Радиационная интроскопия
Радиационная интроскопия предназначена для визуального наблюдения теневой картины просвечиваемого объекта. Диапазоны толщин сварных соединений, контролируемых с помощью радиационной интроскопии и радиографического контроля, примерно одинаковы. Основным преимуществом радиационной интроскопии по сравнению с радиографическим контролем является возможность наблюдения теневой картины движущихся объектов, что значительно увеличивает производительность.
Уровень качества рентгенотелевизионного контроля, как и при радиографическом контроле, оценивается по результатам обнаружения эталонных дефектов. При этом числовая характеристика чувствительности определяется так же, как и при радиографическом контроле.
Основная техническая характеристика интроскопа РИ-60ТК
С помощью радиационной интроскопии получают видимое динамическое изображение внутренней структуры изделия на экране оптического устройства или телевизионного приемника. По чувствительности этот метод несколько уступает радиографическому контролю. Преимущество радиационной интроскопии — возможность стереоскопического видения дефектов под разными углами и непрерывность контроля. Применение радиационной интроскопии в промышленности непрерывно возрастает. Для документирования результатов контроля используют устройство кино- и магнитной записи. Метод радиационной интроскопии позволяет исследовать контролируемый объект непосредственно в момент его просвечивания.
Наиболее простыми в изготовлении и эксплуатации являются флюороскопы — радиационные интроскопы с непосредственным наблюдением изображения.
Флюороскопический экран, преобразующий рентгеновское излучение в видимое, состоит из основы, на которую нанесен слой флюоресцирующего вещества — люминофора. Ионизирующее излучение падает на экран со стороны основы, а наблюдение ведется со стороны светящегося слоя. Разрешающая способность флюороскопов составляет 1—3 линий/мм. Изображение экрана, увеличенное линзой, оператор наблюдает с помощью зеркала через окно из свинцового стекла в двери блока биологической защиты. С помощью манипулятора небольшие изделия в процессе контроля можно ориентировать относительно ионизирующего излучения. Конструкция флюороскопа позволяет помимо наблюдения выполнять фотографирование изображения.
При непосредственном визуальном наблюдении теневой картины возникают ограничения, связанные с обеспечением радиационной безопасности. Наблюдаемая картина может быть передана на расстояние с помощью телевизионной техники. Оптическая система проецирует изображение на чувствительный элемент передающей телевизионной трубки, которая преобразует изображение сварного шва в телевизионный сигнал, поступающий по кабелю на приемную трубку и преобразующийся в видимое изображение. Для повышения разрешающей способности и чувствительности в качестве преобразователя ионизирующего излучения используют сцинтилляционные кристаллы Nal(Tl), KI(T1), CsI(Tl). Благодаря их беззернистой структуре снижается внутренняя нерезкость изображения. Большая плотность кристаллов и их прозрачность для собственного излучения, т. е. для видимого света, позволяет создавать детекторы значительной толщины, что повышает эффективность регистрации высокоэнергетического рентгеновского излучения.
Короткое время просвечивания обеспечивает безынерционность появления и исчезновения изображения сварного шва, а возможность применения монокристаллов большого диаметра увеличивает поле контроля. Разрешающая способность рентгенотелевизионных интроскопов со сцинтилляционным монокристаллом составляет до 5 линий на 1 мм.
При контроле сварных швов с большой толщиной стенки используют рентгеновские электронно-оптические преобразователи (РЭОП). В них теневое изображение, полученное с помощью ионизирующего излучения, преобразуется на двухслойном экране в видимое, затем в электронное. Электроны, выбитые из второго слоя, ускоряются высоким напряжением в направлении выходного люминесцентного экрана, на котором электронное изображение снова преобразуется в видимое.
Ионизирующее излучение 1, пройдя через контролируемое сварное соединение 2, создает на флюоресцирующем экране 3 световое изображение картины просвечиваемого сварного соединения. Это изображение через тонкий прозрачный слой диэлектрика 4 передается на фотокатод 5, который испускает фотоэлектроны 6, создающие электронное изображение. Под действием ускоряющей разности потенциалов 25 кВ, приложенной между фотокатодом 5 и анодом 7, электронное изображение переносится на выходной экран 8, изготовленный из люминофора, который преобразует это изображение в видимое. В процессе переноса размеры изображения сокращаются.
Изображение на выходном экране наблюдают с помощью оптической трубы 9, которая увеличивает изображение, не снижая ее яркости.
Усиление яркости рентгеновского изображения в 3000—4000 раз достигается за счет ускорения фотоэлектронов путем применения большой разности потенциалов и электронно-оптического уменьшения изображения при переносе.
Разрешающая способность РЭОП типа «Арбалет» и «Зокс» составляет 8 линий/мм. Наибольшее распространение из отечественных радиационных интроскопов получили ЛУЧ-ЗМ и РИ-60ТК на базе рентгеновского аппарата РАП-150/300-10, обеспечивающие чувствительность 3—4 % по стали толщиной до 35 мм.
Область применения радиационных интроскопов зависит от толщины и плотности контролируемого объекта и энергии излучения. Оптимальная энергия излучения определяется экспериментально. Экспериментальные зависимости относительной чувствительности (отношение протяженности в направлении просвечивания минимально выявляемого дефекта к просвечиваемой толщине) от энергии излучения имеют вид кривых с явно выраженным минимумом.
В настоящее время находят применение автоматические устройства, предназначенные для обнаружения дефектов при рентгенотелевизионном контроле. Действующие системы подобного типа состоят из мощной универсальной ЭВМ, в память которой поэлементно вводятся анализируемые изображения сварного шва. Весь процесс распознавания происходит в ЭВМ с помощью разработанных программ.
При распознавании образов дефектов сварных швов одной из наиболее важных и трудных задач является формирование оптимального пространства признаков, необходимого для разделения дефектов по классам с заданной надежностью. Поэтому в распознающем устройстве организация пространства признаков осуществляется человеком в соответствии со «стилем» распознаваемых дефектов сварных швов. В некоторых случаях эту задачу выполняет человек совместно с обучающимся устройством в режиме диалога.
Оператор и автоматическое устройство взаимно дополняют друг друга. Оператор имеет существенное преимущество при обнаружении дефектов, поскольку он учитывает скрытые факторы (очертания дефекта, наличие поблизости других дефектов). Кроме того, оператор обладает способностью к фильтрации помех, благодаря чему его результаты не содержат значительного числа ложных обнаружений. В то же время оператору свойственна утомляемость, что ведет к пропуску дефектов, а следовательно, к снижению достоверности результатов контроля.
Оптимальное разделение функций между оператором и автоматическим устройством может быть осуществлено при использовании двухканальной системы рентгенотелевизионного контроля. Такая система состоит из интроскопа и радиометрического датчика, подключенного к блоку обработки, причем контролируемый участок сначала поступает в зону действия датчика, потом — интроскопа.
Описанные интроскопы имеют низкий предел разрешения— 2—5 пар линий на 1 мм с высокой чувствительностью. В их состав входят рентгеновидиконы с размером входных экранов 10—30 мм, называемые обычно рентгенотелевизионными микроскопами. С помощью метода рентгенотелевизионной микроскопии выявляются следующие дефекты: поры, трещины, посторонние включения, нарушения целостности, нарушения геометрических размеров и формы.
Номенклатуру изделий, подвергаемых контролю методом радиационной интроскопии, устанавливают на каждом предприятии в соответствии с техническими условиями на изготовление и приемку выпускаемой продукции. В процессе подготовки к контролю следует определить участки, подлежащие контролю, толщину стенок и плотность материала на этих участках, выбрать необходимые средства контроля, т. е. определить типы источника и преобразователя излучения, оптики и средств телевидения. Большинство рентгенотелевизионных установок при переходе к объектам другой толщины и плотности допускают быструю переналадку, т. е. замену источника ионизирующего излучения или преобразователя излучения, фокусировку изображения, изменение режимов просвечивания. Наилучшая организация такого контроля обычно достигается при работе с однотипными деталями.
Подготовку аппаратуры к просвечиванию сварных соединений проводят в соответствии с инструкциями по эксплуатации. Ее размещают в рабочем помещении таким образом, чтобы обеспечить безопасность работы оператора при наилучшей чувствительности и требуемой производительности. К работе на рентгенотелевизионных установках допускаются только подготовленные и аттестованные лица.
Контролируемое изделие перед просвечиванием должно быть тщательно осмотрено и при необходимости очищено от шлака, земли и других загрязнений. Все наружные дефекты должны быть установлены, так как их изображение на экране может затемнить изображение внутренних дефектов. При наружном осмотре сварных соединений, подлежащих контролю, необходимо обращать внимание на возможное наличие поверхностных трещин, так как при просвечивании эти трещины не всегда выявляются.
Если сварное соединение просвечивают отдельными участками, то эти участки должны быть маркированы свинцовыми указателями для определения границ участка. Толщина маркировочных знаков зависит от толщины контролируемого материала и длины волны излучения.
Для радиационной интроскопии наиболее важной характеристикой является чувствительность. Необходимо выбрать оптимальные режимы контроля, позволяющие обеспечить наилучшую чувствительность метода. Режимы контроля устанавливают по результатам экспериментального исследования, Эти исследования проводят для уточнения режимов просвечивания применительно к конкретным изделиям или деталям.
Подлежащее контролю изделие со сварным соединением с помощью дистанционно управляемой механической системы устанавливают перед экраном преобразователя ионизирующего излучения на заданное от него расстояние; источник ионизирующего излучения размещают на заданном фокусном расстоянии. Определив параметры просвечивания, рабочее поле экрана ограничивают по размеру контролируемого участка свинцовыми диафрагмами.
После диафрагмирования изображения устанавливают выбранные параметры контроля, регулируя режимы работы преобразователя излучения, передающей телевизионной камеры и телевизионного приемника (яркость и контрастность изображения); добиваются наилучшей чувствительности метода (по эталону чувствительности). Включают механизм перемещения контролируемого изделия и контролируют сварные соединения в динамике, маркируя дефектные места и при необходимости регистрируя изображения дефектных мест на фотопленку или магнитную ленту.
Режимы фото- или киносъемки изображений дефектных мест контролируемых сварных соединений устанавливают заранее в зависимости от яркости свечения экрана преобразователя и чувствительности применяемых фотоматериалов, параметров развертки телевизионного изображения при съемке с телевизионного экрана и других параметров. Во избежание переутомления операторов и возможности пропуска дефектов может быть целесообразна периодическая смена операторов в течение рабочего дня.
При контроле сварных швов методом радиационной интроскопии оценку их качества и разбраковку в отличие от радиографического контроля проводят непосредственно во время просвечивания сварного соединения. Контролируемое изделие находится, как правило, в движении с заданной скоростью относительно экрана преобразователя излучения.
В этих условиях от оператора, работающего на рентгенотелевизионной установке, требуется большое внимание для обнаружения и правильной идентификации дефектов и разбраковки сварных соединений.
В сомнительных случаях, когда не представляется возможность однозначно решить вопрос о качестве изделия, необходимо использовать другие методы (радиографический или ультразвуковой контроль) и заключение принимать по данным нескольких методов.
В последние годы для контроля начали применять стереорентгенотелевизионные установки, позволяющие изучать исследуемые объекты по трем координатам. Формирование стереотелевизионного изображения осуществляется телевизионным преобразованием теневого изображения, получаемого при просвечивании объекта контроля рентгеновским излучением.
С помощью специальной рентгеновской трубки, в основу которой положен принцип вращающегося анода, может быть осуществлено стереоскопическое просвечивание сварного шва. Трубка имеет два катода, расположенные друг от друга на расстоянии, равном расстоянию между зрачками оператора. Катоды снабжены управляющими сетками, на которые подан постоянный отрицательный потенциал около 1500 В по отношению к накаливаемым катодам. На сетки попеременно с регулируемой частотой подаются положительные импульсы, вырабатываемые устройством, аналогичным мультивибратору с двумя устойчивыми положениями. Во время подачи такого импульса соответствующий катод испускает электроны параллельно оси трубки в направлении анода, создавая тем самым импульс рентгеновского излучения.
Принцип работы стереорентгенотелевизионной установки заключается в следующем. С помощью устройств управления 1 излучение рентгеновских катодов 2, 13 последовательно во времени просвечивает объект контроля 3.
Структурная схема стереорентгенотелевизионной установки
Поэтому на входном экране электронно-оптического преобразователя 4 возникают сначала, например правое, а затем и левое теневое изображение внутренней структуры объекта в рентгеновском излучении. С помощью электронно-оптического преобразователя, чувствительного к рентгеновскому излучению, рентгеновское теневое изображение преобразуется в видимое, яркость его увеличивается.
С выходного экрана электронно-оптического преобразователя теневое изображение с помощью объектива 5 проецируется в плоскость полупрозрачного зеркала б, установленного под углом 45° к направлению оптической оси объектива. Таким образом, в плоскость полупрозрачного зеркала проецируется поочередно то правое, то левое видимое теневое изображение объекта. Далее на пути световых лучей располагается обтюратор изображений 7, который последовательно во времени пропускает световые лучи в направлении то правой передающей телевизионной камеры 8, то левой камеры 11.
Особенность передающих телевизионных камер состоит в том, что они выполнены на видиконах с регулируемой памятью, например ЛИ-414, и работают в двух режимах. Первый режим — это запоминание видимого теневого изображения внутренней структуры объекта. Причем запоминание левого и правого изображений объекта осуществляется последовательно во времени. Второй режим — это считывание визуальной информации, которое осуществляется одновременно в обеих передающих камерах. Сигналы из камер по каналу связи 9 поступают в стереотелевизионное и видеоконтрольное устройство 10, которое может быть выполнено на основе любого известного устройства пространственной селекции изображений. Синхронизация всех устройств стереорентгенотелевизионной системы, а также обеспечение нужного режима работы осуществляются с помощью блока формирования управляющих импульсов 12.
Обтюратор изображений может быть как электромеханическим, так и оптико-электронным, выполненным на базе жидкокристаллических ячеек.
Необходимость стереоскопического просвечивания с последующей оценкой расположения дефектов по глубине контролируемого сварного шва устанавливают в соответствии с техническими условиями, При этом должно быть оговорено допустимое расстояние до дефекта от той или иной базовой поверхности сварного шва.
Режимы стереоскопического просвечивания сварного шва заранее выбирают по результатам экспериментов, проведенных на имеющемся стереоскопическом интроскопе. Найденные режимы стереоскопического просвечивания заносят в технологическую карту контроля. Стереоскопическое просвечивание является частью работ по радиационно-интроскопическому контролю, поэтому для стереоскопического просвечивания справедливы общий порядок и техника выполнения работ, как и для плоскостной интроскопии.
Стереоскопическое просвечивание проводят на стадии обнаружения дефекта обычным плоскостным просвечиванием. При обнаружении дефекта оператор переводит интроскоп из режима плоскостного просвечивания в режим стереоскопического просвечивания, устанавливая стереоскоп с измерительным устройством перед экраном преобразователя или перед телевизионным экраном и включая два источника излучения. Все эти операции проводят при неподвижном сварном шве.
После получения стереоизображения сварного шва оператор измеряет глубину залегания дефекта. Методика таких измерений описана в инструкциях по эксплуатации.
