Рентгенодефектоскопический аппарат для контроля концевых деталей

В современных отраслях промышленного производства, в том числе в судостроении, используется значительное количество так называемых концевых деталей, например, резьбовых фланцев различного диаметра. Задача неразрушающего контроля таких изделий стоит довольно остро вследствие высоких требований к прочности, надежности и долговечности соответствующих соединений.

К самым опасным дефектам, возникающим в процессе эксплуатации концевых деталей, относятся трещины усталостного характера, как выходящие на поверхность детали (сквозные), так и залегающие вблизи нее. Такие трещины являются наиболее трудновыявляемыми дефектами, их невозможно предотвратить, они значительно разупрочняют конструкцию. Необходимо учитывать, что реальная длина трещины состоит из собственно ее длины, а также зон пластической деформации на ее концах, поэтому даже короткая трещина недопустима.

Вследствие сложной формы концевой детали, включая резьбу с большим шагом, для оценки состояния изделия могут быть использованы лишь некоторые из известных методов неразрушающего контроля. В первую очередь, это ультразвуковой (УЗ), магнитный (М), вихретоковый (ВТ), а также рентгенографический методы.

Как показали исследования, проведенные сотрудниками Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (Москва) под руководством Косариной Е.А., чувствительность первых трех из перечисленных методов в значительной мере зависит от чистоты обработки концевой детали в процессе изготовления или степени ее предварительной подготовки перед последующим контролем. Например, обнаружение трещин с раскрытием (шириной) до 10 мкм возможно лишь при обработке детали не хуже, чем по 5 классу. Если поверхность детали обработана по 3-4 классу, раскрытие такой трещины соизмеримо с размерами рисок (следов от обрабатывающего инструмента), что практически не позволяет обнаружить возможный дефект.

Исключение составляет рентгенографический метод, чувствительность которого не зависит от чистоты поверхности объекта контроля. Метод не требует какой-либо предварительной подготовки объекта контроля: расчистки, промывки и т.д., в отличие от вышеупомянутых методов проводится без непосредственного или даже опосредованного контакта с объектом контроля.

Однако стандартная схема рентгенографического контроля, когда направленный источник рентгеновского излучения располагается с одной стороны контролируемого изделия, а приемник - с другой (рис. 1), имеет ряд недостатков. Во-первых, съемка через две стенки не позволяет обеспечить максимально возможную чувствительность контроля. Во-вторых, усложняется "расшифровка" снимка. В-третьих, для полного контроля изделия по всему периметру необходимо выполнить не менее 4 таких снимков, перекрывающих друг друга.

Рис. 1: Традиционная схема просвечивания
? - источник излучения;
^ - направление просвечивания;
- - кассета с рентгеновской пленкой.

Более выгодной для полых изделий является схема съемки [1], при которой панорамный источник излучения располагается внутри, а приемник по периметру изделия - снаружи (рис. 2).

Рис. 2: Панорамная схема просвечивания
? - источник излучения;
^ - направление просвечивания;
- - кассета с рентгеновской пленкой.

Основными преимуществами этой, так называемой панорамной, схемы являются следующие:

• возможность получить на одном снимке, соответственно, за одну экспозицию снимок всего периметра изделия, что значительно сокращает время контроля;
• возможность обеспечить наиболее благоприятную ориентацию "центрального луча" источника (направление просвечивания) по отношению к возможным дефектам, что дополнительно повышает их выявляемость;
• возможность снизить, по крайней мере, в два раза радиационную толщину контролируемого изделия, что позволяет пропорционально повысить чувствительность контроля и дополнительно снизить экспозицию на снимок.

Существующие рентгеновские аппараты с панорамным выходом рентгеновского излучения, применяемые для контроля сварных кольцевых швов в составе "кроулеров" в данном случае малопригодны вследствие сравнительно больших габаритов излучателей.

Известный способ радиографического контроля с помощью изотопных источников гамма-излучения на основе иридия, иттебрия, тулия и т.д., помещаемых на длинных спицах внутрь контролируемого изделия, также обладает серьезными недостатками.

Этому способу присущи низкая радиационная безопасность, невозможность регулирования жесткости излучения, малый контраст изображения, невысокая разрешающая способность, обусловленная сравнительно небольшими линейными размерами источников (около 0,5 мм).

С целью максимальной реализации преимуществ панорамной схемы съемки концевых деталей был разработан специализированный рентгенодефектоскопический аппарат РАП-150МП (рис. 3). Аппарат включает в себя микропроцессорный пульт управления и моноблок на основе микрофокусной рентгеновской трубки с полым вынесенным анодом. Анод основной трубки диаметром 12 мм и длиной 135 мм определяет, соответственно, минимальный внутренний диаметр и максимальную длину концевой детали, которая контролируется с помощью аппарата. Аппарат может быть также дополнительно укомплектован трубкой с длиной анода 300 мм.

Рис. 3: Внешний вид аппарата РАП-150МП
1- пульт управления;
2- моноблок.

На рисунке 4 представлен панорамный снимок резьбовой части концевой детали электроцентробежного насоса (ЭЦН) наружным диаметром 60 мм. Снимок выполнен на пленку Д7 при напряжении 100 кВ, токе 0,1 мА, времени экспозиции 30 с. Чувствительность контроля, определенная с помощью проволочного эталона № 12 (ГОСТ 7512-82), составляет не хуже 1,0%. На рисунке 5 приведены отдельные фрагменты панорамного снимка с обнаруженными трещинами, раскрыв которых не более 0,1 мм.

Рис. 4: Панорамный снимок резьбовой части концевой детали ЭЦН

Сравнение результатов просвечивания концевых деталей ЭЦН, полученных по традиционной и панорамной схемам съемки, показало, что при панорамном просвечивании чувствительность контроля почти в 2,5 раза выше и может быть дополнительно повышена при последующей цифровой обработке панорамных снимков.

Рис. 5: Фрагменты панорамного снимка резьбовой концевой детали

На правом снимке заметен дефект в виде микротрещины.

При контроле этой же детали методами УЗ, М и ВТ (обработка резьбовой поверхности по 3-4 классу) трещины раскрытием менее 0,5 мм практически не выявлялись.

Таким образом, полученные результаты позволяют с успехом рекомендовать аппарат РАП-150МП для высококачественного неразрушающего контроля концевых деталей, в том числе малого диаметра в различных областях современного производства.

1. С.А. Иванов, Н.Н. Потрахов, Г.А. Щукин Специализированная рентгеновская установка для микродефектоскопии. Электронная техника. Сер. Электровакуумные и газоразрядные приборы. Вып. 2 (125), 1989, с. 100-101.

Основные технические характеристики приборов:

• диаметр контролируемых деталей от 60 до 300 мм
• толщина стальной стенки детали: для РАП-100МП до 6 мм, для РАП-150 МП до 12 мм
• чувствительность контроля - 1,0-1,5% по ГОСТ 7512-82
• диаметр выносного анода - 10, 12 мм
• длина выносного анода - 70, 135, 300 мм
• общий вес: не более 8 кг (РАП-100МП), 12 кг (РАП-150МП)