Ручная дуговая сварка

Вихретоковые методы контроля (ранее назывались электромагнитными) могут применяться для электропроводных материалов. При воздействии переменного электромагнитного поля, создаваемого генераторной катушкой, в металле контролируемой детали возникают вихревые токи, которые создают свое электромагнитное поле, противодействующее внешнему полю. Поле вихревых токов фиксируется измерительной катушкой. Нарушения сплошности контролируемого изделия увеличивают электрическое сопротивление поверхностного слоя металла, что приводит к ослаблению вихревых токов. Метод вихревых токов можно использовать для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов, в том числе и в неферромагнитных материалах. Он может использоваться для контроля контактной сварки сталей и алюминиевых сплавов. Он применяется для измерения электропроводности металлов, изучения их структуры, физико-механических свойств, твердости и др. В частности, им можно определить величину остаточных напряжений после сварки.

Радиационные  методы контроля

Радиационные  методы контроля основаны на регистрации  и анализе ионизирующего излучения  при его взаимодействии с контролируемым изделием. Наиболее часто применяются  методы контроля прошедшим излучением, основанные на различном поглощении ионизирующих излучений при прохождении через дефект и бездефектный участок сварного соединения (рис. 178). Интенсивность прошедшего излучения будет больше на участках меньшей толщины или меньшей плотности, в частности в местах дефектов - несплошностей или неметаллических включений.

Методы радиационного  контроля классифицируются прежде всего по виду (и источнику) ионизирующего излучения и по виду детектора ионизирующего изучения.

Ионизирующим называют изучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов. Так как ионизирующее излучение, состоящее из заряженных частиц, имеет малую проникающую способность, то для радиационного контроля сварных соединений обычно используют излучение фотонов или нейтронов. Наиболее широко используется рентгеновское излучение (Х-лучи). Это фотонное излучение с длиной волны 6*10^-13...1*10^-9 м. Имея ту же природу, что и видимый свет, но меньшую длину волны (у видимого света 4...7 * 10^-7 м), рентгеновское излучение обладает высокой проникающей способностью и может проходить через достаточно большие толщины конструкционных материалов. При взаимодействии с материалом контролируемого изделия интенсивность рентгеновского излучения уменьшается, что и используется при контроле. Рентгеновское излучение обеспечивает наибольшую чувствительность контроля.

Получают рентгеновское  излучение в рентгеновских трубках. Испускаемые с накаленного катода электроны под действием высокого напряжения разгоняются в герметичном  баллоне, из которого откачан воздух, и попадают на анод. При торможении электронов на аноде их энергия выделяется в виде фотонов различной длины  волны, в том числе и рентгеновских. Чем больше ускоряющее напряжение, тем больше энергия образующихся фотонов и их проникающая способность.

Рис. 178. Схема радиационного  контроля прошедшим  излучением:  
1 - источник излучения; 2 - изделие; 3 - дефект; 4 - детектор (пленка); 5 - плотность излучения

Существуют различные  схемы и большое количество марок  рентгеновских аппаратов, как стационарных, так и переносных. В последнее  время все большее распространение  получают малогабаритные импульсные аппараты, позволяющие при малой мощности за счет малого времени импульса (1...3 мкс) при сравнительно большом токе (100...200 А) просвечивать достаточно большие толщины.

Другим распространенным видом ионизирующего излучения, используемым при контроле сварных  соединений, является γ-излучение.

Это фотонное излучение  с длиной волны 1*10^-13...4*10^-12м, возникающее при распаде радиоактивных изотопов, источником γ-излучения при радиационном контроле обычно являются радиоактивные изотопы тулия, иридия, цезия, кобальта: 170Тu, 192Ir, 137Cs, 60Со и др. Источники γ-излучения компактны и не требуют больших затрат электроэнергии (только на освещение и, возможно, на перемещение радиоактивного изотопа в рабочее положение и обратно). Однако γ-излучение более опасно для человека и, в отличие от рентгеновского, не может быть выключено. Проникающая способность γ-излучения выше, чем рентгеновского, поэтому могут просвечиваться изделия большей толщины, но чувствительность контроля при этом ниже, различие между дефектными и бездефектными участками менее заметно. Поэтому область применения γ-дефектоскопии - контроль изделий большой толщины (малые дефекты в этом случае менее опасны), контроль в монтажных и полевых условиях, в частности - трубопроводов и крупногабаритных резервуаров, просвечивание изделий сложной формы, если разместить рентгеновский аппарат нельзя.

Гораздо реже (при  контроле изделий еще большей  толщины) используется тормозное излучение  высоких энергий (1...100 МэВ, в то время  как энергия рентгеновских фотонов  не превышает 0,5 МэВ) с длиной волны 1*10^-16...1*10^-12 м, обладающее еще большей проникающей способностью. Такое излучение получают при бомбардировке мишеней электронами, ускоренными в линейных или циклических ускорителях: микротронах, бетатронах. Поэтому контроль с использованием тормозного излучения высоких энергий называют бетатронной дефектоскопией. О возможностях этого метода можно судить по таким данным: излучение с энергией 35 МэВ позволяет просвечивать сплавы на основе железа толщиной до 450 мм или сплавы на основе алюминия толщиной до 1800 мм.

Для контроля изделий  из тяжелых элементов, для контроля наличия соединений водорода, бора, лития и других легких элементов  в капсулах из тяжелых элементов, а также при контроле радиоактивных  изделий используют нейтронное излучение, которое получают в ядерных реакторах  либо с использованием радиоизотопных источников.

В зависимости  от методов детектирования (обнаружения  и регистрации) ионизирующего изучения различают радиографию, при которой фиксирование изображения внутренней структуры изделия происходит на пленке или бумаге, радиоскопию (изображение наблюдается на экране) и радиометрию (регистрируются электрические сигналы). Радиография получила наибольшее распространение с связи с простотой, наглядностью и документальным подтверждением результатов контроля. При радиографическом контроле для регистрации интенсивности прошедшего через металл излучения применяют радиографическую пленку или фотобумагу (метод прямой экспозиции), металлические активируемые экраны или заряженные полупроводниковые пластины (метод переноса изображения). Более распространен метод прямой экспозиции. При нем могут использоваться все рассмотренные виды ионизирующих излучений. Оптическая плотность почернения радиографической пленки или фотобумаги зависит от дозы ионизирующего излучения, она больше на местах, перекрытых менее плотными участками контролируемого объекта. Поэтому такие дефекты, как поры, трещины, непровары, а также шлаковые включения, будут выглядеть на радиографической пленке в виде темных пятен соответствующей формы. Включения более плотные, чем основной металл (например, вольфрамовые при сварке алюминия неплавящимся электродом), будут на радиограммах иметь вид светлых пятен. Для лучшего выявления дефекта направление излучения должно по возможности совпадать с направлением его максимального размера.

Просвечивание стыковых швов (рис. 179) обычно проводят перпендикулярно поверхности либо по направлению разделки кромок, так  как возможно образование дефектов по линии сплавления. При контроле угловых швов направление просвечивания  выбирают по биссектрисе угла либо по направлению разделки кромок. При  контроле сварных соединений труб и  коробчатых конструкций наилучшим  вариантом является размещение источника  излучения внутри изделия, так как  в этом случае, во-первых, появляется возможность панорамного просвечивания  за одну экспозицию, а во-вторых, стенки изделия ослабляют поток ионизирующего  излучения в окружающую среду. При  невозможности помещения источника  излучения внутри просвечивание  проводят снаружи, в том числе  через две стенки под углом  к оси шва во избежание наложения  изображений швов друг на друга (рис. 179, в). Лишь около 1 % фотонов ионизирующего  излучения, проходящих через пленку, взаимодействуют с ней. Поэтому для повышения чувствительности контроля и ускорения просвечивания используют усиливающие флуоресцентные или металлические экраны из фольги тяжелых металлов (чаще свинца), наклеенной на гибкий пластик.

Флуоресцентные  экраны представляют собой пластмассовую  или картонную подложку, на которую  нанесен слой люминофора - вещества, светящегося под воздействием ионизирующего  излучения. Они используются со специальными пленками, чувствительными к видимому ультрафиолетовому и инфракрасному  излучениям. Наименьшие экспозиции получаются при использовании флуоресцентных экранов, а наилучшая чувствительность - при использовании металлических  экранов.

Рис. 179. Схемы радиографического контроля:  
а - стыковых; б - угловых швов; в - труб; 1 — источник излучения; 2 — пленка

Радиографические  пленки характеризуются чувствительностью  к излучению и контрастностью. Чем больше чувствительность пленки, тем выше производительность контроля. Чем выше контрастность пленки, тем  выше чувствительность контроля. Поэтому  высококонтрастные пленки применяют  при просвечивании ответственных  изделий, а также легких металлов и деталей малой толщины.

Выявляемость дефектов при радиографическом контроле зависит также от резкости изображения. Причинами нерезкости могут быть образование в эмульсионном слое пленки фотоэлектронов (внутренняя нерезкость), рассеяние излучения в материале изделия (особенно при просвечивании изделий большой толщины), смещение или колебания относительного расположения источника, изделия и детектора (устраняются жестким закреплением) и отличие реальной формы источника излучения от точечной (геометрическая нерезкость). Для уменьшения геометрической нерезкости применяют источники излучения с возможно меньшим размером фокусного пятна, максимально приближают пленку к контролируемому изделию и увеличивают фокусное расстояние (от источника излучения до пленки).

Подготовка к  просвечиванию при радиографии  заключается в предварительном  осмотре сварного соединения и очистке  его от шлака, масла и других загрязнений. Наружные дефекты удаляют. Участки  шва маркируют с помощью свинцовых  знаков, либо помечают пленку или флуоресцентные экраны. На поверхность изделия вблизи контролируемого шва устанавливаются эталоны чувствительности, чаще всего - канавочный: пластинка с канавками переменной глубины и ширины.

Время просвечивания  определяется по номограммам экспозиции, которые обычно строят для каждого  материала в зависимости от его  толщины, энергии излучения (в частности, напряжения на аноде рентгеновской  трубки), фокусного расстояния; типа применяемой пленки и усиливающих  экранов.

Метод переноса изображения применяется сравнительно редко: при контроле радиоактивных  изделий и при ксерорадиографии.

При радиографии  радиоактивных изделий используют в качестве излучения нейтроны, а  в качестве детектора - металлические  активированные экраны, которые активируются в нейтронном потоке и не чувствительны  к γ-излучению. Затем скрытое изображение переносят на радиографическую пленку, прикладывая ее к металлическому экрану.

Ксерорадиография позволяет исключить применение радиографической пленки. При этом достигается повышение производительности контроля за счет исключения трудоемкой фотообработки, а также уменьшение затрат в связи с исключением расхода серебра, входящего в состав пленки. В качестве детектора при ксерорадиографии используют специальные ксерорадиографические пластины, состоящие из проводящей подложки (алюминия, латуни, стекла или бумаги с проводящим покрытием), на которую нанесено полупроводниковое покрытие (чаще всего селеновое). В качестве источника излучения в основном используют рентгеновские аппараты, реже - радиоизотопные источники тормозного или γ-излучения. При ксерорадиографии заряжают ксерорадиографическую пластину с помощью коронного разряда и помещают в светонепроницаемую кассету. В процессе просвечивания селен становится проводником, происходит утечка заряда. Чем больше интенсивность прошедшего излучения, тем меньше остаточный заряд. Затем на пластинку наносят красящее вещество. Краситель переносят на бумагу контактным, способом, закрепляют на ней ацетоном или другим растворителем. Время контроля по сравнению с обычной радиографией уменьшается в десятки раз. Одна ксерорадиографическая пластина может использоваться до 1000 раз.

Радиоскопия основана на просвечивании контролируемых объектов ионизирующим излучением, преобразовании прошедшего излучения в светотеневое или электронное изображение  с последующим усилением, передачей  и анализом изображения на экране оптического устройства или телевизионного приемника. Применение телевизионных  систем обеспечивает радиационную безопасность персонала, позволяет усиливать  яркость и контрастность и  изменять масштаб изображения.

В качестве источника  ионизирующего излучения при  радиоскопии чаще применяют рентгеновские  аппараты, реже линейные и циклические  ускорители, а также радиоизотопные источники большой мощности. Перспективно применение нейтронного излучения, получаемого в ядерных реакторах  или генераторах нейтронов.