Разработка методики радиографического контроля сварных швов коробчатых балок

Введение

 

Одной из важней задач  промышленности является повышение  качества продукции на основе всемерного использования достижений научно-технического прогресса. Качество продукции в значительной степени зависит от применяемых методов и средств неразрушающего контроля.

Неразрушающие методы контроля имеют очень важное значение для  повышения надежности изделий и материалов в различных отраслях народного хозяйства республики. Широкое распространение этих методов обусловлено тем, что они позволяют избежать больших потерь времени и материальных затрат.

В настоящее время  ко многим конструкциям и изделиям ответственного назначения предъявляются повышенные требования, вследствие чего возникает необходимость проведения 100% комплексного неразрушающего контроля. В комплексных методах неразрушающего контроля радиационная дефектоскопия занимает основное место. При контроле литья, сварных, паяных и других неразъемных соединений удельный вес радиационной дефектоскопии среди всех методов и средств неразрушающего контроля составляет более 80%. Широкое распространение радиационной дефектоскопии обеспечивается благодаря тому, что теневая картина, получаемая при просвечивании контролируемого объекта, содержит наиболее полную информацию о его внутренней структуре.

Важную роль играет радиационная дефектоскопия в сварочном производстве, многие виды сварочных соединений подвергаются на 100% радиографическому контролю.

Радиационный контроль – вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации и анализе  проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с контролируемым объектом.

Радиационные методы неразрушающего контроля используют излучения  электромагнитной или корпускулярной природы с частотой колебаний более 1017 Гц, энергией свыше 0,3 кэВ.

В основе радиационного  контроля лежит получение дефектоскопической информации об объекте с помощью ионизирующего излучения, прохождение которого через вещество сопровождается ионизацией атомов и молекул среды.

В зависимости от способа  получения первичной информации различают радиографический, радиометрический и радиоскопический методы контроля.

1 Анализ методов  и средств неразрушающего контроля сварных соединений.

 

Объектом контроля является коробчатые балки, изготовленные из стали 20.

Недопустимыми дефектами сварного шва являются поры шлаковые включения, непровары, трещины.

Проанализируем различные  методы неразрушающего контроля с точки  зрения возможности их применения для  обнаружения дефектов в сварных  швах коробчатых балок. Так как обнаружению подлежат внутренние дефекты, то оптические методы и методы контроля течеисканием для этих целей не пригодны. Весьма проблематично применение для обнаружения дефектов в сварных конструкциях тепловых методов. Остановимся более подробно на анализе акустических, вихретоковых, радиационных и магнитных методов контроля.

Магнитные методы контроля основаны на обнаружении магнитных  полей рассеяния, возникающих при наличии различных дефектов сплошности, в намагниченных изделиях из ферромагнитных материалов. Поля рассеяния могут фиксироваться с помощью различных индикаторов и преобразователей: магнитного порошка, феррозонда, индукционного преобразователя и т.д.

Для надежного обнаружения  дефектов в изделиях магнитопорошковым  методом контролируемая поверхность  должна быть зачищена до шероховатости, значение которой определяется требуемой чувствительностью метода.

При контроле сварных  соединений и ферромагнитных объектов достаточно широко применяют магнитографический метод контроля. В этом случае магнитные потоки рассеяния, обусловленные дефектами сплошности металла, записываются на магнитную ленту, затем запись считывается на дефектоскопе. О наличии дефектов судят  по виду сигналограммы на экране дефектоскопа. Магнитографический метод контроля имеет ряд достоинств: высокую чувствительность (особенно к поверхностным и подповерхностным дефектам), высокую производительность, наличие документа свидетеля о контроле, низкие требования к чистоте контролируемой поверхности [3].

Вихретоковый вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Его применяют только для контроля изделий из электропроводящих материалов. Вихретоковый вид позволяет выявить поверхностные и подповерхностные трещины глубиной 0,1…0,2 мм и протяженностью более 1мм., расположенные на глубине до 1мм. На чувствительность значительное влияние оказывает зазор между преобразователем и поверхностью контролируемого изделия, а также взаимное расположение преобразователя и изделия, форма и размеры объекта контроля. С увеличением зазора чувствительность метода резко падает. Существенно снижает чувствительность метода к обнаружению дефектов и структурная неоднородность зоны контроля [3].

Вихретоковые методы редко применяют при контроле сварных швов, так как электропроводность отдельных зон шва и около шовной зоны значительно меняются, то это создает помехи при выявлении дефектов сварного шва [3].

Акустический вид неразрушающего контроля основан на регистрации  параметров упругих волн, возникающих или возбуждаемых в объекте. К основным преимуществам ультразвуковой дефектоскопии относятся высокая чувствительность, мобильность аппаратуры, оперативность в получении результатов, низкая стоимость контроля. Методы широко распространены в промышленности для выявления дефектов: трещин, непроваров, шлаковых включений в сварных швах, – при толщине стенки изделия от 1 до 2800 мм. Основными недостатками акустических методов являются высокие требования к чистоте обработки поверхности объекта контроля, трудность создания надежного акустического контакта между преобразователем и изделием, имеющим криволинейную поверхность, неудовлетворительная выявляемость дефектов в поверхностном слое металла. Последнее особенно важно при контроле тонкостенных изделий, так как в этом случае могут быть пропущены дефекты значительной величины (по отношению к толщине стенки изделия), которые сильно ослабляют контролируемое сечение [5].

Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации  и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с контролируемым объектом.

Радиографический метод контроля позволяет получать теневое изображение  контролируемого объекта, просвечиваемого  рентгеновским или гамма –  излучением. В зависимости от способа регистрации и типа детектора различают два основных метода радиографии — прямой экспозиции и переноса изображения. Метод прямой экспозиции является наиболее распространенным методом промышленной радиографии, при котором используются источники ионизирующего излучения практически всех видов. Просвечивание изделий производится на радиографическую пленку. Метод переноса изображения применяют при нейтронной радиографии и ксерорадиографии (электрорадиографии). К преимуществам радиографии относятся высокая чувствительность при обнаружении мелких дефектов, объективность получаемых результатов, представляемых в виде теневой картины просвечиваемого объекта, возможность определять линейные размеры и глубину залегания дефекта. Недостатками метода являются низкая производительность контроля, большой расход рентгеновской пленки и реактивов [2].

Нейтронная радиография — метод  неразрушающего контроля, основанный на просвечивании исследуемого объекта  коллимированным пучком нейтронов  и регистрации теневого изображения объекта на рентгеновской пленке или другом детекторе (рис.1.1).

Физической основой  нейтронной радиографии является зависимость  сечения взаимодействии излучения  с веществом от характеристик  вещества и, прежде всего от его атомного номера и массового числа [4].

1—источник медленных  нейтронов, 2—защита, 3—диафрагма, 4—затвор, 5—коллиматор, 6—пучок нейтронов, 7—изделие, 8—детектор, 9—камера.

Рисунок 1.1. – Схема просвечивания при нейтронной радиографии.

 

Ксерорадиография (электрорадиография) по сравнению с пленочными методами контроля обладает рядом преимуществ, к числу которых относятся зкспрессность метода и значительное сокращение затрат при сохранении чувствительности к выявлению дефектов, близкой к радиографическому снимку [1].

Ксерорадиографические пластины, применяемые при контроле методом переноса изображения, реагируют на прошедшие через объект рентгеновские или гамма – излучение в виде изменения параметров электрического поля, нанесенного на их поверхность таким образом, что остаточный заряд, образующий скрытое электростатическое изображение внутренней макроструктуры контролируемого объекта, пропорционален изменению интенсивности излучения. Ксерорадиографическая пластина является промежуточным преобразователем радиационной информации в частиц) для неразрушающего контроля и базируется на особенностях распространения и взаимодействия их с веществом. Последовательность контроля и основное оборудование и приспособления для контроля – те же, что и при рентгеновском и гамма – графировании. Главной областью применения протонной радиографии   является контроль тонких изделий или их частей типа листа, фольги, стенки и т.п. [4].

Радиоскопический метод  основан на получении дефектоскопической информации о контролируемом объекте  с помощью флуоресцирующих экранов, электроннооптических преобразователей, оптических усилителей и телевизионных систем при визуальном анализе светотеневой картины, получаемой на выходном экране в результате прохождения ионизирующего излучения через объект исследования [1].

Методы радиоскопии позволяют исследовать контролируемый объект непосредственно в момент его просвечивания. Поэтому сокращается до минимума характерный для радиографии разрыв во времени между началом контроля и моментом получения заключения о качестве контролируемого объекта. Благодаря малой инерционности радиоскопических систем объект можно контролировать под различными углами к направлению просвечивания, при этом повышается вероятность обнаружения дефектов и обеспечивается возможность контроля деталей и узлов как в эксплуатационных условиях, так и в условиях поточного производства (рис. 1.2).

Для преобразования скрытого радиационного изображения в  светотеневое или электронное используют люминесценцию кристаллических  веществ под действием ионизирующего  излучения и фотоэффект под действием этого излучения или вызванной им люминесценции [1]. Проведен анализ современных рентгеновских аппаратов применяемых в радиационной дефектоскопии

Во всех системах рентгеновской  интроскопии первичным процессом  является преобразование теневого рентгеновского изображения в систему распределенных по плоскости входного элемента интроскопа параметров, различных по физической природ в соответствии с выбранным типом экрана преобразователя [1].

электростатическое изображение, которое в дальнейшем переносится и закрепляется на бумаге с помощью красящих веществ пигментов [1].

Протонная радиография  основана на использовании потока протонов (α -

1—дефект, 2—преобразователь  излучения, 3—изображение дефекта  на преобразователе, 4—радиационное  изображение, 5—объект, 6—рентгеновский луч.

Рисунок 1.2 – Общая схема системы рентгено – визуального контроля.

 

Таким образом, анализ неразрушающих  методов контроля показал, что наиболее приемлемым методом для обнаружения дефектов в данном изделии является радиографический метод контроля вследствие его высокой чувствительности и производительности.

Рассмотрим некоторые  приборы применяемые для радиографического  метода контроля:

Портативный рентгеновский аппарат ИНТРОВОЛЬТ-120 [13] Характерные особенности:

• надежные рентгеновские трубки с заземленным анодом;
• высокостабильное напряжение постоянного потенциала (DC-output);
• широкие пределы регулировки напряжения и тока;
• высокая эффективность позволяет уменьшить время экспозиции;
• жидкостная система охлаждения с замкнутым циклом (вода или антифриз);
• расстояние от блока управления до излучателя до 800 м;
• непрерывная работа до 24 часов при температуре окружающей среды до 40°С;
• преобразование на высокой частоте;
• микропроцессорное управление;
• встроенная сигнальная лампа;
• часы и календарь;
• полностью автоматическое включение и тренировка трубки;
• сохранение до 256 программ в энергонезависимой памяти;
• сохранение 1024 режимов последних измерений;
• большой графический LCD-дисплей с подсветкой;
• подсветка клавиатуры.

Рисунок 1.3 – Портативный рентгеновский аппарат ИНТРОВОЛЬТ-120

 

Таблица 1.1 – Технические характеристики ИНТРОВОЛЬТ-120

Максимальное напряжение	120 кВ
Максимальный ток трубки	12 мА
Максимальная долговременная мощность	300 Вт
Размер фокусного пятна при DC потенциале типовое максимальное	~0.48x0.48  не более 0.72x0.72
Материал анода	Вольфрам
Максимальная температура анода	80°С
Угол расхождения пучка	30°х30°
Рабочий цикл при температуре 30°С	100% (по крайней мере в течении  24 часов)
Количество предварительных программ	256
Память последних включений	1024
Последовательный интерфейс	1 х RS232
Максимальная потребляемая мощность	< 0.5 кВт
Питание	220В ±12% 50 Гц

 

Радиографический сканер CR50P [11].

 Прибор СR50P, переносной компьютеризированный радиографический сканер с использование фосфорных пластин. Это легкий и компактный прибор, который можно использовать при диагностике в полевых условиях, а также на удаленных объектах. Это первый портативный сканер для работы в полевых условиях с возможностью сканирования 50 мм, данный прибор идеален для использования там, где требуется высокая производительность и высокое разрешение.