Методы, основанные на использовании ионизирующего излучения

Неразрушающий контроль с помощью ионизирующих излучений эффективно используют во всех областях народного хозяйства.

В настоящее время в строительстве широко применяют контроль рентгеновскими и гамма-излучениями для оценки физико-механических характеристик материалов и качества конструкций. При определении влаж­ности материала оказывается целесообразным использование потока нейтронов.

Преимуществом применения ионизирующих излучений является возможность быстрого и четкого получения определяемых характеристик. Работа с соответствующей аппаратурой хотя и не сложна, но требует нали­чия подготовленного для этой цели персонала. Необходимо также тщатель­ное соблюдение требований техники безопасности во избежание вредного влияния ионизирующих излучений на организм человека.

3.6.1 Область применения рентгеновского и гамма-излучений

Наиболее важные направления для исследования дефектов в ме­таллических конструкциях следующие.

1.Дефектоскопия сварных соединений.На рис.3.14 схематически показано просвечивание сварного шва. Наличие и положение дефекта выявляется на получаемом фотоснимке по более затемненному участку, воспроизводящему очертания отмечаемого дефекта.

металла). Во избежание этого просвечивание следует производить по двум несовпадающим направлениям.

В то же время именно перпендикулярные к заданному направлению дефекты наиболее четко устанавливаются ультразвуковыми методами, по­скольку даже самые незначительные воздушные прослойки почти полностью гасят волны ультразвуковых колебаний. Оба метода контроля - ультразвуко­вой и с помощью ионизирующих излучений - таким образом, дополняют друг друга.

2. Определение напряженного состояния металла. Зная длину волны монохроматического рентгеновского излучения и угол падения его лучей на поверхность проверяемой детали, можно на основании замеров на соответствующих рентгенограммах вычислить основной параметр кристал­лической структуры исследуемого материала - расстояние между центрами атомов в его кристаллической решетке. Сопоставляя полученное значение с величиной того же параметра в ненапряженном состоянии, можно опреде­лить упругую деформацию материала.

Таким образом, может быть выделена (что без нарушения сплошно­сти неосуществимо другими методами) упругая составляющая деформиро­ванного состояния металла: в сварных швах после их остывания, в зонах рез­ких перепадов напряжений, в деталях, обработанных давлением, например гнутых профилях, и т. д. Измерения при этом производятся (что также очень существенно) на весьма малых участках поверхности (порядка десятых долей мм²).

Однако рассматриваемый метод требует применения сложной ап­паратуры и большой тщательности всех измерений. В то же время напря­жения могут быть оценены лишь со сравнительно незначительной точно­стью (для стали - порядка 100-200 кгс/см²).

Дальнейшие разработки по усовершенствованию рентгеноскопиче­ского метода определения напряжений продолжаются.

В бетоне и железобетоне производятся:

1) определение объемной массы (плотности) как уплотненной бе­тонной смеси, так и бетона в изделиях и конструкциях путем измерения ослабления или рассеивания потока гамма-излучений в бетоне.

На рис.3.17 схематически показано проведение соответствующих измерений. В бетонную смесь погружают зонды различной формы, при по­мощи, которых получают значения плотности или послойно (рис.3.17, а), или усредненно для всей высоты контролируемого слоя (рис.3.17, в). Возможно также применение преобразователя поверхностного типа, регистрирующего рассеянное излучение и не требующего погружения в толщу бетонной смеси. Контроль бетона в готовых изделиях и конструкциях толщиной до 500 мм, имеющих параллельные грани, осуществляется просвечиванием с применением П-образной скобы (рис.3.17, б). При толщине более 500 мм, a также при одностороннем доступе к конструкции используется метод реги­страции рассеянного излучения. В массивных конструкциях возможно также применение зондов, опускаемых в специально пробуренные отверстия.

Измерения должны проводиться на расстоянии не менее 100 мм от края конструкции или формы (для бетонной смеси) и от арматуры диамет­ром от 8 мм. Значения плотности берутся по шкале регистрирующего при­бора, проградуированной в единицах плотности;

Рис.3.17. Определение плотности бетона и бетонной смеси: а - Г-образный зонд; б - П-образная скоба; в - Т-образный зонд;

1 - источник излучения; 2 - приемник излучения; 3 - проводка к регистрирующе­му прибору; 4 - пучок излучений; 5 - рассеивание излучения; 6 - защитный эк­ран; 7 - бетонная смесь; 8 - бетонная смесь или бетон (в изделиях и конструк­циях); 9 - бетонный элемент; 10 - металлическая скоба

2) контроль однородности и дефектоскопию бетона производят сопоставлением результатов просвечивания в различных участках и точках конструкции. Отдельные дефектные участки целесообразно фиксировать на снимках. Для отчетливого выявления трещин просвечивание следует вести под углом не более 5° к их направлению;

3) определение положения и диаметра арматуры, а также толщи­ны защитного слоя бетона. Схема просвечивания показана на рис.3.18. Диа­метр арматуры d и толщина защитного слоя бетона b определяются из выра­жений:

Рис.3.18. Определение диаметра арматуры и толщины защитного слоя бетона: 1 - просвечиваемый бетонный элемент; 2 - арматурный стержень; 3 - фотопленка, приложенная к нижней поверхности элемента; 4 и 4' - положения источника излу­чения; а - расстояние от центра стержня до нижней грани элемента; b - толщина защитного слоя; с - перемещение источника излучения; с' - сдвиг края проекции при перемещении источника излучения из 4 в 4'; d - диаметр стержня; d' - проек­ция стержня на фотопленку; F - фокусное расстояние

Перспективным является применение легких переносных бетатро­нов, обладающих высокой чувствительностью и большой проникающей способностью излучения.

3.6.2. Область применения нейтронного излучения

Для просвечивания деталей и конструкций применяют переносные источники нейтронных излучений. Поскольку нейтроны, как электрически нейтральные частицы, непосредственно на фотопленку не действуют, поль­зуются следующими приемами:

1) при «прямом» методе рядом с фотопленкой помещают нейтроактивизируемый металлоэкран. Проходя через последний, нейтроны воз­буждают в нем поток гамма-излучений, фиксируемый на пленке;

2) при «косвенном» методе облучению нейтронами подвергается металлический экран, который тотчас переносится в фотокассету, где наве­денное гамма-излучение облучает пленку. Этот способ дает более четкие изображения. Применяются также и другие методы регистрации.

Особенностью нейтронного потока является то, что как замедление скорости нейтронов, так и их рассеивание тем значительнее, чем легче ато­мы просвечиваемого материала.

Наиболее эффективным оказывается поэтому применение нейтро­нов для определения влажности материалов - бетона, древесины и др. (различаются при этом атомы водорода как свободной, так и химически связанной воды); выявления в бетоне пор, заполненных водой, которые поч­ти совершенно не обнаруживаются другими методами; просвечивания пла­стмасс, в том числе расположенных за металлическими оболочками и т. д.

В сварных швах металлоконструкций нейтронными излучениями выявляются ликвации (неоднородности химического состава сплавов, воз­никающие при кристаллизации), не обнаруживаемые рентгеновскими и гамма-методами.

Разработка нейтронных методов испытаний продолжается.