Рентген-контроль металлов это

Что такое радиографический контроль металлов

Радиографический контроль относится к методам неразрушающего контроля и основан на способности ионизирующего излучения проникать через металлические материалы с различной интенсивностью. При прохождении через объект контроля излучение ослабляется в зависимости от толщины, плотности материала и наличия внутренних дефектов. Места с дефектами пропускают больше излучения, что фиксируется детектором и позволяет получить изображение внутренней структуры изделия.

Метод обеспечивает высокую достоверность результатов и позволяет документировать выявленные дефекты в виде радиографических снимков для последующего анализа и хранения. Радиографический контроль применяется для проверки сварных соединений толщиной от нескольких миллиметров до 400 миллиметров, что делает его универсальным инструментом промышленной дефектоскопии.

Принцип действия метода

Физическая основа радиографического контроля заключается в поглощении рентгеновских или гамма-лучей веществом. Однородный металл поглощает излучение равномерно, создавая на снимке одинаковую плотность изображения. Дефекты имеют иную плотность или представляют собой пустоты, поэтому через них проходит больше излучения. На радиографическом снимке такие участки отображаются более темными пятнами, позволяя специалисту определить тип, размер и расположение дефекта.

Виды излучения в радиографическом контроле

Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение генерируется специальными рентгеновскими аппаратами, в которых электрическая энергия преобразуется в тормозное излучение при бомбардировке электронами металлической мишени. Рентгеновские аппараты делятся на импульсные и постоянного потенциала. Импульсные аппараты компактны и экономичны, что делает их оптимальным выбором для полевых условий. Аппараты постоянного потенциала обеспечивают более высокое качество снимков и подходят для стационарных лабораторий.

Напряжение на рентгеновской трубке выбирается в зависимости от толщины и типа просвечиваемого материала. Для стальных изделий толщиной до 50 миллиметров обычно используется напряжение от 150 до 250 киловольт. Рентгеновское излучение характеризуется высокой чувствительностью контроля и способно выявлять дефекты размером от 1-2 процентов толщины материала.

Гамма-излучение

Гамма-дефектоскопия использует радиоактивные изотопы как источники излучения. Наиболее распространенными изотопами являются иридий-192, селен-75 и кобальт-60. Иридий-192 применяется для контроля стали толщиной от 10 до 100 миллиметров, селен-75 эффективен для материалов толщиной до 60 миллиметров, а кобальт-60 подходит для просвечивания особо толстых изделий от 50 до 200 миллиметров.

Гамма-дефектоскопы имеют важное преимущество перед рентгеновскими аппаратами в полевых условиях. Они автономны, не требуют электропитания и имеют компактные размеры. Радиационная головка дефектоскопа содержит изотоп в специальном свинцовом контейнере с дистанционным управлением выдвижением источника.

Детекторы излучения и их виды

Радиографическая пленка

Традиционным детектором для радиографического контроля служит специальная техническая пленка. Радиографические пленки типа РТ-1, РТ-2, РТ-3, РТ-4 и РТ-5 различаются по чувствительности и контрастности. Пленка РТ-1 обладает высокой контрастностью и применяется для контроля толстостенных изделий. Универсальная пленка РТ-2 подходит для широкого диапазона толщин при меньшем времени экспозиции. Высококонтрастные пленки РТ-3 и РТ-4 оптимальны для тонкостенных конструкций из легких сплавов.

Для повышения чувствительности пленки используются усиливающие экраны из свинца или флуоресцирующих материалов. Свинцовые экраны размещаются с обеих сторон пленки и усиливают действие излучения за счет вторичного электронного излучения. После экспонирования пленка проходит фотохимическую обработку в специальных проявочных машинах или вручную в фотолаборатории.

Цифровая радиография

Современная цифровая радиография представлена двумя основными технологиями. Компьютерная радиография использует гибкие запоминающие пластины на основе фотостимулируемого люминофора. После экспонирования пластины сканируются в специальных устройствах, преобразующих накопленную энергию излучения в цифровое изображение. Пластины можно использовать многократно после процедуры стирания.

Плоскопанельные детекторы представляют собой еще более совершенную технологию. Они формируют изображение в режиме реального времени, передавая данные непосредственно на компьютер. Плоскопанельные детекторы имеют размер пикселя от 50 до 140 микрометров и обеспечивают высокое пространственное разрешение. Их чувствительность позволяет сократить время экспозиции в несколько раз по сравнению с пленкой.

Технология проведения радиографического контроля

Подготовка к контролю

Перед началом радиографического контроля контролируемая поверхность очищается от шлака, брызг металла, окалины и других загрязнений. Сварной шов разбивается на участки длиной, соответствующей размеру детектора. На каждый участок наносится маркировка, указывающая номер сварного соединения, номер снимка и идентификатор исполнителя сварки. Эта информация переносится на радиограмму с помощью свинцовых буквенно-цифровых знаков.

Для оценки чувствительности контроля на объект устанавливаются эталоны. Проволочные эталоны чувствительности представляют собой набор проволочек различного диаметра, закрепленных в пластине. Канавочные эталоны имеют канавки определенной глубины. Эталон размещается со стороны источника излучения или со стороны детектора в зависимости от требований нормативной документации.

Процесс экспонирования

Детектор закрепляется на противоположной от источника излучения стороне объекта контроля. При использовании пленки она помещается в светонепроницаемую кассету вместе с усиливающими экранами. Источник излучения устанавливается на расстоянии, обеспечивающем требуемую чувствительность и резкость изображения. Для кольцевых сварных швов трубопроводов применяется панорамная схема просвечивания с размещением источника внутри трубы.

Время экспозиции рассчитывается по специальным формулам или определяется по экспозиционным кривым с учетом активности источника, расстояния до объекта, толщины материала и чувствительности детектора. Для рентгеновских аппаратов время экспозиции составляет от нескольких секунд до нескольких минут. При работе с гамма-дефектоскопами время может достигать 10-30 минут в зависимости от толщины металла.

Интерпретация радиографических снимков

Расшифровка радиограмм выполняется дефектоскопистом второго или третьего уровня квалификации с использованием специального оборудования. Пленочные снимки просматриваются на негатоскопах с регулируемой яркостью подсветки. Цифровые изображения анализируются на мониторе компьютера с применением специализированного программного обеспечения, позволяющего изменять контрастность, яркость и увеличение.

Типы выявляемых дефектов

Радиографический метод эффективно обнаруживает объемные дефекты сварных соединений. Поры отображаются на снимке в виде округлых темных пятен различного размера. Одиночные поры имеют четкие контуры, цепочки пор располагаются вдоль линии сварки. Шлаковые включения характеризуются неправильной формой и размытыми краями. Вольфрамовые включения от электрода выглядят как яркие белые пятна из-за высокой плотности вольфрама.

Непровары представляют собой несплавление между свариваемыми деталями или между отдельными валиками шва. На радиограмме непровары выглядят как темные прямолинейные или слегка изогнутые линии. Трещины являются наиболее опасными дефектами и отображаются тонкими темными линиями с неровными краями. Однако выявление трещин радиографическим методом затруднено, если плоскость раскрытия трещины не совпадает с направлением просвечивания.

Области применения радиографического контроля

Радиографический контроль металлов широко применяется в промышленных отраслях, где требуется высокая надежность сварных соединений и конструкций. В нефтегазовой отрасли метод используется для контроля магистральных трубопроводов, технологических трубопроводов нефтеперерабатывающих заводов, сосудов давления и резервуаров. Радиографический контроль обязателен при строительстве газопроводов и нефтепроводов для проверки кольцевых стыков труб.

В атомной энергетике радиографическому контролю подвергаются все ответственные сварные соединения оборудования реакторных установок, трубопроводов первого контура, парогенераторов. Авиационная и космическая промышленность применяет радиографию для контроля сварных швов топливных баков, силовых элементов планера, соединений двигателей. В судостроении метод используется для проверки корпусных конструкций и трубопроводных систем.

Контроль металлоконструкций

Строительство мостов, высотных зданий, промышленных сооружений требует контроля сварных узлов металлоконструкций. Радиографическим методом проверяются соединения ферм, балок, колонн и других несущих элементов. Особое внимание уделяется контролю сварных швов в зонах концентрации напряжений и соединениях толстостенных элементов. Метод позволяет оценить качество сварки в труднодоступных местах конструкций.

Проверка литых изделий

Радиографический контроль применяется для выявления литейных дефектов в отливках из чугуна, стали, алюминиевых и титановых сплавов. Метод обнаруживает усадочные раковины, газовые пузыри, включения посторонних материалов, трещины и другие несплошности в теле отливки. Контролируются корпусные детали, арматура, детали трубопроводной арматуры, блоки двигателей и другие ответственные литые изделия.

Преимущества и ограничения метода

Метод имеет определенные ограничения. Радиографический контроль малоэффективен для выявления плоскостных дефектов типа трещин и расслоений, если плоскость дефекта параллельна направлению просвечивания. Чувствительность метода недостаточна для обнаружения очень мелких дефектов размером менее одного процента толщины материала. Радиографический контроль требует двухстороннего доступа к объекту для размещения источника и детектора с противоположных сторон.

Важным аспектом является радиационная безопасность персонала. Работы с источниками ионизирующего излучения требуют соблюдения строгих мер безопасности, использования средств защиты и дозиметрического контроля. Необходимо установление санитарно-защитных зон вокруг места проведения радиографического контроля. Это может создавать определенные трудности при работе на действующих производственных объектах.

Оборудование для радиографического контроля

Рентгеновские аппараты

Современные переносные рентгеновские аппараты разделяются на несколько категорий по принципу генерации излучения. Аппараты постоянного потенциала обеспечивают стабильное напряжение на трубке и высокое качество снимков. Импульсные аппараты работают в импульсном режиме, имеют меньшую массу и энергопотребление. Аппараты типа РАП, Март, Арина, Пион производятся российскими компаниями и широко используются в промышленности.

Выбор рентгеновского аппарата определяется толщиной просвечиваемого материала и условиями работы. Для контроля стали толщиной до 30 миллиметров применяются аппараты с максимальным напряжением 200 киловольт. Толщины до 60 миллиметров требуют напряжения 250-300 киловольт. Для особо толстостенных изделий используются высокоэнергетические аппараты с напряжением до 400 киловольт или бетатроны с энергией излучения до 8 мегаэлектронвольт.

Гамма-дефектоскопы

Промышленные гамма-дефектоскопы представляют собой свинцовый или урановый контейнер массой от 10 до 80 килограммов с размещенным внутри радиоактивным источником. Управление источником осуществляется дистанционно с помощью механического ампулопровода длиной до 20 метров. Дефектоскопы типа РИД, ГАММАРИД производятся российскими предприятиями атомной отрасли и обеспечивают надежную защиту от излучения в транспортном положении.

Вспомогательное оборудование

Для радиографического контроля требуется комплекс вспомогательного оборудования. Проявочные машины автоматизируют обработку пленки. Негатоскопы обеспечивают просмотр снимков при контролируемой яркости подсветки. Сканеры для запоминающих пластин преобразуют накопленное изображение в цифровой формат. Денситометры измеряют оптическую плотность радиограмм для контроля качества снимков.