Радиографический контроль – один из наиболее точных и информативных методов проверки качества сварных соединений. Он основан на способности рентгеновского или гамма-излучения проходить через металл. В результате этого создаются изображения внутренней структуры сварного шва на специальной пленке или цифровом детекторе. Радиографический контроль сварных соединений позволяет выявлять скрытые дефекты, которые невозможно обнаружить при их осмотре.
Физические основы метода
В основе радиографического контроля лежат свойства электромагнитного излучения высокой энергии. Рентгеновские и гамма-лучи проникают через твердые материалы, включая металлы. При этом часть излучения поглощается, а другая проходит насквозь.
Степень поглощения излучения зависит от следующих факторов:
- Плотности материала. Чем она выше, тем больше излучения поглощается.
- Толщина просвечиваемого объекта прямо пропорционально влияет на поглощение.
- Атомный номер элементов, составляющих материал, определяет интенсивность взаимодействия с излучением.
Различия в плотности материала и наличие внутренних дефектов создают области с разной степенью затемнения.
Закон ослабления излучения
Математически процесс ослабления излучения описывается экспоненциальным законом Бугера-Ламберта-Бера: I = I₀ × e^(-μt), где:
- I₀ – интенсивность падающего излучения;
- I – интенсивность прошедшего излучения;
- μ – линейный коэффициент ослабления материала;
- t – толщина материала.
Этот закон объясняет, почему участки сварного шва с различной плотностью и толщиной по-разному пропускают излучение, создают контрастное изображение на детекторе.
Источники излучения
Рентгеновские аппараты генерируют излучение путем торможения высокоэнергетических электронов на аноде рентгеновской трубки. Современные промышленные устройства работают при напряжении от 50 до 450 кВ. Это позволяет проверять стальные изделия толщиной до 100 мм.
К преимуществам рентгеновских аппаратов относится возможность регулирования энергии излучения, а также мгновенное включение и выключение. Они относительно безопасны при соблюдении правил эксплуатации. Недостатками являются необходимость подключения к электросети, относительно большие размеры и ограниченная проникающая способность.
Гамма-дефектоскопы
Гамма-дефектоскопы используют радиоактивные изотопы как источники излучения. Наиболее распространенными изотопами являются:
- иридий-192;
- кобальт-60;
- селен-75.
У каждого изотопа определенная энергия излучения и период полураспада.
Иридий-192 с энергией 0,31-0,61 МэВ и периодом полураспада 74 дня применяется для контроля стали толщиной 10-60 мм. Кобальт-60 с энергией 1,17-1,33 МэВ и периодом полураспада 5,3 года используется для просвечивания изделий толщиной 40–200 мм. Селен-75 с энергией 0,40 МэВ и периодом полураспада 120 дней подходит для контроля изделий толщиной 1–20 мм.
Детекторы излучения
Традиционно для радиографического контроля используется специальная рентгеновская пленка, покрытая эмульсией из галогенидов серебра. При воздействии излучения происходит химическая реакция. В результате формируется скрытое изображение, которое проявляется в процессе химической обработки.
Качество пленочного изображения характеризуется такими параметрами, как:
- Контрастность определяет способность различать участки с незначительными различиями в плотности.
- Резкость характеризует четкость границ изображения дефектов.
- Зернистость влияет на детализацию мелких неоднородностей.
Развитие технологий привело к внедрению цифровых методов регистрации излучения. Цифровые детекторы на основе аморфного кремния или селена преобразуют рентгеновское излучение в электрический сигнал.
Цифровая радиография позволяет мгновенно получать результат, обрабатывать изображения на компьютере. Она не требует использования химических реагентов и значительно сокращает время контроля. Недостатками цифровой радиографии считается высокая стоимость оборудования и необходимость защиты от электромагнитных помех.
Особенности радиографического контроля
Перед проведением контроля сварной шов подготавливается. Его поверхность и прилегающие участки очищается от шлака, брызг металла, окалины и других загрязнений. Усиление шва, если оно превышает допустимые значения, подлежит механической обработке.
Особое внимание уделяется маркировке участков контроля. На поверхность изделия наносятся специальные маркеры, которые позволяют точно определить расположение дефектов при расшифровке снимков. Маркеры изготавливаются из материалов с высоким коэффициентом поглощения излучения, например, из свинца.
Схемы просвечивания
Выбор схемы просвечивания зависит от геометрии контролируемого изделия, типа сварного соединения и требований нормативной документации. Различают односторонний и двусторонний доступ к объекту контроля.
При одностороннем доступе источник излучения и детектор располагаются с одной стороны изделия. Эта схема применяется для контроля кольцевых швов трубопроводов малого диаметра и других конструкций с ограниченным доступом. При двустороннем доступе источник и детектор находятся по обе стороны контролируемого участка. Это обеспечивает высокое качество изображения.
Параметры съемки
Правильный выбор параметров съемки важен для получения качественного изображения. Основными параметрами являются:
- напряжение на рентгеновской трубке;
- сила тока;
- время экспозиции;
- геометрические условия съемки.
Напряжение определяет проникающую способность излучения и должно соответствовать толщине просвечиваемого материала. Произведение силы тока на время экспозиции определяет общую дозу излучения, попадающую на детектор. Фокусное расстояние влияет на резкость изображения. Чем больше расстояние от источника до объекта, тем выше резкость.
Какие дефекты выявляет радиографический контроль
С помощью радиографического контроля выявляются поры. Это округлые полости, заполненные газом, которые образуются в результате выделения газов при кристаллизации металла. На радиограмме поры выглядят как темные округлые пятна с четкими границами. Размер пор варьируется от долей миллиметра до нескольких миллиметров.
Скопления мелких пор называются пористостью. Равномерно распределенная пористость может быть допустима в определенных пределах. Но локальные скопления пор значительно снижают прочность сварного соединения.
Включения
Шлаковые включения образуются при попадании в металл частиц флюса, окислов или других инородных материалов. На радиограмме у них неправильная форма и различная интенсивность затемнения в зависимости от плотности включений.
Вольфрамовые включения характерны для аргонодуговой сварки. Они выглядят как светлые пятна из-за высокой плотности вольфрама. Медные включения могут образовываться при использовании медных подкладок или прихваток.
Несплавления и непровары
Несплавление – это отсутствие металлической связи между швом и основным металлом или между отдельными слоями многослойного шва. На радиограмме несплавления выглядят как темные прямолинейные или слегка изогнутые полосы.
Непровар корня шва характеризуется неполным проплавлением основного металла по всей толщине. Этот дефект особенно опасен, так как способствует концентрации напряжений, может стать очагом распространения трещин.
Трещины
Это наиболее опасные дефекты сварных соединений. Они выглядят как разрывы металла, которые могут развиваться под действием эксплуатационных нагрузок. На радиограмме трещины отображаются в виде тонких темных линий неправильной формы.
Различают горячие трещины, которые образуются при высоких температурах в процессе кристаллизации, и холодные трещины. Они возникают после охлаждения сварного соединения. Продольные трещины располагаются вдоль оси шва, поперечные – перпендикулярно к ней.
Оценка качества радиограмм
Чувствительность радиографического контроля определяется минимальным размером дефекта, который может быть выявлен на радиограмме. Для оценки чувствительности используются специальные эталоны чувствительности. Они бывают канавочными или проволочными (набор проволочек различного диаметра из того же материала, что и контролируемое изделие).
Эталон размещается на поверхности объекта контроля и экспонируется совместно с ним. Чувствительность определяется по наименьшему диаметру проволочки, видимой на радиограмме.
Плотность почернения
Плотность почернения характеризует степень затемнения пленки и измеряется с помощью денситометра. Оптимальная плотность почернения в области контролируемого шва должна составлять 2,0–4,0 единицы. Это обеспечит оптимальный контраст изображения.
Недостаточная плотность приводит к снижению контраста и затрудняет выявление дефектов. Избыточная плотность также ухудшает видимость деталей изображения и может привести к пропуску дефектов.