Радиофизические методы диагностики материалов и сред (стр. 19 )

4.4.4 Дефектоскопия и контроль внутреннего строения

Выявление внутреннего строения контролируемых объектов и наличия в них дефектов производится путем анализа прошедшего излучения и чаще всего с использованием преобразователей излучения в видимое изображение. Обобщенная схема радиационного контроля качества по прошедшему излучению приведена на рис. 4.5.

Источник излучения ИИ создает поток энергии соответствующего вида излучения. Чтобы излучение шло только в область, где располагается контролируемый объект КО, источник излучения ИИ помещен в защитный контейнер ЗК, который, кроме того, снижает загрязнение излучением окружающей среды. Для того чтобы контролируемый объект облучался только в течение определенного времени, на пути излучения установлен затвор З. Излучение источника И может содержать компоненты излучений различных видов или спектрального состава, в связи с чем на пути устанавливается фильтр Ф, пропускающий только необходимую часть излучения. Помимо того, в состав фильтра может входить коллиматор, который улучшает конфигурацию поперечного сечения выходящего потока излучения. В контакте с контролируемым объектом находятся: компенсатор КМ, эталоны чувствительности ЭЧ и маркировочные знаки МЗ.

Рис. . Обобщенная схема радиационного контроля по прошедшему излучению

Компенсатор (выравниватель) КМ обычно изготавливают из материала, близкого по составу к материалу КО, что позволяет получить одинаково четкое изображение или соизмеримые величины сигналов от тонких и толстых частей контролируемого объекта.

Эталоны чувствительности ЭЧ устанавливают в месте контролируемого объекта, где условия контроля наихудшие (обычно на краях), а появление дефектов маловероятно или не так опасно. Они необходимы для того, чтобы убедиться в достоверности результатов и оценить качество изображения.

Маркировочные знаки МЗ служат для удобства анализа, хранения данных и результатов неразрушающего контроля (нумерация снимков, указание особенностей изделия и т. д.). Они помещаются в поле зрения первичного измерительного преобразователя П или индикатора ИН в месте, не занятом изображением контролируемого объекта, или в области, где маловероятно появление дефектов или их наличие неопасно.

Индикатор ИН излучения трансформирует величины, характеризующие поле прошедшего излучения, в видимое изображение, которое изучает и оценивает оператор, или в электрические сигналы, которые анализируются в блоках вторичной обработки информации ВО.

Для защиты оператора и окружающей среды от ионизирующего излучения вся установка, где имеется ионизирующее излучение, защищается стенкой биологической защиты БЗ из свинца, стали, бетона, водосодержащих материалов, кирпичной кладки или другого плотного материала без щелей.

4.4.5 Методика проведения радиационного контроля

Радиационный контроль осуществляется с применением универсальной или специализированной аппаратуры, причем основным вопросом в обоих случаях является получение изображения достаточной яркости, контрастности и четкости.

При использовании универсальной аппаратуры процесс неразрушающего контроля состоит из следующих операций:

1. Выбор источника излучения и индикатора (первичного изме­рительного преобразователя) радиационного изображения с учетом размеров и свойств контролируемого объекта.

2. Выбор условий просвечивания, в том числе расположения блоков аппаратуры и времени экспозиции.

3. Размещение и подготовка контролируемого объекта для проведения контроля, установка вспомогательных приспособлений (эталоны, компенсаторы, маркировочные знаки).

4. Экспозиция, т. е. просвечивание в течение определенного времени контролируемого объекта с воздействием излучения на индикатор.

5. Обработка индикатора (фотопленки, ксеропластины или др.) для получения видимого изображения.

6. Расшифровка результатов радиационного неразрушающего контроля и их документирование.

При использовании специализированной аппаратуры радиационного контроля качества перечисленные операции выполняются частично или производятся автоматически, что существенно повышает производительность труда и снижает вероятность ошибок при проведении неразрушающего контроля материалов.

Выбор источника излучения обусловлен материалом и толщиной материала, а также используемым индикатором излучения. Для каждого материала и источника излучения существует предельная толщина просвечивания и рекомендуемый режим просвечивания. Чем больше толщина контролируемого объекта, тем более жесткое излучение (с большей энергией квантов) надо использовать. Выбор преобразователя радиационного изображения в видимое определяется в основном общими требованиями к неразрушающему контролю.

4.4.6 Рентгеновский контроль

В радиационном контроле качества наибольшее применение имеют дефектоскопия, контроль внутреннего строения материалов и изделий с помощью рентгеновского излучения – рентгеновская радиография и рентгеноскопия. Рентгеновский контроль может производиться с помощью установок, основным элементом которых является рентгеновский аппарат, или путем использования комплектной аппаратуры, примером которой являются интроскопы и рентгенотелевизионные микроскопы. 

Рентгеновские интроскопы являются комплектными установками для неразрушающего контроля различных изделий. В их состав, как правило, входят: рентгеновский аппарат, устройство для закрепления контролируемого объекта, блок индикатора или преобразователя и устройства для управления [1; 4].

Рентгенотелевизионные микроскопы являются комплектными установками для неразрушающего контроля изделий небольших размеров. Упрощенная функциональная схема рентгенотелевизионного микроскопа представлена на рис. 4.6. В нем используется эффект геометрического увеличения, а для получения достаточного резкого изображения в качестве источника излучения применяют микрофокусные рентгеновские трубки.

Рис. . Функциональная схема рентгенотелевизионного микроскопа

Режим работы рентгеновской трубки, необходимый для контроля конкретных изделий, обеспечивает блок питания трубки БПТ. С помощью механизма установки изделия МУ изделие КО закрепляется и может перемещаться с одной или несколькими степенями свободы. Рентгеновское излучение, прошедшее сквозь изделие КО, попадает на входную мишень рентгеновидикона РВ и преобразуется в последовательно считываемый электрический видеосигнал. Считыванием потенциального рельефа с мишени, образованного падающим рентгеновским излучением, поэлементно определяют блоки развертки БР и БС, которые управляют движением луча по вертикали – кадровая развертка и по горизонтали – строчная развертка. В такой же последовательности, как по мишени рентгеновидикона РВ, с помощью блока развертки БР перемещается электронный луч в осциллоскопе ОС или в видеоконтрольном устройстве, где на экране формируется видимое изображение просвечиваемой области изделия. Видеосигнал с рентгеновидикона поступает на усилитель-преобразователь УП, где он увеличивается и приводится к виду, необходимому для модуляции яркости свечения экрана кинескопа. Рентгеновидикон РВ и приемный кинескоп осциллоскопа ОС получают высокое напряжение от высоковольтного блока питания ВП, а другие блоки и устройства – от блока питания БП. На экране кинескопа оператор наблюдает увеличенное теневое изображение изделия.

Рентгенотелевизионные микроскопы успешно применяются при неразрушающем контроле малогабаритных материалов и изделий: блоков, узлов, компонентов радиоэлектроники и микроэлектроники, малогабаритных механических узлов, деталей и т. п. Они удобны тем, что не требуют каких-либо дополнительных устройств для проведения контроля, их возможности могут расширяться путем применения систем обработки информации.

Промышленная рентгеновская томография является высокоэффективным методом неразрушающего контроля качества. Она стала возможна в связи с широким внедрением компьютеров с высоким быстродействием и объемами памяти. Вычислительная томография реализует возможность решения обратной задачи интроскопии – по объемной информации об интенсивности прошедшего сквозь контролируемый объект в различных направлениях излучения найти распределение линейного коэффициента ослабления, связанного с плотностью материала внутри объема контролируемого объекта.

Реализация рентгеновской вычислительной томографии строится на различных способах реконструкции изображения, среди которых чаще всего отдают предпочтение алгоритму обратного проецирования [4].

Рентгеновские вычислительные томографы дают возможность решать многие задачи неразрушающего контроля качества – как задачи интроскопии, так и количественной оценки параметров различных объектов. В настоящее время наибольшее применение они нашли в методах контроля объектов с небольшим затуханием излучения, в частности объектов из легких сплавов, композиционных материалов, углепластиков, резины, дерева и т. п., материалов толщиной до 20 мм и с внешними размерами до 1,5 м при разрешении по коэффициенту линейного ослабления 0,5 %.

4.4.7 Специальные методы радиационного контроля качества

Ряд задач неразрушающего контроля качества целесообразно решать, применяя нетрадиционные или редко используемые методы, основанные на реализации специфичных методик или особых линий излучений. К числу таких методов контроля, применение которых сейчас расширяется, относятся: нейтронная радиография, протонная радиография, авторадиография, метод проникающих радиоактивных газов, контроль с помощью позитронов. Контроль этими методами производится по технологии, близкой к известным в радиографии, и др. [1; 4–7].

Нейтронная радиография основана на облучении контролируемого объекта нейтронами и регистрации интенсивности прошедшего излучения. Взаимодействие нейтронов с веществом в значительно большей степени зависит от химического состава контролируемого объекта и энергии нейтрона, что определяет перспективы такого контроля. Принципиально важное значение нейтронной радиографии состоит в возможности раздель-ного контроля химических компонентов материала. Например, с использова-нием обычных методов невозможно даже обнаружить наличие легких или органических материалов настали при близких толщинах. Нейтронная радиография позволяет вести контроль деталей размером около 1 мм из органических материалов сквозь слои металлов толщиной в сантиметры. Это открывает широкие и разнообразные области применения нейтронных методов для неразрушающего контроля сложных многослойных изделий.