Контроль структуры и свойств сплава

Импульсный эхо-дефектоскоп основан на том же принципе, что и гидроакустические приборы — эхолот и дальномер. Излучатель посылает в исследуемую среду короткие (т=0,5—10 мксек) импульсы упругих колебаний, разделенные относительно продолжительными (t = 1—5 мсек) паузами. Отраженные от поверхности дефекта эхо-сигналы попадают на приемное устройство, находящееся вблизи от излучателя или совмещенное с ним, и отмечаются индикатором.

Измеряя время от момента посылки импульса до момента приема эхо-сигнала, можно определить расстояние до дефекта.

Акустический контроль структуры и физико-механических свойств основан на связи этих характеристик с акустическими свойствами металлов. Определяют размер зерна, контролируют содержание неметаллических включений, количества графита в чугунах, плотность структуры и т. д.

Рис. Зависимость скорости данного эхосигнала от СЕ – углеродного эквивалента серого чугуна

Рис. Осциллограмма отраженных эхо импульсов используется для оценки плотности отливок из легких сплавов АС – провал (микродефекты)

Звуковой метод контроля

Низкочастотный метод акустического контроля основан на возбуждении и регистрации в контролируемом изделии упругих колебаний в диапазоне звуковых частот 0,5-20 КГц. В зависимости от способа возбуждения колебаний различают методы свободных и вынужденных колебаний

Метод свободных колебаний заключается в ударно динамическом возбуждении силы которая возбуждает в ней звуковые колебания.

Метод вынужденных колебаний заключается в возбуждении в изделии таких колебаний, частоты которых совпадают с собственной частотой изделий.

Рис. Зависимость резонансной частоты от твердости чугуна

Рис. Блок схема установки для измерения резонансной частоты 1. – изделие; 2. – резиновые опоры; 3. – излучатель колебаний; 4. – генератор электромагнитных колебаний; 5 – частотомер; 6. – вольтметр; 7. – осциллограф; 8. – приемник колебаний.

При достижении резонанса, который фиксируется по максимальной амплитуде осциллографом 7 и максимальному напряжению на вольтметре 6 с помощью частотомера 5 измеряют значения резонансной частоты f_p.

Лекция 14

Тема. Радиационный неразрушающий контроль.

Краткое содержание.Физические основы. Классификация методов в зависимости от вида и источника ионизирующего излучения и способа регистрации дефектоскопической информации. Радиографическая дефектоскопия: методика проведения, приборы, характеристики, рентгеновских пленок. Радиоскопическая дефектоскопия. Радиометрический метод контроля. Дефектоскопия и контроль внутреннего строения.

Радиационный контроль

Физические основы

Радиационная дефектоскопия является наиболее распространенным методом, неразрушающего контроля. Она предназначена для выявления внутренних дефектов в различных по массе и размерам и сложности изделий из любых сплавов. Радиационный контроль основан на просвечивании изделий ионизирующим излучением при прохождении излучения через контролируемое изделие происходит процесс поглощения и рассеивания излучения материалов и изделий.

1. – источник ионизирующего излучения; 2. – дефект; 3. – изделие; 4. – детектор, индикатор; I_о – начальная интенсивность излучения на бездефектном участке; I_xд – интенсивность излучения на участке с дефектом

На выходе из изделия интенсивность излучения уменьшается.

где μ – линейный коэффициент ослабления =0,017ρλ³z³

ρ – плотность материала изделия;

λ – длина волны излучения;

z – порядковый номер элемента основы сплава.

Для различных металлов и их сплавов коэффициент ослабления может колебаться в очень широких пределах.

λ=0,15 Нм

W, Мо μ=1700-3200 см^-1

Fe, Ni μ=570-900 см^-1

Для выявления дефектов радиационными методами необходимо получить достаточную радиационную контрастность т.е. разницу интенсивности I_x и I_xg в зависимости от типа дефектов распределения интенсивности просвечивающего излучения на выходе из изделия имеет различный характер.

Дефекты     Интенсивность

а – раковины, пористость; б – трещины; в – неметаллические включения или ликвационная неоднородность

Методы радиационного контроля классифицируют в зависимости от вида ионизирующего излучения и способа регистрации дифектоскопической информации.

Основные виды излучения:

- тормозное х;

- гамма γ;

нейтронное n.

Источники излучения:

- рентгеновские аппараты;

- ускорители;

- радиоактивные источники β- излучения с мишенью;

- ядерные реакторы.

Фотопленка – используется фотохимический эффект взаимодействия излучения с веществом

Ксеропластина – используется электрический эффект при взаимодействии излучения.

Изображение появляется при проведении следующей операции. Перед ионизацией фотослой пластины заряжается до напряжения 0,6-1кВ. затем ее размещают относительно объекта слоем силена к объекту. Во время экспозиции ионизирующие излучение от контролируемого объекта попадает на материал фотослоем пластины частично разряжая его тем больше, чем больше интенсивность излучения. В результате на пластине образуется электростатический рельеф. Изображение четко видно при нанесении на этот рельеф дисперсного порошка.

Усиливающие металлические и флюоресцентные экраны применяют для сокращения времени просвечивания. Усиливающее действие экранов характеризуется коэффициентом усиления, определяемым отношением времен просвечивания без экрана и с экраном.

Усиливающее действие металлических экранов, используемых при контроле методом прямой экспозиции, определяется вторичными электронами, образующимися в экране при прохождении через него ионизирующего излучения. Экраны изготовляют из фольги тяжелых металлов (свинец, вольфрам, олово и др.), так как она обеспечивает высокие коэффициенты усиления. Для каждого источника ионизирующего излучения материал экрана следует выбирать в зависимости от его энергии, в частности, для рентгеновского излучения целесообразно использовать олово, вольфрам, свинец, для -γ-излучения —вольфрам, свинец. Толщина экрана должна быть равна максимальной длине пробега вторичных электронов в экране.

Усиливающее действие флюоресцентных экранов определяется действием фотонов видимой, сине-фиолетовой, ультрафиолетовой и инфракрасной областей спектра, высвечиваемых из люминофоров при прохождении через них ионизирующего излучения. В качестве люминофоров используют ZnS, CdS, BaSO4, PbSO4 CaWО₄и др.

Флюоресцентные экраны изготовляют в виде пластмассовых или картонных подложек, на которые наносят слой люминофора. Эти экраны рекомендуется использовать с экранными радиографическими пленками, поскольку спектральная чувствительность эмульсии пленки и спектр свечения экранов хорошо согласуются.

При радиографии применяют флюорометаллические усиливающие экраны в виде свинцовой подложки с нанесен­ным па нее слоем люминофора. Они имеют больший коэффициент усиления, чем металлические, и обеспечивают лучшую чувствительность, чем флюоресцентные экраны.

Усиливающие экраны используют в виде заднего и переднего экранов, между которыми размещены радиографические пленки. При этом увеличивается коэффициент усиления и уменьшается влияние рассеянного излучения на пленку. Толщину металлических экранов, а также материал люминофора и его количество в составе флюоресцентпых экранов выбирают в зависимости от типа источника излучения.

Рис. Схема рентгеновской трубки: 1 — катод; 2 — фокусирующие пластины;

З — нить накала; 4 — анод

Электрические свойства рентгеновской трубки характеризуются ускоряющим напряжением U, анодным током і и током накала і_я.І

Оптические свойства рентгеновской трубки определяются формой и размерами оптического фокуса трубки. В настоящее время применяют трубки с круглым или прямоугольным (линейным) фокусом. Импульсные рентгеновские трубки предназначены для исследования быстропротекающих процессов. Длительность импульсов ~20 нс. В этих трубках за короткий промежуток времени создается ток 10³—10⁵ А. Анод в таких трубках выполняется в виде вольфрамовой иглы, а катод — в виде кольца или диска. Трубки работают при разряжении 10^-5—10^-6 мм рт. ст.