Рентгеновская дефектоскопия сварных швов

Радиографический метод контроля сварных соединений Ч.1 Контроль рентгеном

1. Свойства рентгеновских лучей
2. Сущность и особенности неразрушающего контроля сварки рентгеном
   • Схема просвечивания сварного шва рентгеновскими лучами
   • Чувствительность контроля радиографией
3. Рентгеновские аппараты для контроля сварных швов
   • Классификация рентгеновских аппаратов и область их применения
   • Устройство рентгеновской трубки
4. Технология контроля сварных швов рентгеном

Свойства рентгеновских лучей

Лучи могут проходить через плотные непрозрачные тела, но чем выше плотность этих тел, тем ниже пропускание лучей. Проходимость зависит и от длины лучей. При большой длине им сложнее пройти сквозь плотные поверхности. Во время прохождения лучи поглощаются той поверхностью, с которой соприкасаются. Чем выше плотность, тем больше поглощение.

Принцип рентгенографическогой контроля сварных швов

Некоторые химические вещества при контакте с излучением получают видимое свечение. После окончания воздействия свечение прекращается, но некоторые вещества сохраняют заряд свечения еще на некоторое время. Это свойство является основой для создания рентгеновских снимков в данном методе. Воздействие лучей на светочувствительную часть фотопластинок создает изображение внутреннего состояния шва.

При воздействии лучей на клетки организма они производят определенные воздействия, которые зависят от типа ткани и интенсивности полученной дозы. Это может использоваться в медицине, но также имеет и обратный эффект, который проявляется в лучевой болезни.

Лучи могут ионизировать воздух, расщепляя составные части воздушной массы на отдельные частицы, имеющие электрический заряд. Из-за этого воздух может проводить электричество.

Принцип работы

Рентгенография основана на свойстве лучей проникать внутрь материалов, в том числе металлов. Эта способность понижается с увеличением плотности металла и увеличивается с понижением плотности. Поскольку в местах с пустотами и трещинами плотность становится меньше, это сразу регистрируется прибором. При отсутствии дефектов структура металла остается стабильно плотной, и рентгеновские лучи поглотятся материалом. Чем выше плотность, тем степень поглощения будет выше.

Основным элементом аппарата для рентгеноскопии сварных швов служит излучатель, представляющий собой рентгеновские трубки. Его функция — генерировать лучи и выпускать их. Конструктивно излучатель представляет вакуумный сосуд. В нем имеются анод и катод, между которыми образуется электрический потенциал. При сильном ускорении электронов появляются рентгеновские лучи, и задается направление их выхода.

Лучи, прошедшие сквозь металл, падают на специальную светочувствительную пленку. На ней остается отпечаток, по которому можно судить, что находится внутри материала. Полную картину покажет расшифровка рентгеновских снимков сварных соединений. При желании или необходимости получать сведения постоянно, используют сцинтилляторы. Это дает возможность выводить изображение на монитор.

Имеется возможность сделать фотографии, получив рентгенограмму. На рентгенограмме будет иметься негативное изображение соединения. При наличии включений или, наоборот, пустот появятся их очертания другого цвета. Полученную рентгенограмму следует сравнить с типовой рентгенограммой для этого типа свариваемых деталей. Метод позволяет точно и оперативно оценить состояние сварного шва.

Дефектоскопия с помощью рентгеновского метода контроля

С помощью рентген контроля достоверно выявляются невидимые дефекты, с высокой точностью определяется их пространственное положение, производятся замеры, выявляется геометрическая форма.

Рентгенография информативно и достоверно позволяет выявить и охарактеризовать ряд неприемлемых дефектов сварки:

• Холодные и горячие трещины. Холодные трещины возникают после затвердевания шва и зачастую невидимы человеческому глазу. Горячие трещины соответственно появляются до момента затвердевания шва;
• Образование пор – самый часто встречающийся дефект сварки из-за плохо подготовленной поверхности, сквозняка в зоне сварки и др.;
• Вкрапления инородных материалов, шлака;
• Прожог шва – образование сквозных отверстий в шве;
• Подрезы – дефект в виде канавки в основном металле по краю сварочного шва;
• Наплывы – образовывается вследствие натекания присадочного материала на основной металл без образования сплавления между ними;
• Непровары – возникают из-за недостатка сварочного тока, вследствие чего он не проникает глубоко в металл;
• Рыхлые участки сварного шва.

Рентгенотелевизионные установки.

С помощью рентгенотелевизионных установок, разработанных в Научно-исследовательском институте интроскопии, можно контролировать сварные соединения с чувствительностью, приближающейся к чувствительности радиографического метода, и с производительностью, превышающей производительность последнего [63].

Достоинство «того метода — возможность механизации процесса контроля.

Заводы намечается оснащать рентгенотелевизионными установками на основе рентгеновидиконов диаметром 18 и 90 мм — ПТУ-38 и ПТУ-39, установками с рентгеновидиконом диаметром 150 мм, а также установкам типа РИ-20Т и РИ-60ТК, рентгеновской аппаратурой с усилителями яркости изображения.

Усовершенствованием метода рентгеновского контроля промышленных изделий является фиксация рентгеновского изображения при помощи ксерографического способа. Его применяют взамен фотографического, при этом уменьшается стоимость рентгеновского контроля при сохранении чувствительности к выявлению дефектов, близкой к радиографическому способу. Ксерографический способ контроля является более производительным, чем рентгенографический.

Для контроля сварных соединений в труднодоступных местах при отсутствии источников электропитания, когда не-возможно использовать рентгеновские установки или ускорители, применяют гамма-дефектоскопию. В этом случае для просвечивания сварного соединения используют гамма- или тормозное излучение радиоактивных изотопов. В СССР гамма-лучи для дефектоскопии металлов впервые использовали в 1926 г. работники Государственного радиевого института JI. В. Мысовский и Т. С. Измайлова.

Они применяли естественные радиоактивные препараты радия мезотория. Однако высокая стоимость препаратов не позволила широко внед рить гамма-просвечивание в производство.

С появлением в начале 50-х годов искусственных радиоактивных препаратов — изотопов для промышленной гаммаграфии широко используют искусственный радиоактивный изотоп кобальта. Развитие ядерной энергетики позволило получить изотопы с различными характеристиками излучения.

В СССР для гамма-дефектоскопии чаще всего применяют следующие изотопы: кобальт-60, цезий-137, иридий-192, тулий-170, селен-75. Источник излучения, необходимый для решения производственных задач, выбирают в зависимости от толщины и плотности материала, возможной технологии контроля. Для стали толщиной менее 15—20 мм используют тулий-170, для более толстых образцов применяют другие источники, при этом кобальт-60 применяют для металла толщиной свыше 40—60 мм.

Советские ученые и специалисты еще до начала 50-х годов провели научно-исследовательские работы, способствовавшие внедрению гамма-дефектоскопии в заводских условиях. Пионером разработки и внедрения гамма-дефектоскопии в ряде отраслей машиностроения является С. Т. Назаров.

Фундаментальные исследования в области гамма-дефектоскопии выполнены С. В. Румянцевым и его учениками [58, 59, 61].

Инициатором широкого внедрения этого способа в промышленности в послевоенные годы был В. С. Соколов. Большой вклад в развитие методов и средств радиоизотопной дефектоскопии внесли специалисты ВНИИ радиационной техники.

Плюсы и минусы метода

• Рентгенографический контроль сварных соединений — один из самых достоверных методов контроля качества швов.
• С помощью этого метода за считанные минуты выявляются дефекты любого уровня.
• Есть возможность определить точный размер и расположение дефекта.
• Контроль занимает мало времени и требует только рентген-аппарат.
• Возможен контроль сварных соединений трубопроводов и любых других сложных систем.

• Качество контроля напрямую зависит от настройки рентген-аппарата.
• Современные рентген-аппараты стоят дорого, особенно компактные модели, которые так популярны в строительной сфере.
• Для работы понадобится специальная светочувствительная пленка, которая также стоит недешево.
• Этот метод контроля сварных швов сопряжен с опасностью для здоровья.

Главные требования к рентгеновским аппаратам

В процессе радиометрическом методе флуктуации интенсивности проходящего сквозь объект энергетического спектра не оказывают никакого воздействия на чувствительность контроля, так как изображение, фиксируемое на пленке рентгена изображение определяют посредством интегральной дозы излучения в период экспозиции.

Именно поэтому во время радиографического контроля разрешается применять рентгеновские аппараты любого существующего типа. В большинстве случаев изготовители рентген-аппаратов не приводят никаких данных о флуктуации интенсивности излучений, поскольку данная величина не является критичной.

Стоит отметить, что радиометрия представляет собой метод измерения при построчном сборе данных в режиме реального времени.

Для сканирования одной строки могут потребоваться десятые доли секунды. Исходя из этого рентген аппарату предъявляются 2 основных требования, а именно:

1) Плотность потока гамма-излучения, проходящего сквозь контролируемую толщину проверяемого объекта, должна быть настолько велика, чтобы этого времени было достаточно для регистрации изменения толщины объекта вдоль просканированной области

2) Интенсивность гамма-излучения обязательно должна быть постоянной

Таким образом, для качественного радиометрического контроля необходимы высокостабильные источники ионизирующего излучения, имеющего максимально возможную плотность лучевого потока, а также максимальный энергетический спектр.

С целью сравнения современных рентгеновских аппаратов панорамного типа с постоянным потенциалом разработан специальный переносной прибор, обеспечивающий проведение измерений интенсивности излучения в полевых условиях.

Заключение

Это основы, которые нужно знать о методе радиографического анализа сварных соединений. Использование излучения помогает найти дефекты даже в самых глубоких слоях шва.

В производственных цехах используют стационарные модели рентген-аппаратов, на выездных работах — более компактные. Но в обоих случаях эффективность этой технологии на уровне.

Чтобы понимать характеристики дефектов на снимках, нужно практиковаться. Но эта практика подарит вам полезные навыки в точном поиске трещин и других недочётов сварного соединения, которое на вид может казаться целостным.

Если вы пользовались рентгенографией, можете поделиться своим опытом с новичками в комментариях. Желаем удачи!

Преимущества и недостатки радиографического контроля

К основным преимуществам метода относятся следующие:

• Высокая достоверность. Рентгенографический способ проверки качества соединений считается практически самым точным на сегодняшний день.
• Возможность выявить дефекты любой сложности за несколько минут.
• Минимальное время проведения.
• Отсутствие необходимости в применении разного оборудования. Понадобится только один рентген-аппарат.
• Возможность применения на конструкциях любой сложности.

Но есть у методики и недостатки. Например, качество исследования зависит от корректности настроек рентгеновского аппарата. К тому же, само оборудование дорого стоит, а проведение дефектоскопии такого рода опасно для здоровья. Поэтому лучше обращаться за услугами по контролю сварных соединений к профессионалам.

Оценка качества изображений, полученных методом цифровой радиографии

В ноябре 2016 года вступил ГОСТ Р ИСО 10893-7-2016, в 7 части которого подробно описаны стандарты работы с цифровыми системами получения радиографических снимков. На данный момент выделяются следующие критерии оценки качества изображений:

• Базовое пространственное разрешение или основная пространственная разрешающая способность: SR_b=U_g/ 2 . За искомую при этом принимается самая первая пара проволок, у которых соотношение глубины провала к высоте пиков в профиле не меньше, чем 20%. Значение нерезкости U_g можно найти в паспорте на двухпроволочный эталон.
• Модуляционная передаточная функция. Может обозначаться как MTF (Modulation Transfer Function). Этот показатель выражает зависимость контраста расположенных рядом объектов от того, как велико расстояние между ними.
• Пространственная частота. Данная величина обратна расстоянию между соседними объектами. Измерение производится в парах линий на миллиметр. Так, для детектора БАРС при условии MTF 10% разрешающая способность составляет 4 пары линий / мм (125 мкм).
• Отношение сигнала и шума (SNR или Signal to Noise Ration). Этот параметр выражает величину отношения среднего значения сигнала (интенсивности) к стандартному отклонению или шуму. При этом детектор характеризуют таким показателем, как нормализованное соотношение: SNR_norm=SNR x 88,6 мкм / SR_b. Расчет SNR_norm производят по уже измеренному основному металлу, который примыкает к зоне сварочного шва. При этом минимальное значение должно быть 70 для класса качества А и не превышать 100 для класса В. В данном случае класс А — контроль при стандартной чувствительности, класс В — с улучшенной (класс чувствительности определяют в соответствии с ИСО 17636).
• Отношение контраста и шума (CNR). Выражается отношением разности уровней сигнала между материалами двух разных толщин и стандартного принятого шума (отклонения интенсивности) базового основного материала.

Где можно применить?

При правильном подходе и соблюдении всех требований, технология безопасна и весьма эффективна. Она постепенно вытесняет устаревшие методы и всё чаще рентгенографические установки можно встретить в самых разных местах.

• На строительстве новых или обслуживании уже находившихся в эксплуатации трубопроводов. Ведь это один из самых удобных способов проверки надёжности сварных соединений и герметичности трасс, по которым перекачиваются различные химические вещества.
• В местах возведения многоэтажных зданий, от прочности несущего каркаса которых будут зависеть жизни огромного количества людей. Чтобы исключить ненужные риски, стоит проверить качество сварных швов заблаговременно.
• На судостроительных верфях, де строятся огромные грузовые суда или фешенебельные пассажирские лайнеры. Лишь надёжным сварным соединениям не страшны шторма.
• В цехах, где собирают на стапелях самые современные самолёты, и даже ракеты. Подняться в небо или достигнуть звёзд они смогут лишь в том случае, если их сварные швы не имеют дефектов.
• У сборочных конвейеров, с которых сходят новейшие модели автомобилей. Количество звёзд, заработанных на краш-тестах, зависит от многих факторов. В том числе и от хорошо выполненной дефектоскопии.

Безусловно, это далеко не весь перечень возможностей рентгенографического контроля. Ведь подробное перечисление заняло бы не одну страницу. Вполне возможно, что именно сейчас кто-то придумал, как ещё можно использовать эту имеющую широкие возможности технологию.