книги / Сварка в машиностроении. 4

Г л а в а 14

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

При неразрушающем контроле качества сварных соединений широко применяют радиационные методы дефектоскопии с использованием проникающих ионизи­ рующих излучений. Ионизирующими называют излучения, взаимодействие которых со средой приводит к образованию электрических зарядов разных внаков.

Непосредственно ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц (электрон, протон, а-частица и др.), имеющих кинетическую энергию, достаточ­ ную для ионизации при столкновении.

Косвенно ионизирующее излучение состоит из фотонов (квантов) или неза­ ряженных частиц (нейтронов и др.), которые при взаимодействии со средой создают непосредственное ионизирующее излучение или вызывают ядерные превращения.

Фотон — порция электромагнитного излучения, несущая энергию Е = /iv, где h — постоянная Планка (h = 6,625* 10"34 Дж*с); v — частота электромагнит­ ного излучения, с"г. Длина волны электромагнитного излучения К =* c/v, где с — скорость распространения электромагнитного излучения (с= 2,997 1010 см/с).

Фотонное излучение — электромагнитное, косвенно ионизирующее излу­ чение.

Гамма-излучение — фотонное излучение, возникающее при изменении энер­ гетического состояния атомных ядер, ядерных превращениях или при анниги­ ляции частиц.

Радиоактивный распад — превращение ядер атомов с последующим изме­ нением их физических и химических свойств, сопровождающееся ионизирующим излучением.

Период полураспада Т — время, необходимое для распада половины име­

ющее излучение, состоящее из фотонов различной энергии или частиц одного вида с разной кинетической энергией.

Направленное излучение — ионизирующее излучение с выделенным пре­ имущественным направлением распространения.

Узкий пучок излучения — направленное излучение, в котором фотоны излучения или частицы распространяются почти параллельно. Узкий пучок излучения получают с помощью специального устройства — коллиматора. В простейшем случае коллиматор изготовляют из двух свинцовых экранов с соос­ ными отверстиями, расположенными на некотором расстоянии друг от друга.

Широкий пучок излучения — направленное излучение, распространяющееся внутри некоторого телесного угла. Направление излучения соответствует на­ правлению оси телесного угла, которую на практике принято называть осью пучка излучения.

Эффективная энергия излучения — энергия фотонов такого моноэнергетического излучения, относительное ослабление которого в поглотителе опреде­ ленного состава и определенной толщины такое же, как и рассматриваемого немоноэнергетического излучения.

Поглощение энергии излучения — преобразование энергии ионизирующего излучения в облучаемой среде в другие виды энергии, а также в энергию других видов излучения. Различают две категории поглощения энергии ионизирующих излучений: поглощение фотонного излучения (рентгеновского, тормозного или гамма-излучения) и поглощение энергии корпускулярного излучения (а- или P-излучений и др.).

При прохождении через вещество излучения, состоящего из заряженных частиц, последние теряют энергию на ионизацию или возбуждение атомов и мо­ лекул. Частицы с высокими энергиями, в основном электроны и позитроны, теряют ее также на тормозное излучение (так называемые радиационные потери). Для оценки поглощенной энергии введено понятие поглощенной дозы излучения.

Поглощенная доза D излучения (доза излучения) — отношение приращения средней энергии, переданной излучением веществу в элементарном объеме, к массе этого объема вещества. В качестве единицы поглощенной дозы принят джоуль на килограмм (Дж/кг). Джоуль на килограмм — поглощенная доза из­ лучения, измеряемая энергией в один джоуль любого вида ионизирующего из­ лучения, переданной массе в один килограмм. Допускается применение вне­ системной единицы — рад (1 рад = 10“2 Дж/кг).

Мощность поглощенной дозы излучения (мощность дозы излучения) — доза, поглощаемая в единицу времени. За единицу мощности поглощенной дозы

характеристика рентгеновского, тормозного и гамма-излучения, основанная на их ионизирующем действии в сухом атмосферном воздухе и выраженная отно­ шением суммарного электрического заряда ионов одного знака, образованного излучением и поглощенного в массе воздуха, к массе этого воздуха. За еди­ ницу измерения экспозиционной дозы принят кулон на килограмм (Кл/кг). Допускается применение внесистемной единицы рентген: 1Р = 2,58* 10“4 Кл/кг. Экспозиционная доза в 1Р создает при нормальных условиях в 1 см8 воздуха ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества

каждого знака (2,08* 10е пар ионов). Поглощенная энергия в воздухе, соответ­ ствующая экспозиционной дозе 1Р, равна 0,88* 10"2 Дж/кг. На практике приме­ няют внесистемную единицу мощности экспозиционной дозы — рентген в се­ кунду (1Р/с = 2,58-КГ4 А/кг).

Для оценки радиационной опасности хронического облучения человека в поле ионизирующих излучений произвольного состава введено понятие экви­ валентной дозы излучения, определяемой суммой произведений поглощенных доз отдельных видов излучений и их соответствующих коэффициентов качества. Для рентгеновского и гамма-излучения коэффициент качества равен 1. Эквива­ лентная доза излучения измеряется в бэр.

Ослабление излучения — уменьшение интенсивности излучения, обусловлен­ ное взаимодействием ионизирующего излучения со средой.

Линейный коэффициент ослабления излучения (коэффициент ослабления) — отношение относительного изменения интенсивности направленного излучения на элементарном пути распространения в среде к длине этого пути. Если рассма­ тривается не толщина среды, а ее масса, то применяется термин массовый коэф­ фициент ослабления излучения. Линейный коэффициент ослабления излучения измеряется в см '1, массовый — в см2/г.

Вторичное излучение возникает в результате взаимодействия первичного излучения с веществом. Вторичным является однократно и многократно рассеян­ ное излучение, характеристическое излучение атомов среды, тормозное излучение электронов, позитронов, фотоэлектронов и электронов отдачи, образующихся в процессах фотоэлектрического поглощения, комптоновского рассеяния и обра­ зования пар. Вторичное излучение снижает чувствительность и разрешающую способность радиационных методов контроля.

МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Прохождение ионизирующего излучения через материал облучаемого объекта сопровождается различными воздействиями излучения на материал (ионизация, тепловое и фотохимическое воздействие, флуоресценция и др.); это позволяет регистрировать ионизирующие излучения. В радиационной дефектоскопии при­ меняют несколько методов регистрации излучений за контролируемым объектом.

Фотографический метод регистрации излучений основан на фотохимическом действии ионизирующих излучений. В радиационной дефектоскопии детектором излучения является рентгенографическая пленка. Ионизирующее излучение образует в чувствительном слое пленки фотоэлектроны и электроны отдачи. При взаимодействии фотоэлектронов с зернами бромистого серебра, содержа­ щимися в чувствительном слое, образуются атомы серебра, которые способствуют проявлению всего зерна. В процессе проявления происходит усиление скрытого изображения примерно в 10е раз. Пленка, проявленная после облучения, выгля­ дит потемневшей. Оптическая плотность почернения (степень потемнения) пленки зависит от интенсивности излучения (мощности дозы излучения) и времени воз­ действия излучения на пленку, т. е. в целом от дозы излучения.

Сцинтилляционный метод регистрации излучений основан на явлении лю­ минесценции, т. е. свойстве некоторых веществ (фосфоров) преобразовывать по­ глощенную энергию ионизирующих излучений в видимый свет (свечение фосфо­ ров под действием ионизирующих излучений). Поглощенная энергия ионизиру­

им в виде квантов видимого света. Если период высвечивания фосфора меньшь 1 0 '7 с, то явление называется флуоресценцией; если период высвечивания больше

образующие падающее на них излучение в видимый свет; их применяют для не­ посредственного преобразования рентгеновского, тормозного и гамма-излучения

ввидимое изображение;

—усиливающие люминесцентные экраны, преобразующие фотоны ионизи­ рующего излучения в кванты видимого света; их применяют в сочетании с рент­ геновской пленкой для усиления фотографического действия рентгеновского, тормозного и гамма-излучения.

Ионизационный метод регистрации излучений основан на регистрации ионов, образуемых ионизирующими излучениями в облучаемой среде. В качестве облу­ чаемой среды используют газ, заключенный в ограниченном объеме, — иониза­ ционном детекторе излучений. Применяют три вида ионизационных газовых детекторов излучения: ионизационные камеры, пропорциональные счетчики, газоразрядные счетчики (счетчики Гейгера—Мюллера).

КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИАЦИОННЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

Радиационные методы и средства неразрушающего контроля материалов, деталей,

В зависимости от этих признаков различают радиографический, радиоскопический и радиометрический методы неразрушающего контроля (ГОСТ 18353—73).

РАДИОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ (РАДИОГРАФИЯ)

Рис. 2. Номограммы для определения экспозиций при просвечивании излуче­ нием аппарата РУП-150/30010; рентге­ новские трубки:

а, в, г — 0.3БПВ6-150; 6 2.5БПМ4-250; д —• 1.6БПВ7-150. Фокусное расстояние 750 мм. Оптическая плотность снимков 1,3—1,6. Зарядка кассет: — пленка между свинцово-оловянистыми фольгами толщи­ ной 0,05 м м ;------------без усиливающих экранов

Толщина магниевого сплава, мм

9

Рентгенография — метод, основанный на регистрации интенсивности рент­ геновского излучения, взаимодействующего с контролируемым объектом, на рентгенографической пленке. Оптическая плотность почернения рентгенографи­ ческой пленки зависит от дозы ионизирующего излучения, поэтому она больше на участках, перекрытых менее плотными (или менее протяженными в направле­ нии просвечивания) местами контролируемого объекта. Вследствие этого выяв­ ляется картина внутреннего состояния контролируемого объекта. Время просве­ чивания исследуемых объектов определяется по номограммам экспозиции (рис. 2), которые обычно строят для каждого материала в зависимости от толщины про­ свечиваемого слоя, напряжения на аноде рентгеновской трубки (энергии излуче­

13 Под ред. Ю. Н. Зорина