Радиационная дефектоскопия сварных соединений

При изготовлении металлоконструкций, рассчитанных на большую нагрузку, исключается образование микроскопических трещин, пор, подрезов, неполного провара и прочих деформаций. Для этого перед началом эксплуатации проводится радиационная дефектоскопия сварных соединений – технология контроля качества, в основу которой заложены изотопные и рентгеновские источники ионизирующего излучения. Ею оценивают безопасность и качество швов на металлоконструкциях, газо- и нефтепроводах, наложение которых ведется с применением ручной, полуавтоматической или автоматической электродуговой сварки.

История создания и внедрения методики

Изначально посредством радиационной дефектоскопии оценивали качество швов на металлоконструкциях, использовавшихся в авиации. Со временем ученые и практики накопили достаточно знаний, чтобы в 1934 г. выпустить первое пособие, в котором детально описали технологию просвечивания участков электродуговой сварки рентгеновскими лучами. В середине XX в. благодаря значительному расширению опытно-конструкторской и научно-исследовательской баз производство рентген-установок удалось поставить на поток.

К началу 1960-х гг. для контроля качества сварных соединений по данной технологии выпускались типовые установки. Это были преимущественно РУП-устройства, разработкой которых занимался завод «МосРентген». Преимуществами этих аппаратов:

• Диапазон энергии рентгеновского облучения от 50 до 400 кВ,
• точная фокусировка рентгеновских трубок,
• жесткость облучения,
• мощность.

На развитие и усовершенствование технологии повлиял советский ученый Трапезников А. К., а также его последователи – Борщев Б. В., Назаров С. Т., Сильченко О. Т., Чернобровов С. В.

Физические основы методики

Радиационная дефектоскопия – технология, в основу которой заложены физические свойства гамма и рентгеновских лучей. Они проникают сквозь разные материалы, которые в зависимости от вида и толщины поглощают их.

Чтобы обнаружить внутренний брак в исследуемых объектах, используют:

• радиоактивный изотоп или рентгеновскую трубку, которые выступают в качестве источника облучения;
• фотобумагу, рентгеновскую пленку, ксерорадиографическую пластинку или электронно-оптический преобразователь, которые выполняют функцию детектора.

Во время проверки на одной стороне исследуемого объекта устанавливают детектор, на противоположной – источник излучения. Если на шве есть дефекты, степень поглощения гамма или рентгеновских лучей, проходящих через него, будет разной. При этом детектор будет фиксировать лучи разной интенсивности. К примеру, если дефект заполнен газом или неметаллическими включениями, лучи практически не ослабнут. Если в качестве детектора при этом использовать рентгеновскую пленку, то на уровне деформации она приобретет более темный цвет. Из-за высокой чувствительности к излучению, этот материал чаще других используют в рентгенографической методике.

Однако рентгеновская пленка не всегда способствует получению точных результатов. Есть дефекты, которые даже она не способна выявить. Чаще всего точность метода снижается, если внутри просвечиваемого сварного шва находятся микроскопические дефекты.

Согласно ГОСТ 7512-82, существует два вида чувствительности этой методики дефектоскопии – относительная и абсолютная. На их величину влияет плотность и толщина исследуемого шва, форма и местоположение брака, энергия облучения. Чувствительность может меняться, исходя из параметров рентгеновской пленки, среди которых размер, фокусное расстояние и пятно.

Сфера применения и алгоритм рентгенографического метода

Радиографическая технология используется для обеспечения целостности соединений в металлоконструкциях. Если вовремя подвергнуть их проверке по радиационной дефектоскопии, можно обнаружить в нем микропоры, трещины, подрезы, оксидные прожоги и прочие дефекты, которые скрыты при внешнем осмотре. Методика не используется для выявления:

• трещин и неполных проваров, расположенных в разной с направлением излучения плоскости;
• прерывистых участков и скоплений, размер которых меньше допустимого;
• прерывистых участков и скоплений, которые на детекторе сливаются с посторонними деталями, резкими изменениями толщины, острыми углами и пр.

Рентгеновские лучи – не единственный тип излучения, к которому прибегают, чтобы проконтролировать качество сварных соединений. Для этого также применяют бета и гамма-излучение. Их отличия заключаются в сфере применения. Рентгенография характеризуется высокой чувствительностью. Однако ее чаще всего используют в условиях цеха. В полевых условиях метод применяют только тогда, когда к местам электродуговой сварки предъявляются высокие стандарты. Бетатронная радиография также используется в цехах, но только тогда, когда исследуются слишком толстые сварные швы. Метод гаммаграфии доказал свою эффективность в случаях, когда качество швов приходиться проверять в сложных полевых условиях и отдаленной местности.

Радиографический контроль сварного соединения – процедура, состоящая из нескольких последовательных операций. Среди них:

1. Выбор источника. Здесь в первую очередь учитывают экономическую целесообразность и технические характеристики источника излучения. Если это пленка, то она должна соответствовать производительности детектора и характеристикам исследуемого шва.
2. Подготовка. До процедуры место электродуговой сварки внимательно рассматривают и очищают от мусора. Если на его поверхности будут повреждения, они затемнят изображение. Большие зоны разбиваются на отдельные участки и маркируются.
3. Непосредственно просвечивание. Во время просвечивания источник излучения не должен смещаться или вибрировать. В противном случае это исказит результаты проверки. После того, как просвечивание завершено, пленку убирают и отправляют на обработку.
4. Фотообработка. Во время обработки пленку проявляют, промывают, фиксируют на ней изображение, снова промывают в стоячей воде, еще раз промывают и сушат в течение 3-4 часов при температуре до +35 градусов.
5. Расшифровка. Полученные изображения внимательно изучаются на наличие дефектов. Для этого используют измерительную лупу и линейку. При этом ориентируются на специальные эталоны. К расшифровке допускаются изображения, на которых отсутствуют полосы, пятна, повреждения и загрязнения. При этом расшифровщик должен уметь дифференцировать реальные дефекты от плохой обработки или некачественного детектора.

По результатам проверки составляется заключение о качестве сварного соединения. В нем используются специальные сокращения, а сами дефекты разбиваются по группам – скопления, цепи, одиночные дефекты.

Преимущества технологии

Радиационная дефектоскопия сварных соединений – методика, входящая в число наиболее точных. Ее используют на предприятиях, занятых производством металлоконструкций, которые предназначены для высоких нагрузок. Перед проведением дефектоскопии выбирают:

• источник излучения,
• радиографическую пленку,
• параметры просвечивания.

Как правило, если контролируемый объект изготовлен из плотного вещества с высоким зарядовым числом атомного ядра, проникающая способность рентгеновских или гамма лучей снижается.

Использование данной технологии в контроле качества сварных соединений позволяет выявлять следующие дефекты:

• поры,
• одиночные или массовые включения вольфрама,
• одиночные или массовые включения шлака,
• повреждения в продольной или поперечной плоскости,
• прерывистый или сплошной неполный провар,
• прожженные участки,
• подрезы и др.

К минусам метода можно отнести неспособность выявлять микротрещины. Именно поэтому его применение эффективно при привлечении дополнительных методов неразрушающего контроля, например, люминесцентного, магнитного или ультразвукового.

Чувствительность методики

На точность методики влияет несколько факторов. В основном, это характеристики:

• исследуемого места электродуговой сварки (химический состав, зарядовое число атомного ядра, толщина, плотность, физические свойства);
• источника излучения (экспозиционная доза, мощность, активность);
• детектора (площадь рабочей области, спектральная чувствительность, параметры яркости, инерция, разрешающая способность и т.д.).

Эти данные используются для оценки относительной и абсолютной чувствительности радиоконтроля. Они также помогают изучить динамические и геометрические характеристики получаемого изображения.

Световая картинка в рентгено-гаммаграфической технологии формируется на основе нескольких параметров:

• предела разрешения,
• преобразования изображения,
• степень резкости рассеяния.

ГОСТ 7512-82 допускает случаи, когда абсолютная чувствительность превышает минимальный дефект исследуемого участка в 2 раза. Главное здесь не ошибиться с выбором направления излучения, энергией лучей, мощностью детектора и др.

Оборудование для дефектоскопии сварных швов

В этой методике дефектоскопии используют несколько видов рентгеновского оборудования. В их конструкцию входит:

• рентгеновская труба, помещенная в защитный корпус;
• генератор высокого напряжение, в состав которого входит пара трансформаторов и выпрямитель;
• пульт управления, состоящий из сигнальной установки, измерительных датчиков, регулятора силы тока и напряжения, трансформатора.

В зависимости от принципа работы, рентгеновские аппараты, используемые в дефектоскопии сварных швов, делятся на импульсные приборы и приборы с постоянной нагрузкой. В состав импульсного оборудования входит рентгеновский и управляющий блоки. Оборудование с постоянной нагрузкой делятся на:

• моноблоки,
• кабельные приборы.

Моноблоком называют устройство, основным элементом которого служит блок-трансформатор, состоящий из трансформатора высокого напряжения и рентгеновской трубы. Обычно эти аппараты отличаются небольшим весом и компактностью. Их используют тогда, когда нужна маневренность и когда излучатель отдален от пульта управления более чем на 30 м.

Кабельные рентгеновские аппараты комплектуются автономным генератором, рентгеновской трубкой и пультом управления. Обычно они передвижные, поэтому используются преимущественно в лабораториях и цехах.