Файл: контроль качества сварных соединений.doc

Импульсные аппараты конструктивно выполнены из двух частей: блок управления и рентгеновский блок.

В основе работы импульсного аппарат лежит принцип накопления энергии за сравнительно долгий промежуток времени и последующей ее реализации за существенно более короткий промежуток времени.В отличие от предыдущих аппаратов импульсный аппарат не требует принудительного охлаждения трубки и используется в монтажных условиях. Примером малогабаритных импульсных рентгеновских аппаратов являются Арион-150, Арион-200, Арион-300, Арион-400, ШМЕЛЬ-250, АРИНА-3, АРИНА-5, АРИНА-7 и др. Характеристики аппаратов для первой и последней модели: Рабочее напряжение на аноде рентгеновской трубки,— от 150 до 600 кВ, толщина объекта контроля—10...100мм, потребляемая мощность — 100.. .450 ВА, масса — 10...22 кг. Экспозиционная доза излучения импульсного аппарата не от 20 мР до 400 мР при расстоянии 0,5 м за 100 импульсов.

Далее приведен принцип действия импульсных рентгеновских аппаратов на примере серии АРИНА.



Рис. Принципиальная схема импульсного аппарата серии АРИНА .

С1 - накопительный конденсатор; К - ключ (первичный коммутатор);

Тр - импульсный трансформатор; С2 - разрядная емкость;

Р - разрядник-обостритель; Т - рентгеновская трубка.
При замыкании ключа К предварительно заряженный накопительный конденсатор С1 разряжается через первичную обмотку трансформатора Тр. При этом во вторичной его обмотке возникает импульс высокого напряжения длительностью порядка 10-6с, заряжающий выходную емкость С2 до напряжения 100-200 кВ в зависимости от типа аппарата.

Разрядник-обостритель Р преобразует энергию, накопленную в емкости С2, в импульс высокого напряжения длительностью 10-8с, который прикладывается к электродам рентгеновской трубки Т.

В аппаратах АРИНА используется не обычная рентгеновская трубка с накальным катодом, а так называемая трубка с взрывной электронной эмиссией.

В качестве катода в такой трубке используется вольфрамовая фольга толщиной в несколько микрон.

Под действием импульса высокого напряжения очень короткой длительности (который обеспечивается разрядником - обострителем) кромка вольфрамового катода взрывается, образуется облако плазмы, которая является источником электронов. Далее процесс ускорения электронов и возбуждения рентгеновского излучения протекает так же, как и в классических рентгеновских трубках с накальным катодом.

---

Итак, вместо термоэмиссии - плазменная эмиссия, вместо накаливаемого катода - холодный катод.

При этом необходимым и главным условием образования электронной плазмы является короткий импульс высокого напряжения.

Импульсный трансформатор, разрядник-обостритель, вырабатывает чрезвычайно короткий импульс высокого напряжения, обеспечивающий образование электронной плазмы в районе катода рентгеновской трубки, и рентгеновская трубка располагаются в металлическом цилиндре, заполненном трансформаторным маслом. Этот цилиндр, называется высоковольтным блоком, является сердцем всего аппарата. Он определяет ресурс работы прибора, его габаритно-весовые и рентгеновские характеристики.

Гамма-дефектоскопы. Они предназначены для контроля качества изделий гамма-излучением радиоактивных изотопов. В общем случае гамма-дефектоскоп состоит из:

• 
  источника излучения;
  
• 
  защитно-радиационной головки (контейнера), служащей для перекрытия излучения радиоизотопного источника и снижения мощности дозы излучения до допустимого уровня;
  
• 
  встроенных или сменных коллиматоров, обеспечивающих изменение размеров и пространственной ориентации рабочего пучка излучения;
  
• 
  пульта управления пучком излучения.
  

В комплект гамма-дефектоскопа входят также вспомогательное оборудование и принадлежности (транспортные тележки, штативы для крепления радиационной головки, контейнеры для безопасного транспортирования и перезарядки источников излучения и др.).

Все типы выпускаемых дефектоскопов условно можно разделить на установки общепромышленного (универсальные шланговые дефектоскопы) и специального назначения для фронтального и панорамного просвечивания (затворного типа).

В универсальных шланговых (рис.1.9) дефектоскопах источник излучения может подаваться в зону контроля из радиационной головки по гибкому ампулопроводу, где формируется панорамный пучок излучения с помощью сменных коллимирующих головок. Преимущество дефектоскопов этого типа (универсальность и возможность подачи малогабаритного источника на расстояние 5-12м) перед рентгеновскими аппаратами и другими типами гамма-дефектоскопов делают их предпочтительными для радиографического контроля в нестационарных условиях, особенно при контроле изделий с труднодоступными участками.

---

Рис.1.9. Кинематическая схема шланговых дефектоскопов типа “Гаммарид”:

1 – приводное колесо; 2 – подающий трос; 3 – соединительный шланг; 4 – держательисточника излучения; 5 – радиационная головка; 6 – ампулопровод; 7 –коллимирующая головка

Гамма-дефектоскопы для фронтального (рис.1.10) просвечивания

предназначены для работы в полевых, монтажных условиях, когда применение универсальных шланговых дефектоскопов невозможно из-за ограниченных размеров радиационно-защитных зон.

Гамма-установки для панорамного просвечивания широко применяют при контроле качества изделий типа полых тел вращения. Характерной особенностью данных аппаратов является небольшая масса и высокая мобильность.

Промышленностью выпускаются универсальные гамма-дефектоскопы Гаммарид 192/120М, РИД-ИС/120МД, Магистраль - 1 и др. Установки снабжены специальными комплектами с контейнерами для перезарядки изотопов с разной энергией излучения, штативы, расширяющие технологические возможности контроля и т. д. Толщина контролируемой стали обычно находится в пределах 5... 80 мм (максимум до 200 мм при просвечивании изотопом кобальт-60).

Рис.1.10. Кинематическая схема дефектоскопа для фронтального и панорамного просвечивания типа “Магистраль – 1”: 1 – привод управления; 2 – подающий трос; 3 соединительный шланг; 4 –держатель источника излучения; 5 – традиационная головка.
Источники высокоэнергетического фотонного излучения.
В радиационной дефектоскопии применяют следующие ускорители

электронов: линейные ускорители, микротроны и бетатроны. Благодаря высокой энергии излучения эти источники целесообразно использовать при контроле изделий толщиной 70мм и выше.

Ускорители представляют собой компактные установки, состоящие из

излучателя и блоков электропитания, теплообменников и управления.

Линейный ускоритель (рис.1.11) выполнен в виде вакуумной цилиндрической ускорительной камеры 1 с фокуструющим электромагнитом 2, расположенным на поверхности цилиндра.

Рис.1.11. Схема линейного ускорителя:

1 – камера; 2 – электромагнит; 3 – генератор; 4 – волновод; 5 – электронная пушка; 6 – мишень; 7 – вакуумный насос

---

Высокочастотный генератор 3 обеспечивает получение в волноводе 4 бегущей электромагнитной волны, электрическое поле которой направлено по оси цилиндра.

Электроны, генерируемые пушкой 5 импульсно с энергией 30-100кэВ, ускоряются электрическим полем бегущей волны. Затем ускоренные электроны попадают на мишень 6, в которой возникает тормозное излучение с экспозиционной дозой (5÷75000)⋅10⁵Кл/кг. Преимущество линейных ускорителей состоит в большой интенсивности тормозного излучения. Так, линейные ускорители с энергией 10-25МэВ создают тормозное излучение, мощность экспозиционной дозы которого составляет 2000-25000Р/мин на расстоянии 1м от мишени. Благодаря этому, их с успехом можно применять при контроле материалов толщиной 400-500мм.

Микротроны (рис.1.12) - циклический резонансный ускоритель электронов с постоянным во времени и однородным магнитным полем.


Рис. 1.12. Схема микротрона: 1 – камера; 2 – электромагнит; 3 – волновод; 4 – электронная пушка; 5 – шины; 6 – резонатор; 7 – вакуумный насос
В микротроне электроны, запущенные в вакуумную камеру 1, движутся по окружностям различного радиуса, но имеющим общую точку касания в том месте, где расположен резонатор, сверхвысокочастотное поле которого ускоряет электроны. Резонанс ускорения создается в результате кратного увеличения периода высокочастотного напряжения при каждом пересечении электронами ускоряющего зазора резонатора. Резонатор возбуждается через волновод 3 посредством мощной импульсной электронной пушки 4. Вакуумная камера находится под непрерывной откачкой с помощью насоса 7. Ускоренные электроны на последней орбите либо попадают на мишень 5, в которой возникает рентгеновское излучение с экспозиционной дозой в диапазоне (4÷70)⋅10^-3Кл/кг, либо с помощью специального устройства выводятся из камеры. Электронный пучок микротрона, в отличие от других типов ускорителей, обладает высокой моноэнергетичностью.

Основные преимущества микротрона заключаются в высокой интенсивности рентгеновского излучения, малой расходимости и относительно малом поперечном сечении пучка электронов (эффективное фокусное пятно составляет 2-3мм) в диаметре.

Линейные ускорители и микротроны обладают малым фокусом и обеспечивают получение тормозного рентгеновского излучения высокой интенсивности

---

, благодаря чему являются перспективными источниками излучения для радиационной дефектоскопии.

Использование линейного ускорителя ЛУЭ-10/1Д сокращает время просвечивания по сравнению с изотопом Со⁶⁰в 15-20 раз, а чувствительность

контроля составляет 0,8-1,0%.

Бетатроны. В бетатронах ускорение электронов происходит при их движении по круговой орбите в возрастающем во времени магнитном поле. Бетатрон (рис. 1.13) выполнен в виде тороидальной вакуумной ускорительной камеры 1, расположенной между полюсами электромагнита. Электронная пушка 2 генерирует электроны в тороидальную камеру, где они ускоряются в вихревом электрическом поле, создаваемом переменным магнитным полем. Возрастающее во времени магнитное поле не только обеспечивает ускорение электронов, но и удержание их на орбите постоянного радиуса, проходящей внутри камеры бетатрона. В конце цикла ускорения электроны смещаются со своей орбиты и попадают на мишень 4, в которой возникает тормозное излучение со сплошным спектром.


Рис.1.13. Схема бетатрона:

1 – камера; 2 – электронная пушка; 3 – корпус магнита; 4 – мишень
Фокусировка пучка электронов происходит в процессе их ускорения, в результате этого диаметр пучка перед соударением с мишенью составляет несколько десятых долей миллиметра. Фокус пучка тормозного излучения у бетатронов меньше по размерам, чем у линейных ускорителей и микротронов.

Несмотря на то, что бетатроны обеспечивают меньшую, чем линейные ускорители и микротроны, интенсивность излучения, их наиболее широко применяют в дефектоскопии благодаря меньшей массе, небольшим габаритом и более высоким эксплуатационным и экономическим показателям.

С помощью этих бетатронов можно контролировать изделия толщиной до 500мм. Микротроны и бетатроны являются источниками ионизирующего излучения только по радиографии.

Технология контроля качества сварных соединений. Наиболее распространенным методом контроля является радиография. Детектором здесь служит радиографическая пленка. Покажем на примере радиографических методов технологию контроля качества. Данная технология включает в себя следующие операции:

выбор источника излучения (рентгеновские источники для объектов ответственного назначения

---