Контроль качества сварных соединений рентгеновским излучением

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЕНТГЕНОВСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Ознакомление с физическими основами, аппаратурой и методикой рентгенографического контроля сварных сое­динений.

2. Приобретение практических навыков определения пара­метров режима просвечивания изделий рентгеновским излучением.

3. Приобретение практических навыков оценки качества сварных соединений по рентгеновским снимкам.

Рентгеновское излучение представляет собой разновидность элек­тромагнитного излучения с малой длиной волны (10^-13...1O^-9 м), вы­соким уровнем энергии (10² ...10⁶ эВ). Малая длина волы и высокий уровень энергии обуславливает способность рентгеновского излучения проникать через непрозрачные предметы.

Источником рентгеновского излучения служат рентгеновские трубки, Рентгеновская трубка представляет собой стеклянный вакуумный баллон с двумя электродами - катодом и анодом.

Схема рентгеновской трубки:

А - анод; К - катод;   U_К - напряжение накала катода, U_А - анодное напряжение

Рентгеновское излучение генерируется при торможении на аноде злектронов, испускаемых катодом к ускоряемых в электрическом поле высокого напряжения (до 1-2 МгВ). Длина волны излучения связана с напряжением на трубке соотношением:

λ = 1,24·10^-6 / U_{А .}

Из приведенного соотношения следует, что с увеличением анодного напряжения U_А длина волн излучения уменьшается, что сопровожда­ется повышением энергии излучения и его проникающей способности.

При прохождении немонохроматического рентгеновского излучения через какую-либо среду оно взаимодействует с веществом среды. В результате взаимодействия по экспоненциальному закону:

I = I₀·e^-μd

где:    I - интенсивность прошедшего через вещество излучения;

          I₀ - интенсивность падающего пучка излучения;

          μ - линейный коэффициент ослабления;

          d - толщина материала в контролируемом сечении.

Линейный коэффициент ослабления представляет собой сумму коэффициентов ослабления, соответствующих трем процессам взаимодействия фото­на с веществом: фотоэлектрическим поглощением (τ), комптоновским рассеянием ( σ ) и образованием електрон - позитронных пар ( χ ):

μ = τ + σ + χ  .

В области низкоэнергетического рентгеновского излучения (при на­пряжении на трубке до 250…400 кВ) значение μ определяется в ос­новной фотоэлектрическим поглощением (фотоэффектом), которое пропор­ционально атомному номеру материала и длине волны излучения:

τ = A·z³λ³

где     А - коэффициент пропорциональности. Обычно принимают А = 3;

          Z - атомарный номер просвечиваемого материала.

Таким образом, ослабление рентгеновского излучения при прохожде­нии через слой вещества в основном определяется толщиной контролируе­мого материала, составом материала и длиной волны излучения.

Рентгеновское излучение широко используется в промышленности для выявления внутренних дефектов сварных соединений. Внутренние де­фекты выявляются вследствие изменения интенсивности излучения при прохождении через бездефектные и дефектные участки соединений. Разли­чие в интенсивности можно зафиксировать на фоточувствительную пленку или пластину, наблюдать на экране либо измерять специальными прибо­рам.

При контроле сварных и ваших соединений в конструкциях из ме­талла малой и средней толщины наибольшее распространение получил рентгенографический метод, который заключается в регистрации на фото­пленку рентгеновского излучения, проведшего через контролируемое сое­динение (рис. 2).

Схема рентгенографического метода контроля:

1 - источник излучения;

                                        2 - контролируемое   изделие;

                                        3 - кассета;

                                        4 - рентгеновская пленка.

Интенсивность излучения при прохождении через дефекты типа несплошностей или неметаллических включений понижается меньше, чем за бездефектными участками. В меньшей степени ослабленное излучение вы­зывает более сильное фотографическое действие на чувствительный слой пленки. После обработки пленки на ней просматривается картина внутреннего строения контролируемого изделия.

Сущность рентгенографического контроля можно проанализировать по следующей схеме:

Принципиальная схема рентгеновского контроля.

Представим дефект типа несплошности размером X внутри изде­лия толщиной d. Интенсивность излучения, падающего на изделие, обозначим I₀, за бездефектным участком – I₁, за дефектным участ­ком – I₂. Примем коэффициент ослабления излучения для материала из­делия равным μ₁, для дефекта - μ₂. В этом случае можно записать: