Источники высокоэнергетического фотонного излучения.

В радиационной дефектоскопии применяют следующие ускорители

электронов: линейные ускорители, микротроны и бетатроны. Благодаря высокой энергии излучения эти источники целесообразно использовать при контроле изделий толщиной 70мм и выше.

Ускорители представляют собой компактные установки, состоящие из

излучателя и блоков электропитания, теплообменников и управления.

Линейный ускоритель (рис.1.11) выполнен в виде вакуумной цилиндрической ускорительной камеры 1 с фокуструющим электромагнитом 2, расположенным на поверхности цилиндра.

Рис.1.11. Схема линейного ускорителя:

1 – камера; 2 – электромагнит; 3 – генератор; 4 – волновод; 5 – электронная пушка; 6 – мишень; 7 – вакуумный насос

Высокочастотный генератор 3 обеспечивает получение в волноводе 4 бегущей электромагнитной волны, электрическое поле которой направлено по оси цилиндра.

Электроны, генерируемые пушкой 5 импульсно с энергией 30-100кэВ, ускоряются электрическим полем бегущей волны. Затем ускоренные электроны попадают на мишень 6, в которой возникает тормозное излучение с экспозиционной дозой (5÷75000)⋅10⁵Кл/кг. Преимущество линейных ускорителей состоит в большой интенсивности тормозного излучения. Так, линейные ускорители с энергией 10-25МэВ создают тормозное излучение, мощность экспозиционной дозы которого составляет 2000-25000Р/мин на расстоянии 1м от мишени. Благодаря этому, их с успехом можно применять при контроле материалов толщиной 400-500мм.

Микротроны(рис.1.12) - циклический резонансный ускоритель электронов с постоянным во времени и однородным магнитным полем.

Рис. 1.12. Схема микротрона: 1 – камера; 2 – электромагнит; 3 – волновод; 4 – электронная пушка; 5 – шины; 6 – резонатор; 7 – вакуумный насос

В микротроне электроны, запущенные в вакуумную камеру 1, движутся по окружностям различного радиуса, но имеющим общую точку касания в том месте, где расположен резонатор, сверхвысокочастотное поле которого ускоряет электроны. Резонанс ускорения создается в результате кратного увеличения периода высокочастотного напряжения при каждом пересечении электронами ускоряющего зазора резонатора. Резонатор возбуждается через волновод 3 посредством мощной импульсной электронной пушки 4. Вакуумная камера находится под непрерывной откачкой с помощью насоса 7. Ускоренные электроны на последней орбите либо попадают на мишень 5, в которой возникает рентгеновское излучение с экспозиционной дозой в диапазоне (4÷70)⋅10^-3Кл/кг, либо с помощью специального устройства выводятся из камеры. Электронный пучок микротрона, в отличие от других типов ускорителей, обладает высокой моноэнергетичностью.

Основные преимущества микротрона заключаются в высокой интенсивности рентгеновского излучения, малой расходимости и относительно малом поперечном сечении пучка электронов (эффективное фокусное пятно составляет 2-3мм) в диаметре.

Линейные ускорители и микротроны обладают малым фокусом и обеспечивают получение тормозного рентгеновского излучения высокой интенсивности, благодаря чему являются перспективными источниками излучения для радиационной дефектоскопии.

Использование линейного ускорителя ЛУЭ-10/1Д сокращает время просвечивания по сравнению с изотопом Со⁶⁰в 15-20 раз, а чувствительность

контроля составляет 0,8-1,0%.

Бетатроны. В бетатронах ускорение электронов происходит при их движении по круговой орбите в возрастающем во времени магнитном поле. Бетатрон (рис. 1.13) выполнен в виде тороидальной вакуумной ускорительной камеры 1, расположенной между полюсами электромагнита. Электронная пушка 2 генерирует электроны в тороидальную камеру, где они ускоряются в вихревом электрическом поле, создаваемом переменным магнитным полем. Возрастающее во времени магнитное поле не только обеспечивает ускорение электронов, но и удержание их на орбите постоянного радиуса, проходящей внутри камеры бетатрона. В конце цикла ускорения электроны смещаются со своей орбиты и попадают на мишень 4, в которой возникает тормозное излучение со сплошным спектром.

Рис.1.13. Схема бетатрона:

1 – камера; 2 – электронная пушка; 3 – корпус магнита; 4 – мишень

Фокусировка пучка электронов происходит в процессе их ускорения, в результате этого диаметр пучка перед соударением с мишенью составляет несколько десятых долей миллиметра. Фокус пучка тормозного излучения у бетатронов меньше по размерам, чем у линейных ускорителей и микротронов.

Несмотря на то, что бетатроны обеспечивают меньшую, чем линейные ускорители и микротроны, интенсивность излучения, их наиболее широко применяют в дефектоскопии благодаря меньшей массе, небольшим габаритом и более высоким эксплуатационным и экономическим показателям.

С помощью этих бетатронов можно контролировать изделия толщиной до 500мм. Микротроны и бетатроны являются источниками ионизирующегоизлучения только по радиографии.

Технология контроля качества сварных соединений.Наиболее распространенным методом контроля является радиография. Детектором здесь служит радиографическая пленка. Покажем на примере радиографических методов технологию контроля качества. Данная технология включает в себя следующие операции:

выбор источника излучения (рентгеновские источники для объектов ответственного назначения; изотопы —для контроля труднодоступных мест и в условиях монтажа, ускорители электронов — для контроля больших толщин и преимущественно в цеховых условиях);

выбор радиографической пленки (РТ-1 — для сварных соединений больших толщин; РТ-2 — при уменьшенном времени экспозиции для широкого спектра толщин; РТ-3 и РТ-4 — для малых толщин для получения контрастных снимков ; РГ-5 — для ответственных сварных соединений; типа РМ и РТ-2 — при использовании усиливающих экранов);

определение оптимальной схемы просвечивания в соответствии с рис. 6.15;

нахождение и опытная отработка режимов просвечивания (фокусное расстояние от 300 до 700 мм; экспозицию в виде произведения тока трубки на время или для гамма-излучения в виде гамма-эквиваленте радия на время по номограммам /35/ и по эталонам чувствительности);

подготовка объекта к просвечиванию (удаление загрязнений, шлака, масла и т. д.; разбивка на участки и маркировка, укрепление кассеты с пленкой и эталонов чувствительности на изделии);

просвечивание;

фотообработка снимков (проявление, закрепление в фиксирующем растворе, окончательная промывка и сушка);

расшифровка снимков и установление вида и размера дефектов в соответствии с требованиями ГОСТ 7512-82 к качеству снимка;

оформление результатов контроля (при сокращенной записи Т — трещины, Н — непровары; П — поры, Ц — це­почка пор, Ш — шлаковые включения. В — вольфрамовые включения, Р — разностенность, О — ослабления корня шва, См — смещение кромок). Форма регистрации дефектов по снимку производится по ГОСТ 23055-82.

Рис. 6.15. Схемы просвечивания

1 — источник излучения; 2 — контролируемый участок; 3 — кассета с пленкой

Пример записи для стыкового шва С5 длиной участка 300 мм с чувствительностью снимка К= 2%: С5,300 мм, 2%, дефекты: 2Ш20, 4ПЗ, Ц20П4хЗ. Запись показывает, что в шве обнаружено 2 непровара по 20 мм, 4 поры диаметром 3 мм, цепочка пор 20 мм с длиной 4 мм и шириной 3 мм.

Нормы дефектности устанавливают по ТУ, СНИПам, ГОСТам и по другой нормативно-технической документации. Например, ГОСТ 23055-78 устанавливает семь классов сварных соединений с толщиной 1...400 мм по максимально допустимым размерам дефектов (увеличение размеров допустимых дефектов происходит от 1 к 7 классу). В заключении по контролю необходимо отразить: годен или не годен сварной шов.

Ксерорадиографический и флюорографический методы контроля.

Ксерорадиография. Этот метод контроля представляет собой процесс получения изображения на поверхности пластины, свойства которой изменяются в соответствии с энергией воспринятого рентгеновского или гамма-излучения.

Чувствительность ксерографического метода контроля зависит от энергии излучения, степени ослабления излучения в материале, разрешающей способности пластин и процесса проявления (свойств проявляющего порошка и метода его нанесения). Чувствительность ксерографического метода несколько ниже радиографического на рентгеновскую пленку. К преимуществам ксерографического метода относят оперативность получения снимка и сухой метод проявления. Методом фотосъемки с одной ксерограммы можно сделать высококачественные фотографии с большим числом копий.

При ксерографии отпадает необходимость в дефицитных материалах и процессах фотообработки. Стоимость контроля по сравнению с радиографическим снижается в 6-7 раз. Недостатки, сдерживающие ее массовое применение: низкое качество пластин; трудности контроля больших изделий из-за ограниченности размеров пластин; возможность использования только плоских пластин; пластины подвержены влиянию влажности и низкой температуры.

В промышленности применяют установки, которые позволяют контролировать материалы толщиной до 20 мм. В качестве источников излучения чаще всего используют серийные рентгеновские аппараты, хотя могут применяться и гамма-аппараты, имеющие в качестве изотопов Ir ₁₉₂ или Cs₁₃₇.

Флюорография. Этот метод контроля заключается в регистрации рентгеновского или гамма-излучения на фотобумагу или фотопленку, содержащих в 7-9 раз меньше серебра, чем рентгеновская пленка. Необходимым условием является обязательное сочетание фотобумаги или фотопленки и усиливающих флуоресцентных экранов. Ионизирующее излучение падает вначале на экран с флуоресцентным слоем для формирования оптического изображения, которое фиксируется на фотобумаге, контактирующей с флуоресцентным экраном.

Существенным преимуществом при просвечивании на фоторегистратор является уменьшение времени экспозиции и обработки снимка. Время просвечивания рентгеновским аппаратом на флюорографическую пленку в 5-6 раз меньше радиографии с применением обычных пленок, а при флюорографии и радиографии с помощью высокоэнергетических источников излучений (Co⁶⁰, линейный ускоритель) фактически одинаково. Значительно меньше расходуется времени на обработку фотобумаги по сравнению с радиографической пленкой.

Цветовая радиография. Обычный черно-белый рентгеновский снимок содержит только один оценочный параметр - яркость серого оттенка. Цветное изображение в отличие от черно-белого позволяет получить два добавочных параметра: цвет и насыщенность. Благодаря этому увеличивается информативная способность радиографического снимка.

Для получения цветного изображения с помощью черно-белой фотопленки делают два или три снимка контролируемого объекта рентгеновским излучением различной энергии и интенсивности (косвенный метод). При этом экспортируют поочередно каждую пленку или одновременно все пленки с использованием фильтров для селекции рентгеновского излучения. В результате изменения эффективной энергии рентгеновского излучения изображения на каждой пленке отличаются друг от друга. Затем черно-белые негативы окрашивают, например, первый снимок в красный цвет, второй в зеленый, третий в синий и составляют вместе.

Расшифровку полученного изображения производят на негатоскопе. Оператор воспринимает больше оттенков цвета, чем градаций яркости, что облегчает контроль качества и повышает его достоверность за счет учета одновременно большего объема информации.

Другим способом цветной радиографии является непосредственное использование цветной фотопленки (прямой метод). Этот метод основан на различной чувствительности и контрастности эмульсионных слоев многослойных фотографических или рентгенографических цветных пленок при воздействии на них ионизирующего излучения. Если пленку просвечивать рентгеновским или γ- излучением, то пленка окажется разбалансированной как по контрасту, так и по чувствительности. После проявления на ней появляются различные цветовые оттенки, обусловленные интенсивностью падающего света.

При цветной радиографии улучшается выявляемость дефектов и возможность контроля изделий с большими перепадами толщин, а также определение размеров дефектов в направлении просвечивания.