77933

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Лекция

Производство и промышленные технологии

Быстрые электроны получают в разных ускорителях или от изотопных источников теллур стронций бета излучения. Спектр излучения сплошной с характеристическими пиками материала мишени. Размер зоны излучения определяется размером пучка электронов и лимитируется допустимой плотностью мощности на мишени. Ионизационная...

Русский

2015-02-05

160 KB

0 чел.

Л.2 НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

При неразрушающем контроле (НРК) изделий, как правило, не удается получить непосредственно численные характеристики, отражающие эксплуатационные качества изделий, такие как прочность, стойкость к различным воздействиям и т.д. Он направлен на выявление различных дефектов технологии: трещин, пор, отслоений и прочих нарушений геометрических и физических параметров изделия. Поэтому НРК используют в основном в качестве приемочного контроля, как гарантию отсутствия отклонений от нормы. Принцип НРК заключается в определенном физическом воздействии на изделие, не приводящем к его разрушению, и одновременной фиксацией результатов воздействия тем или иным способом.

ГОСТ 18353-79 делит все НРК по природе воздействия на девять видов:

1. Радиационный.

  1.  Акустический (ультразвуковой).
  2.  Магнитный.
  3.  Проникающими веществами (течеискание).
  4.  Капиллярный.
  5.  Радиоволновой.
  6.  Оптический.
  7.  Электрический.
  8.  Вихретоковый.

Для контроля изделий лазерной технологии преимущественное распространение получили первые пять. Кроме того, контроль всех видов технологии начинается с визуального осмотра. При этом пользуются различными лупами, а для осмотра внутренних полостей эндоскопами и перископами.

Существует случай, когда неразрушающий контроль проводят методами, ему не свойственными. Для этого из готового изделия вырезают для контроля участок шва, восстанавливая затем изделие.

1. РАДИАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ

Электромагнитные колебания с длиной волны от 100 до 0.0001 пикометров обладают высокой проникающей способностью и широко используются в дефектоскопии для просвечивания деталей.

Источники излучений:

1. Тормозное рентгеновское излучение (100...10 пм) возникает при торможении пучка быстрых электронов на мишени. Быстрые электроны получают в разных ускорителях или от изотопных источников (теллур, стронций) бета - излучения. Спектр излучения сплошной с характеристическими пиками материала мишени. Минимальная длина волны спектра зависит от энергии электронов (ускоряющего напряжения U).

  [мкм] = 1.24 / U [В]

Размер зоны излучения определяется размером пучка электронов и лимитируется допустимой плотностью мощности на мишени. Лучшие характеристики имеют импульсные источники и источники с вращающейся мишенью.

2. Гамма - излучение радиоактивных изотопов, побочного продукта ядерных реакторов. Основными характеристиками изотопных источников являются:

  1.  Период полураспада, в течении которого в ампуле с изотопом расходуется половина активных атомов.
    1.  Энергия основного потока испускаемых квантов (обычно приводится в МэВ)
      1.  Активность Q [ Бк ], определяемая, как число распавшихся в секунду ядер изотопа.
      2.  Ионизационная гамма-постоянная Кг[A*м2/кг*Бк], определяемая как доза излучения (число ионизированных квантов в килограмме воздуха [Kл/кг]=[A*с/кг]) при единичной активности.

2.5. Мощность дозы - доза излучения, полученная за секунду, считается в зависимости от расстояния F до источника:

МЭД = 7.15 * 10-9 * Kг * Q / F * F

Доза излучения в рентгенах 1Р = 0.00025 Кл/кг

Характеристики некоторых изотопов

Изотоп

Энергия квантов МэВ

активность Kr

Период полураспада дней

просвечиваемые толщины

сталь алюминий

Tm 170

0.084

0.002

129

1-20

3-70

Se 75

0.27

0.38

120

5-30

20-200

Ir 192

0.36

0.90

74

5-100

40-350

Cs 137

0.66

0.63

11000

10-120

30-350

Co 60

1.25

2.5

2000

30-200

200-500

2. ПРОХОЖДЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО

При прохождении излучения через вещество происходит взаимодействие квантов с ядрами и электронами оболочки. Это выражается в экспоненциальном ослаблении излучения для узких пучков. При широких пучках наряду с ослаблением следует учитывать добавление рассеянного на материале излучения (фактор накопления), которое возрастает с ростом толщины и уменьшением энергии кванта.

Коэффициенты линейного ослабления [ 1/см ] для некоторых материалов с атомным весом Z даны в таблице:

 

Энергия квантов MэВ

Алюминий Z = 13

Железо  Z = 26

Вольфрам Z = 74

Свинец  Z = 82

Уран    Z = 92

0.01

72

1328

1200

956

2207

0.1

0.46

2.9

84

62

23.4

0.66

0.20

0.6

1.8

0.66

1.2

2.36

1.25

0.15

0.4

1.1

1.16

10.0

0.06

0.2

0.9

0.56

0.96

3. ФИКСАЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЙ

Прошедшее через материал излучение несет информацию о распределении плотности детали в виде теневой картины. Различают следующие способы ее фиксации:

A. Контроль интегрального потока излучения (радиометрия) проводится для контроля толщин и нарушений сплошности. Применяются следующие детекторы:

  1.  Ионизационные камеры представляют два электрода, расположенные в герметичной камере с специальной газовой смесью. Между электродами поддерживается потенциал, создающий в камере напряженность, близкую к пробивной. Каждый квант излучения, пролетающий через камеру и ионизирующий газ, инициирует пробой, который проявляется как импульс тока в цепи электродов. Поток излучения фиксируется либо как число импульсов, либо как средний ток датчика. Газовая смесь в камере подбирается для уменьшения времени пробоя (до 50 мкс).
    1.  Сцинтилляционные счетчики представляют собой скомпонованную в одном приборе комбинацию из люминофорного экрана и фотоэлектронного умножителя. Временное разрешение прибора достигает 1 нс.
      1.  Полупроводниковые датчики, по принципу работы сходные с фотоэлектронными преобразователями. Для увеличения взаимодействия с проникающими излучениями легируются солями тяжелых металлов. Наряду с высокой чувствительностью и малой инерционностью (до 1 нс), обладают малой стабильностью.

B. Фиксация плотности изучения на фоточувствительные материалы (радиография) является на сегодня эталоном чувствительности среди радиационных методов контроля.

Недостатки:

большой объем ручного труда

сложность подбора режимов экспозиции и проявления

значительное время до получения результата

расход фотоматериалов

Достоинство:

объективное документированное результатов контроля.

Можно выделить следующие материалы:

1. Рентгеновская пленка на целлулоидной основе с чувствительным слоем бромистого (йодистого) серебра с обеих сторон. Характеризуется следующими параметрами:

Плотность почернения - логарифм отношения изменения светового потока при прохождении через проявленную пленку (вуаль до 0.2, изображение до 4).

Чувствительность - величина, обратная дозе (в рентгенах), необходимой для почернения пленки до плотности 0.85.

Контрастность - отношение плотностей почернения на пленке. Глаз воспринимает 0.02. Максимальная контрастность у пленок при плотности около 2.

Разрешающая способность - число различимых раздельных линий на 1 мм поверхности.

2. Усиливающие экраны применяют вместе с пленками для увеличения чувствительности за счет преобразования спектров излучения.

Различают экраны:

Металлические из фольги тяжелых металлов отфильтровывают мягкую (рассеянную) компоненту излучения и преобразуют жесткое излучение во вторичные электроны. Усиление до 3 крат с увеличением разрешения.

Флуоресцентные из картона или пластика с люминофором преобразуют жесткое излучение в видимый свет. Усиление до 10 крат, но с потерей разрешения.

3. Полупроводниковая пластина, заряженная до высокого (около 600 В) потенциала и разряженная ионизирующим излучением. Оставшийся потенциал выявляется красящим порошком и отпечатывается на бумаге (аналогично ксерокопии). Метод называется ксерографией или электрорадиографией.

Достоинства:

дешевизна

нет расхода дефицитного серебра

быстрота проявления

качество близко к рентгеновской пленке

Недостатки:

ограниченная гибкость полупроводниковых пластин

дефекты пластины проявляются как дефекты изделия

C. визуализация теневой картины (радиоскопия). Выделяют четыре метода:

  1.  Непосредственное наблюдение теневой картины на флюороскопическом экране (на основе ZnS, CdS, BaSO4, PbSO4), или сцинтилляционных кристаллах (CsI, NaI, KI). Применяют усиление изображения с термо- и электролюминисценцией (разогрев или усиление тока на засвеченных участках экрана). Опасность облучения ограничивает применение метода.
  2.  Усиление яркости изображения с экрана электроннооптическим преобразователем (ЭОП) с последующим визуальным контролем.
  3.  Передача изображения с экрана ЭОП через систему телевидения в безопасное место.
  4.  Проекция теневой картины на фотомишень телевизионной приемной трубки - рентгеновидикона с последующим визуальным контролем на экране дисплея. По чувствительности приближается к радиографии, уступая ей по предельным толщинам просвечивания из-за ограничения по времени накопления.

Применение телевизионных методов контроля удорожает аппаратуру, но улучшает надежность и трудоемкость при применении развитых электронных способов обработки изображений.

Общим недостатком методов радиоскопии является отсутствие объективного документа о результатах контроля.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ КОНТРОЛЯ

Чувствительность контроля и его результаты сильно зависят от параметров режимов контроля. Для гарантии того, что в результате контроля дефект не пропущен из-за снижения чувствительности метода, используют эталоны чувствительности, изготовленные из материала контролируемого изделия и размещаемые вблизи контролируемой зоны изделия:

  1.  Канавочные дефектометры представляют собой пластину с канавками прямоугольного сечения разной глубины.
  2.  Проволочные дефектометры из набора проволок разного диаметра.
  3.  Пластинчатые дефектометры из пластины определенной толщины с набором отверстий разного диаметра.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ:

  1.  Какие генераторы быстрых электронов можно использовать для источника рентгеновского излучения радиационного контроля? Опишите их конструкции.
  2.  Выведите математические соотношения, связывающие размеры дефекта, его теневое изображение и размер активной зоны источника рентгеновского излучения в зависимости от геометрии просвечивания (размеров изделия, расстояний до источника и приемника излучения). Какие причины не позволяют менять геометрию просвечивания произвольно ?
  3.  Какие физические законы определяют поглощение гамма- и рентгеновского излучения в веществе?
  4.  Рассчитайте времена пролета гамма- и бета-частиц с энергией 1 МэВ через ионизационную камеру диаметром 10 мм.
  5.  Почему металлические экраны увеличивают разрешение при радиографии, а флуоресцентные уменьшают? Что дает их комбинация?
  6.  Перечислите, какие трансформации изображения, на Ваш взгляд, полезные для дефектоскопии, можно осуществлять с помощью телевизионной техники.

ЛИТЕРАТУРА:

  1.  Волченко В. Н. Контроль качества сварных конструкций. -М.: Машиностроение, 1986. с. 29...61.
  2.  Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах. Кн. 1 / Под ред. В. В. Клюева.-2-е изд., -М.: Машиностроение, 1986. с. 205...398.
  3.  Яворский М. Б. Детлаф А. А. Справочник по физике. -М.: Наука. 1977. с. 819...852.
  4.  Кухлинг Х. Справочник по физике : Пер с нем. 2-е изд., -М.: Мир, 1985. с. 427...443.
  5.  Неразрушающие испытания. Справочник в 2-х книгах: Под ред. Р. Мак-Мастера. Пер с англ. -М.: Энергия. 1965.

Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах./Под ред.В.В.Клюева.-М.: Машиностроение, 1986.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48303. Относительность одновременности, принцип причинности. Длительность событий. Собственное время. Замедление хода движущихся часов 245.5 KB
  Пусть в системе в точках с координатами в моменты времени происходят два события. В системе им соответствуют координаты и моменты времени . Если события в системе происходят в одной точке и одновременно то . Если события в системе пространственно разобщены но одновременны то Т.
48304. Динамика. Силы. Законы Ньютона 161 KB
  Не является ли первый закон следствием второго Равномерное движение теряет смысл если часы системы отсчета не синхронизированы. То есть законы инерции без указаний системы отсчета теряют смысл. Первый закон Ньютона является независимым законом выражающим критерий пригодности системы отсчета для рассмотрения движения. Полную силу действующую на частицу обозначим через: Так как То То есть релятивистское уравнение движения имеет вид: Системы материальных точек.
48305. Потенциальные силы 154 KB
  Если смещение происходит вдоль одной координатной оси то Для консервативных сил Или Сила поля равна взятому со знаком минус градиенту потенциальной энергии частицы в этой точке поля. Примеры: Нормировка потенциальной энергии. Процедура придания потенциальной энергии однозначности называется нормировкой. Работа силы при поступательном движении материальной точки равна приращению кинетической энергии этой точки.
48306. Силы тяготения 195 KB
  Основной закон был сформулирован Ньютоном: Между двумя телами массы которых m1 и m2 находящихся на расстоянии r действуют силы взаимного притяжения F12 и F21 направленные от данного тела к другому телу причем модуль силы тяготения пропорционален произведению масс тел и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними где гравитационная постоянная. Шарообразные тела со сферически симметричным распределением массы в их объеме взаимодействуют так же как если бы их массы были сосредоточены в центрах шаров. гравитационная энергия...
48307. Конспект лекций по Java. Программирование на Java 2.04 MB
  Под жизненным циклом мы будем понимать процесс, необходимый для создания работающего приложения. Для программ на Java он отличается от жизненного цикла программ на других языках программирования. Типичная картина жизненного цикла для большинства языков программирования выглядит примерно так...
48308. ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ. СТРАХОВАНИЕ 351.5 KB
  Содержание Общая характеристика страхования История возникновения и развития страхования Сущность и функции страхования его роль в развитии экономики Основные понятия и термины используемые в страховании Классификация страхования.
48309. Социально-экономическая сущность страхования и её роль в рыночной экономике 488.5 KB
  Классификация рисков Понятие рисков страхования классификация рисков и риск-менеджмент. Договор страхования и принципы страхования. Социально-экономическая сущность страхования и её роль в рыночной экономике.
48311. БАЗОВЫЙ КУРС ФИЛОСОФИИ 1.16 MB
  Мировоззрение – это совокупность взглядов личности или общества на мир в целом или место человека в этом мире. У любого человека существует потребность в мировоззрении поскольку оно отвечает на самые фундаментальные вопросы человеческой жизни: Что такое мир Что такое человек В чем смысл человеческой жизни и смерти К чему следует стремиться в жизни Что самое важное ценное В чем смысл истории и т. У человека нет такой жизненной программы поэтому он должен сам на свой страх и риск пытаться постичь жизнь в целом проектировать свою...