Методы неразрушающего контроля качества сварных соединений

МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Общие сведения

Методы неразрушающего контроля (МНК) - это получение информации о контролируемых материалах с помощью электромагнитных и акустических полей, а также проникающих в материал изделия веществ.

Для выявления внутренних дефектов сварных швов широко применяют рентгено -, гамма- и ультразвуковую дефектоскопию, магнитные методы контроля, а также контроль на непроницаемость. При выборе оптимального МНК необходимо учитывать физические свойства контролируемого металла, тип сварного соединения и его толщину, состояние поверхностей, технические условия на изготовление сварной конструкции, технико-экономические показатели МНК, а также другие факторы.

Характерная особенность большинства МНК заключается в том, что при их использовании дефекты выявляют косвенным путем в результате исследования определенных физических свойств материала, которые не влияют на эксплуатационные свойства изделий. Например, при радиационном контроле дефекты типа "нарушения сплошности" определяют, оценивая интенсивность ионизирующего излучения, прошедшего через шов. Эти особенности МНК нередко вызывают затруднения при расшифровке результатов контроля.

Поскольку среди известных методов контроля нет универсального, который гарантировал бы выявление всех дефектов сварки, то важно в первую очередь обнаружить недопустимые дефекты. Каждый метод обладает определенными преимуществами и недостатками, однако в большинстве случаев, используя несколько методов, можно надежно выявить дефект.

Радиационная дефектоскопия

Природа рентгеновского и гамма-излучений. Как и видимый свет, рентгеновское и гамма-излучения представляют собой электромагнитные излучения. Они отличаются длиной волны: длина волны видимого света (4-7)·10 м, рентгеновского излучения 6·10 - 10 м, гамма-излучения 10 - 4·10 м.

Рентгеновское и гамма-излучения обладают гораздо большей энергией, чем видимый свет, по-разному поглощаются различными материалами. Кроме того, они действуют на фотопленку и фотобумагу, вызывают люминесценцию некоторых химических соединений, ионизируют газы, не подвергаются воздействию электрических и магнитных полей, нагревают облучаемое вещество, а также воздействуют на живые организмы. Эти свойства рентгеновского и гамма-излучений используются для дефектоскопии сварных соединений.

Рентгеновское излучение получают в результате торможения на аноде рентгеновской трубки свободных электронов, обладающих большой скоростью. Рентгеновская трубка представляет собой стеклянный баллон, из которого удален воздух (рис.1). В баллон впаяны два электрода - анод 1 и катод 4. Катод, изготовленный из вольфрамовой проволоки, нагревается источником тока до высоких температур и испускает электроны 3. Анод изготовляют в виде пластины из вольфрама и молибдена. Чтобы электроны приобрели необходимую кинетическую энергию, к аноду и катоду трубки прикладывают высокое напряжение (более 10 кВ).

Рис.1. Схема рентгеновской трубки

1 - анод;

2 - рентгеновское излучение;    

3 - электроны;  

4 - катод;  

5 - контакты нити накала катода.

Электроны, летящие с большой скоростью и попадающие на анод, тормозятся в нем, теряют свою кинетическую энергию, часть которой превращается в лучистую энергию и выделяется в виде фотонов тормозного излучения. Это излучение используется при дефектоскопии сварных швов.

Гамма-излучение образуется в результате распада ядер радиоактивных элементов (изотопов). Процесс распада объясняется следующим образом. Внутриядерные силы притяжения между протонами и нейтронами, входящими в состав ядра радиоактивных элементов, не обеспечивают достаточной устойчивости ядра. В результате наблюдается самопроизвольная перестройка менее устойчивых ядер в более устойчивые. Этот процесс, называемый естественным радиоактивным распадом, сопровождается испусканием положительно заряженных альфа-частиц, отрицательно заряженных бета-частиц и электромагнитного гамма-излучения. При этом образуется новое ядро, которое может оказаться в возбужденном состоянии. Ядро, переходя в нормальное состояние, испускает избыток энергии в виде гамма-излучения. Такое излучение используют при дефектоскопии материалов.

Сущность радиационной дефектоскопии. Выявление внутренних дефектов в материалах основано на способности рентгеновского и гамма-излучений неодинаково проникать через различные материалы. Для выявления дефектов в сварных соединениях с одной стороны шва 2 устанавливают источник излучения 1, с противоположной стороны - детектор 4 (рис.2). При просвечивании излучение проходит через сварное соединение и облучает детектор (кассету с пленкой). В месте, где имеется дефект 3, интенсивность прошедшего излучения больше и пленка темнеет сильнее. Вид и размеры дефектов определяют сравнением пленки с эталонными снимками.

Рис.2. Схема просвечивания сварного соединения (а) и график интенсивности излучения, прошедшего через контролируемое соединение (б)