические методы контроля.

Однотипность и повторяемость основных контрольных опера­ ций в радиографии при серийном производстве изделий позво­ ляют разработать и широко применить средства механизации и автоматизации на всех этапах контроля: при установке изде­ лий и источников излучения, просвечивании по заданным режи­ мам, фотообработке и расшифровке снимков. Это должно быть достигнуто:

—разработкой и организацией серийного выпуска автомати­ ческих и полуавтоматических устройств для просвечивания свар­ ных, паяных, литых и других изделий;

—разработкой и организацией серийного выпуска автоматов для фотообработкн экспонированной рентгеновской пленки, снаб­ женных устройствами для извлечения серебросодержащнх отхо­ дов из фиксажа, промывочных вод и эмульсий отработанной пленки;

—разработкой комплекса оборудования для автоматической расшифровки результатов радиографического контроля и осна­ щением этим оборудованием заводов промышленности.

Поддаются механизации такие операции, как транспортиров­ ка и установка контролируемых объектов (использование подъ­ емно-транспортных средств), их перемещение (сканирование) в процессе контроля и др.

Вобласти создания и внедрения новых методов и средств контроля представляются целесообразными:

—разработка и внедрение методов и средств радиационной интроскопии с использованием эффективных преобразователей излучения, светосильной оптики, телевизионной техники, авто­ матики и обработки информации с помощью ЭВМ;

—разработка новых высокоэффективных источников рентге­ новского, тормозного и у-излучения: новых рентгеновских аппа­ ратов, ускорителей частиц, радиоактивных источников низко­

энергетического излучения, новых типов высококачественной технической рентгеновской пленки и т. д.;

426

—разработка и внедрение высокочастотной (10—25 Мгц) ультразвуковой аппаратуры с комплектом миниатюрных иска­ тельных головок для контроля тонкостенных изделий;

—широкое внедрение в люминесцентную и цветную дефекто­ скопию аэрозольного нанесения люминофора, красящего веще­ ства и автоматизации смывки.

—развитие новых эффективных методов неразрушающего контроля сварных, паяных, клееных и других соединений с ис­ пользованием инфракрасных излучений, лазерной техники, опти­

ческой и ультразвуковой голографии и т. п.; Эффективные средства контроля следует создавать одновре­

менно с разработкой новых технологических процессов, оборудо­ вания и подготовкой к освоению выпуска новых изделий. Внед­ рение новых технологических процессов и средств контроля должно обеспечить высокое и стабильное качество выпускаемых изделий и необходимую производительность, точность и надеж­ ность контроля.

ГЛАВА XIII

ВОПРОСЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ В РАДИАЦИОННОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

Работа па аппаратах (установках) с высоким напряжением и источниками ионизирующих излучений требует строгого соб­ людения действующих правил техники безопасности. Поэтому к проведению работ по радиационной дефектоскопии допускаются специально подготовленные лица, прошедшие инструктаж по тех­ нике безопасности.

1. Дефектоскопические лаборатории и оборудование

Для проведения работ по радиационной дефектоскопии на предприятиях создают лаборатории, которые оснащают соответ­ ствующей аппаратурой, оборудуют необходимой защитой, венти­ ляцией! отоплением, противопожарными средствами и т. д. Пла­ нировка [11, 89] и строительство дефектоскопической лаборато­ рии должны проводиться в соответствии с требованиями «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий № 245—63» [123], «Правил устройства и эксплуатации рентге­ новских кабинетов и аппаратов при дефектоскопии» [124]*, «Норм радиационной безопасности (НРБ-69)» [125], «Основных санитарных правил работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений (ОСП-72)»

* В соответствии с НРБ-69 [125] и ОСП-72 [126] взамен этих правил раз­ рабатываются новые правила.

427