Неразрушающие методы контроля сварных соединений - Румянцев С.В., Добромыслов В.А., Борисов О.И., Азаров Н.Т.

Автор: Румянцев С.В. Добромыслов В.А. Борисов О.И. Азаров Н.Т.
Теги: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления сварка сварные конструкции неразрушающий контроль издательство машиностроение
Год: 1976
Похожие
Неразрушающий контроль. Том 2
Неразрушающий контроль и диагностика
Сварочное производство
Ультразвуковая дефектоскопия
Текст
                    chipmaker.ru

nipmaker.ru
Н ЕРАЗРУ ШЛЮЩИЕ
МЕТОДЫ
КОНТРОЛЯ
СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
chipmaker.ru
НЕРАЗРУШАЮЩИЕ
МЕТОДЫ
КОНТРОЛЯ
СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ

Chlpmaker.ru
Москва
«МАШИНОСТРОЕНИЕ»
1976
chipmaker.ru
6П4.3
Н54
УДК 621.791.052.08 : 620.179.1
Авторы: С. В. РУМЯНЦЕВ, В. А. ДОБРОМЫСЛОВ,
О. И. БОРИСОВ, Н. Т. АЗАРОВ
Рецензент Н. В. Химченко
Н54 Неразрушающие методы контроля сварных сое-
динений. М., «Машиностроение», 1976.
335 с. с ил.
На обороте тит. л. авт.; С. В. Румянцев и др.
В книге рассмотрены дефекты сварки, пайки, склеивания, при-
чины их возникновения и рекомендации по их устранению. Изложены
физико-технические основы неразрушающих методов контроля с ис-
пользованием проникающих ионизирующих излучений, ультразву-
ковых колебаний, магнитного и электромагнитного полей, явлений
капиллярности, проникновения жидкостей и газов, тепловых полей
и др. Даны характеристики аппаратов и установок, применяемых
в промышленности. Рассмотрены вопросы техники безопасности при
проведении работ по неразрушающему контролю и технико-экономи-
ческой эффективности от внедрения методов неразрушающего кон-
троля в промышленности.
Книга предназначена для широкого круга инженерно-техниче-
ских работников, связанных с неразрушающим контролем качества
выпускаемой продукции.
31206-081
Н 038 (01)-76 °8 "7	6П4'3
© Издательство «Машиностроение», 1976 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В течение десятой пятилетки — пятилетки эф-
фективности и качества —должны быть повышены
технический уровень выпускаемой продукции, ее
качество и надежность, улучшены эксплуатационные
свойства изделий. Важное место в решении этих
задач занимает контроль качества сырья, материалов,
заготовок, деталей, узлов и изделий, в том числе и
сварных конструкций. Создание и внедрение эффек-
тивных методов и средств неразрушающего контроля
качества сварки на всех этапах ее развития в зна-
чительной мере способствовало освоению в произ-
водстве различных способов сварки, позволяющих
соединять практически все существующие металлы
и сплавы, а также металлы с неметаллами в широком
диапазоне толщин.
Непрерывное увеличение объема сварных кон-
струкций, а также повышение качества и надежности
изделий, работающих при высоких скоростях, под
воздействием ударных и знакопеременных нагрузок,
высоких температур, агрессивных сред, радиации,
требуют повышения надежности и производитель-
ности методов и средств неразрушающего контроля
и их комплексного применения.
При решении этих задач конструкторам, техноло-
гам, специалистам по сварке и неразрушающему
контролю, работающим в конструкторских бюро,
научно-исследовательских институтах и на пред-
3
chipmaker.ru
приятиях сложно и не всегда доступно пользоваться
большим количеством разрозненных статей, докла-
дов и других материалов, опубликованных в этой
области.
Авторы данной книги попытались обобщить и
систематизировать отечественный и зарубежный опыт
неразрушающего контроля качества сварных сое-
динений, показать возможности рассматриваемых
методов неразрушающего контроля и их комплекс-
ного применения в условиях производства и эксплу-
атации изделий. При написании книги использован
многолетний опыт авторов по неразрушающему кон-
тролю качества сварных, паяных и других неразъем-
ных соединений.
Если эта работа окажет определенное влияние на
дальнейшее развитие и более эффективное примене-
ние в промышленности методов и средств неразру-
шающего контроля качества сварки и других техно-
логических процессов, то авторы будут считать
поставленную перед ними задачу выполненной.
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО КОНТРОЛЮ СОЕДИНЕНИЙ
1.	КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ, ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ
Всемерное повышение качества продукции Bqex отраслей
промышленности и в первую очередь качества изделий ответ-
ственного назначения — одна из первоочередных задач, стоящих
перед промышленностью нашей страны.
Под качеством продукции понимается совокупность ее свойств,
обусловливающая пригодность продукции для удовлетворения
определенных потребностей в соответствии с ее назначением.
Одним из основных свойств этой совокупности является надеж-
ность.
Под надежностью понимают свойство объекта (изделия, ма-
шины) выполнять заданные функции, сохраняя во времени зна-
чения установленных эксплуатационных показателей (по произ-
водительности, скорости, расходу топлива и т. п.) в заданных
пределах, соответствующих заданным режимам и условиям исполь-
зования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и
транспортировки.
Надежность — комплексное свойство, которое в зависимости
от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать
безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняе-
мость. Для конкретных объектов и условий их эксплуатации
эти свойства могут иметь различную относительную значимость
и определенное сочетание как для объекта, так и для его
частей.
Качество изделия (продукции) определяет надежность его
в условиях эксплуатации. Какими бы высокими техническими
характеристиками ни обладало изделие в начале его эксплуатации,
если эти характеристики ухудшаются в течение заданного про-
межутка времени и выходят из заданных'пределов, то изделие
не будет обладать достаточной долговечностью и безотказностью,
и, следовательно, качество его не может быть оценено вы-
соким.
Под долговечностью понимается свойство объекта (изделия)
сохранять работоспособность до наступления предельного со-
5
chipmaker.ru
стояния при установленной системе технического обслуживания
и ремонтов.
Безотказность — свойство изделия непрерывно сохранять ра-
ботоспособность в течение заданных времени или наработки без
вынужденных перерывов. За данный период времени при регла-
ментированных режимах работы и условиях эксплуатации не
должна нарушиться работоспособность изделия, т. е. не возникнет
отказ—событие, заключающееся в нарушении работоспособности
изделия, которое до возникновения отказа было работоспособным.
Причины отказов различны. Они зависят от типа и характера
изделий, условий их эксплуатации, применяемых материалов и
технологии. Исследования различных случаев разрушения свар-
ных изделий (конструкций) позволяют сделать вывод о том,
что причиной разрушения часто могут быть имеющиеся в швах
сварных соединений различного рода дефекты, понижающие их
прочностные характеристики.
Дефекты сварки различаются по природе и происхождению,
по размерам, ориентировке и расположению. Все дефекты сварки,
пайки, склеивания (например, трещины, непровары, непропаи,
непроклеи, поры и т. д.), эксплуатации (усталостные трещины,
коррозионные поражения и др.) объединяются одним общим
признаком: они вызывают изменение физических характеристик
среды — плотности, магнитной проницаемости, электропровод-
ности, теплопроводности, упругих свойств и т. д.
Многообразие встречающихся в сварных и других неразъем-
ных соединениях дефектов, различное’ их влияние на механиче-
ские свойства соединений приводят к условному определению
понятия «дефект».
В техническом понимании дефект — это каждое несоответствие
изделия (продукции) требованиям, установленным нормативной
документацией, которое приводит к снижению степени пригод-
ности изделия для использования по назначению. В зависимости
от степени влияния дефекты подразделяют на критические, зна-
чительные, малозначительные, исправимые, неисправимые.
К критическим дефектам относятся дефекты, при наличии
которых использование продукции по назначению практически
невозможно или исключается в соответствии с требованиями
безопасности. К значительным дефектам относятся дефекты,
которые существенно влияют на использование продукции по
назначению или на ее долговечность, но не являются критиче-
скими. Малозначительные дефекты не оказывают существенного
влияния на использование продукции по назначению и на ее
долговечность. Исправимый дефект -^дефект, устранение кото-
рого технически возможно и экономически целесообразно. К не-
исправимым дефектам относят дефекты, устранение которых тех-
нически невозможно или экономически нецелесообразно.
В соответствии с этими определениями годным изделием яв-
ляется изделие, удовлетворяющее всем требованиям нормативной
6
документации. Дефектное изделие — изделие, имеющее хотя бы
один дефект (брак).
Брак —дефектная единица продукции (изделия) или сово-
купность таких единиц. К исправимому браку относится брак,
в котором все дефекты исправимы. К неисправимому браку отно-
сится брак, состоящий из таких единиц продукции, в каждой
из которых имеется хотя бы один неисправимый дефект.
Понятие «брак» совпадает с понятием «забракованная» или
некондиционная продукция, если продукция состоит из одной
единицы, оказавшейся дефектной, или из нескольких единиц,
в каждой из которых имеется хотя бы один дефект.
Примерами дефектов могут служить выход размера детали за
пределы допуска, неправильная сборка изделия под сварку,
наличие трещин, непроваров, пористости в швах сварных соеди-
нений и т. д.
Термин «дефект» применяется при контроле качества продук-
ции на стадии ее изготовления, а также при ее ремонте и при
контроле качества отремонтированной продукции.
Борьба за повышение качества выпускаемой продукции должна
сводиться к полному исключению дефектов и особенно наиболее
опасных дефектов. Это может быть обеспечено двумя путями:
совершенствованием и строгим соблюдением технологии, исклю-
чающим возможность появления дефектов; применением эффек-
тивных методов и средств контроля качества изготовления и
готовой продукции, обеспечивающих своевременное обнаружение
дефектов и отбраковки дефектных материалов, заготовок, деталей,
сварных и других неразъемных соединений, а также изделий
в целом. Сочетание этих путей определяется характером выпускае-
мой продукции и конкретными условиями производства.
Однако контроль качества ответственных изделий, рассчи-
танных с минимальным запасом прочности и эксплуатируемых
в тяжелых условиях, следует выполнять тщательно и весьма
надежно. Выборочный контроль нельзя в этом случае считать
достаточным. Даже тщательная обработка полученных при выбо-
рочном контроле данных методами математической статистики
не позволила судить о качестве всей партии изделий, т. е. об
отсутствии дефектов в каждом изделии. Только стопроцентный
контроль может дать надежные результаты о качестве изготов-
ляемой продукции. Решение такой задачи возможно лишь при
условии применения неразрушающих методов контроля.
Таким образом, неразрушающие методы контроля служат
эффективным средством улучшения и строгого соблюдения техно-
логии, повышения и обеспечения стабильного качества выпускае-
мой продукции.
Качество изготовления продукции является важнейшим фак-
тором, определяющим качество изготовляемой продукции. Оно
зависит от качества и состояния оборудования и инструмента,
качества сырья, материала и комплектующих изделий, качества
7
Chipmaker, ru
нормативной документации на изготовление продукции и не
в последнюю очередь от качества труда изготовителей — слеса-
рей, сварщиков, контролеров и др.
2.	ЭТАПЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
В ПРОИЗВОДСТВЕ СВАРНЫХ, ПАЯНЫХ И КЛЕЕНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Управление качеством, т. е. установление, обеспечение и
поддержание необходимого уровня качества продукции при ее
разработке, производстве и эксплуатации, осуществляют путем
систематического технического контроля качества и целенаправ-
ленного воздействия на условия и факторы, влияющие на каче-
ство продукции. Контроль качества продукции, в том числе
сварных и других изделий, с использованием неразрушающих
методов заключается в проверке соответствия показателей каче-
ства продукции установленным техническим требованиям.
На стадии изготовления продукции технический контроль
качества может иметь различные формы и решать различные
задачи, например входной контроль, операционный контроль,
приемочный контроль, контроль технологического процесса и т. п.
Входной контроль осуществляет завод-потребитель — про-
верка материалов, заготовок, комплектующих изделий или партий
изделий, поступивших из других предприятий (заводов-постав-
щиков) .
Операционный (производственный) контроль — контроль пока-
зателей качества деталей, узлов, сварных соединений в процессе
их изготовления в производственных цехах (заготовительных,
обрабатывающих, сборочных, сварочных и т. д.).
При контроле технологического процесса предусматривают
контроль за состоянием технологического оборудования, за стро-
гим соблюдением режимов обработки, сборки, сварки, контроля
и т» д.
Приемочный контроль — окончательный контроль (испытание)
готовых изделий по различным программам, предусмотренным
техническими условиями на испытания агрегатов, приборов,
сварных конструкций, стендовые испытания двигателей, летные
испытания самолетов и т. д.
Этапы и методы контроля в современном сварочном произ-
водстве в обобщенном виде показаны на схеме 1.
В процессе сварочного производства контролируются исходные
материалы, заготовки и качество сборки; оборудование, оснастка
и приборы; режимы сварки, пайки, склеивания; швы соединений
(осмотр, обмер); квалификация производственного персонала.
Контроль качества соединений и готовых изделий включает
осмотр и обмеры сварных швов и изделий; металлографические
исследования; физико-химические исследования металла шва
соединения; механические испытания; комплексное применение
неразрушающих методов контроля.
8
Методы неразрушающего контроля сварных соединений группи-
руют по видам исходя главным образом из общности физических
явлений, используемых для обнаружения дефектов и других
отклонений в контролируемых объектах, недопустимых по техни-
ческим условиям на их изготовление и эксплуатацию.
В неразрушающем контроле используют (схема 1):
проникающее ионизирующее излучение—радиационные ме-
тоды; упругие колебания в звуковом и ультразвуковом диапазо-
нах длин волн — акустические методы; магнитные и электромаг-
нитные поля— магнитные и электромагнитные методы соответ-
ственно; явление капиллярности — капиллярные методы; про-
никновение жидкостей и газов через сквозные дефекты — методы
контроля течеисканием; тепловые поля —тепловые методы не-
разрушающего контроля, а также другие физические явления
и закономерности.
Анализ трудоемкости производства сварных, паяных и клееных
соединений в отдельных отраслях машиностроения показывает,
что от общей трудоемкости контроля (100%) трудоемкость кон-
троля технологических процессов составляет 11,5%, трудоем-
кость контроля качества соединений готовой продукции —88,5%,
в том числе трудоемкость неразрушающих методов контроля —
70%. В промышленности неразрушающие методы и средства
контроля качества соединений являются неотъемлемой частью
технологических процессов сварочного производства.
Эти методы приобретают особую важность в связи с повышением
требований к качеству и надежности сварных изделий (рост
скоростей, ударные, знакопеременные и тепловые нагрузки,
воздействие ядерной и космической радиации и т. д.). Особенно
важными объектами контроля становятся цельносварные кон-
струкции кораблей, глубоководных аппаратов, клееные и паяные
сотовые конструкции узлов самолетов, неразъемные сварные
и паяные соединения трубопроводов, средства автоматического
управления и т. д.
Основная задача технического контроля качества выпускемой
сварной продукции состоит в том, чтобы, правильно используя
эффективные методы и средства контроля, своевременно выявить
(обнаружить) технологические дефекты сварки, пайки и других
процессов производства, определить причины, порождающие эти
дефекты, и пути (мероприятия), обеспечивающие бездефектную
сдачу готовой продукции. При этом особое внимание должно быть
обращено на обеспечение надежности и снижение трудоемкости
контроля.
3.	КОНТРОЛЬ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА
В соответствии с действующими государственными стандар-
тами СССР по сварке металлов контролю в технологическом
процессе производства подвергают основной и присадочный
материал, флюсы, электроды и припои; заготовки под сварку;
9
chipmaker.ru
Этапы и методы контроля сварных,
10
Схема 1
паяных и клееных соединений
методы контроля
11
I chlpmaker.ru
приспособления и качество сборки; сварочное оборудование;
контрольно-измерительные приборы и инструмент; носители энер-
гии; квалификацию сварщиков и контролеров.
Контроль качества основного и присадочного материала,
флюса, припоя и клея. Основной и присадочный материал, флюсы,
электроды, припои и клеи проверяют на соответствие техниче-
ским условиям на эти материалы и действующему технологиче-
скому процессу.
Качество материала устанавливают на основании маркировки
и паспортов (сертификатов), поступающих от заводов-поставщи-
ков. Поступивший металл подвергают тщательному внешнему
осмотру. При обнаружении внешних дефектов, а также при
отсутствии сертификатов металл допускается в производство
только после проведения химического анализа, механических
испытаний, пробы на свариваемость и т. д.
Свариваемость — свойство металла или сочетания металлов
образовывать при установленной технологии сварки соединение,
отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуа-
тацией изделия.
Электродная проволока, предназначенная для ручной и
автоматической дуговой сварки и газовой сварки углероди-
стых, легированных и други» сталей и сплавов, а также
прутки для наплавки должны удовлетворять требованиям дей-
ствующих ГОСТов. Предприятия-поставщики должны гаранти-
ровать соответствие качества всех этих материалов требованиям
ГОСТов.
Качество наплавленного металла зависит не только от каче-
ства электродной проволоки, но и от качества материалов для
электродных покрытий, флюса для автоматической сварки. Полу-
чаемая заводом-потребителем каждая партия материала для
электродных покрытий или флюса должна иметь сертификат,
в котором приведены основные характеристики данного мате-
риала (химический состав и др.). Приемку, транспортировку,
хранение и испытание каждой партии материала осуществляют
в соответствии с ГОСТами и действующими на предприятии
производственными инструкциями или правилами.
В производство должны быть допущены только те материалы
(проволока, электроды и т. д.), на которые имеется сертификат
и качество которых соответствует требованиям сертификата
(паспорта).
Контроль заготовок. Заготовки под сварку, которые проверяют
до начала сборки, должны удовлетворять определенной степени
точности, устанавливаемой в зависимости от характера и назна-
чения изделия. Заготовки должны быть тщательно очищены,
особое внимание следует обратить на состояние поверхностей,
подлежащих сварке, пайке и склеиванию. Недопустима сварка
элементов конструкций (деталей), покрытых маслом, краской,
ржавчиной, грязью и т. д. Эти загрязнения способствуют обра-
12
зованию пористости и снижению качества сварных, паяных и
склеенных соединений.
Контроль приспособлений. Специализированные сборочные
приспособления (кондукторы), применяемые в производстве,
должны обеспечивать требуемую прочность и жесткость; точное,
быстрое и надежное закрепление элементов сварной конструкции,
необходимую степень точности всех размеров свариваемой детали,
узла, изделия; установление свариваемого объекта в положение,
удобное для осуществления сварки, и др.
Эти требования должны быть отражены в технических заданиях
на проектирование и изготовление приспособлений. Вновь изго-
товленные приспособления до ввода в эксплуатацию проверяют
на соответствие техническим заданиям. Необходимо обращать
внимание на правильность основных размеров, действие упоров,
зажимов и т. д. Окончательное заключение о пригодности при-
способления следует давать после изготовления и проверки раз-
меров первого сварного изделия или детали (узла).
В процессе производства состояние приспособлений контро-
лируют систематически и в сроки, устанавливаемые в зависимости
от характера производства и выпускаемой продукции. При необ-
ходимости приспособления подвергают соответствующему ремонту
или замене.
Контроль сборки. Детали, узлы или изделие, подлежащие
сварке, должны собираться на тщательно выверенных специаль-
ных сборочных приспособлениях (стеллажах, кондукторах), обес-
печивающих точное расположение свариваемых элементов. Основ-
ные контролируемые размеры собранных под сварку деталей
(изделий): зазор между кромками и превышение кромок —для
стыковых соединений без разделки кромок; зазор между кромками,
притупление кромок и угол разделки кромок —для соединений
с разделкой кромок; ширина нахлестки и зазор между листами—
для нахлесточных соединений; зазор между листом и кромкой,
угол между свариваемыми элементами, а также притупление и
угол скоса кромки —для тавровых соединений; зазор между
свариваемыми элементами и угол между ними —для угловых
соединений.
Контролю подлежат и другие размеры и параметры, которые
зависят от вида и формы сварной конструкции и определены
техническими условиями на изделие. Детали, узлы или изделия,
собранные под сварку с отклонением от технических условий или
установленного технологического процесса, бракуют.
Средства, порядок и методика контроля предусматриваются
технологическим процессом производства.
Контроль сварочного оборудования. Качество сварных, па-
яных, клееных и клеесварных соединений в большой степени
зависит от исправности оборудования. Цель и назначение данного
вида контроля — обеспечить поддержание сварочного оборудо-
13
chipmaker.ru
вания в рабочем состоянии в соответствии с паспортами на каждую
машину или аппарат.
Машины и аппараты для дуговой сварки должны обеспечивать
устойчивое горение дуги и требуемую точность и правильность
регулировки электрического режима, скорости сварки и т. д.
Эти параметры подлежат тщательной проверке каждый раз перед
пуском оборудования и в процессе производства.
При работе на сварочных контактных машинах проверяют
исправность всех механизмов, охлаждающую систему, контактные
поверхности зажимных приспособлений, форму и износ рабочих
поверхностей электродов. При точечной и шовной сварке исклю-
чительно важное значение имеет дозировка времени сварки, осу-
ществляемая при помощи тиратронных (ламповых) и других пре-
рывателей. Конструкция прерывателей должна обеспечивать точ-
ное и надежное регулирование и контроль продолжительности
сварки.
При газовой сварке первостепенное значение имеет проверка
источников питания газами. Контроль, например, ацетиленовых
газогенераторов направлен на обеспечение подачи чистого и
сухого газа при нормальной температуре и постоянном давлении.
Для этой цели проверяют газовые магистрали, водяные затворы
и регуляторы давления.
Контроль приборов и инструментов. Используемые в произ-
водстве приборы (амперметры, вольтметры и т. п., установленные
на сварочных машинах или у рабочего места) и инструмент перио-
дически подвергают метрологическому. надзору и при необходи-
мости ремонту. Контрольно-измерительные приборы проверяют
сравнением их показаний с показаниями образцовых приборов
и средств измерений.
При автоматической сварке систематически проверяют исправ-
ность электрической аппаратуры, сварочной головки, механизма
тележки и т. д. При газовой сварке проверяют плотность присое-
динения горелок к вентилям и шлангам. Особо важно поддер-
живать и контролировать постоянное соотношение между объе-
мами горючей смеси и газов. Не допускается избыток кислорода
или горючего газа. При контроле работы редукторов необходимо
обращать внимание на постоянство рабочего давления, чувстви-
тельность регулировки, пропускную способность и стойкость
против замерзания.
Контроль носителей энергии. Особое значение имеет контроль
носителей энергии — источников теплоты при сварке: при элек-
трической дуговой и контактной сварке — электроэнергии; при
газовой сварке — теплоты химических реакций горения ацети-
лена, водорода, паров бензина, светильного газа или другого
горючего газа в кислороде. Контроль электроэнергии в основном
осуществляют проверкой напряжения в первичной сети. При
газовой сварке контролируют чистоту горючего газа и кисло-
рода.
14
Контроль квалификации сварщиков. Тщательный планомер-
ный контроль подготовки изделий под сварку и производства
сварки не будет эффективным без проверки квалификации свар-
щиков, так как качество и производительность сварки (пайки
и склеивания) в значительной степени зависят от квалификации
и мастерства сварщиков. Стабильность качества сварных соеди-
нений — основной признак высокой квалификации сварщика.
Испытание сварщиков (во многих случаях после соответствую-
щей переподготовки) проводят в соответствии с техническими
требованиями и правилами на изготовление, приемку и эксплуата-
цию сварного изделия (конструкции).
Операционный контроль в процессе производства. Большое
значение для обеспечения качества выпускаемой продукции имеет
операционный контроль в процессе производства. Внимательное
и непрерывное наблюдение за состоянием оборудования, аппа-
ратуры, приспособлений, приборов и инструмента, а также за
ходом выполнения сварочных операций каждым сварщиком
позволит своевременно обнаружить дефекты сварки и принять
меры по устранению причин их образования..
Операционный контроль за ходом технологического процесса
осуществляют технологи, мастера и другие инженерно-техниче-
ские работники, ответственные за работу данного участка, цеха,
предприятия и качество изделий. При операционном контроле
необходимо обращать внимание на строгое соблюдение установ-
ленных технологическим процессом последовательности и режимов
изготовления сварных изделий в целом, так как качественное
выполнение сварных соединений отдельных элементов или детали
конструкции еще не гарантирует высокого качества изделия
(конструкции) в целом.
На предприятиях в процессе производства необходимо тща-
тельно осматривать швы по мере их выполнения. Это позволит
своевременно выявить наружные и сквозные дефекты: подрезы
основного металла, наплывы, прожоги, незаваренные кратеры,
наружные трещины шва и околошовной зоны, выплески, непро-
вары корня шва и несоответствие конструктивных элементов
сварного шва, свищи, прожоги, трещины, сплошные непровары
(см. гл. II).
Анализ причин образования технологических дефектов (в том
числе и внутренних, выявляемых средствами неразрушающего
контроля) позволит своевременно принять меры к строгому соблю-
дению технологического процесса производства (или его улучше-
нию) и исключению причин, порождающих обнаруженные де-
фекты.
chipmaker.ru
ГЛАВА II
МЕТОДЫ СВАРКИ, ПАЙКИ, СКЛЕИВАНИЯ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ДЕФЕКТЫ СОЕДИНЕНИЙ
Chipmaker.ru
I.	МЕТОДЫ СВАРКИ, ПАЙКИ И СКЛЕИВАНИЯ (37, 75, 77]
Сварка —технологический процесс получения неразъемных
соединений посредством установления межатомных связей между
свариваемыми частями при их местном или общем нагреве или
пластическом деформировании, или совместным действием того
и другого. Сварке подвергаются различные материалы, однако
наибольшее значение и распространение получила сварка метал-
лов.
Сварка металлов по физическим признакам классифицируется
на три класса: термический, термомеханический, механический.
К термическому классу сварки относятся все виды сварки,
осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии:
дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, газовая, индук-
ционная и др. Сварка плавлением осуществляется с местным
расплавлением соединяемых частей без применения припоя.
Газовая сварка—разновидность сварки плавлением, при
которой кромки соединяемых частей нагревают пламенем газов,
сжигаемых на выходе горелки для газовой сварки. '
К термомеханическому классу сварки относятся все виды
сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и
давления: контактная, диффузионная, газопрессовая, индукцион-
но-прессовая, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессо-
вая, печная.
К механическому классу сварки относятся все виды сварки,
осуществляемые с использованием механической энергии и дав-
ления: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением, магнитно-
импульсная.
По технологическим признакам виды сварки классифицируют
по способу защиты металла в зоне сварки (в воздухе, в вакууме,
в защитном газе, под флюсом, по флюсу, в пене, с комбинирован-
ной защитой); по непрерывности процесса (непрерывные, преры-
вистые); по степени механизации процессов сварки (ручные,
механизированные, автоматизированные, автоматические).
16
Основные формы сварных соединений —стыковые, нахле-
сточные, угловые и тавровые. Стыковое сварное соединение —
соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости
или на одной поверхности. Нахлесточное сварное соединение —
соединение, в котором свариваемые элементы расположены
параллельно и перекрывают друг друга. Угловое сварное соеди-
нение — соединение двух элементов, расположенных под прямым
углом и сваренных в месте примыкания их краев. Тавровое свар-
ное соединение — соединение, в котором к боковой поверхности
одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой
элемент.
Рис. 1. Сварной шов:
1 — наплавленный металл; 2 — .зона термического влияния; 3 — ос-
новной металл; 4 — конечный кратер; h — глубина расплавления; Н —
высота шва; b — ширниа шва
Под сварным узлом следует понимать часть конструкции,
в которой сварены примыкающие друг к другу элементы. Свар-
ной шов — участок сварного соединения, образовавшийся в ре-
зультате кристаллизации металла сварочной ванны (рис. 1).
Зоной соединения называют зону, где образовались межатомные
связи соединяемых частей при сварке.
При точечной сварке происходит расплавление сопрягаемых
поверхностей свариваемого металла под влиянием внутренних
источников теплоты, образование ядра (жидкой ванны) и затем
сваривание — совместная кристаллизация расплавленного ме-
талла с нерасплавленным в процессе охлаждения.
Пайка —технологический процесс получения неразъемного
соединения материалов с нагревом ниже температуры их авто-
номного расплавления путем смачивания, растекания и запол-
нения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления
их при кристаллизации шва.
Существенное значение в процессе пайки имеют взаимное
растворение и диффузия припоя и основного металла. Для
обеспечения надежного (качественного) соединения припой дол-
жен хорошо растворять основной металл, смачивать его, легко
17
chipmaker.ru
растекаясь по поверхности. Это возможно лишь при достаточно
чистой поверхности основного металла.
Пайка обычно применяется для соединения металлических де-
талей и реже для соединения керамики, стекол, металла со стек-
лом и т. д. Наиболее широкое применение пайка нашла в произ-
водстве автомобилей, мотоциклов, велосипедов, деталей всевоз-
можных машин и механизмов, изделий из листового металла и т. д.
Технологический процесс пайки разделяют на два основных
вида: высокотемпературная пайка и низкотемпературная пайка.
При высокотемпературной пайке нагрев, осуществляемый
в месте контакта соединяемых материалов и припоя, превышает
723 К (свыше 450° С). При этом применяют припои, имеющие
механическую прочность при растяжении до 50 кгс/мм2.
Низкотемпературная пайка — пайка, нагрев при которой
в месте контакта соединяемых материалов и припоя не превы-
шает 723° К (ниже 450° С). Применяемые при этом припои имеют
механическую прочность при растяжении, обычно не превышаю-
щую 5—7 кгс/мм2.
В практике встречается термин «капиллярная пайка». При
капиллярной пайке расплавленный припой заполняет паяльный
зазор и удерживается в нем под действием капиллярных сил.
Паяное соединение —элемент паяной конструкции, состоящий
из паяного шва и диффузионных зон при общем нагреве, паяного
шва и зон термического влияния при локальном нагреве. Основ-
ные виды паяных соединений — нахлесточное, стыковое и «в ус».
Склеивание — способ соединения поверхностей с помощью
клея. Прочность и стабильность клеевых соединений в основном
обеспечивается клеем, отвечающим требованиям конкретного
соединения (изделия); технологией склеивания и ее осуществле-
нием в условиях производства.
Клеесварные соединения представляют собой тип неразъемного
соединения, получаемого в результате совмещения технологи-
ческих процессов точечной сварки и склеивания металлов. Сое-
динения, выполненные точечной (и шовной) сваркой, достаточно
прочны, имеют меньший вес по сравнению с заклепочным соеди-
нением, а по степени автоматизации и производительности про-
цесса изготовления значительно их превосходят. Однако цикли-
ческая прочность и коррозионная стойкость сварных соединений
из алюминиевых сплавов, применяемых для ответственных кон-
струкций, недостаточны. Склеенные соединения герметичны, имеют
высокую циклическую прочность и хорошую коррозионную стой-
кость. Но эти соединения плохо работают в условиях изгибающих
и отрывающих нагрузок.
Следовательно, ни сварные, ни клеевые соединения в отдель-
ности не могут обеспечить требуемую прочность и надежность
изделий. Клеевая прослойка клеесварного соединения восприни-
мает значительную часть напряжений при нагружении комбини-
рованного соединения, разгружая сварную точку, перераспре-
18
Таблица 2
Сквозные дефекты (свищи,' прожоги, трещины, сплошные непровары) швов сварных соединений,
выполненных различными способами сварки
Метод контроля	Размеры дефектов, мм	Типы сварных соединений	Способ сварки	Свариваемые металлы	Толщина свариваемых металлов, мм
Смачиванием керосином	^0,1	Стыковые, тав- ровые, угловые	Все способы сварки плавле- нием	Все металлы и сплавы	^10
Обдувом сжатым воздухом	>0,5				
					
Воздушным давлением	>0,001				Не ограни- чивается
Аммиаком					
Гидравлическим давлением		Любые			
Контроль наливом воды	>0,5	Стыковые, уг- ловые, тавровые			=С10
Контроль поливом водой					
Метод испытания течеискателямн	>0,001	Все типы	Все способы		Не ограни- чивается
Примечания: 1. Расположение дефектов любое
2. Контроль качества швов сварных соединений смачиванием керосином, гидравлическим давлением и поливом водой соответственно
по ГОСТ 3285 — 65, ГОСТ 1999—60 и ГО 5 Г 3845 — 65.
Таблица 3
Внутренние дефекты швов сварных соединений, выполненных различными способами сварки
Виды дефектов	Метод контроля	Размеры дефектов	Расположение дефектов	Типы сварных соедине- ний	Способ сварки	Свариваемые металлы	Толщина свариваемых металлов, мм
Непровары, перегрев металла шва и несплав- ление кромок	Технологи- ческой пробой	Не ограни- чиваются	Любое	Любые	Все способы	Все металлы и сплавы	Не ограни- чивается
Дефекты структуры шва сварного соедине- ния и зоны термическо- го влияния, внутренние и наружные трещины, непровары, шлаковые и газовые включения, не- сплавления кромок	Металло- графиче- ский						
Непровары, газовые поры, шлаковые и ме- таллические включения, трещины в шве н около- шовнон зоне, несплав- ление кромок	Радиацион- ная дефек- тоскопия	>0,5 мм	Любое, кроме трещин, рас- положенных под углом более 5—10° к направлению центрального луча				^500 (по стали)
chipmaker.ru
Продолжение табл.
деляя напряжения и улучшая работоспособность соединения.
Химически стойкие клеи при этом обеспечивают надежную анти-
коррозионную защиту и герметичность соединения.
Важнейшим критерием оценки качества клеесварного соеди-
нения являются прочностные характеристики. Вид и характер
механических испытаний таких соединений определяются техни-
ческими условиями на клеесварное изделие.
По виду, характеру и расположению дефекты, встречающиеся
в швах сварных соединений, выполненных всеми способами сварки,
подразделяют на наружные (табл. 1), обычно выявляемые внеш-
ним осмотром и измерениями; сквозные (табл. 2), проходящие
сквозь шов сварного соединения; внутренние (табл. 3), не обна-
руживаемые внешним осмотром сварного соединения детали,
узла и изделия.
2.	НАРУЖНЫЕ И СКВОЗНЫЕ ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Дефекты формы швов 'сварных соединений — несоответствие
конструктивных элементов сварного шва, заданных технологиче-
скими условиями или чертежом на изделие или стандартами.
Несоответствие размеров и формы шва — неполное заполне-
ние (неполномерность) швов (рис. 2, б); черезмерная высота и
ширина шва (рис. 2,а); неравномерная высота и ширина шва
(рис. 2, <?).
Рис. 2. Отклонение формы и размеров швов свар-
ных соединений:
а — чрезмерные размеры швов; б — неполномер-
ный шов; в — неравные катеты угловых швов
Причинами отклонения геометрических размеров швов от
заданных могут быть чрезмерные зазоры между кромками сва-
риваемых заготовок (элементов конструкции) и повышенные углы
разделки между свариваемыми кромками; завышенные сварочный
ток и напряжение на дуге, малая скорость сварки; неправильная
подгонка свариваемых кромок; неправильное перемещение элек-
трода в процессе сварки или неправильный угол наклона свароч-
ной проволоки при автоматической сварке; недостаточная квали-
фикация сварщика; неисправность сварочного оборудования,
измерительных приборов и др.
23
.ru
Рис. 4. Подрезы в швах:
а — стыковых; б — угловых; в — горизонтальных
Прожоги — сквозное проплавление свариваемых элементов
конструкции (рис. 3). Этот дефект может быть вызван следующими
причинами: чрезмерными зазорами между стыкуемыми кром-
ками свариваемых элементов; неплотным прилеганием металли-
ческой подкладки или флюсовой подушки при автоматической
сварке под флюсом; завышенной тепловой мощностью, вызванной
чрезмерной величиной сварочного тока или чрезмерной мощностью
сварочной горелки; низкой скоростью сварки и др. В практике
прожоги чаще встречаются при сварке тонкостенных конструк-
ций и сварке стыковых швов, выполняемых с глубоким проваром,
а также при сварке снизу вверх вертикальных угловых швов.
Прожоги без исправления — недопустимые дефекты.
Подрезы —углубление в основном металле, расположенное
вдоль границы шва сварного соединения (рис. 4). Причины обра-
зования подрезов: чрезмерная тепловая мощность дуги; непра-
вильное положение электрода и низкое напряжение на дуге при
автоматической сварке под флюсом; слишком тугоплавкий флюс
при электрошлаковой сварке, способствующий отжиманию пол-
зунов; низкая квалификация сварщиков и др. Подрезы без ис-
правления — недопустимый дефект, особенно в тех случаях, когда
сварные соединения предназначены для работы в условиях вибра-
ционных и динамических нагрузок.
Наплавы и натеки — это излишне наплавленный металл около
кромок шва, наплывший или натекший в процессе сварки на не-
прогретый основной металл и не сплавившийся с ним (рис. 5).
Причины образования наплывов и натеков: неправильное про-
странственное положение шва; недостаточно точное направление
Рис. 5. Наплывы в швах:
а — горизонтальных; б — внахлестку: в — тавровых; г — сты
ковых нлн при наплавке валиков
24
Рис. 6. Поры и свищи, выходящие на поверхность сварных швов:
а — сечение; б — рентгеновский снимок
электрода (электродной проволоки) по оси шва — смещение его
на одну из свариваемых кромок; неправильно выбранный элек-
трический режим сварки (сила тока, длина дуги и т. п.); малая
скорость сварки при чрезмерной скорости плавления электродной
(присадочной) проволоки; недостаточная квалификация сварщика
и др. Наплывы и натеки часто сопровождаются более серьезными
дефектами —непроварами. Участки шва, имеющие наплывы
и натеки, необходимо тщательно контролировать.
Незаваренные кратеры — углубления в конце шва, образую-
щиеся при внезапном обрыве дуги (процесса сварки). Кратеры
довольно часто встречаются при выполнении коротких прерыви-
стых швов. Основная причина возникновения этого дефекта —
недостаточная квалификация сварщика. Кратеры подлежат ис-
правлению — заделке. Незаделанные кратеры недопустимы.
Поры, выходящие на поверхность наплавленного металла шва,
образуются в результате растворения в металле газов (рис. 6).
Поры приобретают вид вытянутых кверху цилиндрических поло-
стей, которые иногда называют свищами. Образованию свищей
способствует вязкий шлак с плохой газопроницаемостью, через
который вышедшие на поверхность наплавленного металла газы
удалиться окончательно не могут. Поры, выходящие на поверх-
ность шва, — более опасный концентратор напряжений по сравне-
нию с внутренними порами.
К сквозным дефектам относят дефекты типа свищей, прожогов,
трещин и сплошных непроваров, которые проходят сквозь на-
плавленный металл шва или основной металл. Причины образо-
вания сквозных дефектов те же, что внешних и внутренних дефек-
тов. Сквозные дефекты обусловливают негерметичность сварного
соединения.
3.	ВНУТРЕННИЕ ДЕФЕКТЫ, ОБРАЗУЮЩИЕСЯ
ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ
К внутренним дефектам сварных соединений относят дефекты,
которые не обнаруживаются внешним осмотром сварного соеди-
нения детали, узла или изделия. Вид, характер, ориентация и
размеры внутренних дефектов зависят от способов сварки.
25
chipmaker, ru
Трещиныи их разновидности. Трещины — частичное местное
разрушение сварного соединения (рис. 7). В наплавленном и
основном металле трещины появляются вследствие развития
собственных напряжений, которые могут возникнуть в металле
в результате следующих причин: литейной усадки и структурных
превращений или изменения объема при переходе металла из
жидкого состояния в твердое; неравномерного распределения
температуры при нагреве или охлаждении свариваемого объекта;
сварки деталей из конструкционных легированных сталей в жестко
заделанных контурах; большой скорости охлаждения при сварке
углеродистых сталей, склонных к закалке на воздухе; проведе-
ния сварки при низких температурах, понижающих пластические
свойства металла; засоренности основного и присадочного ме-
талла вредными примесями серы и фосфора; наличия в сварных
соединениях других дефектов, являющихся концентраторами
напряжений, обусловливающих образование трещин, и др.
В зависимости от температурных условий, при которых возни-
кают трещины, их подразделяют на холодные, возникающие при
температуре до 300° С, и горячие, возникающие при темпера-
туре 1100—1300° С.
В зависимости от расположения относительно оси шва свар-
ного соединения трещины подразделяют на продольные и попереч-
ные; по расположению в сварном соединении — на трещины
в наплавленном металле, трещины в основном металле или в зоне
термического влияния.
В зависимости от размеров трещины • подразделяют на макро-
трещины, имеющие сравнительно большой размер по глубине,
протяженности и раскрытию, и микротрещины, обнаруживаемые
вооруженным глазом.
В зависимости от характера напряжений (сжатие или растя-
жение), возникающих в элементах сварных конструкций, трещины
могут быть закрытые, труднообнаруживаемые (в сжатых элемен-
тах) или открытые, хорошо видимые (в растянутых элементах).
• Трещина —наиболее опасный и недопустимый дефект сварки.
26
Рис. 8. Непровары:
а — по кромке шва; б — в корне шва; в — между отдельными
слоями наплавленного металла; г — между валиками
Непровары и их разновидности. Непровар — отсутствие сплав-
ления между наплавленным и основным металлом (в корне шва
или по кромке) или между смежными слоями шва (рис. 8). При
непроваре отсутствует структурная связь между прилегающими
друг к другу объемами металла в сварном соединении. Непровар
возникает в тех случаях, когда расплавленный электродный
металл попадает на нерасплавленный основной металл. На по-
верхности соприкосновения расплавленного и основного металла
сохраняется тонкая окисная пленка, снижающая прочность
сцепления между ними.
Непровары часто встречаются в вершине угла, по скосам сва-
риваемых кромок, между параллельными валиками и между
валиками, наложенными друг на друга при многослойной сварке.
Характерная особенность непровара состоит в том, что он
заканчивается в металле шва ответвлением («усами») в виде тре-
щины. При радиографировании швов сварных соединений эти
усы, как правило, не выявляются, так как их раскрытие (ширина)
составляет 0,01 —0,1 мм. По этой причине ошибка в определении
общей глубины непровара по рентгено- и гамма-снимкам может
составлять до 10%.
В швах сварных соединений алюминиевых сплавов непровар
в большинстве случаев сопровождается окисными пленками и
порами. При ручной и автоматической сварке под флюсом сталей
непровары заполняются шлаком. Сопоставление ответвлений
(которыми заканчиваются непровары) с трещинами по располо-
жению и геометрической форме в сечении шва показывает, что
существенного различия в остроте их окончания не наблюдается.
Причины образования непроваров:
недостаточная тепловая мощность дуги (малый ток, излишне
длинная или излишне короткая дуга);электроды из легкоплавкого
материала, вследствие чего жидкий металл заполняет шов на
неоплавленные свариваемые кромки;
чрезмерная скорость сварки, при которой свариваемые кромки
не успевают расплавиться;
27
chipmaker.ru
значительное смещение электрода на одну из свариваемых
кромок, когда расплавленный металл натекает на вторую нерас-
плавленную кромку, прикрывая непровар;
малая величина зазора или матый угол скоса кромок, что
затрудняет расплавление основного металла;
неудовчетворительная зачистка кромок под сварку от ржав-
чины, краски, окалины, масла и других загрязнений;
блуждание или отклонение дуги под влиянием магнитных
полей, особенно при сварке на постоянном токе, когда основание
столба дуги располагается в одном месте, а жидкий металл сте-
кает на другой участок нерасплавленного основного металла;
наличие в зазоре разделки кромок остатка флюса при автома-
тической сварке, что вызывает непровар вершины угла шва;
неправильное положение или слишком большое сечение при-
садочной проволоки, укладываемой в разделку шва, что затруд-
няет расплавление основного металла;
неполное удаление шлака при многослойной сварке, образо-
вавшегося при наложении предыдущего валика;
неудовлетворительное качество основного металла, сварочной
проволоки, электродов, флюсов и т. п.;
неудовлетворительная работа сварочного оборудования — ко-
лебания силы сварочного тока и напряжения дуги в процессе
сварки;
низкая квалификация сварщика.
Непровар — один из наиболее опасных дефектов сварки,
особенно в сварных соединениях, работающих под действием
вибрационных и ударных нагрузок.
Пористость наплавленного металла. Поры (пористость) в на-
плавленном металле шва (рис. 9, 10) — различной величины
пузырьки (обычно сферической формы), заполненные газами.
Газовые пузырьки возникают вследствие интенсивных реакций
газообразования в объеме металла и большой скорости его затвер-
девания, не позволяющей пузырькам газа подняться на поверх-
ности расплавленного металла шва. При сварке стали основной
источник газообразования в большинстве случаев — это реакция
выгорания углерода за счет окислов, растворенных в расплавлен-
Рис. в. Непровар и пористость в сварном шре
28
Рис. 10. Пористость и трещины в сварных швах с усилением 4 мм (рентгеновские снимки)
ном металле (ванне), с образованием окиси углерода, нераствори-
мой в металле.
Возникшие в жидком металле пузырьки газа могут быстро
расти за счет диффузии в объем пузырька газов, растворенных
в металле, и в первую очередь водорода. К числу газов, вызываю-
щих пористость или имеющих определенное значение для образо-
вания пор при сварке, также относятся азот, пары воды и в малой
степени углекислый газ и метан. При охлаждении растворимость
газов в металле уменьшается и часть газов стремится выйти
в атмосферу. Газы, встречая сопротивление кристаллизующегося
металла, не могут полностью выйти из металла шва и образуют
в нем внутренние поры, раковины или выходящие на поверхность
свищи (ноздреватость).
В шве сварных соединений распределение пор может быть
равномерным по всему объему наплавленного металла (рис. 10, а),
в виде цепочки вдоль шва (рис. 10, в), групповые, в виде отдель-
ных скоплений (рис. 10, б) и в виде единичных включений.
По сечению шва поры могут располагаться у основания шва,
по линии сплавления расплавленного металла шва с основным
металлом; иногда поры распределяются по всему сечению шва.
Равномерная пористость обычно возникает при постоянно
действующих факторах: загрязненность основного металла по
свариваемым поверхностям (ржавчина, масло и т. п.), низкокаче-
ственные электроды или флюсы и т. д.
Групповые поры в виде отдельных скоплений образуются при
местных загрязнениях или при отклонениях от заданного (уста-
29
chipmaker.ru
ловившегося) режима сварки (при обрыве или случайных удли-
нениях дуги, при нарушении сплошности обмазки, при сварке
в начале шва, в кратерах и т. п.).
Поры, распределенные линейно в виде цепочки вдоль шва,
образуются в условиях, когда газообразные продукты проникают
по оси шва на всем его протяжении (при сварке по подварке
корня шва, выполненной некачественными электродами, при
сварке по ржавчине, при подсосе воздуха через зазор между
кромками).
Единичные поры могут образоваться при случайных отклоне-
ниях от установившегося режима и условий сварки.
Наиболее вероятно возникновение газовых пор в швах свар-
ных соединений алюминиевых, титановых сплавов и в меньшей
степени в сталях. Поры сферической формы возникают в тех слу-
чаях, если они не окисленные (в алюминиевых сплавах) и не
сопровождаются окисными пленками и непроварами. Поры, со-
провождающиеся окисными пленками, не имеют правильной
геометрической формы. Окисными пленками обычно сопрово-
ждаются слившиеся поры и поры, выходящие на поверхность со
стороны проплава. В сварных швах углеродистых сталей поры
в большинстве случаев имеют трубчатую форму.
Основные причины образования пор в швах сварных соеди-
нений: повышенное содержание углерода в основном металле или
присадочном материале; повышенная влажность электродного
покрытия, флюса или проведение сварочных работ в сырую по-
году; наличие в некоторых электродных покрытиях крахмала,
декстрина и других органических составляющих, в результате
разложения которых может происходить насыщение металла шва
окисью углерода или водородом; плохая очистка кромок свари-
ваемого металла от ржавчины, краски, масла и других загрязне-
ний; высокая скорость сварки, приводящая к быстрому затвер-
деванию сварочной ванны.
Шлаковые и окисные включения. Шлаковые включения в шве
сварного соединения (рис. 11) — небольшие объемы, заполненные
неметаллическими веществами — шлаками, окислами. Помимо
пузырьков газа, в металле шва могут застревать включения шла-
ков и окислов, не успевших всплыть на поверхность металла шва.
Образование шлаковых включений в значительной степени
зависит от скорости затвердевания жидкой ванны. При высокой
скорости затвердевания (при сварке электродами с тонкой об-
мазкой) количество шлаковых включений очень велико. При
сварке качественными электродами, дающими много шлака,
расплавленный металл дольше находится в жидком состоянии
и неметалтические включения имеют время всплыть на поверх-
ность металла. При сварке качественными электродами наплав-
ленный металл мало засорен шлаковыми включениями
Шлаковые включения по величине могут быть различными —от
микроскопических до капель в несколько миллиметров в попереч-
зо
Рис. И. Шлаковые включения в сварном шве -из стали ЗОХ ГС НА
толщиной 80 мм (гамма-снимок шва, 13’Cs)
.ике. По форме включения разнообразны: сферические, иголь-
чатые, шарообразные, плоские, вытянутые в виде пленки, разде-
ляющей прилегающие объемы наплавленного металла. Вследствие
этого влияние шлаковых включений на механические свойства
сварных соединений может быть сильнее, чем влияние пористости,
имеющей сферическую форму.
Шлаковые включения при определенных условиях могут стать
очагом образования трещин. Это объясняется тем, что в процессе
нагрева или охлаждения вследствие большой разницы величины
коэффициентов теплового расширения шлаков и металлов в по-
следнем могут возникнуть значительные температурные напря-
жения, способствующие зарождению трещин в металле шва.
Окисные включения (пленки) могут возникать при всех видах
сварки. В сварных швах алюминиевых сплавов они имеют вид
тонких плоских пленок произвольного очертания. Влияние окис-
ных пленок на механические свойства сварных соединений может
быть сильнее, чем влияние пор, шлаковых и металлических
включений.
Рис. 12. Вольфрамовые включения в швах сварных соединений алюминиевого
сплава (рентгеновский снимок)
31
chipmaker.ru
Причины возникновения шлаковых и окисных включений:
загрязненность поверхностей свариваемых кромок ржавчиной,
маслом, краской и т. д.; плохая очистка (или отделимость) шлака
от поверхности шва при многослойной сварке; быстрое остыва-
ние ванны жидкого металла (малый слой шлакового покрытия),
что затрудняет всплывание на поверхность более крупных вклю-
чений; высокая плотность или тугоплавкость шлака; некаче-
ственное электродное покрытие (покрытие дает вязкий густой
шлак, или оно нанесено больше положенного); низкая квалифи-
кация сварщика и др.
Металлические включения [91]. В практике наиболее рас-
пространены вольфрамовые включения (рис. 12) при сварке
алюминиевых сплавов. Вольфрамовые включения обычно возни-
кают при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом. При
этом может возникать мгновенная нестабильность дуги и появ-
ление одновременно с вольфрамовыми включениями окисных
включений. Вольфрамовые включения могут располагаться вну-
три шва и на поверхности соединений в виде брызг. При попада-
нии вольфрама в жидкую ванну он обычно погружается на дно
ванны. Вольфрам в алюминии нерастворим и обладает большой
плотностью. На рентгеновском снимке он дает характерные
ясные изображения произвольной формы (рис. 12). Вольфрамо-
вые включения, как правило, образуются в местах обрыва дуги,
при этом вольфрам отлагается в вершине кратеров, где часто
образуются трещины.
Вольфрамовые включения подразделяют на две основные
группы: изолированные и групповые. Размер диаметра изолиро-
ванных включений 0,4—3,2 мм. Групповые включения описы-
ваются (по рентгенограмме) размером группы, количеством и
размером отдельных (изолированных) включений в группе, при
этом размер группы характеризуется размером минимальной
окружности, в которую вписывается группа включений. Если
изображение нескольких включений сливается, то их принимают
за одно включение.
4.	ДЕФЕКТЫ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ [74]
Основные наружные дефекты швов сварных соединений,
выполненных точечной сваркой: наружные трещины (рис. 13);
прожог; наружный выплеск; вырыв точек; выход на поверхность
литой структуры; разрыв металла у кромки соединения; поверх-
ностное нарушение сплошности металла во вмятине от электрода;
чрезмерная вмятина и неправильная форма вмятины от электро-
дов; темная поверхность сварных точек.
Образованию этих дефектов способствуют следующие причины:
большая величина или длительность импульса сварочного тока;
малое усилие сжатия электродов; плохая подготовка поверхно-
стей свариваемых деталей; загрязнение электродов; малое ковоч-
32
Рис. 13. Наружные трещины сварной
точки
ное усилие; позднее прило-
жение ковочного усилия;
недостаточное охлаждение
электродов;
неисправное сварочное
оборудование; малое усилие
сжатия электродов или от-
сутствие его; неправильная
форма контактных поверхно-
стей электродов; загрязнение
поверхностей деталей или
электродов;
большая величина сварочного тока; большая длительность
импульса сварочного тока; плохая подготовка поверхностей
свариваемых деталей; загрязнение электродов; малое усилие
сжатия электродов; некачественная сварка и т. д.;
большие натяги деталей при сварке и в процессе правки;
неправильно установленные электроды и т. д.;
большая величина сварочного тока; большая длительность
импульса сварочного тока; малое усилие сжатия электродов;
загрязнение электродов; плохая подготовка поверхностей деталей;
точка поставлена близко к краю соединения; большая длитель-
ность импульса сварочного тока; большое ковочное усилие;
малая величина нахлестки и др.;
неправильная форма рабочей поверхности электродов;
большая величина и длительность импульса сварочного тока;
небольшой размер рабочей поверхности электродов; перекос
деталей или электродов; неправильная заточка или неравномер-
ный износ рабочей поверхности электродов; перекос свариваемых
электродов конструкции.
Основные внутренние дефекты точечной сварки: непровар
(рис. 14) —отсутствие взаимной литой зоны соединяемых эле-
ментов сварной конструкции; внутренние трещины, поры и рако-
Рис. 14. Макроструктура иепроваренной сварной точки из сплава Д16Т тол
щиной 2-|-2 мм
33
chipmaker.ru
Рис. 15. Сварные точки с выплеском
вины; внутренний выплеск металла (рис. 15); несимметричное
расположение ядра точки; чрезмерное проплавление — проплав-
ление свыше 80% толщины свариваемого листа.
Причины образования внутренних дефектов:
недостаточная величина или импульс сварочного тока; боль-
шое усилие сжатия электродов; шунтирование сварочного тока;
увеличение рабочей поверхности электродов; нестабильное кон-
тактное сопротивление, вызванное плохой подготовкой поверх-
ностей деталей; большой плакирующий слой; раннее приложение
ковочного усилия;
малое усилие сжатия электродов; малое кбвочное усилие;
запаздывание включения ковочного усилия; велик сварочный
ток; продолжительное время сварки; большое контактное сопро-
тивление деталей; плохая зачистка электродов;
большая величина сварочного тока или его импульса; плохая
подготовка поверхностей деталей; загрязнение электродов; малое
усилие сжатия электродов; перекос свариваемых элементов кон-
струкции; смещение точки к краю нахлестки; малая нахлестка;
неправильный подбор размеров контактных поверхностей
электродов; сварка различных по химическому составу мате-
риалов; сварка деталей разной толщины и др.
5.	ДЕФЕКТЫ КЛЕЕНЫХ И КЛЕЕСВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ [74, 77]
Характерные дефекты клееных соединений: трещины и рас-
слаивания; непроклей (зона отсутствия сцепления между соеди-
няемыми элементами); пониженная адгезия клея со склеиваемой
поверхностью; пористость; пузыри и раковины; пережог и др.
Основные причины образования этих дефектов:
неправильный режим полимеризации; слишком высокое дав-
ление; излишнее количество клея;
вытекание клея в процессе термообработки; недостаточное
количество клея, наносимого на кромки; пониженная вязкость
клея; попадание пузырьков воздуха при нанесении клея и£цр.;
некачественный клей; плохая подготовка поверхности £ под
склеивание; неправильный режим полимеризации; некачествен-
ная сборка и прихватка склеиваемых элементов конструкции.
34
недостаточное давление; большие зазоры при соединении
плохо пригнанных заготовок; наличие в клеевом слое раствори-
теля;
чрезмерное разбавление клея (уменьшенный процент сухого
остатка); неправильный режим полимеризации клея и др.
Клеесварные соединения получают в процессе совмещения
технологических процессов точечной сварки и склеивания ме-
таллов. Наибольшее распространение в машиностроении полу-
чили клеесварные соединения из алюминиевых сплавов типа Д16,
АМгб и др. В готовом клеесварном соединении встречаются де-
фекты, свойственные точечной сварке и склеиванию. Наиболее
опасным дефектом следует считать дефект точечной сварки —
непровар.
6.	ДЕФЕКТЫ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ [35, 37, 75]
При изготовлении паяных изделий (конструкций) образую-
щиеся дефекты можно разделить на три группы: дефекты заго-
товок и сборки изделия под пайку; дефекты паяных швов; дефекты
готового паяного изделия.
Для обеспечения качества паяной конструкции в первую оче-
редь необходимо обеспечить качество изготовления заготовок и
сборки под пайку. При сборке обращают внимание на установле-
ние необходимых зазоров и надежное закрепление соединяемых
элементов изделия. Изделие, подлежащее пайке, после нанесения
и закрепления припоя устанавливают в приспособление, обеспе-
чивающее полное затекание припоя в зазоры и наименьшее короб-
ление конструкции.
Характерные дефекты сборки под пайку: неравномерность
зазора между соединяемыми поверхностями; смещение элемен-
тов паяемого изделия. Эти дефекты возникают вследствие неточной
обработки заготовок; смещения заготовок в процессе их закреп-
ления при сборке; отсутствия приспособлений, обеспечивающих
надежную фиксацию изделия и отдельных его элементов.
Типичные дефекты паяных швов (соединений) (рис. 16, 17):
непропай — несплошное заполнение зазора припоем, а также
отсутствие связи между припоем и основным металлом; трещины;
поры и раковины; шлаковые и флюсовые включения.
Непропай возникает в результате несмачивания паяемого
металла припоем. Чтобы избежать непропаянных мест, необхо-
димо тщательно удалить окисную пленку и обеспечить установ-
ленные технологией пайки зазоры. Наличие вредных примесей
в припоях отрицательно влияет на качество заполнения зазора.
Жидкотекучесть припоев резко снижается при их загрязнении
окислами.
Трещины в паяных швах могут возникнуть под действием
собственных напряжений в основном металле или вследствие
вибраций паяемой конструкции в процессе пайки, когда закри-
35
chipmaker.ru
Рис. 16. Дефекты паяного соединения; фотография с гам-
ма-снимка (1Г0Тт) паяного шва жаровой трубы из жаро-
прочного сплава толщиной 2,5 мм. Стрелками показаны не-
пропай и трещина в паяном шве
сталлизовавшийся припой недостаточно прочен. К образованию
трещин склонны швы, спаянные припоями, имеющими широкий
интервал кристаллизации.
Различают трещины горячие и холодные. Горячие трещины
образуются в процессе кристаллизации и усадки припоя при
высоких температурах. Холодные трещины образуются при тем-
пературах до 200 С.
В зависимости от расположения трещины делят на три группы:
в шве паяного соединения; в основном металле; в контакте при-
поя с основным металлом.
Трещины в припое паяного шва могут возникнуть вследствие
усадки при кристаллизации и образовании галтелей в соедине-
ниях, паянных внахлестку. Трещины в контакте припой —основ-
ной металл могут образоваться при пайке разнородных металлов
Рис. 17. Дефекты в паяных узлах (гамма-сннмки, 170Тт)в
1 — непропай; 2 — трещина, заполненная припоем; 3 &
трещина, не заполненная припоем
36
с резко различными физико-химическими свойствами. Наиболее
часто этот дефект наблюдается при пайке пластин твердых спла-
вов к корпусам инструментов из конструкционных сталей. Тре-
щины могут также возникнуть при пайке медными и серебряными
припоями коррозионно-стойких сталей в напряженном состоянии.
В основном металле горячие и холодные трещины возникают
под действием собственных напряжений, образующихся при
сборке, нагреве под пайку, кристаллизации металла шва и охла-
ждении паяного соединения. В основном металле трещины могут
образоваться под действием расплавленного припоя. Появлению
трещин может способствовать проникновение припоя по грани-
цам зерен основного металла, что ослабляет связи между ними.
При наличии собственных напряжений или внешней нагрузки
это приводит к образованию трещин.
Образование мелких пор, в том числе и непропаев, может
вызвать выделение в процессе пайки газов, содержащихся в при-
пое и образующихся при испарении отдельных компонентов
флюсов и припоев. Образованию усадочных раковин, пор и не-
спаев способствуют также недостаточное количество внесенного
при пайке припоя или слишком большой зазор. Наличие адсор-
бированного слоя влаги во флюсе и на прутках припоя также
способствует появлению пор и непропаев.
Шлаковые включения в паяном шве образуются вследствие
плохой подготовки поверхности соединяемых элементов перед
пайкой и наличия загрязнений (ржавчины, масла и т д ), а также
при длительном нагреве во время пайки, когда флюс, реагируя
с основным металлом, переходит в шлак, плохо вытесняемый
припоем. Избыток кислорода в пламени при пайке газовой го-
релкой также способствует образованию шлаковых включений.
К дефектам готового паяного изделия относятся деформации
и коробления, вызванные неравномерным нагревом и охлажде-
нием в процессе пайки, а также неправильной сборкой изделия
под пайку.
Анализируя дефекты сварки, пайки, склеивания и причины их
возникновения, можно утверждать, что для предотвращения
образования дефектов в первую очередь необходимо строгое
соблюдение технологии сварки, пайки, склеивания и надежный
контроль качества в процессе производства.
chipmaker.ru
ГЛАВА III
ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
1.	ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ
Несмотря на высокий уровень развития сварочной техноло-
гии, позволяющей получать швы сварных соединений хорошего
качества из различных металлов, в некоторых случаях в сварных
соединениях образуются дефекты: трещины, непровары, поры,
окисные пленки, шлаковые и вольфрамовые включения и др.
В связи с высокой напряженностью ответственных сварных
конструкций, работающих в условиях больших скоростей, удар-
ных, знакопеременных и тепловых нагрузок и т. д., вопрос о влия-
нии дефектов на механические свойства сварных соединений весьма
актуален. Для оценки влияния дефектов шва на механические
свойства сварных соединений необходимо знать чувствительность
металла сварного шва к дефектам, которые представляют собой
естественные надрезы различной геометрической формы — кон-
центраторы напряжений.
Чувствительность сварных соединений к дефектам — степень
снижения механических характеристик сварного шва в зоне
дефекта по сравнению с бездефектным швом — зависит от многих
факторов: типа, расположения и размера дефекта, свойств ме-
талла, вида нагружений, условий эксплуатации и т. п. Следует
различать чувствительность к дефектам при статических и пере-
менных нагрузках.
При статических нагрузках за критерий чувствительности
к дефектам обычно принимают прочность (предел прочности)
сварного соединения с дефектом по отношению к бездефектным
соединениям. Критерием чувствительности соединений к дефек-
там при переменных нагрузках считают эффективные коэффи-
циенты концентрации —отношение пределов выносливости свар-
ных соединений без дефектов и с дефектами.
Трещины, непровары, поры, включения и другие дефекты
сварки образуются в наплавленном металле шва или между
металлом шва и оплавленными зернами основного металла.
Чувствительность сварного соединения к этим дефектам опреде-
ляется в основном механическими свойствами металла шва в зоне
38
Рис. 18. Зависимость предела прочности от глубины непровара при статическом испы-
тании на растяжение (автоматическая сварка, толщина материала 10—12 мм, образцы
плоские без усиления):
/ — пропорциональное снижение прочности соединения, соответствующее уменьшению
площади сечения непроваром; 2 — действительное снижение прочности соединения
с непроваром
дефекта, характеристики которых могут существенно отличаться
от свойств основного металла.
Для оценки чувствительности сварных соединений к дефектам
сварки (непровары, поры и т. д.) при статических нагрузках реко-
мендуют [39] испытание на статическое растяжение сварных
стыковых соединений без усиления шва с непроваром корня,
получаемого при сварке без зазора между стыкуемыми кромками.
Металл шва не чувствителен к дефектам при статических нагруз-
ках, если прочность соединения (P/Fo) при указанном испытании
с увеличением глубины непровара изменяется пропорционально
уменьшению рабочего сечения стыкового соединения (рис. 18,
39
chipmaker.ru
Рис. 19. Зависимость предела прочности от глубины непровара при статическом испыта-
нии на растяжение:
1,2 — сталь ЗОХГСНА; 3, 4 — сталь 12Х18Н9Т; 5,6 — дюралюминий Д16Г; 1,3,5 —
°БН =	2' 4’ е ~ °в~ ^раз^'о’ ^вп “ предел прочности металла шва- ав —
предел прочности сварного соединения: ^раз — разрушающая нагрузка; Fu — площадь
сечения образца с учетом непровара; Го — площадь сечения образца без учета непровара
прямая 1—2 и рис. 19, прямые 3, 4). В этом случае дефект рас-
сматривают как фактор, уменьшающий рабочее сечение соеди-
нения (детали) на величину, пропорциональную соответствующей
глубине дефекта (непровара).
Если прочность металла шва с непроваром снижается не про-
порционально изменению глубины непровара (рис. 18, кривая 2
И. рис. 19, кривые 1, 2, 5), то сварные соединения чувствительны
к дефектам при статических нагрузках. Непровар в этом случае
рассматривают как фактор, уменьшающий сечение шва, и кон-
центратор напряжений.
Определяемая по данной методике чувствительность сварных
соединений к дефектам будет также зависеть от соотношения
между прочностью (ов и от) металла шва и основного металла.
40
Если o',,, <гт металла шва меньше этих характеристик основного
металла (шов рассматривается как мягкая прослойка), то сварные
соединения чувствительны к дефектам. Если ов и от металла
шва равны или больше ов, от основного металла (шов — твердая
прослойка), то при таком испытании сварные соединения не
чувствительны к дефектам при статических нагрузках, так как
локализация пластических деформаций и разрушение будут
происходить по основному металлу.
Рассмотренная методика оценки чувствительности металла
шва к дефектам рекомендуется для сварных конструкций балоч-
ного и стержневого типов, работающих под воздействием стати-
ческих нагрузок. Для сварных соединений, работающих при
сложнонапряженном состоянии, чувствительность металла шва
к дефектам оценивают другими методами.
2.	ВЛИЯНИЕ ТРЕЩИН
Сварные соединения всех металлов и сплавов имеют высокую
чувствительность к трещинам. Практика эксплуатации сварных
конструкций ответственного назначения показала, что трещины
любых размеров — наиболее опасные дефекты швов сварных
соединений. Особенно резко трещины снижают усталостную и
динамическую прочность. Поэтому выявленные трещины остав-
лять без исправления (подварки) не разрешается. Швы сварных
соединений деталей, узлов и изделий с трещинами исправляют
по специальной технологии, гарантирующей надежную работу
сварного соединения. Детали, узлы, изделия, сварные соедине-
ния которых не поддаются исправлению, бракуют.
3.	ВЛИЯНИЕ НЕПРОВАРОВ
Статическая прочность. Результаты проведенных испытаний
сварных соединений с полным проваром и непроваром корня
V-образного шва при статических нагрузках (рис. 18, 19) позво-
лили установить следующие положения.
Не чувствительны к непровару сварные соединения низкоугле-
родистой стали.
В сварных соединениях этих сталей несущая способность шва
с увеличением непровара уменьшается по линейному закону.
В сварных соединениях аустенитных сталей 12Х18Н10Т влияние
непровара аналогично влиянию непровара в швах сварных со-
единений низкоуглеродистых- сталей — несущая способность шва
уменьшается с ростом непровара линейно.
Чувствительны к непровару сварные соединения высокопроч-
ных термообработанных сталей типа ЗОХГСНА, закаленных на
прочность 160 кгс/ммг, и сталей типа хромансиль, термообрабо-
танных до твердости НВ-220. Предел прочности швов этих со-
единений ниже предела прочности основного металла даже в слу-
41
chipmaker.ru
Рис. 20. Прочность сварных стыков труб (а — DH — 144 мм, в = в мм; б — D(I = 155 мм,
в — 9 мм). Сварка электродами типа Э42. Сплошные и штриховые линии показывают
области разброса значений разрушающих нагрузок при температурах испытания 4-20
и —45° С
чае качественно выполненных швов (полный провар). Несущая
способность шва сварного соединения при наличии непровара
уменьшается не по линейному закону.
Чувствительны к непровару сварные соединения термообра-
ботанных алюминиевых сплавов Д16Т (на прочность 42—
44 кгс/мм8) и АМгб. Предел прочности сварных швов этих соеди-
нений так же, как и сварных швов стали ЗОХГСНА, ниже предела
прочности основного металла. Несущая способность шва при
наличии непровара снижается не по линейному закону. Предел
прочности и предел текучести металла шва сварных соединений
стали ЗОХГСНА, сплава Д16Т, сплава АМгб ниже соответствую-
щих характеристик основного металла (шов — мягкая прослойка).
В сварных соединениях, нечувствительных к непровару, при
статических нагрузках ослабление сечения шва непроваром может
быть компенсировано усилением шва. Например, в стыках труб
из низкоуглеродистой стали с кольцевым непроваром в корне
шва по всему периметру усиление шва при статических нагруз-
ках (ТИсп = 20° С) полностью компенсирует ослабление сече-
ния, создаваемое непроваром глубиной до 20% (рис. 20). Однако
при низкой температуре (Тисп — —45° С) резко падает стати-
ческая прочность. Резко снижается также и пластичность соеди-
нения.
В сварных соединениях, чувствительных к непровару, усиле-
ние шва не компенсирует при статических нагрузках прочность
соединения с непроваром. Резкое падение статической прочности
сварного соединения при низкой температуре наблюдается в слу-
чаях, если непровары расположены перпендикулярно к рабочим
напряжениям и максимальным остаточным напряжениям.
42
При механических испытаниях на растяжение сварных швов
с непроваром из стали хромансиль толщиной 6 мм, выполненных
односторонней автоматической сваркой под флюсом (термообра-
ботка до /ГВ-220), уменьшение предела прочности происходит
быстрее, чем увеличивается глубина непровара. В среднем предел
прочности сварных образцов с усилением снижается на 50% при
глубине непровара 34%, а для образцов без усиления— на 50%
при глубине непровара 25%.
Статическую прочность стыковых соединений с непроваром
в середине шва исследовали на сплавах типа А1—Mg—Мп и
АМг5. Сплав типа А1—Mg—Мп (марка NP5/6-0) по механическим
свойствам близок к сплаву АМгб (ГОСТ 4784 —65). Сварку вели
в среде аргона проволокой того же состава. Толщина сваривае-
мых листов 6,4 и 12,7 мм. Испытанию на растяжение подвергали
сварные образцы (сечением 6,4x19,1 и 12,7x25,4 мм) с усилением
и без усиления шва. Величину непровара и другие дефекты опре-
деляли по рентгеновским снимкам и излому. Ультразвуковые
методы контроля показывали большую чувствительность к непро-
варам, но более точно величину непровара измерить не удавалось,
вероятно, вследствие наличия пор, которыми, как правило, сопро-
вождался непровар. Испытания показали, что непровар в сере-
дине шва не только ослабляет сечение шва, но и служит концен-
тратором напряжений. Степень чувствительности сварных со-
единений из сплава А1—Mg—Мп к непроварам как концентрато-
рам напряжений зависит от глубины непровара и толщины об-
разцов. Чувствительность к непроварам с увеличением их глу-
бины растет быстрее в образцах толщиной 12,7 мм, чем в образцах
меньшей толщины.
Сварной шов из чистого алюминия не чувствителен к непро-
вару в середине шва. Наличие усиления, равного по величине
непровару до 20—25%, позволяет получить прочность соедине-
ния, равную прочности соединения с полным проваром.
Статическую прочность стыковых соединений с непроваром
в корне шва исследовали на сплавах АМгб. Образцы из сплава
АМгб имели толщину 2,5; 5 и 10 мм и соответственно усиление
шва высотой 50, 26 и 13%. Сварные швы с усилением и непрова-
ром корня шва более чувствительны к непровару, чем сварные
швы с усилением и непроваром в середине шва. Непровар корня
шва при статическом растяжении по сравнению с непроваром
в середине шва снижает статическую прочность соединения более
чем в 2 раза.
Непровары в центре Х-образных швов менее опасны, чем
в V-образных швах. Так, при двусторонней сварке Х-образных
швов непровары глубиной приблизительно до 25% почти не сни-
жают статической прочности сварного соединения с усилением
шва. В V-образных швах непровары глубиной больше 10—15%
заметно снижают статическую прочность соединений. С увели-
чением непровара примерно до 50% снижение статической проч-
43
er.ru
ности происходит в среднем пропорционально ослаблению сече-
ния. Усиление швов в таких соединениях заметно не влияет
на повышение их статической прочности.
В зоне непроваров швов сварных соединений при статических
нагрузках резко уменьшаются пластические свойства. При испы-
тании на разрыв плоских образцов непровар снижает величину
местных пластических деформаций и уменьшает протяженность
поля больших пластических деформаций (>8%) по сравнению
с полностью проваренными образцами. Непровар затормаживает
развитие пластической деформации металла и повышает склон-
ность сварного соединения к хрупкому разрушению.
В плоских стыковых образцах из низкоуглеродистой стали
(автоматическая сварка под флюсом) с непроваром в середине
стыкового шва при статическом растяжении вся пластическая
деформация концентрируется на расстоянии 1 —1,5 мм от осно-
вания непровара и не распространяется на всю длину образца
при глубине непровара более 15% толщины образца. При непро-
варе менее 15%, если прочность металла шва в сечении с непро-
варом больше прочности основного металла, в зоне непровара
также появляется концентрация деформаций, но в меньшей
степени, чем при глубоком непроваре, так как преимущественно
деформируется основной металл соединения.
Максимальная относительная пластическая деформация, изме-
ренная методом сеток с базой 0,5 мм, в основании непровара глу-
биной более 15% (по сравнению с максимальной деформацией
в соединении без непроваров) при непроваре в середине шва
снижается со 120 до 85%, при непроваре корня стыкового шва
(низкоуглеродистая сталь, ручная сварка электродами типа Э42) —
с 90 до 40%.
Высокая концентрация деформаций и снижение местной пла-
стичности в зоне непровара глубиной 20 —50% служат показа-
телями снижения деформационной способности сварного стыко-
вого соединения (наплавленного металла шва) по сравнению
с образцом без непровара, так как в деформации участвует не
весь наплавленный металл, а только небольшая зона в области
непровара. Эта зона составляет 20 —30% величины зоны дефор-
мации стыкового соединения с полным проваром.
В сварных стыковых соединениях, у которых предел текуче-
сти и предел прочности наплавленного металла выше соответ-
ствующих характеристик основного металла, при непроваре
глубиной менее 15% в середине шва в статическом растяжении
участвует также и основной металл, поэтому при таких непрова-
рах снижение общей деформационной способности соединения
наблюдается в меньшей степени, чем при непроваре глубиной
более 15%. Высказанное положение подтверждается также ре-
зультатами измерения деформаций при статическом растяжении
на базе 50 мм в нескольких точках по длине окружности стыка
44
трубы из стали СтЗ (диаметр 144 мм, толщина стенки 6 мм) с не-
проваром корня шва и усилением шва.
При нормальной температуре относительное удлинение стыков
труб с непроваром глубиной 15% снижается в среднем на 20%,
а стыков труб с непроваром 30 —40% на 35 —70%. С понижением
температуры испытания до —45° С относительное удлинение для
стыков труб с полным проваром снижается в среднем на 40%,
для стыков труб с непроваром 10% относительное удлинение
составляет 21%, а при непроваре 30% достигает 40%.
Прочность при переменных нагрузках. Исходным критерием
при оценке сопротивляемости сварных соединений действию
переменных нагрузок служит предел выносливости основного
металла и соединения. При переменных нагрузках сварные со-
единения обладают различной чувствительностью к непровару
в зависимости от свойств основного и присадочного металла и
технологии сварки. Это положение подтверждается рис. 21—24
и приведенными в табл. 4 эффективными коэффициентами кон-
центрации k3 сварных стыковых соединений со снятым усилением
и с непроваром в корне шва 15% (база испытания N = 2-106 цик-
лов, характеристика цикла г = 0,1-т-0,3, растяжение).
Таблица 4
Эффективные коэффициенты концентрации k3
сварных соединений
Металл		Сварка	k3
основной	присадочный		
Низкоуглеродистая	Низкоуглеродистая	Ручная и автома-	
сталь	сталь	тическая под флю- сом 		4
Сталь 12Х18Н10Т	Св-12318Н10Т	Автоматическая в аргоне 		3,4
Сталь ЗОХГСНА	Св-18ХМА	Автоматическая под флюсом ....	2
Сплав АМгб	АМгб	Автоматическая в аргоне 		2,4
Сопоставление экспериментальных данных позволяет конста-
тировать: непровар в отношении понижения предела выносли-
вости равноценен надрезу; наличие незначительного непровара
в шве сварного соединения, составляющего менее 10% толщины
основного металла, вызывает резкое снижение предела выносли-
вости; последующее увеличение непровара вызывает дальнейшее
снижение предела выносливости пропорционально уменьшению
рабочего сечения шва сварного соединения.
Сравнительное исследование чувствительности сварных со-
единений сталей ЗОХГСНА, 12Х18Н9Т и дюралюминия Д16Т
45
chipmaker, ru
46
Рис. 24. ’ Предел выносливости сты-
ковых швов в зависимости от глубины
непровара:
1,2 — сталь ЗОХГСНА; 5, 4 — сталь
12Х18Н9Т; 5, б — сплав Д16Т; /, 3,
5 — сечение, ослабленное непроваром;
2, 4, б — сечение без учета ослабления
Глубина непробара,%
к непровару корня V-образ-
ного шва при статическом
растяжении, испытаниях на
усталость и статическую вы-
носливость проводили на об-
разцах сечением 10x20 мм.
Образцы из стали ЗОХГСНА
подвергали термообработке
на ов = 160 ± 10 кгс/мм2,
из дюралюминия Д16Т на ов — 42-^44 кгс/мм2. Сварные об-
разцы из стали 12Х18Н9Т термообработке не подвергали.
На рис. 21—23 в полулогарифмических координатах пока-
заны кривые усталости сварных соединений с хорошо проварен-
ными (полный провар) и непроваренными швами при постоянном
минимальном напряжении 2,5 кгс/мм2.
На рис. 24 сопоставлены пределы выносливости швов (аг) свар-
ных соединений, выполненных из трех указанных выше материалов.
Этот график характеризует чувствительность разных материалов
к переменным нагрузкам при наличии в швах соединений непро-
варов. Даны также - пределы выносливости основного металла и
сварных швов с полным проваром.
Из анализа экспериментальных данных следует, что для
сталей ЗОХГСНА, 12Х18Н9Т и дюралюминия Д16Т характерно
нелинейное падение предела выносливости сварных соединений
с увеличением глубины непровара.
Для стали ЗОХГСНА с изменением глубины непровара 0—30%
ог/ов падает медленно и составляет 0,18—0,15. Для этой стали
отношение ог/ов можно считать постоянным, не зависящим от
глубины непровара. Это означает, что увеличение глубины не-
провара в равной степени снижает как ог, так-и ов. Вместе с тем
каждая величина в отдельности (ог и <тБ) для стали ЗОХГСНА
с увеличением глубины непровара падает нелинейно, причем сг
в этой области непровара в 5,5—6,5 раза меньше, чем ов.
Для сварных образцов из стали 12Х18Н9Т в области малых
непроваров (глубина 5—10%) отношение иг/ав падает наиболее
быстро. Это свидетельствует о том, что ог для сварных образцов
из стали 12Х18Н9Т с увеличением глубины непровара падает
быстрее, чем ов. Следовательно, сварные швы из стали 12Х18Н9Т,
нечувствительные к непровару при статическом растяжении,
имеют большую чувствительность к непровару в условиях пере-
47
chipmaker.ru
менных нагрузок по сравнению со сварными соединениями из
стали ЗОХГСНА и дюралюминия Д16Т.
Усиление шва в образцах из стали ЗОХГСНА с полным про-
варом снижает иг на 35—45%. В образцах из сталей ЗОХГСНА
и 12Х18Н9Т усиление швов, равное по величине непровару глу-
биной 20—25%, не повышает существенно аг.
Наибольшую чувствительность к непроварам имеют сварные
образцы из аустенитной стали 12Х18Н9Т. Кривые усталости
образцов из этой стали падают наиболее круто, что свидетель-
ствует о повышенной чувствительности аустенитных швов свар-
ных соединений к непроварам при переменном загружении.
Исследовано влияние непровара на предел выносливости
сварных образцов с усилением из стали СтЗ при пульсирующем
цикле растяжение-сжатие. Непровары в центре Х-образного
шва создавали ручной сваркой пластин без зазора с большим
притуплением стыкуемых кромок. Непровары в корне V-образ-
ного шва имитировали прорезами различной глубины. Непровары
сильно снижают предел выносливости сварных швов V-образной
формы. Непровары в центре Х-образного шва глубиной 20 —50%
снижают предел выносливости на величину, составляющую до
20% прочности бездефектного шва.
Исследовано влияние непровара в центре стыкового Х-образ-
ного шва на предел выносливости сварных соединений из низко-
углеродистой стали, полученных двусторонней автоматической
сваркой под флюсом. При вибрационной-нагрузке на изгиб непро-
вар не ограничивает несущей способности сварного соединения.
При вибрационной нагрузке на растяжение-сжатие непровары
малой глубины сильно снижают предел выносливости сварного
соединения.
На усталость (при изгибе) испытывали образцы из основного
металла (низкоуглеродистая сталь) и сварные соединения авто-
клава, находившегося в эксплуатации 10 лет. Наружные дефекты
в виде подрезов, смещения кромок, резких переходов от шва
к основному металлу, наплывов вызывают значительно большее
понижение предела выносливости, чем внутренние дефекты сварки.
При отсутствии коррозии непровары снижают предел выносли-
вости в большей степени, чем поры и шлаковые включения.
Предел выносливости стыковых соединений из сплавов
А1—Mg—Мп (NP5/6-0) с непроваром в середине шва исследовали
на плоских образцах сечением 6,4x32; 5,1x22 и 12,7x25,4 мм
с усилением и без усиления шва при частоте 1000 циклов в ми-
нуту на базе 5-10® циклов. Для сравнения испытывали безде-
фектные образцы сечением 6,4x25,4 мм с усилением шва.
Все образцы без усиления шва разрушались по непровару,
образцы с усилением и непроваром величиной до 16 % — по краю
усиления, а при непроварах глубиной свыше 20% —по непро-
вару. Предел выносливости с увеличением глубины непровара
одинаково снижался в образцах с усилением и без усиления шва.
48
В образцах толщиной 6,4 мм ослабление сечения непроваром было
полностью скомпенсировано усилением шва, а в образцах тол-
щиной 12,7 мм усиление шва не обеспечило полной компенсации.
При непроварах глубиной свыше 20% предел выносливости
одинаково понижался в образцах с усилением и без усиления.
С увеличением толщины образцов с непроваром (5—12,7 мм) пре-
дел выносливости существенно снижался.
Испытание на выносливость образцов с непроваром и каче-
ственно сваренных с усилением показало, что усиление шва,
имеющее угол 120—130°, оказывает такое же влияние на предел
выносливости, как непровар глубиной до 20% в середине
шва.
Исследовали предел выносливости сварных соединений с уси-
лением шва и непроваром тонкостенных труб диаметром 70 мм
с толщиной стенки 2 мм из стали 20 (электроды УОНИ-13/45).
Кольцевой непровар внутренней кромки стыка трубы глуби-
ной 40—50% толщины стенки не снизил статической прочности
сварного соединения по сравнению с целой трубой (ов =
= 41,1 кгс/мм8), при этом высота усиления равнялась глубине
непровара. Однако предел выносливости оказался очень низким
и составил менее 3 кгс/мм2 при пределе выносливости целой трубы
° о, 24 = 33 кгс/мм8. Непровары сварных стыковых кольцевых
швов труб более сильно снижают выносливость соединения по
сравнению с плоскими образцами.
Проведены испытания по определению влияния на величину
предела выносливости непроваров швов, сваренных встык с дву-
сторонней Х-образной подготовкой кромок. В соединениях этого
типа непровар образуется в центре шва. При работе сварных
швов из стали СтЗ толщиной 18 мм под действием переменных
растягивающих нагрузок этот тип соединений обладал высокой
чувствительностью к непроварам.
При растягивающих нагрузках незначительный непровар
резко понизил предел выносливости. Дальнейшее увеличение
непровара уменьшало предел выносливости пропорционально
уменьшению рабочей площади испытываемых швов. Эти же со-
единения при нагружениях на изгиб (2  106 циклов) не испытывали
значительных напряжений, и непровары в центре шва существен-
ного влияния на выносливость не оказали.
Испытания на выносливость чистым изгибом показали, что
непровар в стыковом шве Х-образной формы существенно не огра-
ничивает несущей способности сварного соединения. При испы-
тании на усталость растяжением-сжатием непровары даже не-
большой глубины снижают предел выносливости сварного со-
единения. При вибрационных нагрузках непровар в стыковых
соединениях для всех исследованных сталей служил концентра-
тором напряжений, вызывающим существенное снижение предела
выносливости, при этом у различных сталей чувствительность
различная и зависит от расположения непровара в шве (в сере-
49
chipmaker.ru
дине, корне шва) и от вида переменного нагружения (изгиб, растя-
жение).
Прочность при повторной статической нагрузке. На величину
предела выносливости оказывает влияние характеристика цикла
г = crmln/omax. Прочность при переменных нагрузках зависит
также от частоты нагружений; низкие частоты (несколько нагру-
жений в минуту) оказывают более сильное действие, чем высокие
(1000 нагружений в минуту), при том же количестве циклов удли-
нение периода цикла нагружения усиливает его эффект. Объяс-
няется это тем, что пластическая деформация за период нагрузки
при высокой частоте не успевает достигнуть величины, равной
пластической (местной) деформации при низкой частоте нагрузки,
т. е. за каждый цикл низкочастотной нагрузки накапливается
большая пластическая деформация, чем за цикл высокочастотной
нагрузки. Следовательно, необходимое число циклов нагрузки
для полного использования способности материала к деформиро-
ванию при низкой частоте оказывается значительно меньше, чем
при высокой частоте.
Чувствительность сварных соединений к непроварам при
повторных статических нагрузках устанавливали по результатам
испытания плоских образцов из основного металла, сварных
образцов с полным проваром и сварных образцов с непроваром
различной глубины.
Образцы из стали ЗОХГСНА и дюралюминия Д16Т подвер-
гали термообработке при тех же режимах, что и образцы для испы-
тания на усталость и статическое растяжение. Образцы из стали
12Х18Н9Т испытывали без термообработки. Предел статической
выносливости аг определяли на базе 10 000—15 000 циклов при
асимметричном цикле растяжением и при постоянном минимальном
напряжении 2,5 кгс/мм2. Частоту приложения нагрузки выдер-
живали постоянной (4—6 циклов в минуту).
Анализ результатов испытаний (рис. 25—28) показывает, что
наиболее круто падают кривые предела статической выносли-
вости сварных швов из стали 12Х18Н9Т. Это свидетельствует
о большой чувствительности аустенитных швов к дефектам не
только при усталостных, но и при повторных статических нагруз-
ках. Можно констатировать, что предел статической выносливости
сварных образцов из сталей ЗОХГСНА, 12Х18Н9Т и дюралюминия
Д16Т нелинейно падает с увеличением глубины непровара, при-
чем интенсивность падения, как и при испытании на усталость,
достигает наибольшего значения при малых непроварах и умень-
шается с увеличением глубины непровара.
Из сопоставления кривых зависимости отношения предела
статической выносливости к пределу прочности следует, что для
сварных образцов из стали ЗОХГСНА отношение ог/ов = 0,55
остается практически постоянным в интервале непроваров 0—35%.
Для сварных образцов из стали 12Х18Н9Т и Дюралюминия Д16Т
отношение ог/ов не остается постоянным, а уменьшается с уве-
50
Рис. 26. кривые статической выносливо-
сти стыковых швов из стали ЗОХГСНА
с непроваром:
/ — 0%;	2—10—14%;	3 — 20—23%;
4 — 31—38%; 5 — основной металл
Рис. 26. Кривые статической выносливо-
сти стыковых швов из стали ЗОХГСНА
с непроваром:
1 — 20—23%, образцы без усиления;
2 — 20—28%, образцы с усилением
5000	10000	15000	20000 N
Рис. 27. Кривые статической выносливости стыко-
вых швов из стали 12Х18Н9Т с непроваром:
1 — 0%; 2 — 5—11%; 3 — основной металл
выносливости стыковых швов
из сплава Д16Т с непроваром:
1 — 0%;	2 — 27—34%; 3 —
основной металл
личением глубины непровара. Особенно быстро падает статиче-
ский предел выносливости сварных образцов Из стали 12Х18Н9Т.
Таким образом, сварные соединения из стали 12Х18Н9Т и при
испытаниях на статическую выносливость показали большую
чувствительность к концентрации напряжений, вызываемой непро-
варами небольшой глубины (5—10%).
Усиление шва сварных соединений из стали ЗОХГСНА с не-
проваром глубиной 20—25% не повышает сопротивления повтор-
ным статическим нагрузкам по сравнению со швами со снятым
усилением (рис. 26).
Сопротивление ударным нагрузкам. Испытания на ударную
вязкость сварных швов с непроваром из стали хромансиль тол-
щиной 6 мм, выполненных односторонней автоматической свар-
кой под флюсом (термообработка до Z/B-220), показали, что умень-
шение ударной вязкости происходит быстрее, чем увеличивается
глубина непровара. Сварные образцы, у которых непровар яв-
51
chipmaker.ru
ЛЯЛся надрезом, имели более низкую ударную вязкость ho сравне-
нию с образцами, у которых были сделаны искусственные надрезы:
треугольные (глубиной 25 и 50%) и прямоугольный (50%).
Для расширения характеристик, определяющих чувствитель-
ность сварных соединений к непроварам при ударном изгибе,
проведена серия испытаний. Чувствительность сварных соедине-
ний к непроварам исследовали в зависимости от глубины непро-
вара, температуры испытаний, термообработки, статического на-
клепа и действия усталостной нагрузки [57].
Образцы из стали ЗОХГСНА термообработаны на ов = 160
± 10 кгс/мм2, а из дюралюминия Д16Т на ов = 42-е 44 кгс/мм2.
Сварные образцы из стали 12Х18Н9Т термообработке не подвер-
гали. В сварных швах непровар служил надрезом. Образцы с пол-
ным проваром и образцы из основного металла (вдоль направле-
ния волокна) для сравйения испытывали без надреза. Образцы
сечением 10 X 20 мм свободно укладывали на дно опоры маятни-
кового копра (с запасом энергии 75 кгс-м), расстояние между
опорами равнялось 80 мм. Результаты испытаний при нормаль-
ной температуре приведены на рис. 29 при высокой и низкой тем-
пературе— на рис. 30 и 31.
Испытания на ударный изгиб образцов из основного металла,
сварных образцов с полным проваром и с различной степенью
непровара корня V-образного шва из сталей ЗОХГСНА, 12Х18Н9Т
и дюралюминия Д16Т показали, что наиболее чувствительной
к непроварам в сварном шве при ударных нагрузках оказалась
сталь ЗОХГСНА. Непровар шва стали ЗОХГСНА глубиной 3—75%
очень резко снижает сопротивление удару. Применение различ-
ных режимов термообработки почти не изменяет влияния непро-
вара на сопротивление сварных швов удару, так как охрупчива-
ние металла шва непроваром происходит настолько сильно, что
температурный фактор не оказывает заметного влияния. На кри-
вой зависимости работы удара от глубины непровара (см. рис. 30)
не наблюдается интервалов хладноломкости и синеломкости, как
это имеет место при ударных и статических испытаниях стандарт-
ных образцов с надрезом.
При исследовании влияния статического наклепа и усталост-
ной нагрузки на сопротивление удару сварных соединений с не-
проваром были изготовлены сварные^образцы из сталей ЗОХГСНА
(ов = 160 zt 10 кгс/мм2) и 12Х18Н9Т с непроваром 20—25%.
Образцы, испытываемые на влияние наклепа, подвергнуты де-
формированию с приложением растягивающего усилия 0,8—
0,9-Рраз, а образцы для определения влияния усталостной на-
грузки — испытанию (тренировке) на усталость при напряжении
0,6 от предела усталости (N = 105 циклов). Образцы для удар-
ных испытаний подвергли ударному изгибу при температурах
+20, —30 и —60° С.
Образец из стали ЗОХГСНА получил остаточную деформацию
в зоне непровара на длине 4 мм. Деформация в сварном соедине-
52
Рис. 29. Влияние глубины непровара на сопротивление
сварных соединений удару:
1 — сталь 12Х18Н9Т (без термообработки); 2 *— сталь
ЗОХГСНА (ов == 160 ± 10 кгс/мм2); 3 — дюралюминий Д16Т
(ов = 42-ь45 кгс/мм2)
нии из стали I2X18H9T распределилась неравномерно: у дна не-
провара 1,25%, а у верхней части шва 0,25%. Результаты испыта-
ний показали, что статический наклеп удлинением и усталост-
ная нагрузка не снижают сопротивления удару сварных образ-
цов из стали ЗОХГСНА и 12Х18Н9Т с непроваром 20—25% в ин-
тервале температур от —60 до +20° С.
Влияние непровара на пластические свойства сварного соеди-
нения при ударном изгибе исследовали на специальных образцах.
Распределение конечных пластических деформаций в сварном
шве исследовали на образцах из стали ЗОХГСНА с непроваром
25—27 и 42—45% без термообработки и с термообработкой до
ов = 160 zfc 10 кгс/мм2 при температурах +20, —30 и —60° С.
Абсолютные размеры элементов сетки измеряли в двух взаимно
перпендикулярных направлениях, характеризующих продоль-
ные 1Х и поперечные 1и пластические деформации.
53
chipmaker.ru
Рис. 30. Влияние глубины непровара на сопротивление удару
швов стыковых сварных соединений при различной температуре
испытания:
/ — 4 — сталь ЗОХГСНА; 5 — сталь I2XI8H9T; 1 — основной
металл; 2 — непровар 0%; 3 — то же, 10—15%; 4 ~ то же,
20—30%; 5 — то же. 10—15%
Рис. 31. Влияние температуры испытания на сопротивле-
ние удару сварных образцов из сплава Д16Т:
/ — непровар 0%; 2 — то же, 30—50%
Относительные удлинения (укорочения) элементов определяли
по формуле
/= 100 (AZ//0)%,
где Д/ — абсолютное удлинение (укорочение) длины элементов
сетки; /0 — начальная длина элементов сетки.
Величина зоны пластической деформации, характеризующая
до некоторой степени объем материала, участвовавшего в дефор-
мациях при ударном изгибе, может быть оценена протяженностью
54
продольных и поперечных полей деформаций. Величину поля пла-
стической деформации оценивали протяженностью участка, на
котором местные продольные и поперечные деформации, измерен-
ные на базе сетки 10 — 0,5 мм, составляли не менее 1%.
Результаты измерений полей деформаций и характер деформа-
ций делительных сеток приведены на рис. 32—36.
На рис. 32, б ив показаны поля конечных продольных (б) и по-
перечных (в) пластических деформаций сварного соединения с пол-
ным проваром из стали ЗОХГСНА, испытанных без термообработки
при температуре +20° С. Цифры указывают на величину относи-
тельных продольных и поперечных деформаций (заштрихованные
участки). Конечные продольные пластические деформации при
температуре +20° С (рис. 32, б) на отдельных участках достигают
> 18, а поперечные (см. рис. 32, в) 10%. Знак > показывает, что
в зоне разрушения образца величину деформаций измерить не
удалось.
Испытания образцов, термообработанных до оБ = 160 —
± 10 кгс/мм2, показали, что при температуре +20 и —60° С наи-
большие продольные пластические деформации достигали > 10,
а поперечные 5%. Величина зоны пластической деформации в про-
дольном и поперечном направлениях больше у образцов, не
Рнс. 32. Пластические де-
формации в сварном шве из
стали ЗОХГСНА с полным
проваром; 7'иСп = 20° С, ра-
бота удара 21 кгс-м
а — деформация делитель-
ной сетки; б — поля про-
дольных деформаций; в —
поля -поперечных деформа-
ций
55
Рис. 33. Пластические

Рис. 35. Пластические деформации
в сварном шве из стали 12Х18Н8Т
с непроваром 20%; Тисп = 20° С,
работа удара 18,2 кгс-м (/ - ве-
личину деформаций измерить не
удалось):
° — деформация делительной сетки;
о — поля продольных деформаций;
е — поля поперечных деформаций

chipmaker.ru
Рис. 36в Влияние глубины непровара на изменение пластических
свойств (показателей пластичности Д.г и Ду) швов сварных со-
единений из сталей:
1 — ЗОХГСНА; 2 — 12Х18Н9Т
подвергавшихся термообработке. С понижением температуры испы-
таний величина пластически деформированной зоны уменьшается.
Непровар глубиной 2,5 и 10% толщины образца резко сокра-
щает деформированную зону и участки с максимальными продоль-
ными и поперечными пластическими деформациями по сравнению
с образцами с полным проваром. Такое же явление наблюдается
и при непроваре глубиной 25% (см. рис. 33). Термообработка не
изменяет существенным образом поля пластических деформаций.
С понижением температуры испытаний (до —60° С) несколько со-
кращается деформированная зона, а также величина продольных
и особенно поперечных пластических деформаций. При увеличе-
нии непровара до 42—43% и понижении температуры испытаний
происходит дальнейшее постепенное сокращение деформирован-
ной зоны.
Другая картина наблюдается при исследовании влияния непро-
вара на пластические свойства сварных соединений из стали
12Х18Н9Т. Образец с полным проваром (см. рис. 34) при энергии
удара более 75 кгс м не был разрушен; при этом максимальные
продольные пластические деформации достигли 25, а поперечные
15%. Непровар глубиной 10% не вызвал резкого сокращения по-
лей продольных и поперечных деформаций; максимальные конеч-
ные пластические деформации достигли в продольном направле-
нии > 30, а в поперечном 18%. С увеличением непровара до 20%
(см. рис. 35) примерно в 2 раза сократилось поле пластических
деформаций и работа разрушения образца по сравнению с образ-
цами, имеющими непровар 10%. Конечная деформация в про-
дольном направлении составила > 30, а в поперечном 15%. При
понижении температуры испытания до —60° С у образца с непро-
варом 19% не отмечено заметного снижения деформированной
зоны. Максимальные деформации достигли в продольном направ-
лении >20, а в поперечном 15%.
58
На рис. 36 приведены изменения показателей пластичности
при ударном изгибе в зависимости от глубины непровара сварных
образцов из сталей ЗОХГСНА и 12Х18Н9Т. Показатели пластич-
ности определяли как отношение пластичности соединений с не-
проваром к пластичности соединений с полным проваром: Ах =
= eIJeIo, &у = е1у/е10. Показатели пластичности для сварных
соединений из стали ЗОХГСНА при непроваре 10% Ах?«6%,
Ау 10% пластичности соединений с полным проваром. Сварные
образцы с непроваром из стали 12Х18Н9Т имеют сравнительно
высокие показатели пластичности (кривые 2 на рис. 36).
На основании результатов исследования влияния непровара на
пластические свойства сварных соединений при ударном изгибе
можно установить, что непровары малой и большой глубины резко
снижают пластические свойства сварных соединений из стали
ЗОХГСНА. Термообработка образцов до ов = 160 ± 10 кгс/мма
(по сравнению с образцами без термообработки) и низкие темпера-
туры (до —60° С) не оказывают существенного влияния на пласти-
ческие свойства сварных соединений с непроваром.
Непровары малой глубины (до 10%) не оказывают сильного
влияния на пластические свойства сварного соединения образцов
из стали 12Х18Н9Т. При дальнейшем увеличении непровара до
20% постепенно сокращаются протяженность деформированного
поля и значения относительных максимальных продольных де-
формаций. Максимальные значения поперечных деформаций
остаются постоянными. Понижение температуры испытаний до
—60° С не оказывает существенного влияния на пластические
свойства сварного соединения с непроваром.
Высокая чувствительность сварных соединений из стали
ЗОХГСНА к непроварам при ударном изгибе объясняется тем,
что непровар малой глубины (до 10%) резко снижает пластические
свойства (протяженность деформированного поля и максимальные
значения относительных продольных и поперечных деформаций)
сварных швов. В практике с такой исключительно высокой чув-
ствительностью сварных швов этой стали к непроварам при удар-
ном изгибе нельзя не считаться.
Сварные швы из аустенитной стали наименее чувствительны
к непроварам при ударных нагрузках. Разрушение образцов с не-
проваром глубиной 4—15% происходит сравнительно с большим
поглощением энергии удара. С увеличением глубины до 40% ин-
тенсивность падения сопротивления сварных швов удару сни-
жается.
Сравнительно высокая энергоемкость сварных швов с непро-
варом из стали 12Х18Н9Т объясняется тем, что непровары малой
глубины (до 10%) не оказывают сильного влияния на пластические
свойства сварных соединений при ударном изгибе. Дальнейшее
увеличение непровара не приводит к резкому сокращению дефор-
мированной зоны и значений относительных максимальных про-
дольных и поперечных деформаций.
59
chipmaker.ru
Проведенные эксперименты еще недостаточны, чтобы сделать
окончательные выводы. Однако ясно, что чувствительность свар-
ных соединений к непроварам как концентраторам напряжений
определяется не только пластическими свойствами свариваемых
материалов (и металла шва), на что обычно указывается в литера-
туре, но и характером нагружения. Так, при испытании сварных
швов аустенитной стали на усталость и статическую выносливость
решающим фактором, определяющим чувствительность сварного
шва к непроварам, оказался характер нагружения.
Решая вопрос о качестве сварного соединения по результатам
контроля с использованием неразрушающих методов контроля,
необходимо учитывать следующее. Если металл шва при данных
условиях нагружения обладает высокой чувствительностью к не-
провару (или другому технологическому дефекту), то определять
его глубину нецелесообразно, так как непровары малой и боль-
шой глубины практически одинаково опасны. Наличие даже ма-
лого непровара, обнаруженного неразрушающими методами кон-
троля, должно быть браковочным признаком. При контроле свар-
ных соединений основное внимание должно быть обращено на
качественную сторону обнаружения непровара (дефекта) воз-
можно меньшего размера (глубины непровара).
Если же по техническим условиям на изготовление и приемку
сварных и других конструкций допускается непровар, то его глу-
бину рекомендуется определять одним из методов, применяемым
в неразрушающем контроле.
4.	ВЛИЯНИЕ ПОР
Статическая прочность. Влияние пор на механические свойства
сварных соединений оценивают по данным чувствительности ме-
талла шва к этим дефектам, а также в зависимости от значений
теоретических коэффициентов концентрации напряжений, вы-
званных порами kn и формой шва Лф [39]. Чувствительность ме-
талла шва к порам зависит от типа пористости, геометрической
формы пор и характера их распределения в шве. В соответствии
с этим различают единичную пористость (расстояние между по-
рами больше трех диаметров наибольшей поры), пористость в зиде
цепочек (неслившиеся поры с расстоянием между ними меньше
диаметров поры), скопление неслившихся и слившихся пор, ко-
торые обычно сопровождаются окисными пленками.
Для единичных пор сферической формы, не выходящих на
поверхность, теоретический коэффициент концентрации напря-
жений составляет 2,05. Теоретический коэффициент концентрации
напряжений от пор, сопровождающихся окисными пленками,
а также образующих цепочки или скопления пор, принимают
3—6 [43].
Геометрический коэффициент концентрации напряжений от
формы шва /гф зависит от геометрии шва. Стыковые швы по сравне-
60
Рис. 37. Зависимость коэффициента кон-
центрации напряжений формы стыкового
шва А, от параметров шва
Рис. 38. Кривые усталости стыковых
соединений (иизкоуглеродистая сталь,
швы с усилением):
1 швы без пор; 2 — швы с порами
нию с угловыми обладают наименьшей концентрацией напряже-
ний. Для стыковых швов с усилением при растяжении кф =
== 1,5ч-1,6. Этот коэффициент существенно зависит от толщины
свариваемого металла и технологии сварки. Толщина сваривае-
мого металла и технология сварки оказывают влияние главным
образом на величину радиуса сопряжения р между поверхностью
основного металла и усилением шва. Имея значения радиуса
перехода и ширину шва 26 в стыковом соединении, получают за-
висимость = f (b/p), показанную на рис. 37.
Из анализа данных, приведенных в табл. 5 и на рис. 38, следует
что при статических нагрузках влияние пористости на прочность
проявляется в значительно меньшей степени, чем при переменных
нагрузках применительно к стыковым соединениям сплава АМгб
и низкоуглеродистой стали. Для сварных швов (АМгб), чувстви-
тельных к дефектам при статических нагрузках, снижение проч-
ности на 10—15% наблюдается при наличии цепочки слившихся
пор (d = 1,2-ч 1,8 мм) вне зависимости от отсутствия или наличия
усиления шва (табл. 5). При статических нагрузках влияние на
прочность слившихся пор у границы усиления и формы усиления
практически одинаково. В швах стыковых соединений, нечувстви-
тельных к дефектам при статических нагрузках (низкоуглероди-
стые, аустенитные стали), влияние пор еще меньше.
' Прочность при переменных нагрузках. При оценке влияния
пористости на прочность сварных соединений, работающих при
переменных нагрузках, концентрация напряжений, вызванная
формой шва (Лф), будет определяющим фактором. Если теорети-
ческий коэффициент концентрации напряжений от формы шва
больше коэффициента концентрации напряжений, вызванной по-
рами, то пористость не снижает несущей способности сварного
соединения (см. табл. 5). Эффективные коэффициенты концентра-
ции напряжения /гэ стыковых соединений АМгб с различной по-
ристостью получены при испытании аксиальными переменными
нагрузками с характеристикой цикла г = 0,1 на базе 2 • 10® циклов.
61
chipmaker.ru
Ю
св
Й
К
Статическая прочность и предел выносливости сварных стыковых соединений сплава АМгб с порами при растяжении
(температура испытаний +20° С; образец толщиной 5 мм, шириной 40 мм, d — диаметр пор)
Цепочка пор, единичные поры, сопровождающиеся несплавлеииями, две слившиеся поры Г ПИИГИЫМИ ГГ.ПРЫ-		ками d = 1,2 -S- -S- 1,8 мм	| |	22,0—25,5 0,7—0,8	О	8,4	04 04 О СП
<1 = 1,2-=- -5- 1,8 мм, длина цепочки 75%		ДЛИНЫ шва	26,7—29,7 0,83—0,89	27,4—30,6 0,85—0,94	о	8,4	1,6 1,92
d <1,8 мм, длина цепочки 60% длины шва			31,2—32,0 1	1 1	1 1		1 1
	d — 0,5 мм, длина цепочки 100% YT.nUUM	шва	33,3—33,9 1	32—32,5 1	9,4	О	ю 04 СО
В	<1 = 0,3-=- -!- 0,9 мм с окис-	ными пленками	1 1	28—30,0 0,86—0,92	1 1		1 1
иничиые по	S S со V/		32,1—33,8 1	О "Ф О°> со о	* 1 1		1 1
ш	S S со о V/		32,1—33,8 1	31,1—34,2 1	9,4	о	Ю 04 eq
Без пор			32,1—33,4 1	32,4—32,6 1	сг>	13,5	1 1,45
Примечания: 1. Предел прочности основного'металла в в = 36 кгс/мм2. Предел выносливости основного металла <т01= 14* 16 кгс/мм2.
2.	Эффективные коэффициенты концентрации получены по отношению к соединению с обработанным проплавом без пор.
3.	Коэффициент прочности (статический) получен по отношению к прочности соединения без пор.
4.	Единичные поры и цепочки пор расположены в корне^одностороннего шва и у поверхности проплава.
62
Рис. 39. Влияние относительной площади пор на механические свойства стыковых соеди-:
нений (швы с усилением) легированной стали (<ГВ=85 кгс/мм2 после закалки и отпуска;
S — площадь пор; Sp — площадь шва на рентгеновском снимке):
1 — статическая прочность; 2 — ударная вязкость; 3 — угол изгиба; 4 — относительное
удлинение
Единичные поры d «С 0,8 мм и цепочки пор d 0,5 мм по
границам усиления (проплава), с усилением и проплавом не сни-
жают предел выносливости сварного соединения по сравнению
с аналогичными соединениями без пор; в этих случаях —
= 1,42-4-1,45. В стыковых соединениях с проплавом (k3 — 1,92)
снижение предела выносливости наблюдается при наличии цепо-
чек слившихся пор (d — 1,2-4-1,8 мм) и при наличии единичных
пор, сопровождающихся окисными пленками. При этом kn 3,
= 2,1-4-2,7. При удалении в стыковых соединениях усиления
шва и проплава (&ф = 1) даже самые мелкие сферические поры
снижают предел выносливости соединений. В зависимости от
характера пор это снижение может составлять 35—60%.
Аналогичные данные о преобладающей роли формы свар-
ного стыкового шва при оценке влияния пористости на прочность
сварных соединений при переменных нагрузках получали при
испытании плоских стыковых образцов с порами в середине шва
и без пор из низкоуглеродистой стали (см. рис. 38). Разруше-
ние соединений во всех случаях происходило по границе пере-
хода от усиления шва к основному металлу.
Результаты исследований влияния пор, выявляемых методом
радиографии, на статическую прочность, ударную вязкость, угол
изгиба й относительное, удлинение (на базе 5 см) стыковых соеди-
нений легированной стали (ов = 85 кгс/мм2 после закалки и от-
пуска) приведены на рис. 39.
5.	ВЛИЯНИЕ ОКИСНЫХ ПЛЕНОК, ШЛАКОВЫХ
И ВОЛЬФРАМОВЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ
Наибольшее влияние на механические свойства сварных со-
единений оказывают окисные пленки. В сварных швах алюминие-
вых сплавов окисные включения имеют вид тонких плоских пле-
63
chipmaker.ru
нок произвольного очертания, которые следует рассматривать как
непровары. По концентрации напряжений окисные пленки ана-
логичны непроварам 139].
Шлаковые включения по влиянию на механические свойства
сварных соединений занимают промежуточное положение между
окисными пленками и вольфрамовыми включениями. Вольфрамо-
вые включения, если они не сопровождаются окисными пленками,
не оказывают существенного влияния на прочность.
Прочность при переменных нагрузках. Изучали влияние шла-
ковых включений на предел выносливости сварных образцов из
стали СтЗ. Отверстия в центре шва, залитые шлаком, имитиро-
вали шлаковые включения. Давление шлаковых включений на
стенки шва составляло: максимальное 10—12 кгс/мм2, среднее
4—5 кгс/мм2 и нулевое. Испытания на выносливость проводили
на гидропульсационной машине. Шлаки, оказывающие давление
на стенки шва, повышали предел выносливости образцов, а шлаки,
чне оказывающие давления, не вызывали изменения предела вы-
носливости по сравнению с образцами, отверстия которых шлаком
не заполнены. Повышение усталостной прочности, вызываемое
давлением шлаков, объясняется тем, что шлак, играя роль упру-
гого тела, вставленного в отверстие, снижает концентрацию на-
пряжений, обусловленную отверстием без шлака.
Влияние вольфрамовых включений на выносливость исследо-
вали на сварных образцах из алюминиевых сплавов А1—Mg—Мп
(NP5/60) сечением 6,3 X 32 мм с усилением и 6,3 X 22 мм без
усиления шва. Испытания проводили при аксиальном пульси-
рующем растяжении на базе 5 • 106 циклов (г = 0) с частотой
1000 цикл/мин. При оценке влияния внутренних вольфрамовых
включений на усталостную прочность учитывали суммарную вели-
чину площади включений, определяемую по рентгеновским снимкам.
Вольфрамовые включения с суммарной площадью 32—43 мм2
в радиусе 10—20 мм не влияют на предел выносливости стыковых
соединений с двусторонним усилением шва при всех напряжениях.
Предел выносливости таких образцов о0 — 8 кгс/мм2, при этом
разрушение происходит во всех случаях по краю усиления шва.
Граница усиления шва с основным металлом является сильным
концентратором напряжений и снижает предел выносливости по
сравнению с качественными образцами без усиления шва на
30—5С%.
Увеличение площади вольфрамовых включений с 32—43 до
132—242 мм2 также не приводит к снижению выносливости при
одноосном пульсирующем растяжении. Выносливость при высо-
ких и низких напряжениях бездефектных образцов с. усилением
и с вольфрамовыми включениями, а также образцов без усиления
с вольфрамовыми включениями практически одинаковая (о0 =
= 8-4-9 кгс/мм2). Вольфрамовые включения площадью 132—
242 мм2 снижают предел выносливости по сравнению с бездефект-
ными образцами со снятым усилением на 18%.
64
Таблица 6
Предел выносливости стыковых соединений со шлаковыми включениями
в середине шва (низкоуглеродистая сталь толщиной 12 мм, ручная сварка
с двух сторон, база испытаний 2-106 циклов, характеристика цикла
г = 0, растяжение)
X ар актеристика шлаковых включений	Размер (длина) шлакового включения, мм	Относитель- ный размер шлакового включения (к длине шва), %	Предел выносливо- сти, кгс/мм	Эффектив- ный коэффи- циент кон- центрации, k3
Без дефекта		С усилением 0	и проплавом 0	16—18	1,5
Одно шлаковое вклю- чение 		1,6—3,2	1 6- -3,2	17	1,5
	5—10	5-10	14	1,8
Три шлаковых вклю- чения с расстоянием 8 мм одно от другого ....	1,6	5	17	1,5
То же, на расстоянии 25 мм 		6—10	18—30	17	1,5
Три шлаковых включе- ния на протяжении 25 мм	1,5—2,5	5—8	15	1,7
Множество шлаковых включений с расстоянием 8 мм одно от другого . .	0,8—1,6	10—20	17	1,5
Сплошная шлаковая линия 		100	100	8	3,1
у Без дефекта		силение и пр 0	оплав сняты 0	25	1,0
Одно шлаковое вклю- чение 		5—10	5—10	18	1,4
Три шлаковых включе- ния: с расстоянием 25 мм одно от другого	6—10	18—30	17	1,5
на протяжении 25 мм	1,5—2,5	5—8	20	1,25
Шлаковая линия по всей длине шва ....	100	100	10	2,5
Аналогичные результаты получены для алюминиевого сплава
типа А1—Mg—Мп (NP8-0, британский стандарт) с такими же меха-
ническими характеристиками, как и у сплава NP5/6-0.
При'переменных нагрузках влияние шлаковых включений на
предел выносливости существенно зависит от концентрации на-
пряжений, создаваемой формой шва кф. Для всех включений
(табл. 6) концентрация напряжений, вызванная формой шва, по-
давляет концентрацию напряжений от шлаковых включений, кроме
сплошной шлаковой линии в середине шва.
В стыковых соединениях низкоуглеродистой стали все преры-
вистые шлаковые включения при наличии усиления шва и про-
65
chipmaker.ru
плава не оказывают заметного влияния на предел выносливости.
При /гф =» 1 (стыковые швы, у которых полностью снято усиление
и проплав) шлаковые включения, так же как и поры, снижают
предел выносливости. В этом случае размеры включений начи-
нают оказывать влияние на предел выносливости. С увеличением
размера шлакового включения k3 стыкового соединения без уси-
ления увеличивается с 1,25 до 1,4. При сплошной шлаковой ли-
нии k3 = 2,5. Следовательно, основное влияние на предел вы-
носливости сварных стыковых соединений со шлаковыми вклю-
чениями оказывает форма стыкового шва.
6.	ВЛИЯНИЕ ПОР И ШЛАКОВЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ
НА СОПРОТИВЛЕНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ УДАРУ
Поры сильно снижают сопротивление сварных образцов из
котельной низкоуглеродистой стали ударным нагрузкам. Крупные
одиночные газовые или шлаковые включения, расположенные
в шве, в значительно большей степени уменьшают сопротивление
швов ударным нагрузкам, чем большое количество мелких пор
и шлаковых включений, сосредоточенных в шве. Пористость делает
шов неплотным и понижает его пластичность.
Установление зависимости ударной вязкости от величины де-
фектов, определяемых по рентгенограммам, и толщины сварного
шва из низкоуглеродистой стали показало, что сопротивление
удару сварных образцов V-образной .формы с увеличением их
толщины от 10 до 25 мм практически остается постоянным, а для
образцов Х-образной формы медленно возрастает. Зависимость
ударной вязкости от пористости сварных швов устанавливается
графиком, где по оси ординат отложены ап (кгс-м/см2), а по оси
абсцисс — величина пористости (число пор на 1 см2 шва, изобра-
женного на рентгенограмме). С увеличением пористости проис-
ходит постепенное понижение сопротивления удару.
Установление зависимости между показаниями рентгенограмм
и результатами испытаний сварных образцов на ударный изгиб
возможно в тех случаях, если бездефектные швы имеют высокое
сопротивление удару. Если же бездефектные швы обладают низ-
кой способностью к сопротивлению ударным нагрузкам, то де-
фекты заметно не изменяют этой характеристики шва.
Из изложенного следует, что пористость и шлаковые включе-
ния понижают пластические свойства металла шва. Причем круп-
ные дефекты в значительно большей степени снижают сопротив-
ление швов ударным нагрузкам, чем сравнительно большее коли-
чество (по площади на снимках) пор и шлаковых включений,
но меньших размеров.
Сварные швы бракуют, если на рентгеновском или гамма-
снимке видны [65]: шлаковые включения или раковины по груп-
пам А (отдельные дефекты) и В (скопление дефектов) размером по
высоте шва более 10% толщины стенки (если она не превышает
66
20 мм), а также более 3 мм при толщине стенки более 20 мм
(ГОСТ 7512—69); поры, расположенные в виде сплошной сетки;
скопления в отдельных участках шва свыше пяти пор на 1 см2
площади шва (группа В, ГОСТ 7512—69).
Дефекты по группам А, Б, В распределяют по следующим при-
знакам (ГОСТ 7512—69): А — отдельные дефекты, которые по
своему расположению не образуют цепочки или скопления;
Б — цепочки дефектов, расположенных на одной линии в коли-
честве не менее трех с расстоянием между ними, равным или мень-
шим трехкратной величины дефекта; В — скопление дефектов
с кучным расположением в количестве не менее трех с расстоянием
между ними, равным или меньшим трехкратной величины дефектов.
Размером дефекта считается наибольшая длина его изображе-
ния на рентгеновском или гамма-снимке в миллиметрах. При на-
личии группы дефектов разных размеров одного вида указывают
средний или преобладающий размер дефектов в группе.
7.	ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ШВА
Статическая прочность. В условиях статических нагрузок
при прочности шва ниже прочности основного металла усиление
стыкового шва может быть положительным фактором. В большин-
стве случаев регламентировать величину усиления шва в кон-
струкции нецелесообразно. Так, для низколегированной стали
23Х2НВФА (ЭИ659) с ав = 90 кгс/мм2 стыковое соединение без
непровара с усилением шва при растяжении плоских образцов
сечением 10 X 40 мм имеет оЁ = 80 кгс/мм2, без усиления оё =
= 87 кгс/мм2 (сварка ручная электродами УОНИ-13/85).
В сварных соединениях с полным проваром из низкоуглероди-
стой стали, у которой прочность шва равна прочности основного
металла, усиление шва также не улучшает работоспособности’кон-
струкции, и только в соединениях, где возможен непровар, на-
личие усиления компенсирует ослабление при статических на-
грузках.
Прочность при переменных нагрузках. В сварных конструк-
циях, работающих в условиях переменных нагрузок, выносливость
снижается не только из-за технологических дефектов (непроваров),
но также из-за геометрических концентраторов, одним из которых
является усиление стыкового шва. В условиях переменных на-
грузок усиление стыковых швов не повышает, а, наоборот, пони-
жает предел выносливости сварных конструкций.
В высокопрочных низколегированных сталях (ЗОХГСНА,
23Х2НВФА (ЭИ659) усиление шва снижает выносливость стыко-
вых соединений на 30—50% по сравнению с соединениями без
усиления, причем наибольшее снижение предела выносливости
(50%) наблюдается при симметричном изгибе сварных образцов
из стали 23Х2НВФА (ЭИ659) (с 28 до 14,4 кгс/мм2). При перемен-
ном растяжении (г = 0) стыковых образцов из стали 23Х2НВФА
67
r.ru
(ЭИ659) с усилением выносливость снижается с 30 до 22 кгс/мм2
(на 30%), у стали ЗОХГСНА с 18 до 10,3 кгс/мм2 (на 40%).
При наличии технологических дефектов (непроваров) или ме-
ханических надрезов в сварных швах выносливость стыковых со-
единений с усилением несколько повышается по сравнению с вы-
носливостью образцов без усиления с концентратором. Однако
полностью потеря прочности не компенсируется. В стали
ЗОХГСНА усиление шва той же величины, что и непровар корня
стыкового шва, повышает выносливость на 18% по сравнению со
стыковым соединением без усиления и с непроваром той же ве-
личины (7—8,5 кгс/мм2). Аналогичное повышение выносливости
наблюдается и в стали 12Х18Н9Т. Усиление шва повышает вы-
носливость соединения с непроваром на 20—30% (с 3,5—4 до
5 кгс/мм2), однако такое повышение не очень существенно, так
как абсолютные значения пределов выносливости остаются очень
низкими.
При наличии механического надреза в стыковом шве низко-
углеродистой стали усиление шва высотой, равной глубине над-
реза, повышает выносливость на 15% (с 8,5 до 10 кгс/мм2).
При испытании на усталость (изгиб) в одной плоскости по сим-
метричному циклу призматических пластин сечением 50 X 75 мм
из стали 22К, сваренных электрошлаковым способом, снятие уси-
ления шва повышает предел выносливости сварных образцов (как
без термообработки, так и термообработанных) на 65—80%.
Образцы из низкоуглеродистой стали, вырезанные поперек
V-образного стыкового сварного соединения толщиной 8 мм с уси-
лением и без усиления, подвергали вибрационным испытаниям на
растяжение-сжатие. Разрушения в образцах с усилением проис-
ходили почти всегда по зоне термического влияния, а в образцах
со снятым усилением — как по зоне термического влияния, так
и по шву или основному металлу. Наблюдалось также влияние
на величину предела выносливости отклонений формы и размеров
испытуемого образца, а также формы усиления и угла перехода
от усиления к основному металлу.
Взрывные испытания при различной положительной и отрица-
тельной температуре специальных сварных образцов из низко-
углеродистой стали с усилением и без усиления шва показали, что
при снятом усилении склонность шва к хрупкому разрушению
уменьшалась. Температура перехода от вязкого излома-к хруп-
кому при наличии усиления шва повышалась на 25—30° С. В связи
с этим усиление швов рекомендуется снимать, особенно в сильно
нагруженных местах.
При испытании на выносливость сварных образцов из низко-
легированной стали на растяжение-сжатие при симметричном
цикле установлено, что с уменьшением усиления стыкового шва
от максимума до минимума в пределах допусков, предусмотрен-
ных ГОСТ 5264—69, предел выносливости соединения повы-
сился на 20—25%.
68
Испытывали на выносливость при растяжении-сжатий и изгибе
сварные образцы из сплава А1—Си—Mg и основного металла в вяз-
коотожженном состоянии. Применяли газовую и дуговую сварку.
База испытаний 5  10е циклов. Для образцов толщиной 4 мм пре-
дел выносливости при растяжении-сжатии составлял: для основ-
ного металла 4 кгс/мм2, для образцов, сваренных газовой сваркой,
3 кгс/мм2, дуговой 2,5 кгс/мм2. Предел выносливости при изгибе
образцов толщиной 2 мм составлял: для основного металла отож-
женного 7,5 кгс/мм2, для образцов, выполненных газовой свар-
кой, 7 кгс/мм2, и дуговой 4 кгс/мм2. Статическая прочность во
всех случаях составляла 20 кгс/мм2.
Большое снижение предела выносливости сварных соединений,
выполненных дуговой сваркой, объясняется концентрацией на-
пряжений, вызываемой усилением шва; при газовой сварке шов
получился более плоским.
Усиление шва заметно не влияет на статическую прочность.
Усиление шва любых размеров, как правило, не снижает стати-
ческой прочности, однако сильно влияет на предел выносливости
сварных соединений. Чем больше усиление шва и, следовательно,
чем меньше угол перехода от основного металла к наплавленному,
тем больше его влияние на предел выносливости.	>
Таким образом, наличие или чрезмерные размеры усиления шва
может свести к нулю все преимущества, получаемые от техноло-
гического процесса по улучшению качества наплавленного ме-
талла в соединениях, предназначенных для работы на выносли-
вость.
8.	ВЛИЯНИЕ СМЕЩЕНИЯ КРОМОК
При осевом растяжении стыковых сварных соединений со сме-
щением кромок появляется изгибающий момент от эксцентрич-
ного приложения усилия. В результате на участке сопряжения
металла шва с основным металлом возникают напряжения, ко-
торые могут значительно превышать номинальное значение. При
смещении кромок на 25—30% напряжения повышаются также
вследствие увеличения теоретического коэффициента концентра-
ции от формы шва /гф за счет уменьшения радиуса кривизны в зоне
сопряжения основного и наплавленного металлов. Величину на-
пряжений в этой зоне подсчитывают по формуле
®тах —
где он = P/Fo — номинальное значение напряжений, определяе-
мое по сечению основного металла, от действующего усилия;
k — теоретический коэффициент концентрации напряжений свар-
ного стыкового соединения со смещением кромок; k =•
/гф — теоретический коэффициент концентрации напряжений от
формы стыкового шва, определяемый по рис. 37; kCM — теорети-
ческий коэффициент концентрации напряжений, зависящий только
от величины смещения кромок; kcu = 1 + ЗД; Д — относитель-
69
chipmaker.ru
ное смещение кромок (величина смещения, отнесенная к толщине
основного металла).
Степень влияния смещения кромок на прочность стыковых со-
единений зависит главным образом от чувствительности металла
шва к концентрации напряжений, а также от характера прило-
женных нагрузок.
При статических нагрузках смещение кромок в сварных соеди-
нениях низкоуглеродистой стали толщиной 10 мм (сварка с двух
сторон, УОНИ-13/45) не оказывает существенного влияния на
статическую прочность, так как металл шва не чувствителен к кон-
центраторам-дефектам при статических нагрузках [39]. Если ме-
талл шва чувствителен к концентраторам-дефектам, например,
в стыковых соединениях АМгб, то снижение прочности наблю-
дается при смещении кромок величиной более 25%. Степень
снижения прочности зависит от толщины металла и технологии
сварки.
При переменных нагрузках смещение кромок стыкового шва
оказывает существенное влияние на предел выносливости свар-
ного соединения. Степень снижения предела выносливости в ос-
новном зависит от величины смещения кромок и технологии
сварки.
9.	ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ
Статическая прочность. Влияние внутренних трещин на проч-
ность сварных соединений изучали на образцах из сплава Д16
толщиной 1 + 1 и 2 + 2 мм, средний диаметр ядра соответственно
составлял 4,5 и 7,5 мм. Трещины, расположенные в зоне сварного
ядра, практически не влияли на сопротивление срезывающим и
отрывающим усилиям. В сварной точке основное усилие воспри-
нимается наружной плотной зоной столбчатых кристаллов, а вну-
тренняя равноосная зона, за пределы которой обычно не выходят
внутренние трещины, мало нагружена.
Влияние внутренних пор, раковин и выплесков на статическую
прочность сварных точечных соединений аналогично.
При определении влияния внутренних трещин, пор и раковин
на распределение напряжений в центре ядра установлено, что при
статическом приложении растягивающих усилий напряжения
концентрируются на границах сварной точки; дефектыраспо-
ложенные в центре ядра точки, — незначительные концентраторы
напряжений. Концентрация напряжений внутренних трещин, пор
и раковин в 2—2,5 раза меньше, чем у границ точки.
Проведены механические испытания (статический срез) образ-
цов клеесварных соединений из сплава Д16 (пакет толщиной
1 + 1,2 мм), вырезанных из панели, изготовленной по действую-
щей производственной технологии [74]. По действующим нормам
прочности для таких пакетов допускается минимальное усилие
на срез 240 кгс при использовании клея марки ФЛ-4С. В девяти
70
Рис. 40. Зависимость величины раз-
рушающей нагрузки при статическом
испытании на срез сварной точки от
диаметра ядра; толщина свариваемых
листов сплава Д16Т 2 4-2 мм
1306
Рис. 41. Зависимость величины разрушаю-
щей нагрузки при статическом испытании
на срез сварной точки от диаметра рабочего
ядра; толщина свариваемых листов сплава
Д16Т з+з мм
случаях из десяти прочность испытанных образцов не вышла за
пределы установленных норм.
Исследования статической прочности сварной точки на срез
проводили в зависимости от диаметра литого ядра точки. Внутрен-
ний диаметр сварной точки измеряли по рентгеновскому снимку.
Результаты статических испытаний сварных точек на срез при-
ведены на рис. 40, 41, в которых по оси абцисс отложен квадрат
диаметра рабочего сечения литого ядра точки, а по оси ординат —
разрушающая нагрузка.
В силу очень большого разброса полученных значений разру-
шающей нагрузки (в зависимости от диаметра рабочего сечения
литого ядра точки или, что то же самое, от внутреннего диаметра
темного кольца на рентгенограмме) сделать какие-либо выводы
о статической прочности сварной точки на срез по рентгеновскому
снимку не представилось возможным.
Непровар сварной точки — наиболее опасный дефект сварного
соединения. Он существенно снижает статическую прочность свар-
ных изделий. Снижение прочностных свойств соединений зависит
от характера и величины непровара, вида изделия и условий его
работы.
Прочность при переменных нагрузках. При исследовании
оценки степени влияния наружных и внутренних трещин (про-
тяженностью более 1/3 диаметра ядра), а также непроваров в виде
недостаточного проплавления и внутренних выплесков на предел
выносливости и живучесть сварных образцов из сплава Д16 ис-
пытывали одноточечные образцы размером 150 X 30 X 1,5 мм,
сваренные внахлестку [10]. По результатам рентгеновского кон-
троля образцы рассортированы на четыре группы: 1) бездефектные;
71
chipmaker, ru
2)	с наружными трещинами; 3) с внутренними трещинами; 4) с вы-
плесками. Образцы испытывали с помощью электродинамического
стенда типа ST-5000/300 при частоте колебаний f = 50	5% Гц
и симметричном цикле нагружения. База испытаний 10’ циклов.
Уровни нагружений составляли 6,55; 5,25; 3,9; 3,3 кгс/мм2 (0,2—
0,5 от разрушающего напряжения).
Результаты усталостных испытаний приведены на рис. 42
(точка на графике — результат испытаний 5—10 образцов на
каждом уровне нагружения). Внутренние трещины протяжен-
ностью более диаметра ядра снижают предел выносливости
сварных соединений на 22—27% по сравнению с бездефектными
(качественными) образцами. Более существенно влияние на пре-
дел выносливости наружных трещин. Предел выносливости сни-
зился на 37—80%.
Пределы выносливости образцов с внутренними выплесками
в сварных точках оказалась выше предела выносливости образцов
без дефектов в сварных точках. Видимо, это связано с уменьшением
концентрации напряжений вследствие заполнения зазора между
свариваемыми элементами, выплеснутым металлом [27].
Анализ разрушенных образцов, рентгенограмм и металлогра-
фических исследований показал, что очаги усталостного разру-
шения возникли около ядра сварной точки, на границе стыка
свариваемых листов. Трещина затем распространялась по участку
околошовной зоны (зона термического влияния) и вышла на по-
верхность листов. Наличие дефекта внутри ядра не оказало влия-
ния на место зарождения и развития усталостной трещины. Уста-
лостное разрушение первоначально возникло в зоне максимальной
концентрации напряжений, внутри листов у периферии ядра
точки, затем распространялось по толщине листа, и усталостная
трещина вышла на его поверхность у границы отпечатка электро-
дов. Сварные образцы с наружной трещиной имели аналогичный
характер усталостного разрушения.
В большинстве случаев испытаний образцов с внутренним вы-
плеском металла трещины усталости развивались на участках
сварных точек без выплесков, и места их зарождения и развития
не были связаны с имеющимся дефектом. Такой характер разру-
шения объясняется уменьшением концентрации напряжения
в месте выплеска металла в зазор между свариваемыми листами.
При непроваре в сварной точке (малые диаметр ядра и глубина
проплавления ядра) менялся характер разрушения. Разрушение
происходило путем среза сварной точки, или развитие усталост-
ной трещины происходило по литому ядру.
Представляют интерес результаты- испытаний (рис. 43) на
живучесть сварных точек из сплава Д16 с дефектами [74]. Жи-
вучесть определяется скоростью распространения усталостной
трещины. Коэффициент живучести
т = Np~-Nt 100%,
Ар
72
Рис. 42. Кривые выносливости сварных образ-
цов из сплава Д16:
/ — с выплесками; 2 — качественная сварка; 5—
с внутренними трещинами; 4 — с наружными
трещинами
Рис. 43. Кривые скорости
распространения усталост-
ных трещин в сварных образ-
цах из сплава Д16
где 7Vp — число циклов до разрушения; /Ут — число,циклов до
появления трещины.
На рис. 43 приведены результаты измерения длины I уста-
лостной трещины для определения скорости ее распространения
при напряжении отах = 6,55 кгс/мм2 в соединениях: не имеющих
дефектов (кривая 7); с внутренней трещиной в литом ядре (кри-
вая 2); с наружной трещиной в сварной точке (кривая 3). Из этого
рисунка следует, что дефекты в сварных точках снижают живу-
честь сварных точечных соединений.
Исследовали- влияние глубины проплавления и диаметра ядра
на предел выносливости сварных точечных соединений из сплава
Рис. 44. Значения усталости сварных образцов из
сплава Д16 с различной глубиной проплавления:
1 — 20— 80%; 2—10 — 20%; 3 — 20—40%; 4 —
40—80%
Рис. 45. Значения усталости
сварных образцов из сплава
Д16 с различным диаметром
литого ядра:
1 — 4.5—6,0; 2 — 6,0—7,0; 3—
7,0—8,5 мм
73
chipmaker.ru
Д16 (рис. 44, 45). Образцы имели проплавления глубиной
10—80% толщины свариваемых листов с разбивкой всех образцов
по интервалам в зависимости от глубины проплавления: 10—20,
20—40 и 40—80%. Образцы с глубиной проплавления 20—40,
20—80 и 40—80% практически имели одинаковый предел вынос-
ливости при соответствующих уровнях нагружения и могли быть
охарактеризованы одной кривой, приведенной на рис. 44. Измене-
ние глубины проплавления в пределах 20—80% не оказывало су-
щественного влияния на предел выносливости точечного сварного
соединения. При глубине проплавления 10—20% наблюдалось
снижение предела выносливости.
Результаты испытаний на выносливость образцов с различными
диаметрами ядра сварной точки в пределах 4,5—8,5 мм показали
(рис. 45), что предел выносливости практически не зависит от
диаметра ядра.
10.	к ВОПРОСУ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
В „практике работы машиностроительных и других предприя-
тий для контроля качества сварных изделий и конструкций ши-
роко применяют методы неразрушающего контроля, обеспечи-
вающие вь&окую достоверность оценки качества сварных соеди-
нений с возможностью рассортировки их по категориям годности:
годные; подлежащие исправлению (подварке); окончательно за-
бракованные.
Оценку качества и разрбаковку сварных, клеесварных и пая-
ных деталей, узлов и изделий (конструкций) по результатам нераз-
рушающих методов контроля следует проводить в соответствии
с техническими условиями на изготовление и приемку контроли-
руемых изделий.
Если в технических условиях на контролируемое изделие (де-
таль) нет указаний о допустимых или недопустимых дефектах, то
при оценке качества и разбраковке изделий необходимо учи-
тывать влияние технологических дефектов на механические (экс-
плуатационные) свойства контролируемых деталей [39, 56, 57].
Методы оценки влияния дефектов на эксплуатационные свойства
контролируемых объектов должны включать характеристику влия-
ния дефектов на прочность деталей в связи с чувствительностью
сварного и паяного соединения к дефектам, расположением и ори-
ентировкой их в поле напряженного состояния и условиями ра-
боты (режим, степень и длительность нагрузки, влияние среды,
характер и концентрация напряжений и т. д.).
Наиболее опасны сильно вытянутые й острые по очертаниям де-
фекты, менее опасны дефекты округлой формы. Опасна такая ори-
ентировка дефекта, при которой наибольшее растягивающее на-
пряжение действует перпендикулярно направлению вытянутого
дефекта, менее опасна такая, при которой растягивающие напря-
жения действуют параллельно направлению дефекта.
74
При статическом йагружеййй детали или соединения влияние
дефектов наименьшее. В случае повторного нагружения с ограни-
ченным числом циклов влияние дефектов более опасно. При дли-
тельных повторных нагрузках опасность сильно возрастает. При
симметричных циклах опасность обычно наибольшая; с ростом
асимметрии цикла она уменьшается. Влияние дефектов увеличи-
вается с увеличением длительности работы детали (изделия) в на-
пряженном состоянии и особенно в условиях коррозионного воз-
действия.
В различных отраслях промышленности действуют нормативы,
которые регламентируют допуски на величину и тип дефекта в швах
сварных соединений. Однако эти допуски в значительной мере
установлены исходя из технологических возможностей предпои-
ятий и не имеют количественного обоснования с позиций несущей
способности, прочности и пластичности сварного соединения. Прак-
тика эксплуатации неразъемных соединений ответственных кон-
струкций указывает на необходимость создания таких нормативов
на допустимые дефекты не только согласно технологическим воз-
можностям, но и с учетом влияния типа и величины дефекта на
прочность и несущую способность изделий (конструкций).
Решение задачи по оценке качества сварных соединений тре-
бует установления четких научно обоснованных браковочных при-
знаков, позволяющих однозначно определить принадлежность
контролируемых объектов к той или иной категории. Браковочные
признаки (показатели качества) должны иметь устойчивую взаимо-
связь с одним или несколькими параметрами, контролируемыми
с помощью средств неразрушающего контроля. Такими параме-
трами могут быть размер дефектов, глубина их залегания, взаим-
ное расположение в наплавленном металле (например, равномер-
ное распределение пор или их расположение цепочкой) и т. д.
В целом эта проблема весьма актуальна и исключительно сложна.
К сожалению, ряд действующих в настоящее время техниче-
ских условий на изготовление и приемку сварных конструкций
составлены без учета возможностей и требований неразрушающего
контроля. В трактовке допустимых дефектов в отдельных случаях
допускаются неопределенности и противоречия.
В заключение сделанного обзора следует обратить особое вни-
мание на то, чтобы при создании новых сварных изделий и кон-
струкций разработчики (конструкторы, технологи и др.) учиты-
вали большие возможности быстро развивающихся методов и
средств неразрушающего контроля. Эффективность применения
этих методов контроля в большей степейи зависит от правильного
решения вопросов дефектоскопической технологичности (контроле-
доступности) изделий в условиях производства и эксплуатации-
75
chipmaker.ru
ГЛАВА IV
РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ
1.	ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИАЦИОННЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ
Строение ядра. В основе радиационных методов контроля
качества сварных, паяных и клееных соединений лежит приме-
нение ионизирующих излучений, прохождение которых через ве-
щество сопровождается ионизацией атомов и молекул среды.
В результате непосредственного или косвенного воздействия
ионизирующего излучения электрону или ядру, находящимся
в атоме (молекуле) в связанном состоянии, может быть сообщена
дополнительная энергия, достаточная для разрыва этой связи
и образования положительно и отрицательно заряженных ионов.
В нейтральном атоме содержатся электроны, число которых равно
порядковому номеру соответствующего химического элемента
в периодической системе Д. И. Менделеева, т. е. атомному но-
меру Z.
Следовательно, общий заряд электронов составляет — Z,
а ядра 4-Z. Заряд ядра обеспечивается присутствием в нем поло-
жительно заряженных частиц — протонов р. В ядре содержатся
также нейтральные элементарные частицы — нейтроны п.
Суммарное число протонов и нейтронов называют массовым
числом А. При этом число нейтронов (А—Z) у ядер атомов одного
и того же химического элемента может быть различно. Такие разно-
видности атомов называют изотопами соответствующих элемен-
тов. Заряд ядра и массовое число обозначают индексами. Напри-
мер, ядро IHe содержит 2 протона (заряд ядра Z равен 2, индекс
ставят внизу слева от символа химического элемента) и 2 нейтрона
(А—Z = 4 — 2 = 2, массовое число ставят вверху слева).
Ядра Ше принято называть также а-частицами. Нижний индекс
в обозначении изотопов зачастую не пишут, так как заряд ядра
задается одновременно символом химического элемента.
Протоны в поле ядра могут превращаться в нейтроны с обра-
зованием позитронов и нейтрино. Позитрон — элементарная ча-
стица с массой, равной массе электрона, и несущая такой же по
абсолютной величине заряд, что и электрон, но противополож-
ного знака. Электроны и позитроны, участвующие в ядерных пре-
76
вращениях, обозначают (Г и 0+ соответственно и называют 0-ча-
стицами. Нейтрино v и антинейтрино v —нейтральные частицы,
обладающие нулевой или почти нулевой (по сравнению с массой
электрона) массой. Превращение в поле ядра протона в нейтрон
происходит по схеме
р—>n + ₽+ + v.
Нейтроны могут превращаться в протоны по схеме
п — р + 0~ + V.
Ядра некоторых изотопов неустойчивы, перестраиваясь, они
изменяют соотношение между протонами и нейтронами в ядре и
испускают различные частицы и электромагнитное излучение,
иначе говоря, происходит спонтанный (самопроизвольный) рас-
пад ядер.
У ионизирующего электромагнитного излучения заметно про-
являются корпускулярные свойства; его можно рассматривать
как совокупность незаряженных частиц.— фотонов, движущихся
со скоростью света с и обладающих энергией hv = hc/k (где h —
постоянная Планка, равна 6,625 -10~34 Дж-с; v — частота элек-
тромагнитных колебаний, с-1; X — длина волны электромагнит-
ного излучения, см).
Гамма-излучение. Самопроизвольный распад неустойчивых
ядер называют радиоактивностью, а сами ядра (или изотопы) —
радиоактивными. Существует несколько типов ядерных превра-
щений радиоактивных изотопов: альфа-распад (а-распад), при
котором ядро испускает а-частицы |Не определенных энергий;
бета-распад (Р-распад), при котором ядро испускает Р-частицы—
электроны или позитроны, обладающие энергиями, от нулевого до
некоторого, характерного для данного изотопа значения; элек-
тронный захват, при котором ядро захватывает электрон, принад-
лежащий оболочке собственного атома; изомерный переход, при
котором возбужденное ядро испускает электромагнитное излу-
чение, не сопровождаемое вылетом других частиц. Ядерные пре-
вращения испытывают некоторые изотопы, присутствующие в есте-
ственном составе химических элементов, а также большое число
изотопов, получаемых искусственным путем в ускорителях частиц
и ядерных реакторах.
Электромагнитное излучение, испускаемое при распаде ядер,
называют гамма-излучением (у-излучение). Энергетическое спек-
тральное распределение этого излучения носит дискретный харак-
тер, поэтому значения энергий фотонов называют также линиями
у-излучения. Энергия у-фотонов у различных радиоактивных изо-
гопов находится ориентировочно в диапазоне (10-3—1) пДж.
Энергия 1 электронвольт (эВ) соответствует той кинетической энер-
гии, которую приобретает электрон, пройдя разность потенциалов
в 1 В (1 эВ = 1,6-КГ18 Дж, 1 МэВ = 103 кэВ = 10е эВ).
77
chipmaker.ru
В связи с тем, что в результате ядерных превращений радио-
активные ядра становятся ядрами стабильных изотопов, их общее
количество в радиоизотопном источнике убывает. Число таких
превращений в единицу времени называют активностью радиоизо-
топного источника. В системе СИ единица ее измерения с-1. На
практике часто употребляют другую единицу активности — Кюри
(1 Кюри равен 3,7 -1010 с-1 и соответствует активности 1 г радия).
Активность радиоизотопных источников уменьшается со вре-
менем по закону
Q (/) = Qo2-//4/2 = Qoe-°-693</4/2 ,
где Qo — первоначальная .активность источника в какой-либо из-
вестный момент времени (например, в момент поставки потреби-
телю); Q (/) — активность источника через время /, прошедшее
после момента определения первоначальной активности; Tip —
период полураспада, т. е. тот промежуток времени, в течение ко-
торого активность источника уменьшается вдвое.
Значения / и Tip необходимо подставлять в одних и тех же
единицах.
Рентгеновское излучение [6]. При прохождении электронов
через вещество они испытывают торможение в кулоновском поле
ядер. При этом их кинетическая энергия уменьшается, преобра-
зуясь в рентгеновское тормозное излучение. В каждом акте
взаимодействия может быть преобразована произвольная часть
первоначальной кинетической энергии. электрона вплоть до ее
полной величины, спектр тормозного излучения имеет непрерыв-
ный характер. Виард рассчитал, что абсолютное количество тор-
мозного излучения, выраженное в МэВ и отнесенное к одному
электрону, равно:
7 = 5,77-10“4Z£2,
где Е — энергия электронов, МэВ.
В случае 0-распада ядра испускают 0-частицы. Энергетический
спектр 0-излучения имеет непрерывный характер в диапазоне энер-
гий от 0 до некоторой максимальной, характерной для каждого
изотопа энергии Е$. В этом случае абсолютное количество тормоз-
ного излучения, выраженное в МэВ и отнесенное к одному элек-
трону, равно:
/р—1,23-10~4Z£p,
где £р — максимальная энергия 0-частиц, МэВ.
Форма спектра тормозного излучения не зависит от величины
энергии электронов или 0-частиц (табл. 7). Эффективная энергия
тормозного излучения при энергии электронов меньше 1 МэВ
равна примерно 2/3 энергии электронов или, что то же самое, макси-
мальной энергии фотонов.
В результате изменения энергетического состояния атома обра-
зуется так называемое рентгеновское характеристическое излу-
78
Таблица 7
Энергетический спектр тормозного излучения
Интервал относительной энергии фотонов hvlE$	Доля от общего количества излучения	
	^-излучение	Однородные электроны
0—0,1	0,435	0,269
0,1—0,2	0,258	0,205
0,2—0,3	0,158	0,158
0,3—0,4	0,083	0,121
0,4—0,5	0,043	0,090
0,5—0,6	0,020	0,065
0,6—0,7	0,007	0,045
0,7—0,8	0,002	0,028
0,8—0,9	0,0003	0,015
0,9—1,0	0,0000	0,004
чение с дискретным энергетическим спектром. В зависимости от
энергии фотоны характеристического излучения объединяют в се-
рии. Наибольшей энергией обладают фотоны К-серии, затем сле-
дуют L-, М- и другие серии характеристического излучения. Энер-
гия характеристического излучения возрастает с ростом поряд-
кового номера элементов, при этом энергия фотонов К-линии ме-
няется от десятых долей кэВ примерно до 150 кэВ.
Единицы измерения ионизирующих излучений. Распростра-
няясь в воздухе и различных объектах, ионизирующие излучения
создают в пространстве вокруг источников излучения поле, пол-
ную характеристику которого дает так называемая функция про-
странственно-энергетического и углового распределения плот-
ности потока частиц или фотонов. Эта функция позволяет опре-
делить для любой точки пространства количество частиц или фо-
тонов, распространяющихся в заданном направлении и имеющих
заданную энергию. В радиационной дефектоскопии пользуются
также такими интегральными характеристиками поля излучения,
как плотность потока и доза излучения.
Плотность потока частиц или фотонов — это число частиц или
фотонов, падающих на сферу с единичной площадью поперечного
сечения в единицу времени. Плотность потока измеряется в с-1 -м“2.
В частном случае направленного излучения под плотностью потока
понимают число частиц или фотонов, падающих в единицу времени
на единицу поверхности, расположенной перпендикулярно на-
правлению распространения излучения.
При прохождении ионизирующих излучений через вещество
в результате различных процессов взаимодействия происходит по-
глощение его энергии — преобразование энергии ионизирующего
излучения в облучаемой среде в другие виды энергии, а также
в энергию других видов излучения. Для оценки величины погло-
79
chipmaker.ru
щенной энергии вводят понятие поглощенной дозы излучения.
Под поглощенной дозой D излучения (дозой излучения) понимают
энергию ионизирующего излучения, поглощенную в единице
массы облучаемого вещества. В качестве единицы поглощенной
дозы принят джоуль на килограмм (Дж/кг). Джоуль на кило-
грамм — поглощенная доза излучения, измеряемая энергией
в один джоуль любого вида ионизирующего излучения, переданной
массе в один килограмм. Допускается также применение внеси-
стемной единицы — рад (1 рад = 10~2 Дж/кг).
Мощность поглощенной дозы излучения (мощность дозы излу-
чения)— это доза, поглощаемая в единицу времени. За единицу
мощности поглощенной дозы принят ватт на килограмм (Вт/кг)
или рад в секунду (рад/с); 1 рад/с — 10-2 Дж/(кг-с).
Для характеристики рентгеновского и гамма-излучения при-
нято также понятие экспозиционной дозы, как количественная
характеристика, основанная на ионизирующем действии этих из-
лучений в сухом атмосферном воздухе. Эта характеристика выра-
жается отношением суммарного электрического заряда ионов од-
ного знака, образованного излучением, поглощенным в воздухе,
к массе этого воздуха. За единицу измерения экспозиционной дозы
принят кулон на килограмм (Кл/кг). Допускается также приме-
нение внесистемной единицы рентген: 1Р = 2,57976- 1(Г4 Кл/кг.
Экспозиционная доза в 1Р создает при нормальных условиях
в 1 см3 ионы, несущие одну электростатическую единицу коли-
чества электричества каждого знака (2,08-10® пар ионов). Погло-
щенная энергия в воздухе, соответствующая экспозиционной дозе
1Р, будет равна 0,88 -10“2 Дж/кг.
Мощность экспозиционной дозы измеряется в амперах на кило-
грамм (А/кг). Кроме того, применяется внесистемная единица рент-
ген в секунду (1 Р/с = 2,57976-10~4 А/кг).
Взаимодействие фотонов с веществом [36]. В настоящее время
известно около 12 типов процессов взаимодействия фотонов с ве-
ществом. Наибольшее значение среди них имеют следующие про-
цессы: фотоэлектрическое поглощение, рассеяние, образование пар
электрон — позитрон и фотоядерные реакции.
Вероятность осуществления различных процессов взаимодей-
ствия излучений характеризуется сечением соответствующего
взаимодействия о:
dW = ondl~p dl,
где I — путь фотона в веществе, см; dW — вероятность взаимо-
действия на пути Ш; о — сечение взаимодействия, отнесенное
к одному атому вещества, см2; п — число атомов в единице объема,
см-3. Величину р, обычно измеряемую в см-1 (р = on), называют
линейным коэффициентом соответствующего процесса взаимодей-
ствия. Кроме линейного коэффициента, часто пользуются также
массовым коэффициентом данного процесса взаимодействия р/р =
=• оп/р. Его величину измеряют в см2/г.
80
Пусть при прохождении через вещество мононаправленное из-
лучение участвует лишь в одном процессе взаимодействия с атом-
ным сечением взаимодействия о, линейным коэффициентом ослаб-
ления излучения р. и массовым р/р. Тогда плотность потока не-
рассеянного излучения Nlip (I), т. е. той части первоначального
излучения, которая прошла в веществе путь / без взаимодействия,
описывается формулой
Мир (О — No exp [— ml] = No exp [— pZ] =
= Л/Оехр[—(р/р)/р].
Если таких процессов несколько, закон ослабления первона-
чального излучения имеет вид
NKp(l) = Noexp Г—Z 2jcrznl =
= Д/Оехр I X р./| = Мо ехр [ —/р £
где индекс i определяет тип конкретного взаимодействия. Вели-
чина коэффициентов взаимодействия зависит от рода (атомного
номера и плотности) вещества и от энергии фотонов.
Фотоэлектрическим эффектом называют процесс поглощения фо-
тона атомом вещества. Он сопровождается вырыванием из оболочки
атома одного из электронов. В связи с тем, что электроны в атоме
располагаются на оболочках и имеют вполне определенные дис-
кретные значения энергий, сечение фотоэлектрического эффекта
имеет скачки при тех минимальных энергиях, которые еще обес-
печивают вырыв электрона с данной оболочки. В порядке умень-
шения энергии различают один К-край поглощения, три L-края
и т. д. Энергия возникающих при переходе атома в нормальном
состоянии так называемых серий характеристического излучения
немного меньше, чем энергия соответствующего края фотопогло-
щения, иначе говоря, излучение, например К-серии, не может вы-
звать фотоэффект на К-оболочке атомов и т. д.
Линейный коэффициент фотоэлектрического поглощения т
включает в себя фотоэффект на всех оболочках. Вся энергия фо-
тона в процессе фотоэлектрического поглощения расходуется на
вырыв электрона из атома и его кинетическую энергию, фотон же
свое существование прекращает. Фотоэлектрическое поглощение —
основной процесс взаимодействия фотонов с энергией ориентиро-
вочно менее 0,2—0,5 МэВ, вероятность его пропорциональна
Z4-?-Z6 и растет с уменьшением энергии примерно как (1/Zrv)3 при
ftv < 0,2МэВ и как 1/ftv при hv > 0,5 МэВ.
В результате рассеяния фотонов в среде они меняют направле-
ние своего движения, и таким образом происходит ослабление
первоначального излучения. Сам же фотон в процессе рассеяния
меняет свою энергию и (или) направление движения. Фотоны рас-
сеиваются главным образом на электронах. В процессе компто-
новского рассеяния фотон передает часть своей энергии электрону.
81
chipmaker.ru
В последующих актах рассеяния энергия фотонов продолжает
уменьшаться, пока фотон не поглотится.
Линейный коэффициент комптоновского рассеяний о пропор-
ционален атомному номеру Z атомов поглощающего вещества и
уменьшается с ростом энергии излучения. При этом массовый
коэффициент комптоновского рассеяния пропорционален Z/А, т. е.
слабо зависит от рода вещества (для водорода Z/A = 1, а для
остальных химических элементов ZlA = 0,39—0,5). Комптонов-
ское рассеяние является основным процессом взаимодействия
в широком интервале энергий фотонов; например, для свинца
в области 0,6—5 МэВ, для алюминия 0,05—15 МэВ.
При низких энергиях фотонов может происходить также ко-
герентное рассеяние без передачи энергии частицам среды. Энер-
гия фотона при этом не меняется (релеевское рассеяние). Такое
явление наблюдается при рассеянии фотонов связанными электро-
нами одного атома или электронами атомов в кристаллической
решетке. Когерентно рассеянное излучение распространяется
преимущественно вперед в узком конусе, осью которого является
направление распространения первичного излучения.
При энергиях свыше 1,02 МэВ фотон в электрическом поле
ядра может образовать пару частиц — электрон и позитрон. Эти
частицы имеют равные массы покоя 0,511 МэВ каждая или 1,02 МэВ
в сумме. Этим и объясняется, что при энергии меньше 1,02 МэВ
образования пар не наблюдается. Линейный коэффициент образо-
вания пар и растет с увеличением атомного номера как Z2 и при-
мерно по логарифмическому закону с увеличением энергии фотона.
Эффект образования пар начинает играть существенную роль при
энергии 2,5 МэВ для свинца и примерно 10 МэВ для алюминия.
Позитрон пары тормозится в среде и взаимодействует с одним из
ее электронов. При этом частицы аннигилируют с образованием
двух фотонов с энергией 0,51 МэВ, вносящих вклад в рассеянное
излучение. При торможении в среде электрона пары возникает
так называемое тормозное рентгеновское излучение.
При больших энергиях (10—20 МэВ и более) необходимо учесть
возможность осуществления фотоядерных реакций, т. е. захвата
фотона ядром с последующим испусканием частиц. На практике
для радиационной дефектоскопии достаточно учитывать три основ-
ных процесса: фотоэффект, рассеяние и образование пар, т- е.
использовать в качестве р сумму следующих коэффициентов
(рис. 46)
р = т -ф а -ф и,
или для массового коэффициента поглощения
р/р = т/р4-о/р4-х/р.
Прохождение фотонов через вещество. Если при прохождении
через вещество мононаправленного излучения измерять только
«а
дозу (мощность дозы) нерас-
сеянного излучения, то за-
кон ее изменения следую-
щий:
^иР = Ц>ехр [— р/[,
Д:Р —• Рц exp [ — р1[.
Величину I = 1/р назы-
вают также длиной свобод-
ного пробега излучения, на
этой длине излучение ослабе-
вает в е раз. Эти формулы
описывают ослабление пер-
вичного пучка, т. е. тех фо-
тонов, которые прошли через
вещество без взаимодейст-
вия.
В действительности в каж-
дой точке пространства при-
сутствует также рассеянное
излучение, вклад которого в
Рис. 46. Линейные коэффициенты (р,, (Г, г
и И) ослабления излучения в свинце в зави-
симости от энергии фотонов
интегральные характер истИ-
ки излучения (плотность потока, дозу) может в несколько
раз превышать вклад нерассеянного излучения. Отношение сум-
марного количества рассеянных Np и нерассеянных фотонов NHp
к количеству нерассеянных фотонов в данной точке простран-
ства называется фактором накопления рассеянного излучения по
числу фотонов:
В№(^ИР+Л/РЖР.
Аналогично вводится дозовый фактор накопления BD. Таким
образом, для случая мононаправленного первичного излучения
можно записать
N = АГнр + Np = No [exp (— pZ)[ BN‘,
D = D„p + Pp = Do [exp (— p/)] BD-,
P = PKP + Pp = po lexp (— p/)[ BD.
Эти основные в радиационной дефектоскопии соотношения по-
зволяют определить такие характеристики метода, как чувстви-
тельность к дефектам и производительность контроля. Для этого
необходимо только знание свойств тех детекторов, которые ис-
пользуют для регистрации излучения.
Если излучение распространяется без взаимодействия, то на
расстояниях от источника во много раз больших, чем размеры
источника, мощность дозы (мощность экспозиционной дозы) и
плотность потока излучения изменяются обратно пропорционально
квадрату расстояния между источником и точкой детектирования.
83
chipmaker.ru
Мощность экспозиционной дозы источника Ри (в единицах Р/с,
Р/мин и т. д.), измеренная на расстоянии 1 м от источника, доста-
точно универсальна и применяется для характеристики самых
разнообразных радиоизотопных источников и установок для полу-
чения рентгеновского излучения. Мощность экспозиционной дозы
в воздухе от источников, применяемых в радиационной дефекто-
скопии, можно получить из соотношения
где рв — линейный коэффициент ослабления изучения в воздухе,
м-г; R — расстояние от источника до точки детектирования, м;
BD — фактор накопления рассеянного в воздухе излучения.
Если взаимодействием излучения с воздухом можно пренебречь,
то следует пользоваться более простым соотношением
P{R) = PKlR1 2.
Основная схема радиационно-дефектоскопического контроля
[61 ]. Рассмотрим распределение мощности дозы за объектом, просве-
чиваемым ионизирующим излучением (рис. 47). Пусть этот объект
представляет собой пластину толщиной I в направлении просвечи-
вания, и в ней содержатся полости, выступы, неоднородности, раз-
меры которых во всех направлениях во много раз меньше длины
Рис. 47. Схематическое изображе-
ние распределения мощности дозы
за просвечиваемым объектом:
1 — источник излучения; 2 — про-
свечиваемый объект; 3 — дефект
84
свободного .пробега излучения в этом
веществе. Мощность дозы в точке,
расположенной за объектом, в его
отсутствие равна Ро. Рассеянием в
воздухе пренебрежем. Учитывая ма-
лость неоднородностей, имеющихся в
пластине, можно ожидать, что пол-
ная мощность дозы за объектом
Рп = Рир + РР ~ Ро [exp (— p/)J BD (/).
Оценим изменение мощности дозы
за пластиной, вызываемое неодно-
родностями протяженностью Л/.
Пусть линейный коэффициент ослаб-
ления в материале неоднородности
равен рд. Изменение мощности дозы
создается лишь тем излучением, ко-
торое прошло через объект без
взаимодействия, т. е. первичным
излучением; рассеянное же излуче-
ние распространяется во всех на-
правлениях и не может нести сколь-
ко-нибудь существенной информации
о дефектах. Поэтому
ДР = Ро [exp (— р/)] (р— рд) Д/,
где ц — линейный коэффициент ослаб-
ления излучения в основном мате-
риале; рд — линейный коэффициент
ослабления излучения в материале
дефекта (в случае воздушных полос-
тей можно принять рд = 0).
В случае, если AZ представляет
собой небольшое местное увеличение
толщины, типа брызг металла на его
поверхности,
ДР = — Ро (ехр— pZ)] pflAZ.
Если химический состав и плотность
такого типа дефектов (неоднородно-
стей) совпадают с соответствую-
щими характеристиками основного
металла, то
АР = — Ро [ехр (— pZ)J р AZ.
Относительное изменение мощно-
сти дозы под дефектом, таким обра-
зом, можно записать в виде:
для дефектов типа пустот
ДР/Р = р Ы/В-,
для внутренних дефектов, отли-
чающихся от основного материала
по химическому составу или плот-
ности,
Рис. 48. Схематическое изображе-
ние образования геометрической
нерезкости при просвечивании не-
точечным источником:
С — дефект; f — плоскость, -в ко-
торой рассматривается дозовое
поле; S — ширина изображения
дефекта без учета размытия
ЛР/Р = (р—pfl)AZ/B;
для дефектов, увеличивающих просвечиваемую толщину,
ДР/Р = — рд д//в.
Линейный коэффициент ослабления для сложных веществ сле-
дует определять по формуле
Р = hiPi/Pi + TfeHa/Pa "I-’InPn/Pn] P,
где plt p2, . . ., p„ — линейные коэффициенты ослабления излу-
чения 1, 2 и n-м элементом, входящим в состав сложного веще-
ства; рх, р2, . . ., р„ — плотность 1, 2 и n-го элемента смеси;
’ll» Л2» • • •• Лп — массовая доля 1, 2, и n-го элемента в смеси.
Применяемые на практике источники излучения не точечные, по-
этому распределение мощности дозы Р под дефектным участком
будет иметь несколько иной характер, чем на рис. 47, из-за обра-
зования так называемой геометрической нерезкости (рис. 48)
иг = Фа/Ь,	'
где Ф — линейные размеры источника излучения; а и b — рас-
стояния от дефекта до точки детектирования и до источника соот-
85
chipmaker.ru
ветственно. Геометрическая нерезкость может превышать размеры
самого дефекта. Геометрическая нерезкость затрудняет выявле-
ние в дозовом поле неоднородностей, вызванных дефектами в про-
свечиваемом объекте.
При выборе источников излучения и расстояний между источ-
ником и преобразователем излучения в радиационной дефекто-
скопии (рентгеновская пленка, сцинтилляционный кристалл ит. д.)
следует стремиться к тому, чтобы геометрическая нерезкость была
меньше, чем внутренняя нерезкость преобразователя излучения.
2.	ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
При радиационно-дефектоскопическом контроле качества свар-
ных соединений применяют источники излучения следующих трех
основных типов: рентгеновские аппараты, гамма-дефектоскопы,
заряженные радиоизотопными источниками излучения, а также
ускорители электронов (бетатроны, линейные ускорители и микро-
троны). Выпускаемые отечественной промышленностью источ-
ники фотонного излучения для неразрушающего контроля охваты-
вают диапазон энергий примерно 10 кэВ — 35 МэВ.
Рентгеновские аппараты. Рентгеновские аппараты — наиболее
распространенные источники фотонов в диапазоне энергий от
единиц до сотен килоэлектронвольт. Рентгеновское излучение
в рентгеновском аппарате образуется в вакуумном приборе, на-
зываемом рентгеновской трубкой. В рентгеновской трубке поме-
щается подогревной катод, нить накала которого служит источ-
ником термоэлектронов, и массивный анод. При приложении
к катоду и аноду разности потенциалов электроны, эмиттируемые
катодом, ускоряются и бомбардируют анод. При торможении
электронов в материале анода образуется тормозное и характери-
стическое рентгеновское излучение, которым просвечивают кон-
тролируемые объекты. Участок поверхности мишени, на котором
преимущественно тормозится пучок электронов, называется дей-
ствительным фокусным пятном рентгеновской трубки. Проекция
фокусного пятна в направлении оси рабочего пучка на плоскость,
перпендикулярную этой оси, называется эффективным фокусным
пятном рентгеновской трубки. Для питания рентгеновской трубки
в рентгеновском аппарате служит высоковольтный генератор,
обеспечивающий накал катода и высокое напряжение.
Управление током и напряжением на рентгеновской трубке и
контроль за работой аппарата осуществляют с пульта управле-
ния. С целью защиты обслуживающего персонала от неисполь-
зуемого рентгеновского излучения и высокого напряжения рент-
геновские трубки помещают в специальные, как правило, освин-
цованные защитные кожухи.
По конструктивному исполнению рентгеновские аппараты де-
лятся на моноблочные и кабельные. В моноблочных аппаратах
рентгеновская трубка и высоковольтный генератор помещены
86
в одном кожухе. Эти аппараты отличает малая общая масса, их
используют главным образом при контроле, проводимом в не-
стационарных условиях (например, в полевых или цеховых усло-
виях).
В аппаратах кабельного типа рентгеновская трубка размещена
в защитном кожухе, а высоковольтный генератор в отдельном блоке
(или блоках), высокое напряжение и напряжение накала от ко-
торого (которых) передаются к рентгеновской трубке по высоко-
вольтному кабелю. Эти аппараты передвижные, они предназна-
чены в основном для контроля в стационарных условиях, напри-
мер в заводских лабораториях.
В рентгеновских моноблочных аппаратах выпрямление высо-
кого напряжения не происходит, в кабельных же аппаратах на
рентгеновскую трубку подается выпрямленное и сглаженное на-
пряжение. Это повышает эффективность работы рентгеновских
трубок. По напряжению (максимальной энергии рентгеновского
излучения) отечественные рентгеновские аппараты подразделяют
условно на следующие группы: до 160 кВ; 160—400 кВ; 1 МэВ.
К первой группе относятся выпускаемые отечественной про-
мышленностью аппараты РУТ-60-20-1. РУП-120-5-1, РУП-150-
10-1, РУП-100-10 и РУП-160-6П, ко второй — РУП-200-5-2,
РУП-150/300-10 и РУП-400-5-1. В обозначениях этих отечествен-
ных аппаратов принято следующее: первая группа цифр означает
максимальное напряжение в кВ, вторая — ток в мА, третья —
модель (буква П в конце обозначает панорамное излучение).
Третья группа представлена аппаратом РТД-1 на 1 МэВ.
Рентгеновские моноблочные аппараты РУП-120-5-1 и
РУП-200-5-2 предназначены для просвечивания металлов в цехо-
вых и полевых условиях, на строительных площадках, при кон-
троле трубопроводов при температуре воздуха от —10 до +35° С
и относительной влажности 80%. Они могут работать без водя-
ного охлаждения в течение 12 ч так, чтобы на 15—20 мин работы
в номинальном режиме приходился 1 ч перерыва. С водяным охла-
ждением (расход воды 4—5 л/мин) аппарат работает непрерывно
в течение 3—4 ч. Эти аппараты дают направленное излучение
в пределах конуса с углом раствора около 40°.
Рентгеновский моноблочный аппарат РУП-160-6П предназна-
чен специально для контроля магистральных трубопроводов. Он
создает панорамное поле облучения, что позволяет просвечивать
кольцевые трубы за одну экспозицию при помещении аппарата
внутрь трубы. Аппарат облегчен применением газовой изоляции
(SFe) и может монтироваться на тележке, способной перемещаться
внутри трубы и центрирующей рентгеновский аппарат по оси
трубопровода.
Эти три аппарата относятся к передвижным моноблочным ап-
паратам и отличаются высокой технологической маневренностью.
Однако их применение при контроле особо труднодоступных участ-
ков затруднено тем, что масса их моноблоков относительно ве-
87
chipmaker.ru
лика: 35 кг для РУП-160-6П, 45 кг для РУП-120-5-1 и 85 кг для
РУП-200-5-2, а размеры блока излучения увеличены из-за того,
что в нем установлен также высоковольтный генератор.
Большое значение для обеспечения контроля сварных и пая-
ных соединений в труднодоступных условиях имеют портативный
кабельный аппарат РУП-100-10 с малогабаритным защитным ко-
жухом рентгеновской трубки. Масса блока излучения этого рент-
геновского аппарата не превышает 6 кг, размеры блока излучения
090 X 490 мм. Высоковольтный кабель этого аппарата позволяет
относить рентгеновскую трубку от высоковольтного генератора
на расстояние 10 м. Пульт управления относят от высоковольт-
ного генератора на такое же расстояние. Все элементы установки,
кроме тележки, проходят через люки диаметром 300 мм. Аппарат
обладает замкнутой системой охлаждения, причем хладагентом
может служить вода или антифриз.
Остальные из перечисленных выше аппаратов являются пере-
движными; они предназначены для контроля в основном в усло-
виях стационарных лабораторий. Сюда относится аппарат РУТ-60-
20. Рентгеновская трубка этого аппарата снабжена бериллиевым
окном, которое пропускает низкоэнергетическую часть рентгенов-
ского излучения.
Наибольшее распространение в промышленности получил рент-
геновский аппарат РУП-150/300-10. Этот аппарат работает в диа-
пазоне напряжений на рентгеновской трубке 35—250 кВ, комплек-
туется тремя рентгеновскими трубками: острофокусной (—0,8 мм),
рентгеновской трубкой на максимальное напряжение 150 кВ и
ток 2 мА, трубкой с вынесенным анодом длиной 280 мм на напря-
жение 150 кВ и ток 10 мА и трубкой на 250 кВ. Питание высоким
напряжением этой трубки осуществляется от катодного и анод-
ного элементов высоковольтного генератора.
Аппарат РУП-150-10 отличается от аппарата РУП-150/300-10
тем, что он комплектуется только двумя трубками на 150 кВ,
которые питаются от одного катодного элемента, так как анод
этих трубок заземлен. В связи с этим аппарат РУП-150-10 не ком-
плектуется анодным элементом.
Рентгеновский аппарат РУП-400-5 создает кольцевое поле об-
лучения. Защитный кожух блок-трансформатора этого аппарата
имеет значительные размеры: 0 550 X 1570 мм.
Рентгеновская установка РТД-1 на 1 мВ выполнена на базе
трубки 1.55ПВ-12/13-1000 с питанием от резонансного трансфор-
матора. Максимальный размер фокусного пятна этой установки
5 мм, номинальный ток трубки 1,5 мА. Этот аппарат обеспечивает
мощность дозы —30 Р/мин на расстоянии 1 м от анода. Для уста-
новки блока излучения требуется площадь диаметром не менее
2,5 м и высотой не менее 5 м [54 ].
Повышенной технологической маневренностью обладают им-
пульсные рентгеновские аппараты (Н. И. Комяк, Е. А. Пеликс и
др). В этих аппаратах под действием импульса высокого напря-
88
жения в специальных рентгеновских трубках с холодным катодом
образуется мощный, но кратковременный импульс высокого на-
пряжения. Средняя интенсивность излучения этих аппаратов до-
стигает 0,025 Р/мин [29].
Технические характеристики рентгеновских аппаратов даны
в табл. 8, а рентгеновских трубок, применяемых в них, в табл. 9.
Необходимо отметить, что высокая мощность дозы трубок
1БПВ1-60 и 0.3БПВ6-150 на небольших расстояниях от анода
объясняется тем, что их бериллиевые окна пропускают низко-
энергетическое рентгеновское излучение. Это излучение погло-
щается начальными слоями вещества, иначе говоря, мощность дозы
значительно уменьшается при установке на выходе излучения из
рентгеновских трубок тонких (1—2 мм) фильтров из алюминия
или другого легкого вещества.
Гамма-дефектоскопы. Значительный объем контроля сварных
и паяных соединений осуществляется с помощью гамма-дефекто-
скопов (С. В. Румянцев, А. Н. Майоров,|В. Г. Фирстов и др.).
Гамма-дефектоскопы заряжают радиоизотопными источниками.
Основные, важные для дефектоскопии характеристики радиоизо-
топных источников — энергетический спектр излучения, выход
излучения, период полураспада и геометрические размеры источ-
ников.
Энергетический спектр гамма-излучения имеет характер ди-
скретных линий, как правило, в широком диапазоне энергий и
с различной относительной интенсивностью. В зависимости от
энергии у-фотонов радиоизотопные источники излучения делят на
три группы: источники с жестким у-излучением (энергия фотонов
около 1 МэВ и более), источники с у-излучением средней энергии
(примерно 0,3—0,7 МэВ) и низкоэнергетические источники у-излу-
чения (энергия менее 0,3 МэВ).
Характеристика радиоизотопных источников, нашедших ши-
рокое применение в радиационной дефектоскопии, приведена
в табл. 10.
В настоящее время для гамма-дефектоскопического контроля
используют радиоизотопные источники на основе следующих изо-
топов в порядке возрастания энергии: 170Tm, 1921г, 137Cs, 60Со.
Этими радиоизотопными источниками заряжают гамма-дефекто-
скопы различного назначения. Все гамма-дефектоскопы имеют за-
щитные радиационные головки, которые перекрывают излучение
радиоизотопного источника и снижают мощность дозы до допусти-
мого уровня. При просвечивании с помощью дистанционного
управления открывают затвор радиационной головки, и либо ис-
пользуют образовавшийся при этом направленный пучок излу-
чения (источник излучения может несколько выдвигаться из радиа-
ционной головки), либо по ампулопроводам различных конструк-
ций выводят источник за пределы радиационной головки в тре-
буемое для контроля положение. Такие дефектоскопы называют
дефектоскопами шлангового типа.
89
Таблица 8
Технические характеристики рентгеновских аппаратов
Тип и конструктивное исполнение аппарата	Напря- жение На рент- геновской трубке, ИВ	Тип рентгеновской трубки	Номиналь- ный ток рент- геновской трубки, мА	Масса аппарата, кг	Напря- жение питающей сети, В	Потребляе- мая мощ- ность, кВа	Габаритные размеры, мм	
							рентгеновского аппарата	защитного кожуха рентге- новской трубки
РУТ-60-20 (пере- движной кабельный) РУП-100-10 (пор- тативный кабельный) РУП-120-5-1 (пор- тативный с блок- трансформатором) РУП-150-10-1 (пе- редвижной _ кабель- ный) 9 РУП-200-5-2 (пор- тативный с блок- трансформатором) К РУП-160-6П£. (пор- тативный с блок- трансформатором) РУП-200-20-5 (пе- редвижной кабель- ный)	10-60 10—100 50—120 35—150 70—200 50—160 70—200	1БПВ1-60 1БПВ15-100 0.4БПМ2-120 а) 1.5БПВ7-150 с вынесенным ано- дом; б) 0.3БПВ6-2-150 0.7БПМЗ-200 0.7БПК2-160 ЗБТМ1-200, 1.5БПМ1-200	20 10 5 10 5 6 20	280 200 Пульт 30, блок-транс- форматор 45 670 Пульт 30, блок-транс- форматор 82 Пульт 33, блок-транс- форматор 35 750	127; 220; 380 127; 220 220; 380 220; 380 220; 380 220 220; 380	2,5 2,0 2,0 2,5 3,0 2,5 7,0	Аппарат 1040Х440Х Х2030; пульт 610X580X1010 900 x 975 x 560 1400X700X1300 Аппарат 1750Х1390Х Х2220; пульт 602X458X910 1520X880X1300 Пульт 500X320X230 Аппарат 2100Х850Х Х2500; пульт 600X450X830	97X135X520 090X490 300X250X540 а) 0 270X 880, длина вынесен- ного анода 230; б) 0 270X810 270X450X750 0 300X850 0 300X865
Продолжение табл. 8
Тип и конструктивное, исполнение аппарата	Напря- жение иа рент- геновской трубке, кВ	Тип рентгеновской трубки	Номиналь- ный ток рент- геновской трубки, мА	Масса аппарата, кг	Напря- жение питающей сети, В		Потребляе- мая мощ- ность, кВа	Габаритные размеры, мм	
								рентгеновского аппарата	защитного кожуха рентге- новской трубки
РУП-150/300-10 (передвижной кабель- ный)	35—150 70—250	а) 1.5БПВ7-150 с вынесенным ано- дом; б) 0.3БПВ6-150; в) 2,5БПМ4-250	10 2 10	1000	220;	380	5,0	Аппарат 1750Х 1390Х Х2200; пульт 602X458X910	а) 0 270X 880, длина вынесен- ного анода 230; б) 0 270X810; в) 195Х340Х Х720
РУП-400-5-1 (пере- движной с блок- трансформатором)	250—400	1,5БПВ2-400 или 1.5БПВЗ-400	5	600	220;	380	4,0	Аппарат 1570Х900Х Х2000; пультХ 610X460X715	0 550X980, длина выне- сенного анода 590
ИРА-1Д (портатив- ный импульсный)	220—280	Двухэлектрод- ная, диаметр фо- кусного пятна 2 мм		Рентгеновский блок и пульт 30	220	*/12	0,04	Пульт 310X170X130	0 180X520
ИРА-2Д (портатив- ный импульсный)	300—350	То же		Рентгеновский блок 15, пульт 8, пре- образова тель 4,5	220	*/12	0,15	Пульт 328X310Х 164; преобразова- тель 205 X X162X152	570X305X261
РИНА-1Д (порта- тивный импульсный)	200	Двухэлектрод- ная, диаметр фо- кусного	пятна 3 мм		Рентгеновский блок 5	220	*/12		Пульт ~350Х250Х Х150	—500Х300Х Х250
• У аппаратов РУП-150-10-1, РУП-200-20-5 и РУП-150/300-10 число фаз питающей сети равно 3, у остальных — 1.
** В числителе переменного напряжения, в знаменателе — постоянное.
chipmaker.ru
Электрические, технические и радиационно-дефектоскопические характеристики рент
Тип рентгеновской трубки	Напряже- ние на трубке . Ua’ кВ	Номиналь- ный ток трубки 'а- мА	Максималь- ная мощ- ность, рас- сеиваемая анодом, Вт	Размер эффективного фокусного пятна, мм
1БПВ1-60	До 60	20	1200	Ширина 3(1 : 1,25) *
1БДМ6-75	» 75	10	-—	Диаметр 3
0.4БПМ2-120	50—120	5	420	Ширина 2 (1 : 1)
0.3БПВ6-150	40—150	2	300	При t/a до 75 кВ 0,3—0,7; при Uа свыше 75 кВ 1,2—1,4
1.5БПВ7-150	До 150	15 (при 100 кВ)	1500	Диаметр 3
0.7БПМЗ-200	70—200	5	700	Ширина 2 (1 : 1,25)
1.5БПМ1-200	До 200	13 (при 160 кВ)	1500	Ширина 4,5(1 : 1,25)
ЗБТМ1-200	» 200	26 (при 160 кВ)	2800	Диаметр 10
2.5БПМ4-250	60—250	15 (при 100—150 кВ)	2500	4X4
1.5БПВ2-400	До 400	5	1400	Диаметр 5—7
* Для прямоугольного фокусного пятна в скобках приведено отношение сторон.
Гаммарид-23 (гамма-дефектоскоп РИД-21М) — передвижной де-
фектоскоп шлангового типа, рассчитанный на работу с несколь-
кими источниками. Просвечивание производится коническим пуч-
ком из защитного контейнера или панорамно при выдвижении
источника по жесткому или гибкому ампулопроводу на расстоя-
ние до 12 м по горизонтали или до 6 м по вертикали.
Гаммарид-20 (гамма-дефектоскоп «Газпром») предназначен для
контроля сварных стыковых соединений трубопроводов. Гамма-
дефектоскоп состоит из радиационной головки с источником 137Cs,
перезарядного контейнера и дистанционного ручного привода
управления длиной 5 м. Этот дефектоскоп широко применяется
в газовой промышленности для контроля качества сварных соеди-
нений магистральных трубопроводов путем их просвечивания
через две стенки.
Гамма дефектоскоп «Магистраль» («Трасса») предназначен для
контроля качества сварных стыковых соединений трубопроводов
в процессе монтажа и эксплуатации. Просвечивание можно про-
изводить изнутри через одну стенку или через две стенки. В ком-
плект аппарата входят радиационная головка, транспортный ко-
жух радиационной головки, ручной пульт управления, электри-
ческий пульт управления, самоходная тележка, блок электропи-
тания, транспортно-перезарядный контейнер, комплект приспо-
соблений.
92
Таблица 9
геновских трубок
Угол раствора рабочего пучка рент- геновского излучения, град	Мощность экспозиционной дозы. Р/мин (расстояние до детектора, м)	Габаритные размеры (диаметр X X длина, мм)	Хладагент (расход, л /мин)	Срок службы, ч
		2000 (0,1)	72X333	Вода (5—6)	400
44	8,0 (3)	42Х134	Масло; охлаждение естественное	5000 включений
40	10 (0,5)	84X 273	Масло; принудитель- ная циркуляция	500
55	50 (0,5)	102X653	Вода (5—6)	300
360X 60	9 (0,5)	102X 649	Вода (6)	400
40	15 (0,5)	101X422	Масло; принудитель- ная циркуляция	400
—	60 (0,5)	120X517	Масло (15)	300
50±5	80 (0,3 при медном филь- тре толщиной 0,5 мм)	120X517	Масло (15)	400
40	60	105X400	Масло (18)	300
360X45	—	150Х 1387	Вода (12)	400
Гамма-дефектоскоп «Магистраль-1» предназначен для кон-
троля сварных соединений магистральных трубопроводов диа-
метром 1620 мм и с толщиной стальной стенки до 40 мм. Он ком-
плектуется реперным источником из 187Cs. Электромеханический
привод дефектоскопа обеспечивает перемещение радиационной го-
ловки внутри трубопровода на расстояние до 1,5'км. Дефектоскоп
используется в автоматизированном комплексе АКП-141.
Гамма-дефектоскоп РК-2—переносной шлангового типа, его
можно использовать для контроля труднодоступных участков изде-
лий в лабораторных, цеховых, стапельных и полевых условиях.
С помощью дефектоскопа можно осуществлять просвечивание ко-
ническим пучком с углом раствора 60, 90 и 120°, узким направлен-
ным пучком размером 13 X 18 мм, панорамным излучением с вы-
ходом источника за пределы контейнера на расстояние до 5 м.
Характеристики отечественных гамма-дефектоскопов приве-
дены в табл. 11 130]. Размеры гамма-дефектоскопов серии «Гам-
марид» 220 X 170 X ПО мм, РК-2 350 х 180 х 180 мм, «Маги-
страль» 275 X 210 х 135 мм.
Линейные ускорители и микротроны. В качестве источников
высокоэнергетического фотонного излучения в радиационных ме-
тодах неразрушающего контроля используют ускорители электро-
нов, сообщающие им кинетическую энергию в диапазоне 1—
100 МэВ: линейные ускорители, микротроны, бетатроны.
93
Таблица 10
Характеристики радиоизотопных источников излучения
Размеры источника, мм
Изо- топ	Период полу- распада	Энергия основных ф-фотОНОВ, МэВ	Тип источника	Мощность экспози- ционной дозы на расстоянии 1 м. Р/с	Активная часть, не более		Ампула	
					а (V S ей Й	га о 3 га	£Х <р S СО Й tc	га Ь 3 га
*79Тт 76Se 192 Ir *37CS *82Eu “Co	129 дн. 120 дн. 74,4 дн. 30 лет 13 лет 5,25 года	0,053 (K«Yb); 0,084; тормозное излучение с эффек- тивной энергией 0,8 0,077; 0,136; 0,265; 0,401 0,296; 0,316; 0,468; 0,604 0,661 0,122; 0,244; 0,963; 1,110; 1,405 1,17; 1,33	Ту-З Ту-1 Ту-0 Се-4 Се-5 ГИД-И-1 ГИД-И-2 гид-и-з ГИД-И-4 ГИД-И-5 ГИД-И-6 ГИД-И-7 ГИД-Ц-1 ГИД-Ц-2 ГИД-Ц-3 ГИД-Ц-4 ГИД-Ц-5 ГИД-Ц-6 Ев-1 ГИД-К-1 ГИД-К-2 гид-к-з ГИД-К-4 ГИД-К-5 гид-к-6 ГИД-К-7 ГИД-К-8 ГИД-К-9 гид-к-ю	1,2-lCr4 (4,7-10~61 |2,3-10~6( /4,7-10'71 19,3-10~7f (5,8 -IO8 (l,2-10~4 (2,3-10'4 {3,5-10'4 14.5-10-4 1,5-Ю-4 5,0-Ю-4 l,5-10-s 2,5-Ю-3 5,0-10-3 1,5-Ю-2 2,5-Ю-2 1,2-Ю4 5,0-Ю~ 4 1,2-10-8 5,0-10-8 2,5-10-2 5,0-10-2 11,2-10'4 /2,3-Ю'4 [4,7 • Ю-4 1,2-Ю-4 2,5-10“ 4 5,0-Ю“4 1,2-IO-3 2,5-10-8 1,2-IO-3 3,5-10-* 1,2-10-* 2,5-10г* 5,0-10-*	9 5 2 7,5 7,5 11,5 11,5 11,5 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 6,0 3 5 6 10 18 23 5 5 5 1 1 2 2 4 4 6 7 10 15	7 5 2 7,5 7,5 11 11 11 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 6,0 3 5 6 11 18 23 5 5 5 1 1 2 2 4 4 6 7 12 15	12 7,5 4,5 12,5 12,5 16,5 16,5 16,5 4 4 4 4 5 6 8 6 8 10 14 22 27 7,5 7,5 7,5 4 4 4 4 4 6 И 11 14 19	10 8 5 12,5 12,5 16,5 16,5 16,5 5 5 5 5 6 7 9 10 12 13 19 26 31 8 8 8 5 5 5 5 5 7 13 13 19 22
94
Ускорение электронов в линейном ускорителе, названном так
по форме траектории ускоряемых частиц, происходит в прямом
волноводе благодаря осевому электрическому полю, создавае-
мому высокочастотным генератором. Большинство ускорителей
работает в десятисантиметровом диапазоне длин волн. На конце
волновода электроны ударяют в мишень, генерирующую тормоз-
ное рентгеновское излучение. Ускорители обеспечивают получе-
ние излучения с максимальной энергией 1,5—30 МэВ (О. А. Вальд-
нер и др.).
Созданы близкие по характеристикам линейные ускорители
У-27 и У-28 (табл. 12) с высокочастотным питанием от мощного
магнетрона десятисантиметрового диапазона. Энергия электронов
в этих ускорителях регулируется в диапазонах 4—10 и 4—12 МэВ
соответственно. Мощность дозы на расстоянии 1 м от мишени уско-
рителя У-27 составляет 20 000 Р/мин, его габаритные размеры
320 х 57 X 120 см. Дальнейшее уменьшение габаритов линей-
ных ускорителей возможно при использовании высокочастотных
генераторов, работающих в трехсантиметровом диапазоне длин
волн. Сюда относятся ускорители У-30 (см. табл. 12), У-31 на
энергию 40 кэВ— 1,3 МэВ. Диаметр пучка электронов при их
соударении о мишень (диаметр фокусного пятна) в линейных уско-
рителях не превышает 6 мм.
Таким образом, в стране созданы линейные ускорители, ра-
ботающие в широком диапазоне энергий и интенсивностей, ко-
торые могут быть применены для радиационной дефектоскопии.
Микротрон является весьма перспективным источником тормоз-
ного излучения для радиационной дефектоскопии. Благодаря по-
стоянному магнитному полю, создаваемому в вакуумной камере
микротрона, электроны движутся в ней по круговым орбитам, име-
ющим общую точку касания в ускоряющем резонаторе. При дви-
жении по круговой орбите в постоянном магнитном поле электроны
не получают дополнительной кинетической энергии, их ускорение
происходит лишь в резонаторе, питаемом от высокочастотного
генератора-магнетрона. Отечественный «Микротрон-Д» (С. П. Ка-
пица, Ю. В. Громов и др.) рассчитан на энергию 12 МэВ, мощность
пучка электронов составляет 0,5 кВт и обеспечивает мощность
дозы тормозного излучения на расстоянии 1 м от мишени
3000 Р/мин (при энергии 25 МэВ мощность экспозиционной дозы
составляет примерно 10 000 Р/мин).
Поперечное сечение пучка электронов при соударении с ми-
шенью составляет 2 X 3 мм (иначе говоря, размеры фокуса со-
поставляют 2x3 мм), средняя сила тока 50 мкА, габаритные раз-
меры 1300 X 1300 X 1100 мм, масса 1500 кг.
Линейные ускорители и микротроны обеспечивают получение
тормозного рентгеновского излучения с высокой интенсивностью,
обладают малым фокусом и благодаря этому являются перспек-
тивными источниками излучения для радиационной дефекто-
скопии.
95
Таблица 11
Основные характеристики отечественных гамма-дефектоскопов
co
о
Тип аппарата (заменяемый аппарат)	Источник излучения ♦**		Мощность экспозицион- ной дозы излучения на р сс оя- нии 1 м, Р/с	Размеры активной части источника, мм		Размеры источника, мм		Масса радиа- ционной головки, кг	Диапазон толщин просвечиваемых материалов, мм ****	
	Тип	Изотоп		Диаметр	Высота	Диаметр	Высота		Сталь	Легкие металлы и сплавы
РК-2		170Тт 76Se	1,2-10'4 5-Ю"4 1,5-10-3 1,2 -IO'3	9,0 5,0 2,0 5,0	7,0 5,5 2,0 ,5,5	12,0 8,0 4,5 8,0	10,0 12,0 5,0 12,0	40	1—20	5—100
«Г амма- рид-20» («Газпром»)	ГИД-И-1 ГИД-И-2 гид-и-з ГИД-И-4 ГИД-И-5 . ГИД-Ц-1 ГИД-Ц-2 ТУ-1	1921г 1921г 1921г 1921г 192]Г 137Cs 137Cs 170Тт	1,5-Ю"4 5-10“4 1,5-IO’3 2,5-10-3 5-Ю"3 1,2-Ю"4 5-Ю"4 2,3-10-6	0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 1,5+0,3* 0,8+0,3 * 5,0	0,5 1,0 1,5 2,0 -	3,0 0,5± 0,2 ** 0,5± 0,3 ** 5,0	4+0,24 4±0,24 4±0,24 4+0,24 5+0,28 6+0,30 8±0,30 0,5	5-0,8 5-0,8 5-0,8 5-0,8 5-0,8 10-1 12-1 8±0,8	12+1	1—60	1,5—120
«Гамма- р ид-21» (РИД-11) (привод ручной)	ГИД-И-1 ГИД-И-2 ГИД-И-З " ГИД-Ц-1 [ ТУ-1	192 Ir 192 Jr 192Ir is’Cs 17°Tm	1,5-IO"5 5 • 10-4 1,5-10~3 1,2-IO'4 2,3-10-6	0,5 1,0 1,5 1,5+0,3 * 5,0	0,5 1,0 1,5 0,5± 0,2 ** 3,0	4+0,24 4±0,24 4± 0,24 6± 0,30 7,5+8:1	Со о Си их СП о	? = ° -	оэ оэ оэ со	6+1	1—40	1—120
«Г амма- р ид-22» (привод электроме- ханический	ГИД-И-1 ГИД-И-2 гид-и-з ГИД-Ц-1 ТУ-1	192 If 192 Ir 192 Ir 137Cs 1,0Tm	1,5-Ю"4 5-Ю'4 1,5-10“ 3 1.2-10-4 2,3- 1СГ6	0,5 1,0 45,0 1,5+0,3 * 5,0	0,5 1,0 45,0 0,5± 0,2 ** 5,0	4±0,24 4+0,24 4± 0,24 6+0,30 7+0,8 '-0,5	5-0,8 5-0,8 f 0-0.8 10-1 8+0,8	6+1	1—40	1—120
«Гамма - рид-23» (РИД-21М) и «Гамма- рид-24» («Лаби- ринт»)	ГИД-И-1 ГИД-И-2 ГИД-И-З ГИД-И-4 ГИД-И-5 ГИД-Ц-1 ГИД-Ц-2 ТУ-1	1921г 1’3 If W2Ir 192 It i92Ir 137Cs 137Cs i’«Tn	l,5-10*4 5-10*4 1,5-IO"3 2.5-10-3 5-IO*3 1,2-IO*4 5-10'4 2,3-10'6	0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 1,5+0,3 0,8+0,3 5,0	0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 0,5± 0,2 0,5± 0,3 5,0	4+0,24 4+0,24 4±0,24 4±0,24 5+0,28 6±0,30 8+0,30 7 4+0,8 '>’—0,5	5-0,8 5-0,8 5-0,8 2-0’8 5-0,8 10-1 12.1 8+0,8	12± 1	1-60	1,5—120
«Гамма- рид-25» и «Гамма- рид-26»	ГИД-И-1 ГИД-И-2 ГИД-И-З ГИД-И-4 ГИД-И-5 ГИД-И-6 ГИД-Ц-1 ГИД-Ц-2	192 Ir 192 It 192 Jr 192Ir 192 Ir 192Ir 137Cs 137Cs	l,5-10'4 5-10'4 1,5-IO'3 2,5-10-4 5-10*3 1,5-10-2 l,2-10-4 5-10“4 2,3-IO"5	0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 1,5+0,3 ** 0,8± 0,3 5,0	0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 0,5±0,2 0,5+0,3 5,0	4±0,24 4+0,24 4 ±0,24 4± 0,2 5± 0,30 6±0,30 6+0,30 8+0,30 7 5+°'8	5-0,8 5-0,8 5-0,8 5-0,8 5-0,8 7-0,9 10-1 12-1 5-0,8	15±1	1—80	1,5-250
«Маги- страль» («Трасса»)	ГИД-И-6 ГИД-И-7 ГИД-Ц-2 ГИД-Ц-3 ГИД-Ц-4	192Ir 192Ir 137Cs 137Cs 137Cs	1,5 - 10~s 2,5-10-2 5-Ю'4 1,2-10~3 5-10'3	4,0 6,0 0,8+0,3 1,0+0,3 1,0+0,3	4,0 6,0 0,5±0,2 1,0±0,3 1,0±0,3	6±0,30 8± 0,30 8+0,30 10+0,36 14+0,36	7-0,9 9-0,9 12-! 13-! 19-1	25,5	0 тру- бопро- вода до 1620, толщина стенки 40	—
«Маги- страль-1»	ГИД-И-6 ГИД-И-7 ГИД-Ц-2 ГИД-Ц-3 ГИД-Ц-4 I	192Ir 192 Ir 13’Cs 137Cs 137Cs 137Cs	l,5-10-2 2,5-10-2 5-10-4 I,2-10'3 5-IO'3 5,8-10~6	* * * * CO COCO CO О О О о О О +1 4-1 +1 -Н ссс о оо о —Г о	4,0 6,0 0,5± 0,2 ** 1,0+0,3 ** 1,0± 0,3 ** 0,5± 0,2 **	6+0,30 8+0,30 8+0,30 10±0,36 14+0,36 6±0,2	7-0,9 9-0,0 12-1 13-1 19-1 Ю-1	25,5	То же	—
chipmaker.ru
Продолжение табл. 11
Параметры линейных ускорителей
Таблица 12
Параметр	У-10	У-12	У-13
Энергия электронов, МэВ	3	5	10
Средняя мощность пучка ускоренных электронов, кВт	0,9	0,5	0,6
Мощность дозы рентгенов- ского излучения 1 м от ми- шени, Р/мин		420	500	2500
Габаритные размеры, см	200X80X150	330X 80X160	510Х80Х 190
Параметр	У-16	У-17	У-30
Энергия электронов, МэВ	1,5—2	30	0,5—2,5
Средняя мощность пучка ускоренных электронов, кВ г	0,9	0,3	<0,1
Мощность дозы рентгенов- ского излучения 1 м от ми- шени, Р/мин		190	600	7,2
Габаритные размеры, см	200X 80X150	550X 80X170	160X61X140
Наибольшее распространение в радиационной дефектоскопии
нашли другие ускорители электронов — бетатроны (В. И. Гор-
бунов, В. А. Воробьев и др.). В бетатронах ускорение электронов
происходит при их движении по круговой орбите в возрастающем
по времени магнитном поле. Изменяющееся во времени магнит-
ное поле создает в пространстве вихревое электрическое поле,
силовые линии которого представляют собой концентрические
окружности, по которым и движутся электроны. Возрастающее
во времени магнитное поле не только обеспечивает ускорение
электронов, но и удержание их на орбите постоянного радиуса,
проходящей внутри тороидальной вакуумной камеры бетатрона.
В конце цикла ускорения электроны смещаются со своей орбиты
и попадают на мишень, при этом генерируется тормозное рентге-
новское излучение. В конструкции бетатрона предусмотрена фо-
кусировка пучка электронов в процессе ускорения, в результате
этого диаметр пучка перед соударением электронов с мишенью
составляет несколько десятых долей миллиметра. Таким образом,
фокус пучка тормозного излучения у бетатронов меньше по раз-
мерам, чем у линейных ускорителей и микротронов. Несмотря
на то, что бетатроны (табл. 13) обеспечивают меньшую интенсив-
ность излучения, чем линейные ускорители и микротроны, они
нашли наиболее широкое применение в дефектоскопии благодаря
своим высоким эксплуатационным и экономическим характери-
стикам [11].
98
99
chipmaker.ru
Таблица 13
Основные параметры бетатронов для радиационной дефектоскопии
Параметр	ПМБ-6	Б-16	Б-25/10	Б-30	Б-35
Пределы регу- лирования энер- гии ускоренных электронов, МэВ	3—6	5—18	5—25	5—30	5—35
Мощность экспо- зиционной дозы на расстоянии 1 м от мишени, Р/мин	0,5—1	15—20	40—60	200—250	530
Мощность пи- тания, кВа . . . Масса электро- магнита, кг . . .	1,2	5	15	40	50
	100	350—500	2500	5000	4000
Габаритные раз- меры электрома- гнита, мм .	0 400X520	0 750X550	0 1200Х	1200Х	1510Х
Реактивная мощ- ность конденса- торной батареи, кВар 		0,4	600	Х1200 800	Х1700Х >< 1500 1800	X 1570Х Х1050 1820
Переносной бетатрон типа ПМБ-6 обладает, пожалуй, наи-
большей технологической маневренностью из всех установок на
высокие энергии, масса его около 100 кг.
Блок излучения бетатрона Б-18 с электромагнитом может пере-
мещаться с помощью любых механизмов соответствующей грузо-
подъемностью, он соединяется с блоками питания и управления
кабелями с возможной длиной 50 м и более.
Бетатроны Б-30 и Б-35 предназначены для проведения контроля
в стационарных условиях, масса электромагнитов у них состав-
ляет 5 и 4 т соответственно. Блок излучения установлен на’меха-
низме перемещения, который обеспечивает его перемещение по
вертикали до 2 м и вращение вокруг горизонтальной оси в преде-
лах 100°.
Бетатрон Б-35 отвечает мировому уровню и специально пред-
назначался при разработке для радиационно-дефектоскопического
контроля.
Характеристика тормозного излучения. Распределение фотонов
по энергиям в тормозном излучении описывается спектром Шиффа.
Форма этого спектра не зависит от начальной энергии электрона,
толщины и атомного номера мишени. Это дает возможность при
энергии электронов свыше 5 МэВ пользоваться спектральным рас-
пределением тормозного излучения в зависимости от относитель-
ной энергии hvlE.
100
Дозовое спектральное
распределение характери-
зуется постепенным умень-
шением дозового вклада
с ростом энергии фотонов
вплоть до максимального
значения, равного энер-
гии ускооенных электро-
нов. Излучение с таким
спектральным составом по-
глощается в веществе почти
Рис. 49. Угол полураствора пучка тормозного
излучения в зависимости от энергии электронов
так же, как моноэнерге-
тическое излучение с энер-
гией, равной половине энергии электронов при Е 10 МэВ
и одной трети при 10 < Е 30 МэВ.
Мощность экспозиционной дозы в Р/мин на расстоянии 1 м от
ускорителя с мишенью оптимальной толщины при среднем токе
электронов 1 мА приближенно равна Р = 0.5ZE3. Эта формула
отражает быстрый рост количества тормозного излучения с ростом
энергии ускоряемых электронов.
Тормозное излучение распространяется в ограниченном ко-
нусе, ось которого совпадает с направлением движения электро-
нов, бомбардирующих мишень. Приближенно угол полураствора
конуса, в котором распространяется излучение с интенсивностью
в 2 раза меньшей, чем на оси конуса, равен 1107Е (рис. 49), где Е
измеряется в МэВ. Угол полураствора пучка излучения рентге-
новских аппаратов, как правило, составляет 20°, а для ускорите-
лей на 18 мэВ примерно 5°. На практике это обстоятельство не-
обходимо учитывать.
Области применения различных источников излучения и мето-
дов радиационной дефектоскопии определяются ГОСТ 20420—75.
«Контроль неразрушающий. Радиационные методы дефектоско-
пии. Область применения».
3.	РАДИОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД {58 — 63,71]
Чувствительность к дефектам. В основе радиационных методов
обнаружения дефектов лежат законы ослабления ионизирующих
излучений веществом и способы регистрации интенсивности излу-
чения за просвечиваемым объектом. В качестве регистраторов
излучения в радиографическом методе неразрушающего контроля
используют рентгеновские пленки. При просвечивании контроли-
руемых объектов на рентгеновскую пленку расположение, форма
и размеры внутренних дефектов определяются по фотографичес-
кому изображению теневой проекции изделия — рентгеновскому
снимку.
В радиографии используют свойство рентгеновских пленок
чернеть после соответствующей фотообработки под действием иони-
101
chipmaker.ru
зирующих излучений. Десятичный логарифм отношения интенсив-
ности видимого света, падающего на пленку, и интенсивности
света после прохождения его через пленку называется оптичес-
кой плотностью почернения S. Величина, обратная дозе в рент-
генах, необходимой для получения определенной оптической
плотности почернения, называется чувствительностью рентге-
новской пленки. Способность пленки преобразовывать дозу D
излучения в оптическую плотность почернения характеризуется
градиентом пленок g:
g~dS/d lg£>.
Значение градиента g в области, в которой S линейно зависит
от 1g D и которая практически соответствует промышленной ра-
диографии, называют коэффициентом контрастности рентгеновской
пленки.
При одной и той же длине волны и одинаковом факторе прояв-
ления одинаковая плотность будет при выполнении условия
const — kPtp,
где k и р — коэффициенты, характеризующие чувствительность
пленки к излучению; t— время облучения.
Для рентгеновского или у-излучения с достаточной степенью
точности можно считать, что р — 1. Собственная вуаль неэкспо-
нированной рентгеновской пленки не должна превышать 0,15—
0,2. Характеристики отечественных рентгеновских пленок приве-
дены в табл. 14.
Таблица 14
Основные характеристики рентгеновских пленок
Тип пленки	Время прояв- ления, мин	Фотографические свойства пленок					
		с экранами			без экрана		
		* S0,85- Р“х	у-Г*	** 50	s0,85, Р'1	V	«0
РТ-1	10	100	3,0	0,20	25	3,0	0,20
РТ-2	10	450	3,0	0,20	15	2,5	0,20
РТ-4М	6—12	—	—	—	5,0	3,5	0,15
РТ-5	6—12	13	4,0	0,10	3,0	4,0	0,10
РМ-1	10	400	2,8	0,20	18	2,5	0,20
РМ-В	10	650	3,0	0,20	-—	—	—
РМ-6	10	1400	3,5	0,20	—	—	—
РНТМ-1	4—8	—	—	— 	13	3,5	0,12
* Чувствительность — величина, обратная экспозиции в рентгенах, необхо-
димой Для того, чтобы оптическая плотность иа 0,85 превышала фон.
** V — коэффициент контрастности, So — оптическая плотность вуали.
120
Экранные пленки РТ-2, РМ-1, РМ-В и РМ-6 предназначены для
использования их с усиливающими флуоресцирующими экранами,
между которыми их помещают перед облучением. Под дей-
ствием ионизирующих излучений флуоресцирующие экраны из
CdWO4, CdS, ZnS светятся и вызывают почернение рентгеновской
пленки в значительно большей степени, чем само ионизирующее
излучение. Чувствительность экранных рентгеновских пленок
РТ-2, РМ-1, РМ-В колеблется от 400 до 650 Р-1, а для безэкранных
пленок РТ-1, РНТМ-1, РТ-4М и РТ-5 от 3 до 120 Р"1.
Специально для автоматической фотообработки предназна-
чены рентгеновские пленки РТ-1Д, РТ-5Д и РНТМ-1Д, обла-
дающие свойствами, аналогичными пленкам РТ-1, РТ-5 и РНТМ-1,
но с более прочной эмульсией. Чувствительность к излучению
для пленок РТ-1Д, РТ-5Д и РНТМ-1Д превышает 25; 3 и 13Р-1,
а коэффициент контрастности равен 3,0; 4,0 и 3,5 соответственно.
__ Макродефекты в неразъемных соединениях имеют, как правило,
характер пустот (раковин, трещин, непроваров, непропаев ит. д.).
На рентгеновских снимках эти дефекты выявляются в виде тем-
ных пятен (раковина, пора), искривленных линий (трещины)
или полос (непровары) и т. д. Для пустотных дефектов можно
записать
ДР/Р = у, ЬЦВ.
Для того чтобы оценить величину изменения оптической плот-
ности под действием этого контраста в излучении, применим
выражение g = dS/d 1g D для конечных приращений
Д lg D = ДР/2,ЗГ> = AS/g.
Учтем теперь, что изображение дефекта образуется в течение всего
времени просвечивания. В этом случае, относя ДР к изменению
мощности дозы под дефектным участком, можно записать
kD/D = ДР/Р = 2,3 Д5/£ = 2,3р Д//В,
отсюда
А/ = 2,3 kSB/g]i.
Под чувствительностью радиографического метода контроля
подразумевают минимальную протяженность обнаруживаемого
по рентгене- и гаммаграмме дефекта в направлении просвечива-
ния, выраженную либо в миллиметрах (A/)mltl. либо в процентах
от толщины просвечиваемого материала (Д///)т1п 100%.
Чувствительность радиографического метода контроля зависит
от следующих основных факторов: энергии прямого излучения,
рассеянного излучения, плотности и толщины просвечиваемого
металла, формы и места расположения дефекта по толщине иссле-
дуемого металла, геометрических условий просвечивания (гео-
метрических размеров источника, размера поля облучения и фо-
кусного расстояния), оптической плотности и контрастности
снимка, сорта и качества пленок, типа усиливающих экранов и т. д.
103
chipmaker.ru
Для минимально выявляемых дефектов
(A/)mln = 2,3(AS)mlnB/gp;
(A///)mln 100%=[2,3(AS)^B/^/J 100%.
Эти формулы устанавливают соотношение между минимальным
размером дефекта в направлении просвечивания, энергией пер-
вичного излучения, плотностью и толщиной просвечиваемого
металла, степенью рассеяния излучения в объекте контроля. Та-
ким образом, в случае электронных источников излучения имеется
возможность регулировать чувствительность метода за счет изме-
нения энергии рентгеновского излучения.
Практически область применения любого источника излуче-
ния может быть ограничена задаваемой величиной минимального
выявляемого дефекта. При выборе источника излучения для конт-
роля качества изделий из металлов различной плотности и тол-
щины в первую очередь учитывают, насколько контроль с приме-
нением данного источника по степени обнаружения дефектов будет
удовлетворять техническим требованиям на изготовление, приемку
и эксплуатацию контролируемого изделия.
Резкостью или четкостью снимка называется его качество,
дающее возможность различать линии и контуры элементов и де-
фектов контролируемых объектов на полученном снимке. Эта ве-
личина характеризуется шириной границы перехода от потемне-
ния к посветлению. Чем шире переход от светлых участков к тем-
ным, тем размытость контуров больше, тем труднее различить гра-
ницы областей, тем выше нерезкость. Кроме того, рентгеновские
пленки обладают собственной внутренней нерезкостью. Собствен-
ная нерезкость пленок, металлических и флуоресцирующих уси-
ливающих экранов увеличивается с ростом энергии излучения.
Так, при просвечивании рентгеновским излучением, генерируемым
при напряжении на трубке около 80 кВ, величина собственной
нерезкости пленок и металлических экранов достигает 0,05—0,1 мм,
для у-излучения 1921г равняется 0,2 мм, для излучения ®°Со—0,4.
Для флуоресцирующих экранов величина собственной нерез-
кости изменяется в пределах от 0,3 до 0,7 мм, причем нижний пре-
дел нерезкости (0,3 мм) соответствует мелкозернистым экранам.
Зависимость собственной нерезкости мелкозернистой пленки ив
от энергии излучения приведена ниже.
Е, МэВ	мм
0,36 (стальной фильтр 1 = 3,17 мм) ...	.	.	0,10
1 (стальной фильтр I = 6,35 мм)	.	.	0,17
2............................................... 0,25
8 ..... .	.	. .	0,56
Снимки кажутся нерезкими, когда собственная нерезкость
превышает 0,125 мм. Условия получения четких снимков сводятся
к выполнению основных требований: фокус рентгеновской трубки
и источника у-излучения должен быть как можно меньше (подра-
104
зумевается величина оптического фокуса, проектируемого в на-
правлении центрального луча); фокусное расстояние должно быть
максимально возможным; рентгеновскую пленку следует распо-
лагать непосредственно у исследуемого объекта; если это невоз-
можно, то пленку располагают по возможности ближе к нему.
На практике при радиографическом контроле в стационарных
условиях со свободным доступом к контролируемым участкам
расстояние между объектом контроля и источником излучения
устанавливают равным 500-—1000 мм. Когда толщина изделия не
превышает 100 мм, чаще всего используют фокусное расстояние,
т. е. расстояние между источником и рентгеновской пленкой, рав-
ное 750 мм.
Выявляемость дефектов по рентгеновскому снимку зависит
также от размеров дефектов в плоскости снимка, с их уменьшением
требуется большая величина AS для уверенного обнаружения.
Для больших дефектов, размеры которых превышают одну угло-
вую минуту, можно принять (AS)mln — 0,01—0,02 [38]. Объек-
тивно величина AS для конкретного дефекта зависит от свойств
рентгеновской пленки. Ее величина при прочих заданных условиях
просвечивания определяется градиентом рентгеновской пленки.
Здесь необходимо учитывать два обстоятельства.
Во-первых, как показала практика, градиент промышленных
рентгеновских пленок увеличивается с увеличением оптической
плотности вплоть до значений 3,0 и выше. ГОСТ 7512—69 уста-
навливает, что плотность снимков должна быть не ниже 1,2.
Целесообразно увеличивать эту плотность, увеличивая время
просвечивания (с учетом характеристик выпускаемых негатоско-
пов для просмотра рентгеновских снимков). На практике обычно
плотность снимков доводят до 1,5—1,8 и более.
Во-вторых, градиент зависит от типа применяемой рентгенов-
ской пленки. Как правило, мелкозернистые рентгеновские пленки
имеют больший градиент, но эти пленки малочувствительны
к излучению и требуют большего времени просвечивания. При ис-
пользовании данных по областям применения различных рентге-
новских пленок необходимо учитывать, что для повышения надеж-
ности выявления дефектов и выявления более мелких дефектов
следует использовать пленки более высокого класса (т. е. класса
с меньшим номером).
К I классу (рис. 50) можно отнести безэкранную пленку типа
РТ-5, ко II классу—безэкранную пленку типа РТ-4М и РНТМ-1,
к III классу—безэкранные пленки типа РТ-1, к IV классу —
экранные пленки типа РТ-2, РМ-1, РМ-В и РМ-6. Для контроля
особо ответственных изделий следует применять пленку РТ-5.
Качество снимков улучшается, если при просвечивании рент-
геновские пленки помещают между двумя свинцово-оловянистыми
экранами. При работе с рентгеновскими аппаратами хорошие ре-
зультаты получают при использовании фольги толщиной 0,05 мм;
начиная с напряжения 100 кВ и выше такие фольги сокращают
105
chipmaker.ru
Рис. 50. Область применения пленок для промышленной радиографии:
1 — высокочувствительная, класс III; 2 — мелкозернистая, классы I и
II; 3 — с флуоресцирующими экранами, класс IV
примерно в 2 раза время просвечивания и уменьшают долю рас-
сеянного излучения, воздействующего на рентгеновскую пленку.
Флуоресцирующие экраны типа «Стандарт», УФ ДМ и ПРС
кальцийвольфраматные. По усиливающему действию экраны
«Стандарт» и ПРС примерно равны, однакр экраны ПРС обладают
повышенной разрешающей способностью по сравнению со стан-
дартными экранами. Эти экраны применяют в широком диапазоне
энергий излучения. Экраны УФДМ предназначены в основном для
медицины, они обладают увеличенным фотографическим дейст-
вием. Экраны типа СБ свинцовобаритовые, особенно эффективны
в тех случаях, когда напряжение на рентгеновской трубке состав-
ляет 80—100 кВ.
Флуоресцирующие экраны типа УС цинк-кадмийсульфидные.
Они сокращают в 3—5 раз время просвечивания на сенсибилизи-
рованную пленку РМ-6 по сравнению с экранами «Стандарт»
с обычной оптически несенсибилизированной рентгеновской плен-
кой. Усиливающее действие флуоресцирующих экранов зависит
от типа люминофора, нагрузки светосостава, энергии излучения.
Размеры выпускаемых экранов 13X18, 18x24, 24x30, 30x40,
35,6x35,6, 15 Х40 см. Зависимость относительного коэффициента
усиления от напряжения на рентгеновской трубке и типа экрана
приведена ниже.
Напряжение, кВ	УФДМ	СБ	УС
40	0,7	0,80	0,30
50	0,65	0,75	0,30
60	0,6	0,70	0,30
70	0,6	0,65	0,30
80	0,6	0,60	0,30
106
90	0,6	0,55	0,35
100	0,6	0,55	0,40
110	0,6	0,55	0,45
Коэффициент усиления экранов «Стандарт» и ПРС для всех
напряжений принят равным единице. Флуоресцирующие экраны
заметно сокращают время просвечивания на экранные пленки
(в 10 раз и более), однако из-за увеличения внутренней нерезко-
сти выявляемость мелких дефектов при этом ухудшается. Поэтому
при контроле наиболее ответственных соединений флуоресцирую-
щие экраны не применяют.
Для оценки чувствительности к дефектам в соответствии с
ГОСТ 7512—69 следует применять эталоны чувствительности—пла-
стинки с вырезанными в иих канавками и проволочные эталоны
из того же материала, что контролируемое изделие или близкого
к нему. При правильном выборе режимов просвечивания тонко-
стенных изделий достигается чувствительность по канавочным
эталонам на уровне лучше, чем 1 % (для плоских образцов толщи-
ной менее 10—15 мм по стали). Чувствительность по проволочным
эталонам в этой же области равна примерно 1—2% (рис. 51).
Чувствительность по эталонам слабо характеризует выявляе-
мость естественных дефектов, но она свидетельствует о качестве
рентгеновских снимков и соблюдении технологии контроля.
Область применения. Те или иные источники излучения сле-
дует выбирать в зависимости от толщины и плотности просвечивае-
мого материала с учетом условий контроля конкретных изделий
(стационарные или полевые условия), доступа к контролируемому
участку. При этом надо руководствоваться данными табл. 15.
Гамма-дефектоскопы применяют при контроле металлов, про-
свечивание которых с помощью рентгеновских аппаратов невоз-
можно из-за большой толщины; сложных агрегатов, конструкция
которых исключает применение рентгеновсих аппаратов и бета-
тронов из-за труднодоступности контролируемых участков;
кольцевых сварных швов крупногабаритных цилиндрических и
сферических изделий, контроль которых рентгеновским излуче-
нием, включая использование рентгеновских трубок с кольцевым
полем излучения и бетатронов, менее эффективен с точки зрения
производительности и стоимости; сварных и паяных соединений
агрегатов и трубопроводов в полевых условиях, когда возможность
проведения рентгеновского просвечивания исключена, а также
в случаях, когда отсутствует рентгеновская аппаратура и нельзя
применить другие методы контроля.
Производительность контроля. Поизводительность радиогра-
фического контроля необходимо определять с учетом затрат вре-
мени непосредственно на просвечивание изделия и подготовительно-
заключительного времени (т. е. времени, затрачиваемого на уста-
новку источника излучения и объекта контроля в положение про-
свечивания, фотообработку и расшифровку рентгеновских сним-
ков и т. д.). Приемлемое для промышленной радиографии время
107
chipmaker.ru
Рис. 51. Зависимость чувствительности радиографического метода от типа рентгенов-
ских пленок, эталонов чувствительности, энергии излучения (аппарат РУП-150-10,
трубка 0,ЗБПВ6-150, F = 750 мм):
а — пленка РТ-1, эталоны с канавками шириной 3 мм; б — то же, эталоны проволочные;
б — пленка РТ-5, эталоны с канавками шириной 3 мм; г — то же, проволочные эталоны,
1 — 80 кВ; 2 — 100 кВ; 3 ~ 120 кВ; 4 — 140 кВ
просвечивания, кроме исключительных случаев, не превышает
несколько минут. Время просвечивания плоских изделий опре-
деляется следующим соотношением:
t = D0(E)FW/P0B,
где Р0 — мощность экспозиционной дозы на расстоянии 1 м от
источника излучения в отсутствии поглотителей излучения;
F — фокусное расстояние, м; Do (Е)—доза, необходимая для по-
лучения снимков с заданной оптической плотностью; р — линей-
ный коэффициент ослабления излучения в материале; / — тол-
щина материала; В — фактор накопления.
108
Таблица 15
Область применения радиографического метода неразрушающего контроля
Толщина просвечиваемого металла, мм				Напряжение на рентге- новской трубке не выше, кВ
Железо	Титан	Алюминий	Магний	
а) При использовании рентгеновских аппаратов
0,4	1	5	14	40
0,7	2	12	22	50
1	3	20	35	60
2	6	38	57	80
5	10	54	80	100
7	18	59	105	120
10	24	67	120	150
21	47	100	160	200
27	57	112	200	250
33	72	132	240	300
46	106	210	310	400
150	265	430	650	1000
				Закрытые источники
Железо	Титан	Алюминий	Магний	иа основе радио- активных
				изотопов
б) При использовании гамма-дефектоскопов
1—20 5—80 10—120 30—200	2—40 10—120 20—150 60—300	3—70 40—350 50—350 200—500	10—200 70—450 100—500 300—700	170Tm 1621г 137Cs ®°Со
Железо	Алюминий	Титан	Свинец	Энергия ускоренных электронов, МэВ
в) При использовании бетатронов
50—100	150—310	90—190	30—60	6
70—180	220—570	130—350	40—110	9
100—220	330—740	190—430	50—110	18
130—250	180—920	250—490	60—120	25
150—350	570—1300	290—680	60—150	30
150—450	610—1800	290—880	60—180	35
109
chipmaker.ru
Время просвечивания подбирают таким, чтобы получить ра-
диографические снимки с оптической плотностью, обеспечивающей
высокую выявляемость дефектов, например 1,5—1,8. Экспози-
ция — это величина, характеризующая количество излучения’
источника, необходимое для получения в процессе радиографи-
рования снимка с определенной оптической плотностью.
В практической работе для определения времени просвечива-
ния пользуются графиками и номограммами экспозиций, которые
составляют на основании экспериментальных данных. При ис-
пользовании рентгеновских аппаратов экспозицию принято изме-
рять в единицах мА мин. Время просвечивания в минутах находят
делением найденного значения экспозиции при данном напряжении
на рентгеновской трубке на величину установленного анодного
тока в мА.
Рассмотрим пример расчета времени просвечивания по номо-
граммам (рис. 52). Пусть, например, требуется проконтролировать
сварной шов с усилением общей толщиной 10 мм. Фокусное рас-
стояние равно 500 мм. Просвечивать будем на пленку РТ-5 со
свинцово-оловянистыми фольгами излучением острофокусной
рентгеновской трубки 0,ЗБПВ6-150. Просвечивание можно про-
водить при напряжениях 100, 120 и 140 кВ, причем экспозиции
равны 60 мА мин для 100 кВ, 24 мА-мин для 120 кВ и 8 мА-мин
для 140 кВ.
В. связи с тем, что фокусное расстояние отлично от приведен-
ного в номограмме (750 мм), экспозиции необходимо умножить
на (F/F0)2, где F — выбранное фокусное расстояние; Fo— фо-
кусное расстояние, указанное в номограмме. В данном случае
этот множитель равен (500/750)2 = 0,45. Следовательно, экспо-
зиции просвечивания составляют 27, 11 и 4 мА мин для напря-
жений 100, 120 и 140 кВ соответственно. При анодном токе 2мА
время просвечивания составляет 13,5; 5,5 и 2 мин. С целью повы-
шения производительности контроля выберем напряжение 140 кВ.
Окончательный режим просвечивания следующий: фокусное
расстояние 500 мм, сила тока 2 мА, напряжение 140 кВ, время
просвечивания 2 мин.
Экспозиции просвечивания материалов у-излучением радио-
изотопных источников и излучением ускорителей принято выра-
жать величиной экспозиционной дозы на расстоянии 1 м, необ-
ходимой для получения снимка заданной оптической плотности
при заданном фокусном расстоянии (не обязательно 1 м). Время
просвечивания находят делением экспозиции (в рентгенах) на
мощность экспозиционной дозы от источника на расстоянии 1 м
(рис. 53 и 54).
Мощность экспозиционной дозы от радиоизотопного источника
определяют по паспорту источника и пересчитывают по правилам,
изложенным в разделе 2 этой главы, на дату проведения работ.
Методика и техника радиографирования. При радиографиче-
ском контроле сварных, паяных, клееных и клеесварных соеди-
И0
г)
Рис. 52. Номограмма для определения
экспозиций при просвечивании излу-
чением аппарата РУП-150/300-10.
Рентгеновские трубки:
а, в, д—0.3ВПВ6-150; 6—2,5 БПМ4-250;
г — 1.5БПВ7-150. Фокусное расстояние
750 мм. Оптическая плотность сним-
ков 1,3—1,5. Зарядка кассет: ----
пленка между свинцово-оловянистыми
фольгами толщиной 0,05 мм; ------—
без усиливающих экранов
нений, необходимо выбрать источник излучения; подготовить кон-
тролируемый объект к просвечиванию; установить режим просве-
чивания; обеспечить радиационную, электро- и пожаробезопас-
ность работ; просветить объект контроля; фотообработать рентге-
новские снимки; расшифровать рентгеновские снимки и дать за-
ключение о качестве изделия.
Выбор источника излучения обусловливается технической це-
лесообразностью и экономической эффективностью. Перед радио-
графированием необходимо ознакомиться с контролируемым объек-
111
chipmaker.ru
том, определить толщину его стенок и плотность металла, затем
с учетом требований к качеству изделия, предъявляемых техни-
ческими условиями, схем просвечивания и подходов к контроли-
руемым участкам выбрать источник излучения (метод контроля)
по данным табл. 15.
Контролируемое изделие перед просвечиванием должно быть
тщательно осмотрено и при необходимости Очищено. Сварные де-
тали необходимо очистить от шлака, земли и других загрязнений.
Изделия и детали, смазанные маслом, должны быть очищены для
предохранения бумажных кассет с пленкой От порчи. При наруж-
ном осмотре изделий, подлежащих просвечиванию, необходимо
обращать особое внимание на возможное наличие поверхностных
трещин, так как при просвечивании эти трещины не всегда выяв-
ляются.
Если объект просвечивают отдельными участками, то эти
участки маркируют в строгом соответствии со схемой просвечи-
вания с тем, чтобы после просвечивания можно было точно указать
месторасположение внутренних дефектов. Кассеты и рентгеновские
пленки, заряжаемые в кассеты,
Рис. 53. Номограмма для определения
экспозиций при просвечивании стали из-
лучением радиоизотопных источников.
Пленка РТ-1; фокусное расстояние 500 мм;
оптическая плотность 1,3—1,5:
/ — 170Ттп (пленка между свинцовыми
фольгами толщиной бр^ = 0,05/0,05 мм);
2 — 75Se (брь=0,1/0,2 мм); 3 — в0Со
(брь = 0,2/0,2 мм); 4 — 182Ir (брь =
=0,2/0,2 мм); 5—165Еи (6рь—0,05/0,05мм);
6— 137Cs	0,2/0,2 мм); 7—152/ 154Еи
(6pb — 0,02/0’2 мм)
должны маркироваться в том же
порядке, что и соответствующие
участки на объекте. Маркируют
пленки накладыванием свин-
цовых цифр, прикрепляемых с
помощью мастики, пластилина
или другого пластичного мате-
Лолщинп стали мм
Рис. 54. Номограммы для определения
экспозиций при просвечивании стали из-
лучением уск(фИТелей. Пленка PT-2; F=
= 2 м; S - 1,7:
а ” свииЦ°ВЬ1е усиливающие экраны; б—
комбинация сВинцовых и флуоресцирую-
щих экранов
112
риала на любую из двух поверхностей просвечиваемого изделия
(обращенную или к источнику, или к пленке).
После выполнения всех перечисленных выше операций и обе-
спечения безопасных условий работы приступают к просвечива-
нию. При этом источник излучения необходимо устанавливать та-
ким образом, чтобы во время просвечивания он не мог вибрировать
или сдвинуться с места. В противном случае изображение на пленке
окажется размытым. По истечении времени просвечивания кас-
сеты с пленкой снимают и подвергают фотообработке.
Процесс фотообработки радиографических снимков включает
проявление, промежуточную промывку, фиксирование, промывку
в непроточной воде, промывку в проточной воде и сушку. Каче-
ство фотообработки снимков зависит от рецептуры применяе-
мого проявителя и режима фотообработки пленок. Для проявле-
ния рентгеновской пленки фабрика-изготовитель рекомендует
пользоваться метолгидрохиноновым проявителем следующего со-
става:
Вода теплая (50—52° С), см3 ............................500
Метол (ГОСТ 5.1177—71), г................................ 2
Гидрохинон (ГОСТ 2549—60 или ГОСТ 5.447—70), г . . .	8
Сульфит натрия кристаллический (ГОСТ 903—66), г или 178
безводный сульфит натрия (ГОСТ 195—66), г..............88,5
Натрий углекислый кристаллический (ГОСТ 84—66), г или 118
безводный углекислый натрий (ГОСТ 83—63), г .......... 43,5
Поташ (ГОСТ 4221—65), г ................................ 57
Калий бромистый (ГОСТ 4160—65), г........................ 5
Вода холодная до объема (ГОСТ 2874—73), см3............1000
Фиксировать снимки рекомендуется в фиксажах, составлен-
ных по одному из следующих рецептов.
Фиксаж с борной кислотой
Вода теплая, см3.........................................500
Гипосульфит (ГОСТ 4215—66),	г '........................400
Сульфит натрия кристаллический (ГОСТ 903—66), г . . . 50
Борная кислота, г...................................... 40
Вода холодная до объема (ГОСТ 2874—73), см3............1000
Фиксаж с уксусной кислотой
Вода теплая, см3.........................................500
Гипосульфит (ГОСТ 4215—66), г ...........................400
Сульфит натрия кристаллический (ГОСТ 903—66), г . . .	50
Уксусная кислота (30%-ная) (ГОСТ 19814—74), см3 ...	40
Вода холодная до объема (ГОСТ 2874—73), см3............1000
При комнатной температуре пленки сушат в течение 3—4 ч.
При большом объеме работ рекомендуется применять специальные
сушильные шкафы с вентиляторами, подогревателями и фильт-
рами, время сушки при этом сокращается до 15—20 мин. Темпе-
ратура при сушке нетермостойких пленок не должна превышать
35° С. Процесс фотообработки, включая сушку, можно автомати-
зировать (А. В. Грачев и др.). Отечественной промышленностью
113
chipmaker, ru
выпускается автомат АФ-40 для фотообработки форматной рент-
геновской пленки шириной до 40 см. Эта стационарная установка
обеспечивает обработку рентгеновских пленок РТ-1Д, РТ-5Д
и РНТМ-1Д, специально предназначенных для автоматов. Габа-
ритные размеры автомата 3100 x 870x1150 мм. Производитель-
ность до 60 пленок в час форматом 30x40 см.
При расшифровке решается задача отождествления различных
элементов и деталей изображения, полученных на рентгеновском
снимке, с дефектами в изделии. Снимки расшифровывают на негато-
скопах, имеющих ровное, диффузио излучающее световое поле.
Заключение о годности исследуемого металла, детали, узлов
и готовых изделий дается в соответствии с техническими усло-
виями на изготовление и приемку данного изделия. Причем ка-
чество изделия оценивают в том случае, если снимок отвечает
требованиям: на радиографическом снимке четко видны изображе-
ния просвечиваемого объекта или сварного соединения с усиле-
нием шва (если оно не снимается) по всей длине снимка, эталонов
чувствительности и маркировочных знаков; на снимке нет пятен,
царапин, отпечатков пальцев, подтеков и белого налета от пло-
хой промывки и других дефектов пленки.
В противном случае проводят повторное радиографирование.
Контроль качества сварки плавлением. По радиографическим
снимкам обнаруживают следующие макродефекты сварки, вы-
полненной плавлением: трещины (продольные и поперечные) в на-
плавленном и основном металле; непровары (спошные и прерыви-
стые); шлаковые и вольфрамовые включения; газовые включения
(поры); надрезы, проплавы, прожоги.
Поры имеют на радиографических снимках вид округлых тем-
ных пятен размером от десятых долей мм до 2—3 мм. Поры могут
быть заполнены газом (собственно поры) или шлаком (шлаковые
включения). Поры большой величины обычно относят к раковинам
или свищам. Различить по рентгеновским снимкам газовую и за-
полненную шлаком поры зачастую невозможно. Эти дефекты при-
мерно одинаково влияют на прочность шва. Непровары имеют
на рентгеновских снимках вид близких к прямолинейным темных
линий.различной степени почернения в зависимости от глубины
непровара. Расположение непроваров зависит от вида сварного
соединения. Наиболее характерным непроваром при односторон-
ней стыковой сварке без скоса кромок, а также при сварке V-об-
дазных швов с предварительной подготовкой кромок является
непровар в корне шва.
В случае двусторонней сварки непровар чаще всего бывает
в центре сварного щва. Кроме того, непровары могут распола-
гаться по кромкам шва в результате несплавления основного и
наплавленного металла. Непровар в корне шва образуется в ре-
зультате неглубокой проварки шва или неполного расплавления
кромок; иногда непровар образуется в результате несплавления
отдельных слоев наплавленного металла.
114
Рис. 55. Типовые схемы просвечивания сварных соединений
Эти соединения необходимо просвечивать по схемам, показан-
ным на рис. 55. Стрелки на эскизах от источника излучения
(светлый кружок) показывают направление оси рабочего пучка
рентгеновского или у-излучения, которая должна проходить
через середину контролируемого участка шва. Швы стыковых
соединений без скоса кромок и с отбортовкой двух кромок просве-
чивают с направлением центрального луча перпендикулярно
шву (эскизы 1, 2).
Сварные соединения с разделкой кромок просвечивают, как
правило, по нормали к плоскости свариваемых элементов (эскиз 3),
а в особых случаях, оговоренных в технических условиях, и по
скосам кромок (эскиз 4). Более желательно расположение пленки
со стороны корня шва, однако при необходимости пленку можно
располагать и с противоположной стороны, направление просве-
чивания меняют при этом на обратное.
Швы угловых соединений с отбортовкой просвечивают с на-
правлением центрального луча по плоскости свариваемых кромок
(эскиз 5). Швы угловых соединений без скоса кромок и со скосом
двух кромок просвечивают с направлением оси рабочего пучка
по биссектрисе угла между сваренными элементами (эскизы 6, а
и 7). Допускается также обратное направление распространения
излучения и расположение пленки с другой стороны шва (см.
эскиз 6, б).
115
। chipmaker.ru
Швы тавровых соединений без скоса кромок просвечивают
с направлением оси рабочего пучка под углом 45° к полке тавра
(эскиз 8). Швы тавровых соединений с односторонним и двусто-
ронним скосом кромок просвечивают с направлением оси рабочего
пучка под углом 45° к полке тавра (эскизы 9, а и 10, а). В случаях,
оговоренных техническими условиями, эти швы можно просвечи-
вать также с направлением центрального луча по скосам кромок
(эскизы 9, б и 10, б).
Швы соединений внахлестку просвечивают с направлением
центрального луча под углом 45° к плоскости листа (эскизы 11, б
и 12). Допускается также просвечивание с направлением рас-
пространения излучения перпендикулярно плоскости листа
(эскиз И, а). По нормали к плоскости свариваемых листов просве-
чивают точечные и шовные соединения (эскизы 13 и 14).
Швы в двутавровых и крестообразных конструкциях просве-
чивают по схемам, показанным на эскизах 15, а и б. Швы в короб-
чатых конструкциях, форма которых не позволяет поместить
внутри их кассету с пленкой или источник излучения, просвечи-
вают при установке пленки с наружной стороны шва и направле-
нии центрального луча через две стенки под углом к оси шва изде-
лия (эскиз 16, а). Если кассету можно ввести внутрь коробчатой
конструкции, просвечивание ведут через одну стенку с на-
правлением центрального луча перпендикулярно шву (эскиз
16, б).
Кольцевые и продольные швы в цилиндрических и других
изделиях просвечивают при установке’источника излучения вну-
три изделия или снаружи с направлением оси рабочего пучка
перпендикулярно шву (эскиз 17, а). Кольцевые и продольные
швы в изделиях, форма которых не позволяет поместить внутри
их кассету с пленкой или источник излучения, просвечивают
согласно эскизу 17, б— пленка установлена с наружной стороны
шва, ось рабочего пучка направлена через две стенки под углом
к плоскости, в которой расположен шов.
Кольцевые швы в цилиндрических или сферических изделиях
можно просвечивать по всей длине одновременно, поместив источ-
ник излучения на оси цилиндра или сферы против шва и наложив
кассеты с пленкой по всей длине шва на наружной поверхности
(эскиз 18). Кассеты должны располагаться так, чтобы пленки на-
кладывались одна на другую на длину 10—15 мм.
Просвечивание сварных стыков труб (и коробчатых конструк-
ций) через две стенки (эскизы 16, а и 17, б), во избежание наложе-
ния на снимке изображений верхнего и нижнего участков шва,
следует проводить под углом а к плоскости.
При выборе схемы просвечивания необходимо помнить, что
непровары и трещины могут быть выявлены лишь в том случае,
если плоскости их раскрытия близки к направлению просвечи-
вания (5—10е). Поры и включения выявляются лучше, если они
расположены ближе к пленке.
116
Концентрация напряжений, создаваемая трещинами, значи-
тельно больше, чем при любом другом виде дефекта, поэтому
сварной шов с трещиной бракуют. Трещины могут быть и в пере-
ходной зоне наплавленного металла сварного шва. Радиографи-
рованием выявляются только те трещины, размеры которых на-
ходятся в пределах чувствительности метода. Закалочные тре-
щины, возникающие в процессе сварки изделий из специальных
сталей или при последующей их термообработке (закалке), радио-
графированием не выявляются. Значительную трудность представ-
ляет также выявление трещин в стыковых сварных соедине-
ниях.
Если направить ось рабочего пучка излучения перпендику-
лярно поверхности шва, то направление этих трещин близко
к направлению съемки по нормали к шву и обеспечиваются необ-
ходимые условия их выявления. При направлении пучка излу-
чения под углом к нормали эти трещины могут не выявиться, так
как размер трещин в этом направлении может оказаться за пре-
делами чувствительности метода. Для выявления продольных тре-
щин в валиковых швах тавровых соединений и соединений вна-
хлестку ось рабочего пучка излучения лучше направлять по бис-
сектрисе угла.
Очень часто в сварных швах встречаются сочетания несколь-
ких дефектов, например непровар и поры, непровар и трещины
и т. д. На снимках изображения отдельных видов дефектов могут
совпасть, вследствие чего возможно неправильное заключение о
качестве шва.
Взаимное расположение источника излучения и кассеты с плен-
кой при просвечивании сварных соединений зависит от вида шва,
конфигурации просвечиваемого изделия и конкретных условий
работы. Большие изделия и изделия сложной конфигурации сле-
дует просвечивать по частям, отдельными участками, доступ-
ными для соответствующего расположения источника излучения
и кассеты с пленкой.
Определенную сложность представляет контроль сварных со-
единений цилиндрических и сферических объектов (обечайки,
сосуды высокого давления, резервуары и т. п.) и трубопроводов
(паропроводы и питательные трубопроводы котельных установок,
теплофикационные сети, газо- и нефтепроводы и т. д.). Для конт-
роля их качества можно использовать три схемы просвечивания:
просвечивание изнутри, просвечивание снаружи через одну стенку
и просвечивание снаружи через две стенки.
Наиболее эффективно просвечивание изнутри через одну
стенку, так как при этом можно использовать симметричность
объектов и одновременно контролировать весь цилиндрический
шов с помощью источников, создающих кольцевое поле излуче-
ния. Если в связи с малым диаметром изделия источник излуче-
ния нельзя поместить внутри, просвечивание ведут снаружи,
помещая пленку внутрь с помощью различных приспособлений.
117
chipmaker.ru
Например, можно предварительно обернуть пленкой цилиндри-
ческую вставку, а затем ввести ее внутрь изделия, или укрепить
пленку с помощью пружинящих распорок и т. д.
В тех случаях, когда ни одна из предыдущих схем не может
быть осуществлена, просвечивание проводят через две стенки,
помещая рентгеновскую пленку с одной стороны изделия, а источ-
ник — с другой. Чтобы изображение верхней части сварного
соединения не накладывалось на изображение нижней части,
источник смещают вдоль оси цилиндра на расстояниег -О, I/7 от пло-
скости, в которой расположен .кольцевой шов (F — фокусное
расстояние). Если в этом случае фокусное расстояние можно
сделать больше, чем семь диаметров трубы, то противолежащие
участки шва можно контролировать одновременно. В противном
случае эти участки шва контролируют порознь.
Требования к качеству сварных швов, выполненных различ-
ными видами сварки, допустимость дефектов и их комбинаций,
а также протяженность соединений, подлежащих контролю,
установлены соответствующими стандартами или техническими
условиями на сварные изделия.
Контроль качества точечной и шовной сварки. В процессе
точечной и шовной сварки тонкостенных листовых металлов
электроды сварочной машины обеспечивают плотное прижатие
листов в месте сварки. При пропускании через электроды тока
в месте контакта происходит расплавление металла обоих листов
и образуется литое ядро, соединяющее свариваемые элементы.
По радиографическим снимкам этих соединений удается выявить
трещины, поры, раковины, выплески. Однако основной и наиболее
опасный дефект этих соединений — непровар. Этот дефект удается
выявить радиографическим методом в случае, когда свариваемый
металл обладает неоднородным химическим составом (алюминие-
вые и магниевые сплавы Д16, В95, Д20, МА2 и др.).
При остывании расплавленного в процессе сварки металла
у границы твердой фазы в этих сплавах вследствие ликвации про-
исходит выпадение кристаллов, обедненных медью. Слой кристал-
лов, обедненных медью, в большей степени пропускает рентге-
новское излучение и проектируется на рентгенограмме в виде
темного кольца, которое окружает зону литого ядра. Если в про-
цессе сварки литое ядро на образовалось, то на рентгенограмме
темное кольцо не получается.
Выявить литую зону при точечной и шовной сварке титановых
сплавов, сплавов АМгб, АМг, АМц и сталей радиографическим
методом не удается в связи с незначительным различием в ослаб-
лении излучения в литой зоне и основном металле.
Для того чтобы такое различие возникло, предложено вводить
между свариваемыми листами контрастирующие материалы
в виде пасты, порошка, фольги и т. д., обладающие более высоким
коэффициентом ослабления, чем основной металл. В процессе
сварки контрастирующий металла расплавляется и концентри-
118
Рис. б'б. Типовые схемы просвечивания
паяных соединений
руется на границе литого ядра,
что и позволяет выявлять литое
ядро в процессе просвечивания.
Контроль качества пайки.
К основным дефектам пайки,
выявляемым радиографическим
методом, относятся трещины в
припое или в основном металле,
локальное отсутствие припоя
или вытекание его из зоны пай-
ки, поры и инородные включе-
ния. Основной тип паяного сое-
динения — нахлесточное (рис.
56). Эти соединения следует
просвечивать по нормали к пло-
скости паяного соединения, а
в случае телескопических сое-
динений трубопроводов — по
нормали к оси труб. При этом
изображения верхних и нижних
участков паяного соединения
накладываются друг на друга;
однако это не препятствует пра-
вильной расшифровке радиографических снимков и оценке каче-
ства соединения, так как паяное соединение дорабатывается в
случае брака перепайкой всего соединения.
Заметный объем паяных соединений приходится на изделия,
в которых внутренние элементы (гофры, сотоблоки и др.) паяют
после предварительной сборки, при этом используют нахлесточ-
ные и тавровые соединения. Важный элемент изображений этих
соединений на рентгенограммах — галтели, так как при качест-
венной пайке трудно отличить полностью пропаянное соединение
от полностью непропаянного по каким-либо другим признакам.
Локальные непропаи и газовые поры выявляются в виде отдель-
ных темных участков, а трещины — в виде темных линий.
Контроль клееных соединений. В клееных конструкциях уда-
ется определить нарушения форм склеиваемых элементов; для
определения зон отсутствия клея в него необходимо вводить
контрастирующие вещества.
4.	РАДИОСКОПИЧЕСКИЙ МЕТОД [20, 61]
Для радиографического метода контроля характерен разрыв
во времени между просвечиванием объекта и рассмотрением его
изображения на рентгеновской пленке. Радиоскопический метод
позволяет наблюдать это изображение одновременно с просвечи-
ванием; информацию об ионизирующем излучении в радиоскопии
получают с помощью флюороскопических экранов, электронно-
оптических преобразователей, оптических усилителей и рентгено-
119
cfiipmaker.ru
телевизионных систем. Это создает хорошие предпосылки для ме-
ханизации и автоматизации процесса просвечивания и позволяет
в 3—5 раз повысить производительность и снизить трудоемкость
по сравнению с радиографическим методом (В. А. Добромыслов,
Б. И. Леонов, Н. В. Рабодзей и др.)
Преобразование изображений. В радиоскопии радиационное
изображение преобразуется в светотеневое или электронное бла-
годаря использованию люминесценции (свечения) кристаллических
веществ под действием ионизирующего излучения и фотоэффекта
под действием ионизирующего излучения или вызванной им люми-
несценции.
Эмиссию электронов с поверхности вещества под действием
светового излучения называют внешним фотоэффектом, а увели-
чение электропроводности некоторых (неметаллических) веществ —
внутренним фотоэффектом (фотопроводимостью).
Если подвергать бомбардировке электронами поверхность ве-
щества в вакууме, то эта поверхность будет испускать вторичные
электроны, причем ток этих вторичных электронов может значи-
тельно превышать ток падающих электронов.
Зависимость радиационного контраста ДР/Р от энергии излу-
чения и протяженности дефектов, приведенная на стр. 85, приме-
нима и в радиоскопии. Все радиоскопические системы преобра-
зуют радиационный контраст в яркостный контраст оптического
изображения Д5/5ф (где 5Ф — яркость фона; ДБ — изменение
яркости под дефектом) с коэффициентом контрастности у:
Д5/5ф = уД Р/Р = ур,Д//В,
отсюда
Д/ = (Д5/5ф)В/уИ.
Для флуороскопического экрана, сцинтилляционных кристаллов
и электронно-оптических преобразователей можно считать у = 1.
Подставляя в последнее выражение еще различимое глазом
пороговое значение (Д5/5ф)пор. получают формулы, определяю-
щие контрастную чувствительность к дефектам в радиоскопичес-
ком методе:
(Д/)т1п = (Д5/5ф)
пор В/ур,
или в процентах
(Д///)т1п 100% =[(Д5/5ф)порВ/у|т/] 100%.
Чувствительность к дефектам радиоскопического метода конт-
роля прямо пропорциональна (Л5/£ф)пор, а эта величина в той
области яркостей, с которыми имеют дело при контроле, умень-
шается с увеличением яркости. Таким образом, контрастная
чувствительность улучшается с увеличением яркости и, следова-
тельно, мощности дозы ионизирующего излучения, падающего
на детектор. Это заставляет максимально приближать источник
120
излучения к детектору и контролируемому объекту, пока на вы-
являемое™ естественных дефектоз не начинает сказываться во
все большей степени геометрическая нерезкость. Разрешающая
способность измеряется числом различаемых линий на милли-
метре поверхности преобразователя; она связана с внутренней
нерезкостью ив преобразователя соотношением
г=1,5/«в.
Разрешающая способность радиографических снимков, полу-
ченных на мелкозернистых рентгеновских пленках при низких
напряжениях достигает 50 линий и более на 1 мм. Разрешающая
способность преобразователей излучения, применяемых в радио-
скопии, пока еще ниже, чем у рентгеновской пленки.
Флуороскопические экраны. Экраны изготовляют путем нане-
сения на картонную основу флуоресцирующего вещества, которое
представляет собой смесь кристаллов сульфида цинка и сульфида
кадмия, активированных серебром. Экраны выпускают следую-
щих размеров (см): 40 x 40; 35,6x35,6; 30x40; 24x30; 18x24;
они светятся зеленым или желто-зеленым светом.
Из-за внутренней и геометрической нерезкости при использо-
вании флуороскопических экранов не удается, как правило, полу-
чить разрешающую способность лучше 3 линий/мм. Яркость
свечения флуороскопических экранов составляет от 10~4 до
10 кд/м2 (при просвечивании алюминия толщиной 5—50 мм
фотонами с энергией 30—120 кэВ), а для работы глаза благо-
приятной является яркость 100 кд/м2 и более. В связи с тем, что
чувствительность к дефектам улучшается с увеличением яркости,
просвечивание на флуороскопический экран следует проводить
при максимальном токе рентгеновской трубки. Сложнее обстоит
дело с напряжением. При напряжениях ниже 200 кВ яркость
возрастает с увеличением напряжения, однако при этом умень-
шается величина линейного коэффициента ослабления излучения
в материалах и, следовательно, постепенно начинает ухудшаться
контрастная чувствительность к дефектам. При увеличении напря-
жения свыше 200 кВ несмотря на увеличение мощности экспо-
зиционной дозы, мощность дозы, поглощенная в тонком флуоро-
скопическом экране, уменьшается и, следовательно, уменьшается
яркость свечения. Флуороскопические экраны следует применять
при напряжениях 50—200 кВ.
Сцинтилляционные кристаллы. Эффективность поглощения
энергии во флуоресцирующем преобразователе излучения можно
увеличить, увеличив его толщину, однако зернистость не позво-
ляет делать более толстыми флуороскопические экраны без по-
тери разрешающей способности. Поэтому для этих целей исполь-
зуют сцинтилляционные монокристаллы из Nal (Tl), KI (Т1)
или CsI (Т1), у которых зернистость отсутствует. Для собствен-
ного излучения эти монокристаллы прозрачны. Отечественная
промышленность изготовляет кристаллы из CsI (Т1) диаметром
121
chipmaker, ru
Рис. 57. Схематическое изображение рентгеновского электронно-оптического преобра-
зователя РЭОП:
1 — источник излучения; 2 — диафрагма; 3 — просвечиваемый объект; 4 — вакуумная
колба; 5 — алюминиевая подложка; 6 — люминесцентный экран; 7 — фотокатод; 8,
9 — выходной экран; 10 — линза; 11 — окуляр, khhq- или фотоаппарат, передающая
телетрубка; 12 — анод; 13 — металлизированное покрытие; 14 — экран телевизора
70—150 мм. Разрешающая способность сцинтилляционных моно-
кристаллов толщиной 3—5 мм составляет около 5 линий/мм.
Электронно-оптический преобразователь изображения. В целом
при непосредственном наблюдении ни флуороскопический экран,
ни сцинтилляционный монокристалл при существующих источ-
никах излучения не могут обеспечить яркость изображений 102—
103 кд/м2, необходимую для расшифровки в благоприятных
условиях. Для создания таких условий применяют специальные
усилители яркости. Такими усилителями служат электронно-
оптические преобразователи рентгеновских изображений (ЭОП)
или, как их еще называют, РЭОП. РЭОП представляет собой ва-
куумированную колбу, в которой размещается многослойный
входной экран (рис. 57). На алюминиевой подложке экрана нане-
сен слой люминесцирующего вещества 6, в контакте с которым
находится полупрозрачный сурьмяно-цезиевый фотокатод 7.
Фотокатод испускает электроны под действием свечения люми-
несцирующего вещества, которое вызывается в свою очередь
рентгеновским излучением. Между катодом и анодом приложена
разность потенциалов —25 кВ. Электроны ускоряются в электри-
ческом поле и фокусируются в соответствующей точке выходного
экрана, вызывая свечение нанесенного на него флуоресцирую-
122
щего состава. Усиление яркости в таких системах может дости-
гать 3000.
Разрешающая способность люминесцентного входного экрана
равна 3 линиям/мм, а после всех преобразований примерно
2,5 линий/мм. Яркость свечения экрана при просвечивании стали
толщиной 5—15 мм достигает 100 кд/м2. При оценке свойств
этого преобразователя следует учитывать, что усиление яркости
позволяет просвечивать при более низких напряжениях, чем
при использовании флуороскопического экрана, поэтому р, при-
нимает большие значения и увеличивается чувствительность к де-
фектам.
Хотя электронно-оптические преобразователи и не обеспечи-
вают чувствительности к дефектам, свойственной радиографии,
однако она примерно в 2 раза лучше, чем при просвечивании на
флуороскопический экран. Кроме того, электронно-оптический
преобразователь позволяет контролировать более широкий (в сто-
рону увеличения) диапазон толщин деталей.
Помимо рентгеновских электронно-оптических преобразова-
телей рентгеновского излучения (РЭОП), в радиоскопии исполь-
зуют также электронно-оптические усилители изображений (ЭОУ).
ЭОУ усиливают яркость фокусируемых на их входном экране
световых изображений.
Установки для радиоскопического контроля. Непосредственное
наблюдение радиоскопических изображений без использования
телевизионной техники затруднено такими обстоятельствами,
как необходимость адаптации оператора к темноте, низкая яркость
свечения, необходимость сложной защиты операторов при их на-
хождении в непосредственной близости от источника излучения
и контролируемого объекта. Эти трудности просто преодолеваются
при передаче изображений на расстояние с помощью замкнутых
(не имеющих выхода в эфир) телевизионных систем.
Как видно из основных схем радиоскопических систем
(рис. 58), с помощью телевизионных передающих трубок типа
видикон (хорошо передает относительно высокие яркости), су-
перортикон и изокон (хорошо передает низкие яркости) изображе-
ния, наблюдаемые на флуоресцирующем экране, сцинтилля-
ционном кристалле или выходном экране РЭОП, воспроизводятся
на экране телевизионного приемника.
Большое значение для совершенствования метода радиоско-
пии имела разработка телевизионных передающих трубок, вход-
ной экран которых чувствителен к рентгеновскому излучению,
так называемых- рентгеновидиконов. Эти преобразователи значи-
тельно повышают эффективность преобразования низкоэнергети-
ческого излучения в видеосигналы.
Диаметры входных экранов отечественных рентгеновидиконов
ЛИ-417 и ЛИ-423 составляют 18 и 80 мм соответственно. Ми-
шень — преобразователь представляет собой тонкий слой аморф-
ного селена. При воспроизведении на телевизионном экране
12
chipmaker.ru
Рис. 58. Основные системы радиационных иитроскопов с непосредственным наблюде-
нием изображений (л—г) и с использованием телевизионной системы (д—з):
1 — рентгеновское или *у-излучение; 2 — флюороскопический экран? 3 — ЭОП; 4 —
сцинтилляционный кристалл; 5 — электролюминесцентный экран; 6 — ЭОУ; 7 — опти-
ческая система; 8 — глаза оператора; 9 — суперортикон; 10 — видикон; И — рентге-
цовидикон; 12 — телевизионный канал связи; 13 — телевизионный приемник
изображения контролируемого объекта (рентгеновидикон ЛИ-417)
происходит увеличение в 20—50 раз, в связи с этим разрешающая
способность и чувствительность систем, использующих рентгено-
видиконы, приближаются к радиографической (рис. 59).
В связи с изложенными особенностями преобразователей излу-
чения, применяемых в радиоскопии (эффективность преобразова-
ния ионизирующего излучения в световое, разрешающая способ-
ность, чувствительность к дефектам) в зависимости от толщины
и плотности контролируемого металла рекомендуется исполь-
зовать различные схемы из представленных на рис. 58 (табл. 16).
Рис. 59. Чувствительность радиоскопического метода контроля по эталонам с канав-
ками при контроле стали (а) и алюминия (6) с использованием рентгеновского аппа-
рата РУП-150-10-1 (трубка 0.3БПВ6-150):
1 — РЭОП; 2 — сцинтилляционный кристалл CsI (Т1) — однокаскадный ЭОУ; 3 сцин-
тилляционный кристалл CsI (TI) — телевизионная установка с суперортикопом; 4 —
рентгенотелевизионная система с рентгеновидиконом
124
Таблица 16
Область применения радиоскопического метода
Контро- лируемый металл	Толщина, мм	Энергия ускоренных электронов, кэВ	Преобразователь излучения	
			Контроль сварных, паяных и клееных соединений	Контроль паяных и клееных соединений, а также отливок и слитков
Алюми- ний	1—15	10—120	РЭОП, рентгено- телевизионная уста- новка с рентгено- видиконом	РЭОП, рентгеноте- левизионная установ- ка с реитгеновидико- ном, флуороскопиче- ский экран
Железо	15—50	50—200	Рентгенотелевизи- онная установка с РЭОП или рентге- новидиконом	Рентгенотелевизи- онная установка с РЭОП или рентгено- видиконом, рентгено- телевизионная уста- новка с флуороскопи- ческим экраном
	1—6	50—180	РЭОП, рентгено- телевизионная уста- новка с рентгенови- диконом	Рентгенотелевизи- онная установка с РЭОП или сцинтилля- ционным монокри- сталлом
	4—20	180—250	Рентгенотелевизи- онная	установка с РЭОП или сцинтил- ляционным моно- кристаллом	То же
	20—100	250—1000	Рентгеноте левиз и - онная установка с сцинтилляционным мо нокр иста л лом	Рентгенотелевизи- онная установка со сцинтилляционным монокристаллом, рент- геноте левиз ионная установка с РЭОП
	Свьцне	6 000—	Рентгенотелевизионные установки со сцин-	
	100	35 000	тилляцнонным монокристаллом и электроно- оптическим усилителем яркости изображения	
При радиоскопическом контроле качества сварки применяют
радиоскопические установки ПТУ-38, ПТУ-39, МТР-1, МТР-2,
РИ-10Т и др. (табл. 17). Основные параметры, определяющие
режимы контроля изделий в радиоскопии, — фокусное расстоя-
ние, расстояние от объекта контроля до преобразователя излуче-
ния, энергия излучения, интенсивность излучения, скорость пе-
ремещения объектов во время контроля.
При уменьшении фокусного расстояния яркость изображений
в радиоскопии увеличивается и уменьшается пороговое значение
(Д5/5ф)пор, т. е. улучшается контрастная чувствительность.
Однако при этом происходит постепенное увеличение геометри-
ческой нерезкости. В общем наилучшая чувствительность при
контроле не особо толстых сварных соединений достигается при
125
chipmaker.ru
Технические характеристики и область применения отечественных радиоскопических
Интроскоп	Источник излучения	Преобразователь излучения, рабочие размеры	Передающая телевизионная трубка
Установка для	рентгеновские	1. Флуороскопиче-	Суперортикон
видения дефектов в	материалах УВМ-1	аппараты типов РУТ-60-20-1, РУП-150/300-10	ский экран 300Х Х400 мм 2. Сцинтилляцион- ный кристалл диаме- тром 70 мм и толщи- ной 3 мм 3. РЭОП с колбой РУ-100 или РУ-135	типа ЛИ-17
Рентгенотелеви-	Рентгеновский	Рентгеновиди кон	То же, что и пре- образователь излу-
з ионный микро-	аппарат	ЛИ-417 с чувстви-	
скоп МТР-1	РУП-120-5-1 на 50—120 кВ, 5 мЛ	тельной поверх- ностью диаметром 18 мм	чения
Рентгенотелеви- зионный микро- скоп МТР-2	рентгеновский аппарат РУП-150-10-1 на 35—150 кВ, 2 мА	То же	То же
Телевизионная установка ПТУ-38	Отсутствует	РентгеновиДикон ЛИ-417	РентгеновиДикон ЛИ-417
Телевизионная установка ПТУ-39	Отсутствует	РентгеновиДикон ЛИ-423	РентгеновиДикон ЛИ-423
Универсальный	Рентгеновский	1. Рентгеновиди-	То же, что и пре- образователь излу-
измерительный	аппарат	кон ЛИ-417 с чув-	
рентгенотелевизи- онный микроскоп МТР-ЗИ	РУП-150-10-1 на 30—150 кВ, 2 мА	ствительной поверх- ностью диаметром 18 мм 2. РентгеновиДи- кон ЛИ-423 с чув- ствительной поверх- ностью диаметром 80 мм	чения
Рентгенотелеви-	рентгеновский	Сцинтилляцион-	Суперортикон
зионный интро- скоп РИ-10Т	аппарат РУП-150-10-1	ный монокристалл диаметром 80 мм и толщиной 3 мм	или изокон
Рентгенотелеви- зионный интро- скоп РИ-20Т	РУП-150/300-10	Сцинтилляционный монокристалл 0 120, 150 мм	То же
Электронно-оп- тический рентге- новский интро- скоп РИ-10Э	РУП-200-5-2	Сцинтилляционный монокристалл или экран типа ПРС 0 200 мм	—
Рентгеиодефек- тоскопический ап- парат РИ-10Ф	То же	Флуороскопиче- ский экраи	
126
установок
Таблица 17
Приемник телевизионного изображения	Ч увствительность к обнаружению дефектов	Разрешаю- щая способ- ность	Область применения
Телевизионный приемник «Ру- бин-102» с кине- скопом 43ЛКЗБ	2—3% по сту- пенчатым этало- нам с отверстия- ми на 25—30 мм алюминия	0,4—0,5 мм	1. Контроль литых деталей из алюминиевых и магние- вых сплавов толщиной 1-— 50 мм 2. Контроль собранных узлов и механизмов со стен- ками толщиной до 20 мм по стали
Телевизионный приемник с ки-	—	20—30 мкМ по прово-	1. Контроль тонкостен- ных сварных соединений
нескопом 43ЛКЗБ		локе из вольфрама	2. Контроль элементов радиоэлектронной аппара- туры (диодов, транзисторов, радиоламп и т. п.)
То же		15 мкм по проволоке из воль- фрама	То же
»	1,5%	—	-—
»	2%		—
»	Контрастная чувствительность 1,5%	20 линий/мМ	1. Контроль литых деталей из алюминиевых и магние- вых сплавов толщиной 1-— 50 мм 2. Контроль элементов'ра- диоэлектронной аппаратуры (диодов, транзисторов, ра- диоламп и т. п.)
Телевизионный приемник с ки- нескопом	2—3,5% на ста- ли толщиной 4— 20 мм; 0,7—1,5% на алюминии толщиной 15— 50 мм	—	1. Контроль сварных со- единений из стали толщиной 4—20 мм, из алюминиевых сплавов 15—50 мм 2. Контроль малогабарит- ного стального литья
То же	2% на стали толщиной 4— 45 мм; 0,7—1,5% на стали толщи- ной 15—50 мм		Контроль сварных соеди- нений из стали толщиной 4— 45 мм, алюминиевых сплавов толщиной 15—50 мм
Трехкамерный усилитель света	2-3%	5—7 пар линий/мм	Контроль деталей разме- ром 200x150x 200 мм и мак- симальной толщиной из ста- ли 40 мм, алюминия 100 мм
	—'	—	Контроль деталей разме- ром до 130x300x310 мм, толщиной до 40 мм алюминия
127
chipmaker.ru
фокусном расстоянии 10—100 мм в зависимости от размеров фо-
куса, толщины и плотности металла. На практике в связи с необ-
ходимостью манипулирования объектом контроля во время про-
свечивания чаще используют фокусные расстояния 250—500 мм.
Расстояние от объекта просвечивания до преобразователя
должно быть минимальным, кроме тех случаев, когда специально
используется геометрическое увеличение для выявления особо
мелких дефектов.
Рентгенотелевизионные микроскопы МТР-1 и МТР-2 и универ-
сальный измерительный рентгенотелевизионный микроскоп
МТР-ЗИ предназначены для контроля качества элементов электро-
ники и микросхем, перемещаемых перед преобразователем излу-
чения с помощью манипулятора. Сварку и пайку малогабаритных
стальных объектов толщиной менее 6 мм также можно контроли-
ровать с их помощью, а без собственных манипуляторов — и про-
тяженные сварные, паяные и другие неразъемные соединения
изделий машиностроения.
В этих радиоскопических установках применяется значитель-
ное телевизионное и геометрическое увеличение (у МТР-2 до
50 раз). Это позволяет достигать при контроле высокой разре-
шающей способности (20 линий/мм) и чувствительности к дефек-
там, близкой к радиографической (крупнозернистая пленка РТ-1).
В рентгенотелевизионном интроскопе РИ-10Т в качестве пре-
образователя использован сцинтилляционный монокристалл диа-
метром 80 мм. Установку можно применять при контроле сварных
стальных соединений толщиной свыше 4 мм и изделий из других
материалов эквивалентной толщины. На пульте управления
смонтировано устройство для фотографирования телевизионных
изображений. В качестве источника излучения в установке ис-
пользован аппарат РУП-150-10-1 с острофокусной рентгеновской
трубкой 0,ЗБПВ6-150.
Промышленные телевизионные установки ПТУ-38 и ПТУ-39
предназначены для контроля тонкостенных изделий (менее 8—
10 мм по стали). В них использованы в качестве преобразователей
излучения рентгеновидиконы ЛИ-417 и ЛИ-423. Эти установки
поставляют без источников рентгеновского излучения. Наиболее
целесообразно использовать их с рентгеновским аппаратом
РУП-150-10-1 с острофокусной трубкой 0,ЗБПВ6-150. Чувстви-
тельность к дефектам, которая обеспечивается в случае исполь-
зования этой трубки и рентгеновидикона ЛИ-417 (диаметр вход-
ного экрана 18 мм), приближается к радиографической чувстви-
тельности (крупнозернистая пленка РТ-1).
В процессе радиоскопического контроля протяженных соеди-
нений объекты контроля необходимо перемещать перед преобра-
зователями излучения 131 ]. Это перемещение в силу определенной
инерционности применяемых систем визуализации приводит
к размазыванию изображений дефектов и в принципе к ухудше-
нию выявляемости дефектов. Теоретически и экспериментально
128
установлено, что скорость перемещения не должна превышать
1—1,5 м/мин, а при использовании рентгеновидиконов 0,06—
0,1 м/мин.
Рентгенодефектоскопический аппарат РИ-10Ф, предназна-
ченный для радиоскопического контроля малогабаритных деталей,
снабжен автономной биологической защитой. В нем использован
рентгеновский аппарат РУП-200-5. Максимальные размеры конт-
ролируемых деталей 130x300x310 мм. Наибольшая толщина
контролируемых изделий из алюминия 40 мм. В качестве преобра-
зователя рентгеновского излучения использован флуороскопи-
ческий экран.
Рентгенотелевизионная установка РЭТУ-1 предназначена
для контроля сварных швов труб большого диаметра (529—
1420 мм). В ней использован усилитель яркости рентгеновского
изображения УРИ-135Т с рентгеновским электронно-оптическим
преобразователем РУ-135, диаметр входного экрана которого
составляет 135 мм. Просвечивание проводят излучением рентге-
новского аппарата РУП-150-10, контрастная чувствительность
при контроле стали толщиной 5—15 мм составляет 4—5%.
Рентгенотелевизионная установка «Экран-1» предназначена
для обнаружения трещин и других дефектов сварных соединений.
В качестве преобразователя излучения используют сцинтилля-
ционный кристалл. На базе этой аппаратуры создана установка
с рентгеновским аппаратом РУП-150-10 и механизированной те-
лежкой для кантования контролируемой детали с пульта управ-
ления. Разработаны и применяются в промышленности и другие
радиоскопические системы.
Оптимальная энергия излучения с точки зрения чувствитель-
ности к дефектам может быть определена из соотношения
|л(Еэф)/ = 2..
Для перехода от ЕЭфК напряжению на рентгеновской трубке или
к энергии ускоренных электронов можно воспользоваться реко-
мендациями, данными в разделе 2 этой главы. Экспериментальные
зависимости относительной чувствительности (отношение протя-
женности в направлении просвечивания минимально выявленного
дефекта к просвечиваемой толщине) от энергии излучения имеют
вид кривых с минимумом примерно при энергии, отвечающей
написанному выше условию.
На практике необходимые режимы конкретных соединений
устанавливают по результатам опробования режимов просвечи-
вания. При экспериментальном опробовании устанавливают
максимальные значения силы тока.
Качество сварки и пайки контролируют по тем же схемам,
которые применяются в радиографии. По проблеме радиоскопи-
ческого контроля качества сварки необходимо сделать одно общее
замечание. Чувствительность этого метода контроля в настоящее
время уступает той, которая достигается в радиографии
129
chipmaker.ru
(рис. 58). При установлении номенклатуры деталей, узлов и изде-
лий, переводимых на контроль этим методом, необходимо предва-
рительно убедиться в том, что чувствительность конкретной радио-
скопической установки обеспечивает выявление дефектов, недопу-
стимых по техническим условиям на приемку или эксплуатацию
изделий. Эффективно применяется радиоскопия при многократном
радиационно-дефектоскопическом контроле, например до термо-
обработки сварных соединений и после нее. Даже в случае очень
жестких требований, предъявляемых к'окончательно изготовлен-
ным изделиям, радиографический метод можно применить на по-
следней стадии, а весь контроль на промежуточных этапах про-
водить методом радиоскопии.
5.	РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
Рентгеновская пленка эффективно регистрирует ионизирую-
щее электромагнитное излучение благодаря усилению изображе-
ния (примерно в Ю12 раз) в процессе фотообработки, причем тон-
кий чувствительный слой пленки поглощает весьма малую часть
излучения, падающего на нее.
Рис. 60. Схема радиометрического метода контроля:
/ — источник излучения; 2 — контролируемый объект; 3 — кол-
лиматор; 4 — детектор; 5 — усилитель; 6 — регистрирующее уст-
ройство; 7 — дефект
В радиографическом и радиоскопическом методах автомати-
ческая обработка результатов контроля до настоящего времени
встречает некоторые трудности. Этих недостатков лишен радио-
метрический метод контроля [I, 52]. Радиометрический метод
основан на просвечивании исследуемых объектов узким колли-
мированным пучком излучения и регистрации прошедшего излу-
чения высокоэффективными детекторами: сцинтилляционными
кристаллами, газоразрядными счетчиками и др. (рис. 60).
При сканировании контролируемого объекта этим пучком на
выходе детектора образуется электрический сигнал, величина
которого пропорциональна плотности потока, прошедшего через
объект излучения. Когда пучок излучения проходит через дефект-
ный участок, плотность потока меняется. Если через N0 обозна-
130
чить среднюю частоту поступления фотонов в детектор в отсут-
ствие контролируемого объекта, то средняя частота счета /V (/)
детектора за поглотителем толщиной I составит
N (/) = No^'Be,
где В — фактор накопления излучения, рассеиваемого в образце
и па стенках коллиматора и попадающего на детектор; в — эф-
фективность регистрации излучения детектором.
Соотношение между длиной коллиматора и его шириной выби-
рают так, чтобы пучок имел незначительную расходимость. В этих
условиях в большинстве случаев при расчетах принимают В = 1.
Тогда для дефекта типа пустоты протяженностью А/ в направлении
просвечивания можно написать
ДУ(/)/УУ(/) = иА/5д/5к,
где 5К — полная площадь окна коллиматора: 5Д — часть пло-
щади окна коллиматора, перекрытая проекцией дефекта.
Процессы образования фотонного излучения имеют статисти-
ческий характер, и величины N (/) флуктуируют в процессе изме-
рения. Средняя квадратическая статистическая погрешность
измерения равна VN (/) t, где t — время измерения. Следова-
тельно, относительная средняя квадратическая статистическая
погрешность измерения равна бст = 1/jA/V (/) /.
В отсутствие аппаратурных погрешностей для надежного вы-
явления дефектов A/V (l)/N (/) должно в 2—3 раза превышать бст.
Величину  -а д— = k называют отношением сигнала к шуму.
Ост
Когда пренебречь аппаратурной погрешностью 6ап нельзя, то
д,_________________________ Н AlSpJSK
~V^T + 6in:
Если можно пренебречь аппаратурной погрешностью, то
k — р, А/ (5Д/5К) V
В этом случае k принимает максимальное значение при выполне-
нии условия р/ = 2.
Если бст пренебрежимо мала по сравнению с бап, то условия
для выбора оптимальной энергии можно записать в виде ц/ = 1.
Если же принять, что постоянной сохраняется относительная,
а не абсолютная аппаратурная погрешность, то оптимальную энер-
гию следует определять исходя из условия [48]:
enz(p,/—2) = р,
где р — параметр, имеющий смысл квадрата отношения аппара-
турной флуктуации к статистической в отстуствие контролируе-
мого объекта и эффективности регистрации, равной 1. При этом
получается, что эффективная энергия зависит от активности
источника излучения и геометрических условий. На практике
131
chipmaker.ru
энергия излучения в радиометрическом методе контроля соответ-
ствует данным табл. 18, и ее значения уточняют с учетом таких
факторов, как скорость сканирования, рассеяние излучения и др.
Таблица 18
Область применения радиометрического метода
Толщина металла, мм			Источники излучения
Железо	Титан	Алюминий	
1—150	2—300	5—500	Рентгеновские установки с напря- жением 40—1000 кВ
1—200	2—400	5—1000	Радиоизотопные источники из 170Тт, le2Ir, 137Cs, «°Со
50—500	90—980	150—200	Ускорители на энергию 6—35 МэВ
Для увеличения разрешающей способности метода просвечи-
вать объекты следует возможно более узким пучком. Однако
чрезмерное уменьшение поперечного сечения коллиматора сни-
жает число фотонов, падающих на детектор. Размеры площади
окна коллиматора у современных радиометрических дефектоско-
пов составляют около 1 см2.
Последнее обстоятельство делает эффективным применение
этих систем при дефектоскопическом контроле качества сварки
довольно толстостенных изделий: стали до 500 мм, алюминия до
1000 мм, магния и пластмасс до 2000 мм. В качестве детекторов
излучения в радиометрическом методе применяют в основном
сцинтилляционные датчики (сцинтилляционный'кристалл с фото-
умножителем), хотя возможно применение и других детекторов.
Установки со сцинтилляционными кристаллами могут обеспе-
чить относительную чувствительность к изменению толщины
контролируемого объекта на уровне десятых долей процента.
Для того чтобы просветить всю зону, подлежащую контролю,
осуществляют сканирование изделия пучком излучения. Для
этого либо одновременно перемещают источник и детектор излу-
чения при неподвижном изделии, либо перемещают изделие между
неподвижными источником и детектором.
В связи с тем, что практически невозможно поддерживать
стабильность эффективности регистрации детекторов и выхода
излучения (у бетатронов), погрешности результатов измерения
уменьшают, используя дифференциальные схемы. Контролируе-
мое изделие просвечивают двумя узкими, пучками, излучение, ре-
гистрируется двумя датчиками, напряжение на которые поступает
от одного блока питания. Сравнивающее устройство выделяет
разность сигналов обоих детекторов.
При соответствующей настройке схемы сигнал на входе ре-
гистрирующего прибора отсутствует тогда, когда оба пучка про-
132
ходят бездефектные участки изделия. Колебания напряжения
в сети и изменения интенсивности излучения сказываются на та-
ких установках в гораздо меньшей степени. Когда один из пучков
проходит через дефектный участок изделия, разностный сигнал
детекторов регистрируется выходным прибором (самописцем и др.).
Для сокращения времени контроля, повышения его надеж-
ности и упрощения схемы сканирования применяют многоканаль-
ные схемы. Всю зону контроля делят на полосы с шириной, соответ-
ствующей размеру окна коллиматора в каждом канале, и каждую
полосу просвечивают через отдельный коллиматор на самостоя-
тельный детектор одновременно с просвечиванием остальных полос.
Радиометрический дефектоскоп БД-2 [11] предназначен для
контроля сварных швов толстостенных (до 250 мм по стали) изде-
лий. В качестве источника излучения применен бетатрон на 25 МэВ,
в приемнике содержится семь пар сцинтилляционных счетчиков.
За один проход контролируется зона шириной 100 мм.
Для контроля сварных кольцевых и продольных соединений
барабанов и баллонов приемник излучения размещают на штанге
и во время контроля вводят их внутрь этих объектов. Производи-
тельность контроля до 5 м2/ч. Чувствительность дефектоскопа
при производительности 3 м2/ч не хуже 1% толщины.
Радиометрический гамма-дефектоскоп СИД-1, использующий
радиоизотопные источники, контролирует зону шириной 20 мм
за один проход (два канала) и обеспечивает производительность
около 1,5 м2/ч [11 ]. С его помощью можно просвечивать сварные
соединения стальных изделий толщиной до 80 мм при чувствитель-
ности не хуже 1% толщины. В дефектоскопах БД-2 и СИД-1
предусмотрено также просвечивание на рентгеновскую пленку.
Лучшие результаты применения радиометрического метода
получают при контроле сварных швов со снятым усилением, по-
скольку рельеф валика усиления регистрируется измерительной
схемой дефектоскопа. В отличие от радиографии характер, форма
и расположение дефектов в радиометрическом методе контроля
не определяются, и поэтому на фоне рельефа валика усиления
трудно выделить дефекты сварного соединения.
Хорошие результаты дает применение радиометрических уста-
новок в металлургии для контроля качества слитков, их раскроя
и т. д. С большим успехом принципы радиометрического метода
используют в различных рентгеновских и радиоизотопных прибо-
рах технологического контроля: при измерении уровня агрессив-
ных и сыпучих веществ в агрегатах, измерении толщины проката,
покрытий и т. д.
6.	КСЕРОРАДИОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД [15, 81]
В последние годы создан метод и средства получения радио-
графических изображений на фотополупроводниковых слоях.
Эго связано со стремлением сократить расходы серебра, идущего
на изготовление рентгеновской пленки, и повысить производи-
ла
chipmaker.ru
тельность радиографического контроля, исключив продолжитель-
ный процесс фотообработки снимков. Совокупность способов полу-
чения изображений на поверхности, электрические свойства ко-
торой изменяются под действием рентгеновского и гамма-излу-
чения, называется ксерорадиографией или электрорадиогра-
фией.
Получение ксерорадиографических изображений. Наибольшее
распространение в ксерорадиографии получили фотополупровод-
никовые слои из аморфного селена, которые наносят на алюми-
ниевые подложки толщиной около 2 мм. Если на фотополупровод-
никовый слой не действует излучение, он является хорошим изо-
лятором с удельным электросопротивлением 1012—1015 Ом-см.
Селен, используемый в ксерорадиографических пластинах, —
полупроводник p-типа. Механизм фотопроводимости полупровод-
ников объясняется зонной теорией, согласно которой в результате
взаимодействия атомов в кристалле возникает ряд близко распо-
ложенных, разрешенных с точки зрения существования на них
электронов, уровней. Эти уровни образуют разрешенные энерге-
тические зоны. Зоны могут быть заполнены электронами, но могут
быть и свободными. В металлах заполненные зоны непрерывно
переходят в свободную зону, что делает ее частично заполненной.
Электроны, находящиеся в свободной зоне, обеспечивают электри-
ческую проводимость металлов.
В диэлектриках и полупроводниках разрешенные энергети-
ческие зоны разделены запрещенными зонами. При сообщении
кристаллу дополнительной энергии электроны переходят в сво-
бодную зону, а в заполненной зоне образуется вакансия для
электронов — так называемая дырка. Таким образом, появляются
свободные носители тока. В реальных кристаллах возможно
появление в запрещенных зонах дополнительных донорных и ак-
цепторных энергетических уровней. Донорными уровнями назы-
вают такие уровни, которые в нормальном состоянии заполнены
и служат поставщиками электронов в свободную зону. Акцеп-
торные уровни в нормальном состоянии пусты и служат ловуш-
ками для электронов проводимости.
При облучении некоторых полупроводников, в том числе се-
лена, электромагнитным излучением (с любой длиной волны) их
электропроводность сильно возрастает, так как электроны пере-
ходят из заполненной зоны в зону проводимости с образованием
носителей тока — дырки и электрона.
Это явление называется внутренним фотоэффектом или фото-
проводимостью. Определенное значение в фотопроводимости
селеновых ксерорадиографических пластин имеет также, по-види-
мому, фотоэффект запирающего слоя. При контакте металла с по-
лупроводником p-типа, которым является селен, между ними воз-
никает потенциальный барьер. Так как в заполненной зоне полу-
проводника p-типа имеются дырки, электроны из металла пере-
ходят в полупроводниках и заполняют в нем дырки. На границе
134
при этом образуется разность потенциалов, препятствующая
дальнейшему движению электронов. При облучении фотоэлектроны
переходят из заполненной зоны в зону проводимости полупровод-
ника, создаются носители фототока (перемещение электронов
не полупроводника в металл подложки).
Эффект фотопроводимости используют для образования изо-
бражений на ксерорадиографической пластине следующим обра-
зом. Металлическую подложку заземляют, а внешнюю свободную
поверхность полупроводникового слоя равномерно заряжают
до потенциала в несколько сотен вольт. Таким образом, образуется
своеобразный конденсатор с селеновым диэлектриком, причем
заряды на обкладке, соответствующей свободной поверхности се-
ленового слоя, жестко связаны с поверхностью селенового слоя
и не перемещаются вдоль нее. Если на этом поверхностном слое
как-либо создать рельеф потенциала, то он будет сохраняться.
Рельеф потенциала, соответствующий теневой проекции изделия,
образуется при просвечивании объектов излучением по схеме,
изображенной на рис. 47. На ксерорадиографическую пластину
падает излучение, распределение мощности дозы которого в пло-
скости пластины несет информацию о внутренней макроструктуре
просвечиваемого объекта.
В результате эффекта фотопроводимости сопротивление се-
лена уменьшается в 100—100 000 раз при облучении рентгенов-
ским или у-излучением, при этом происходит разрядка конден-
сатора. Поскольку степень уменьшения фотосопротивления свя-
зана с количеством поглощенной в селеновом слое энергии, заряды
на участках свободной поверхности полупроводникового слоя
стекают в строгом соответствии с дозой излучения, попавшего
на этот участок, и на поверхности предварительно заряженной се-
леновой пластины создается рельеф потенциала, образующий
электростатическое изображение контролируемого объекта. Это
электростатическое изображение делают видимым, проявляя его
с помощью заряженных мелкодисперсных частиц красителей.
Между заряженными частицами красителя и зарядами на по-
верхности полупроводникового слоя действуют кулоновские
силы притяжения или отталкивания в зависимости от их знаков,
поэтому количество осажденного на определенном участке ксеро-
графической пластины проявителя связано с величиной остаточ-
ного потенциала на этом участке. Таким образом, на ксерорадио-
графической пластине получают видимое изображение теневой
проекции объекта, котороелибо можно наблюдать непосредственно,
либо переносить на бумагу и хранить в качестве документа конт-
роля.
В целом процесс получения ксерорадиографического снимка
состоит из следующих стадий: зарядки (электрической сенсибили-
зации) ксерорадиографической пластины, просвечивания дета-
лей рентгеновским или у-излучением на пластину, проявления
(визуализации) скрытого электростатического изображения, пе-
135
chipmaker.ru
реноса изображения с пластины на другую поверхность, чаще
всего на бумагу, удаления с пластины остатков старого отпечатка
для подготовки ее к следующему просвечиванию.
Необходимо отметить, что хотя и медленно, но ксерорадиогра-
фические пластины разряжаются в темноте; этот темновой спад
потенциала в течение 1 мин после окончания зарядки не превы-
шает 25%. Время между зарядкой полупроводниковой пластины
и визуализацией изображения не должно превышать 10—15 мин.
Чувствительность к дефектам. Если первоначальный потен-
циал пластины был равен Vo, то без учета темнового спада потен-
циала пластины и инерционности фотопроводимости можно запи-
сать
V = Voe~PtS',
где Р — мощность дозы излучения, падающего на пластину;
t — время облучения; Se — чувствительность к излучению ксе-
рорадиографической пластины.
Чувствительность Se численно равна величине, обратной дозе,
необходимой для того, чтобы потенциал пластины снизился в е раз.
Подобно градиенту рентгеновской пленки, можно ввести градиент
потенциала полупроводникового слоя
„ __ I dv I
I atg£> Г
Максимальное значение он принимает при облучении пластины
дозой D = 1/Se- Градиент потенциала’ измеряется в вольтах.
Аналогично тому, как это делается в радиографии (раздел 3),
можно показать, что дефект протяженностью Д/ в направлении
просвечивания создает следующее изменение потенциала ДЕ
скрытого электростатического изображения:
ДЕ —0,43^рД//В.
При размере Д/, составляющем примерно 1 % просвечиваемой
толщины, ДЕ не превышает нескольких вольт. Чувствительность
метода выражается следующим образом:
(AZ/Onun ЮО%	100%’
где (ДЕ1)га1п — отношение глубины Д/ минимально выявляемого
дефекта к просвечиваемой толщине /; (ДЕ)т1п — минимально реги-
стрируемое по ксерорадиограмме изменение потенциала.
Градиент потенциала имеет максимальные значения 500—
750 В. Минимально выявляемый перепад потенциала составляет
2—3 В. Контрастная чувствительность в ксерорадиографии при-
мерно равна радиографической, а в некоторых случаях даже
может превышать ее.
Для того чтобы уверенно обнаруживать мелкие дефекты,
свойственные сварке, регистраторы излучения должны обладать
136
высокой разрешающей способностью. Хотя изображение на рент-
геновской пленке обладает зернистостью, а в скрытом электроста-
тическом изображении какая-либо зернистость изображения от-
сутствует, в целом разрешающая способность электростатических
изображений в ксерорадиографии не превышает 13—20 линий/мм,
т. е. уступает разрешению рентгеновских пленок.
Ксерорадиографические материалы. Для получения ксеро-
радиографических изображений в промышленности используют
несколько типов ксерорадиографических пластин, работающих
в диапазоне температур 5—35° С (табл. 19).
Таблица 19
Характеристика ксерорадиографических пластин СЭРП
Тнп пластины	Толщина селенового СЛОЯ, МКМ	Чувствитель- ность, Р *	Т емновой спад по- тенциала за 1 мин, %	Формат пластин, мм	Радиографи- ческая чувст- вительность, %
СЭРП-1	100	10—20	25	440X 340 440X190 440X120 340Х 280 340Х 190 340Х 120	1.5
СЭРП-2	200	20—30	25	440Х 340 440Х 190 440Х 120 340X280 340X190 340Х 120	1
СЭРП-20	250	30—50	25	440X 340 440X190 440X120 340Х 280 340Х 190 340Х 120	1
СЭРП-100	300—400	100	15	420X320 320Х 260 420X120 320X120	0,7
СЭРП-150	300—400	' 150	15	420Х 320 320Х 260	0,7
СЭРП-ЮОП	—	100	—	420X120 320Х 120	1-1,5
СЭРП-100П2	—	100	—	420Х 120 320Х 120	1-1,5
Рабочая область потенциалов пластин СЭРП составляет 600—
1200 В. Коэффициент контрастности у пластин СЭРП-I равен 3,8,
у СЭРП-2 3,2; разрешающая способность этих пластин 13—17 ли-
ний/мм. Пластины СЭРП-Ю0П2 выпускают со слоем олова между
алюминиевой подложкой и слоем селена. Слой олова играет роль
усиливающего заднего металлического экрана.
137
chipmaker.ru
Ксерорадиографические пластины заряжаются в результате
коронного разряда. Для этого подложку ксерорадиографической
пластины заземляют, а на расположенный над ней проволочный
электрод подают напряжение 5—7 кВ. Ионы воздуха, возникаю-
щие при коронном разряде, оседают в электрическом поле на
ксерорадиографической пластине и заряжают ее до потенциала
в несколько сотен вольт. Для получения коронного разряда
в большинстве ксерорадиографических установок применяют
электроды в виде проволочек диаметром 0,02—0,08 мм, которые
натягивают параллельно плоскости заряжаемой пластины.
Основной способ проявления электростатических изображений
в настоящее время -— порошковый метод. Частички проявляю-
щего порошка можно сделать очень мелкими, например менее
одного микрометра. Для проявления используют порошки КСЧ-5,
ПСЧ-1 и ПСЧ-74. Пылевое облако создается в камере либо при
вдувании порошка потоком воздуха, либо, что более предпочти-
тельно, с помощью колеблющейся мембраны. В первом случае
частицы порошка заряжаются в результате трения, во втором —
от специального электрода, расположенного на пути частиц и
заряженного до высокого потенциала. Если ксерорадиографи-
ческая пластина и порошок имеют заряды одного знака, то полу-
чается позитивное изображение, если разного — негативное.
На практике используют и те и другие изображения.
Изображения с ксерографической пластины переносят в основ-
ном на бумагу электростатическим или адгезионным методом.
В электростатическом методе бумагу накладывают на пластину
с проявленным изображением и заряжают с помощью коронного
разрядника потенциалом знака, противоположного знаку заряда
проявляющего порошка. Кулоновские силы притяжения отры-
вают частицы проявителя от пластины и переносят их на бумагу.
При электростатическом методе переноса изображений разре-
шающая способность ухудшается. Адгезионный метод проявления
осуществляется наиболее эффективно, когда на проявленную пла-
стину накладывают подложки с липким покрытием. Для этой
цели можно использовать также влажную бумагу. Давление, не-
обходимое при переносе изображений, в адгезионном способе
можно обеспечить, прокатывая резиновый валик по наложенной
на пластину бумаге, пленке и т. п. материалам, на которые жела-
тельно перенести изображения. Для закрепления изображений
бумагу помещают в пары ацетона, спирта, ацетона с толуолом
и других веществ, растворяющих основу проявителя (смола КПМ
для проявителя ПСЧ-1 и низковязкий полистирол — для
ПСЧ-74).
Очищают пластины от остатков проявителя обычно механичес-
ким способом с помощью тампонов из ваты или марли, а также
меховыми щетками.
Установки для ксерорадиографии. Установки для ксерорадио-
графии выпускают двух типов — стационарные ЭГУ-6М и ЭРГА-М
138
(в основном для медицинских целей), ЭРГА-С и другие и перенос-
ные ПКР, ПКР-1, ПКР-2С и др. Установки ЭГУ-6М, ЭРГА-М
и ЭРГА-С по существу аналогичны, содержат узлы зарядки,
проявления, закрепления и очистки, масса каждой из них около
170 кг. Габаритные размеры установок —1200x1200x800 мм.
Переносные аппараты ПКР-1 и ПКР-20 имеют три узла: за-
рядки, проявления и закрепления. Масса аппарата ПКР-1 не
более 20 кг, габаритные размеры 220x240x360 мм, масса аппа-
рата ПКР-26 не более 30 кг, габаритные размеры 400 X 400 X
ХбОО мм. Время получения ксерорадиографического снимка
около 2—3 мин. Эти аппараты предназначены для контроля в ла-
бораторных, цеховых, полевых и монтажных условиях.
Аппарат ЭРЕНГ предназначен для неразрушающего конт-
роля плоских сварных соединений и соединений труб диаметром
800 мм и более. В этом аппарате используются пластины СЭРП-
100П размером —100x400 мм.
Технология контроля. Порядок и технология просвечивания
сварных, паяных и клееных соединений в ксерорадиографии пол-
ностью соответствуют порядку и технологии радиографического
контроля. Такими же остаются и схемы просвечивания.
С точки зрения прохождения излучения через вещество вьь
являемость дефектов определяется теми же параметрами, что
в обычной радиографии, поэтому при выборе энергии рентгенов-
ского излучения для просвечивания различных материалов можно
пользоваться рекомендациями, данными в табл. 15. Для определе-
ния времени просвечивания на ксерорадиографические пластины
в принципе можно пользоваться номограммами, построенными
для этих пленок, корректируя данные с учетом реальной чувст-
вительности к излучению ксерорадиографнческих пластин. На-
пример, пластины СЭРП-2 по чувствительности к излучению
близки к пленке РТ-2 без экранов, а чувствительность СЭРП-100
примерно такая же, как у РТ-1.
При решении вопроса о целесообразности контроля сварных,
паяных и клееных соединений именно ксерорадиографическим
методом необходимо учитывать многие факторы, главные из ко-
торых — чувствительность к дефектам, производительность и
стоимость контроля. По двум последним факторам первенство по
сравнению с радиографией несомненно принадлежит ксерорадио-
графии, что касается чувствительности к дефектам, то переход
к ксерорадиографии, как правило, целесообразен в тех случаях,
когда радиографический контроль проводился до этого на пленку
РТ-1.
Некоторые дополнительные ограничения связаны с тем, что
ксерорадиографические пластины не могут изгибаться. Поэтому,
например, при контроле сварных швов цилиндрических объектов
сварки кольцевое соединение не удается расположить в непосред-
ственной близости к пластине, а это ухудшает чувствительность
к дефектам.
139
chipmaker.ru
Во многих случаях контроля труднодоступных участков в соот-
ветствии с оптимальными схемами удается разместить небольшие
по размерам кассеты; рентгеновскую пленку при этом просто
разрезают до нужных размеров, что нельзя делать с ксерорадио-
графическими пластинами.
Иногда о качестве пайки и склеивания заранее закладываемых
элементов судят по их геометрическому расположению после
процесса пайки и склеивания. В данном случае ксерорадиография
является подходящим методом. Ксерорадиографический метод
целесообразно применять также и тогда, когда в монтажных усло-
виях необходима оперативная информация о качестве сварного
соединения, так как время получения ксерорадиографического
снимка (за исключением времени экспонирования) составляет
2—3 мин.
Изображение границ и перепадов толщины на ксерорадиогра-
фическом снимке отличается от их изображения на рентгеновском
снимке в результате свойственных ксерорадиографическому ме-
тоду краевого эффекта и эффекта подтравливания. Краевой эф-
фект подчеркивает границы изображения контролируемого объ-
екта, благодаря ему на снимках обнаруживается граница даже
незначительного ступенчатого изменения толщины. Этот эффект
улучшает выявляемость таких мелких дефектов сварки, как не-
провары и трещины. Краевой эффект объясняется выходом на
поверхность электрических силовых линий при перепаде потен-
циала на поверхности ксерорадиографической пластины.
Эффект подтравления выражается в том, что фон, окружаю-
щий изображение детали, как бы заходит на 1—2 мм на изображе-
ние детали, уменьшая ее размеры и затрудняя расшифровку
снимков на этих участках. Этот эффект объясняется тем, что
ионы, образующиеся в процессе просвечивания в пространстве
между стенкой кассеты и ксерорадиографической пластиной,
притягиваются в область границ и нейтрализуют частично заряды
на границе изображения. В результате на ксерорадиографичес-
ких снимках они выглядят как бы двойными.
На ксерорадиографических изображениях, как правило, на-
блюдаются также дефекты, не связанные со структурой просве-
чиваемого объекта, а объясняемых либо несовершенством пластин
и применяемых установок, либо недостаточной квалификацией
оператора. Эти дефекты называют также артефактами. В частности,
на изображении наблюдаются черные и белые точки, связанные
с пробоем фоточувствительного слоя в процессе зарядки и с нару-
шениями условий прохождения фототока между подложкой и по-
верхностью полупроводника.
Часть точек объясняется утечкой зарядов через крышку кас-
сеты при надавливании на нее, например, тяжелой детали, недо-
статочной очисткой кассеты. На бумаге иногда встречаются уча-
стки, на которые не произошло переноса порошка, например в ре-
зультате неплотното контакта, и многие другие дефекты. Эти де-
140
фекты затрудняют расшифровку ксерорадиографических изобра-
жений сварных, паяных и клееных соединений.
Чувствительность к изменению толщины, определенная по ксе-
рорадиографическим снимкам, не уступает радиографической,
а в некоторых случаях, например, благодаря краевому эффекту,
может быть и лучше ее. Однако выявляемость мелких дефектов по
ксерорадиографическим снимкам пока все же уступает выявляе-
мое™ дефектов по снимкам на мелкозернистых рентгеновских
пленках. Так, по ксерорадиографическим снимкам не удается вы-
явить отверстия диаметром и высотой 0,1 мм в алюминии.
При контроле стали толщиной 3—27 мм и титана толщиной
1—15 мм достигается примерно такая же чувствительность, как
на пленках РТ-1 и РТ-2. Просвечивание объектов на ксерорадио-
графические пластины излучением радиоизотопных источников
и бетатронов показало, что чувствительность к дефектам в этих
случаях падает, а также ухудшается качество снимков. В ка-
кой-то степени эти недостатки компенсируются у пластины
СЭРП-100П2 благодаря применению в их конструкции заднего
усиливающего оловянного экрана (оловянный слой между под-
ложкой и полупроводниковым слоем).
При освоении метода на производственном участке контроля
различные дефекты изображений иногда наблюдаются примерно
у 70% снимков, однако значительная часть их связана с процес-
сом получения снимков, и доля снимков с дефектами может сни-
жаться в несколько раз при повышении квалификации операторов.
chipmaker.ru
ГЛАВА V
АКУСТИЧЕСКИЕ (УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ) МЕТОДЫ
1. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ
Акустические (ультразвуковые) методы основаны на свойстве
упругих колебаний распространяться и взаимодействовать —
отражаться, преломляться, поглощаться и рассеиваться на на-
рушениях сплошности контролируемой среды. Акустические ме-
тоды контроля охватывают диапазон частот колебаний от единиц
герц до десятков мегагерц и подразделяются на звуковые — от
единиц герц до 20 кГц и ультразвуковые — свыше 20 кГц.
Упругие колебания могут быть возбуждены как в твердых,
так и в жидких и газообразных средах. При этом благодаря на-
личию в среде упругих межмолекулярных сил колебательное
движение возбужденных частиц передается соседним частицам.
Последнее вызывает распространение в среде упругой волны,
сопровождаемое переносом энергии.
Упругая волна в среде характеризуется двумя параметрами —
скоростью с и длиной волны X, связанными друг с другом со-
отношением
где f — частота колебаний.
В зависимости от направления колебаний частиц в волне по
отношению к направлению распространения в среде могут воз-
никать различные типы волн (рис. 61). В бесконечной (неограни-
ченной) среде могут распространяться продольные и поперечные
волны. Если колебания частиц среды происходят в направлении
распространения волны, такие волны называют продольными.
Напротив, если частицы среды колеблются перпендикулярно
направлению распространения, говорят о поперечных колебаниях.
Продольные колебания распространяются в любых средах —
твердых, жидких, газообразных. Поперечные — только в твер-
дых телах, обладающих сдвиговой упругостью.
В реальных телах, размеры которых всегда ограничены,
могут распространяться также поверхностные волны (волны
Релея), затухающие на глубине 1,5—2Х. В среде, ограниченной
142
Рис. 61. Типы упругих волн в твердой изотропной среде:
а — продольные; б — поперечные; в — поверхностные; г, д — волны Лэмба,
симметричные и антисимметричные соответственно (стрелкой показано на-
правление распространения волны)
двумя плоскостями, расстояние между которыми соизмеримо
с длиной волны (тонкие пластины, листы), распространяются
нормальные волны, называемые также волнами Лэмба, пластин-
чатыми или свободными [9].
Другим типом пластинчатых волн являются волны Лава,
распространяющиеся в тонких слоях металла, граничащего с од-
ной стороны с воздухом, с другой — с твердым материалом,
резко отличающимся от металла по акустическим свойствам, иа-
пример, металлический лист, наклеенный на пластмассу.
В стержнях, прутках, проволоке и других телах ограничен-
ных размеров распространяются также изгибные волны, волны
растяжения, крутильные и радиальные. Особенностью волн,
распространяющихся в листах, стержнях, прутках и проволоке,
является дисперсия, зависимость скорости распространения волны
от частоты ультразвуковых колебаний (УЗК), толщины листа
или диаметра стержня.
В безграничной изотропной среде скорость распространения
УЗК зависит от двух упругих постоянных Лямэ б и р:
Ci =	+ 2р)/р; ct = V р/р,
где р —плотность среды.
На практике чаще пользуются двумя упругими постоянными —
модулем Юнга Е и коэффициентом Пуассона о (коэффициентом
поперечного сжатия):
Е = р (36 + 2р)/б + р; о == 6/2 (б + р).
143
chipmaker.ru
Величины Е, р, о в свою очередь связаны соотношением
р —£/2(1 + о).
С учетом соотношений для Е, б, р получим
____________________lAf 1 — <7
Ct~ V Т(1+а)(1-2а);
* V р 2(1 4-oj •
Скорость волн растяжения в стержнях диаметром d вычисляется
по формуле
c(/ = J//£/p для d^h.
Пространство, где распространяются ультразвуковые волны, —
акустическое (ультразвуковое) поле — описывается с помощью
колебательного смещения А частиц от положения равновесия,
скорости частиц и акустического давления р. Амплитуда да-
вления связана с амплитудой смещения частиц среды следующим
соотношением:
р — рссоЛ,
где р в н/м2; р в кг/м3; с в м/с; <о = 2nf; А в м.
Поскольку в волновом процессе происходит смещение частиц
среды, ему должна соответствовать некоторая энергия. Отличи-
тельная особенность волнового движения — распространение энер-
гии, которая в процессе колебаний периодически переходит из
потенциальной в кинетическую и обратно. При этом в случае
колебаний малой амплитуды и невязких сред перенос энергии
осуществляется без переноса вещества.
Энергия, проходящая в единицу времени через единичную
площадку, расположенную перпендикулярно направлению распро-
странения волны, называется интенсивностью волны J. Интенсив-
ность обычно измеряется в Вт/см2, но часто применяют лога-
рифмическую единицу — уровень силы звука в децибелах (дБ).
Последняя представляет собой удесятеренный логарифм отно-
шения интенсивности к некоторому ее пороговому значению.
В качестве порогового значения Jo в акустике принимают
IQ-ie Вт/см2 — нижний порог слышимости человеческого уха.
В ультразвуковой дефектоскопической аппаратуре используют
излучатели, создающие интенсивность от сотых до десятых долей
Вт/см2.
Поскольку амплитуда волны пропорциональна корню квад-
ратному из интенсивности, выраженное в децибелах отношение
интенсивностей или амплитуд
A/=101gJ/Jo = 201gAMo.
144
Интенсивность, амплитуда
смещения и давление в ультра-
звуковой волне связаны соот-
ношением
J = рсагА2
или
J = р2/2рС.
Интенсивность J зависит от
Рис. 62. Отражение и преломление УЗК
на границе раздела двух твердых сред
произведения плотности р на
скорость распространения УЗК,
рс называется удельным аку-
стическим или волновым сопротивлением среды z. Волновое
сопротивление — определяющая характеристика в расчетах от-
ражения и прохождения УЗК на границах раздела сред. Так,
при перпендикулярном падении ультразвуковой волны на гра-
ницу раздела двух сред распределение энергии между отражен-
ной и прошедшей волной определяется соотношением
*i —z2 У
Z1 + Z2 / ’
где 7? — коэффициент отражения.
Тогда коэффициент прохождения волны по интенсивности
D = 1 — R.
В случае наклонного падения волны на границу раздела под
углом р (рис. 62) в средах 1 и 2 возникают еще четыре волны:
две отраженные — продольная сп и поперечная сп и две прелом-
ленные— продольная cZ2 и поперечная ct2. Связь между углами
падения и преломления определяется законом Снеллиуса:
sin fl  sin Pf _ sin aZz _ sin а _ sin flz
ch cti ~ ciz	ctz ch
По мере увеличения угла падения УЗК от 0° интенсивность
продольной волны, прошедшей во вторую среду, уменьшается,
и при угле а/2 преломленная продольная волна не проникает
во вторую среду. Указанный угол называется первым критиче-
ским углом.
При дальнейшем увеличении угла падения поперечная волна
во второй среде также начинает скользить по поверхности раз-
дела (aZ2 = 90°). Соответствующий угол 0Z2 называется вторым
критическим углом. Величины критических углов определяют
из соотношений:
sin Ркр г = сц!с1ъ s*n Ркр 2 — си/с/2-
Расчет коэффициентов прохождения и отражения УЗК в случае
наклонного падения можно найти в работах [17, 80].
145
chipmaker.ru
Рис. 63. Схематическое изображение поля
ультразвукового излучателя
Для излучения и приема
УЗК в качестве пьезопреобра-
зователей, смонтированных в
специальных искательных го-
ловках, использут кварц, суль-
фат лития, титанат бария, цир-
конат-титанат свинца (ЦТС) и
др., обладающие пьезоэлектри-
ческим эффектом. Пьезоэлек-
трический эффект заключается
в появлении электрического за-
ряда на гранях кристалла при приложении механического на-
пряжения — прямой эффект. Существует и обратный эффект.
Приложение электрического поля вызывает пропорциональную
механическую деформацию расширения или сжатия в зависимости
от знака поля.
Наибольшее распространение получили пьезоматериалы типа
ЦТС (цирконат—титанат свинца), титаната бария, метаниобата
свинца, кварца. Лучшими с точки зрения чувствительности
параметрами обладают пьезоматериалы типа ЦТС, которые
преимущественно и используют в ультразвуковой дефектоскопи-
ческой аппаратуре [12].
При возбуждении пьезопреобразователем УЗК в изделии
ультразвуковой пучок не ограничивается областью, определяемой
сечением преобразователя. Некоторая часть энергии выходит за
пределы этой области, что обусловлено дифракционными эффек-
тами, вызванными конечными (по сравнению с длиной волны)
размерами излучателя. Строгий учет дифракционных эффектов
в волновых процессах составляет предмет специального раздела
теории колебаний — «скалярной теории дифракции». Эта тео-
рия применима к любым волновым процессам, в том числе к рас-
пространению УЗК Н6].
Волновое поле ультразвукового излучателя можно условно
разделить на две зоны (рис. 63): ближнюю зсну Френеля и даль-
нюю зону Фраунгофера. В ближней зоне поле формируется в ре-
зультате интерференции колебаний, приходящих от различных
точек излучателя. В дальней зоне основную роль играют дифрак-
ционные эффекты. Поле круглого излучателя в дальней зоне (его
диаграмма направленности) хорошо известно и описывается
с помощью функции Бесселя первого порядка:
Ф(Ф) =
2/х (ak sin <р)
ak sin <р
где а — радиус излучателя; k — 2л/Х — волновое число; Л —
длина волны УЗК-
При ak sincp = 3,83 simp = 0,61 Х/а, где <р — половина угловой
ширины диаграммы направленности излучателя.
146
РиСй 64. К расчету поля квадратного ультразвукового излучателя:
/ — ультразвуковой пучок; 2 — экран; 3 — отверстие
Значительно в меньшей степени в дефектоскопической литера-
туре рассмотрено поле излучателя в ближней зоне Френеля.
В связи с этим целесообразно рассмотреть данный вопрос под-
робнее.
Представляя квадратный излучатель в виде отверстия в без-
граничном экране (рис. 64), можно рассчитать распределение
интенсивности J(x0, у0) в плоскости (х0 i/p), расположенной на
расстоянии г от излучателя (ближняя зона):
J М=4 ([С &)—с о2 + [S &)—S &)]21 {[С (Т]2)—

где С(т)), С(£), S(rj), С(|) — интегралы Френеля;
т] = 1/2/г(1/1— t/p);
l = V2/z(x1~ л-0);
41
С 0h)= Jcos—Лр
О
s Oh) = j sin dip
О
С Ok) = J C°s^ dr]-,
О
147
chipmaker.ru
Поскольку интегралы Френеля — табулированные функции,
можно вычислить значение интенсивности УЗК в любой точке
интенсивности
излучателя раз-
X 30 % (частота
среда — вода на
расстояниях г).
френелевской зоны излучателя. В
2. ЭХО-ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД
качестве примера на рис. 65
показано рассчитанное рас-
пределение
УЗК для
мерой 30
6,4 МГц,
различных
Характерное свойство поля в
ближней зоне —наличие мак-
симумов и минимумов ин-
тенсивности УЗК, обуслов-
ленных интерференционными
эффектами. Видно, что ближ-
няя зона такого излучателя
простирается до расстояния
—260%.
Диаграмма направленно-
сти прямоугольного излуча-
теля размером 2ах X 2а, в даль-
ней зоне описывается фор-
мулой
Ф(6,	=
'	17 kat sm q) cos 0
sin (ka2 sin q> sin 0)
ka2 sin <p sin 0	’
где ф — угол между осевой
линией искателя и радиус-
вектором точки наблюдения;
8 — угол между проекцией
радиус-вектора на плоскость
искателя и стороной ах.
Основной метод ультразвуковой дефектоскопии сварных со-
единений — эхо-импульсный (рйс. 66, а). Ультразвуковой им-
пульс, вводимый в изделие нормально или под углом к его поверх-
ности, отражается от дефекта и принимается или тем же иска-
телем, или другим, расположенным рядом. Известны и другие
схемы — эхо-теневая, теневая, которые нашли значительно мень-
шее применение (рис. 66, б, в).
В зависимости от типа и количества используемых искателей
различают следующие схемы их включения: совмещенную —
функции излучателя и приемника выполняет один искатель;
раздельную — функции излучателя и приемника выполняют два
отдельных искателя; раздельно-совмещенную — излучающий и
148
приемный преобразователи объединены в одном корпусе, и при
этом каждый искатель может работать как в режиме излучения,
так и в режиме приема эхо-сигналов.
При совмещенной схеме на вход усилителя дефектоскопа
воздействует мощный зондирующий импульс, вследствие чего
усиление дефектоскопа в зоне действия последнего резко умень-
шается. Полностью чувствительность дефектоскопа восстанавли-
вается лишь через 10—15 мкс (для дефектоскопа УДМ-1М) после
окончания зондирующего импульса. В результате дефекты, рас-
положенные в зоне воздействия зондирующего импульса, т. н.
мертвой зоне, не будут выявлены.
Мертвую зону можно частично уменьшить, использовав иска-
тели с акустической задержкой. Акустическая задержка приходится
как раз на мертвую зону, что позволяет повысить чувствительность
к выявлению дефектов,, близко расположенных к поверхности
контролируемого изделия. Указанный прием, однако, не позво-
ляет полностью исключить мертвую зону дефектоскопа. Практи-
чески мертвая зона при контроле наклонным искателем опре-
деляется на эталоне № 2 (см. ниже) по минимальной глубине
залегания бокового цилиндрического отражателя диаметром 2 мм
и длиной не менее ширины преобразователя.
В теневом методе контроля излучающий и приемный иска-
тели располагают с противоположных сторон контролируемого
изделия (рис. 66, г). Наличие дефекта фиксируется по ослабле-
нию энергии УЗК, прошедших через контролируемое соединение.
Чувствительность теневого метода значительно хуже, чем эхо-
метода, что объясняется главным образом условиями приема УЗК-
В теневом методе малые дефекты фиксируют на фоне сравнительно
мощного прямого пучка УЗК, прошедшего через изделие. Есте-
ственно, что при этом приходится загрублять чувствительность
дефектоскопа по сравнению с аналогичными условиями контроля
эхо-методом. По указанной причине теневой метод нашел
сравнительно малое применение, хотя и с успехом используется,
Рис. 66. Методы ультразвуковой дефекте-
скопии*.
а, б — эхо-метод, совмещенный и раздельно-
совмещенный соответственно; в —• зеркально-
теневой; г теневой
149
chipmaker.ru
Рис. 67. Схемы ультразвуковых искателей:
а — совмещенный прямой; б — совмещенный с твердой акустической задержкой; в —
иммерсионный прямой; г — совмещенный угловой; о — раздельно-совмещенный угловой
например, при контроле точечной сварки в процессе сварки, мно-
гослойных клееных конструкций и т. п. [74].
При зеркально-теневом методе (рис. 66, в) дефект фиксируется
по уменьшению интенсивности УЗК, прошедших через контро-
лируемое соединение и отраженных от противоположной поверх-
ности изделия. По чувствительности этот метод также уступает
эхо-методу контроля.
Важнейшие элементы дефектоскопа — ультразвуковые иска-
тели. Современный дефектоскоп комплектуется большим набо-
ром различных искателей, которые можно условно разделить
на пять типов (рис. 67). В нормальном совмещенном контактном
искателе пьезопреобразователь контактирует с изделием через
тонкий защитный слой (из твердого материала) и контактный
слой — жидкую смазку (рис. 67, а). Излучаются продольные УЗК
перпендикулярно (нормально) контролируемой поверхности. При-
клеивая к поверхности изделия пьезопреобразователи специаль-
ных срезов, можно возбудить и поперечные УЗК, распростра-
няющиеся также нормально к поверхности изделия.
В нормальном совмещенном искателе с акустической за-
держкой в качестве линии акустической задержки используют
плоскопараллельный слой жидкости или твердого тела (рис. 67, б).
Причем толщину слоя выбирают такой, чтобы время распростра-
нения УЗК в нем было значительно больше длительности ультра-
звукового импульса. В случае жидкостной линии задержки метод
контроля называют иммерсионным (рис. 67, в). Искатели, имеющие
искусственно поддерживаемый зазор между преобразователем и
поверхностью изделия, в который при контроле подается контакт-
ная жидкость, называют щелевыми искателями. Величина зазора
при этом составляет —3 мм. Щелевой способ акустической
связи обеспечивает лучшую стабильность контроля по сравнению
с контактным методом, но несколько хуже, чем иммерсионным
методом.
В наклонном контактном искателе‘(рис. 67, г) ввод УЗК осу-
ществляется через призму из звукопроводящего материала под
углом к поверхности изделия через слой контактной смазки
(табл. 20).
150
Таблица 20
Масла, используемые в качестве контактной смазки
Смазка	Температура окружающей среды, °C	гост
МК-22 (или МС-20) 	 Смесь 50% по объему МК-22 (или	20 и выше	1013—49
МС-20) и 50% МК-8 или трансформа- торного масла 		10—20	1013—49 6457—66
МК-8 или трансформаторное масло	10 и ниже	6457—66
При иммерсионном контроле угловой ввод УЗК реализуется
простым наклоном преобразователя.
В качестве призмы контактного искателя используют плек-
сиглас. Его преимущества — хорошая смачиваемость, обеспечиваю-
щая стабильный акустический контакт, значительное затухание
УЗК, вызывающее эффективное гашение отраженных от контакт-
ной поверхности УЗК в ловушке искателя.
В раздельно-совмещенном угловом искателе (рис. 67, д') из-
лучение и прием УЗК осуществляют отдельными пьезоэлементами.
Для улучшения направленности излучения применяют фоку-
сировку УЗК. На рис. 68 показаны несколько типов фокуси-
рующих искателей, в которых фокусировка достигается с помощью
искривленной пьезопластины рефлектора и акустической линзы.
В некоторых искателях, например ИЦ-ЗБ (конструкции
ЦНИИТМАШ) для контроля трубопроводов, фокусировку осу-
ществляют протектором, материал и форму которого выбирают
специально. Применение фокусирующих линз особенно эффективно
для высокочастотных искателей, в связи с чем искатели такого
типа входят в комплект многих зарубежных дефектоскопов,
имеющих высокочастотный диапазон.
Чувствительность дефектоскопа настраивают на специальных
эталонных образцах. В зарубежной практике используют эта-
лонный блок Международного института сварки (рис. 69, а),
изготовленный из стали. Эталон предназначен для выполнения
следующих операций: калибровки развертки дефектоскопа и
проверки ее линейности; настройки чувствительности по боко-
вому цилиндрическому сверлению диаметром 1,5 мм; проверки
разрешающей способности и мертвой зоны; определения центра
излучателя, угла ввода луча, оценки направленности излуча-
теля.
Как показала практика работы с блоком, его нельзя признать
достаточно эффективным по следующим причинам. По этому
эталонному блоку нельзя измерять условную чувствительность
151
chipmaker, ru
a)	H)	6)
Рис. 68. Основные типы фокусирующих искателей:
а — с искривленной пьезопластиной; б — с искривленной отражающей по-
верхностью; в — с фокусирующей лиизой; г — фокусирующий с протек-
тором ИЦ-ЗБ
дефектоскопа, имеющего временную коррекцию усиления, так
как в нем имеется всего один контрольный отражатель. Эталон
не позволяет оценивать разрешающую способность и величину
мертвой зоны дефектоскопа при работе с наклонными искателями.
В связи с этим в отечественной практике разработаны и исполь-
зуются три различных эталона, предусмотренных ГОСТ 14782—69
«Швы сварных соединений. Методы ультразвуковой дефекто-
скопии».
Эталон № 1 применяют для определения условной чувстви-
тельности, разрешающей способности, точности глубиномера и
угла призмы искателя (рис. 69, б). Эталон изготовляют из орга-
нического стекла. На эталоне имеется набор боковых цилиндри-
ческих отражателей диаметром 2 мм, амплитуда сигнала от ко-
торых изменяется на 30—50 дБ. Этого вполне достаточно для ре-
шения большинства задач ультразвуковой дефектоскопии сварки.
Эталон № 2 применяют для измерения угла ввода луча в ме-
талл (из которого изготовлено контролируемое изделие) и проверки
мертвой зоны искателя путем выявления бокового цилиндриче-
Рис. 69. Эталоны для настройки чувствительности дефектоскопа:
а — эталон Международного института сварки; б—г — отечественные эталоны согласно
ГОСТ 14782 — 69
152
ского отверстия, глубину залегания которого выбирают исходя
из технических требований к контролю (рис. 69, в).
Эталон № 3 предназначен только для определения центра
излучения углового искателя (рис. 69, г).
При контроле стыковых сварных соединений УЗК обычно
вводят в металл через основной металл с помощью наклонных
искателей. Различают прозвучивание прямым, однократно и много-
кратно отраженным лучом (рис. 70). Тип искателя и его параметры
(угол наклона, размеры излучателя, частота, способ прозвучива-
ния и перемещения искателя) определяются типом и размерами
сварного соединения, а также характеристиками дефектов, под-
лежащих выявлению. При этом руководствуются следующими
соображениями.
Угол ввода'луча должен быть таким чтобы свести к мини-
муму расстояние от искателя до сварного шва. В то же время
угол падения луча на плоскость дефекта (для трещин,, непроваров)
должен быть близким к нормальному. Многократно отраженный
луч используют при контроле тонкостенных сварных соединений
(3—5 мм) или в том случае, когда к сварному шву нельзя прибли-
зиться вплотную из-за конструктивных соображений.
Надежность ультразвукового контроля сварки в значитель-
ной мере определяется качеством акустического-контакта между
изделием и искателем. В связи с этим с контролируемой поверх-
ности должны быть удалены выпуклости, брызги металла, от-
слаивания, ржавчина, грязь.
На изделиях цилиндрической формы с радиусом кривизны
свыше 100 мм используют искатели с плоской поверхностью. При
меньшей кривизне контактную поверхность искателя притирают
к поверхности изделия.
При контроле искатель перемещают поперек сварного шва
(рис. 71) на расстояние, позволяющее охватить все сечение свар-
ного шва с шагом 2—4 мм. Одновременно искатель разворачи-
вают на 10—15°, что позволяет более надежно выявлять различ-
но ориентированные дефекты.
Различают два вида настройки чувствительности дефекто-
скопа: поисковую и браковочную. Вначале контроль проводят
на поисковой чувствительности, превышающей оптимальную.
При этом возможно появление ложных эхо-сигналов от неровно-
стей валика усиления, подрезов, структурных неоднородностей.
Затем оператор проводит более тщательное исследование участков,
где появились эхо-сигналы, уже на браковочной чувствитель-
ности. При этом анализируются такие характеристики, как оги-
бающая последовательности эхо-сигналов при перемещении ис-
кателя, амплитуда, условная высота и условная ширина дефекта.
Например, от дефектов округлой формы (поры, раковины, вклю-
чения) наблюдается отраженной сигнал устойчивой амплитуды
при различных направлениях прозвучивания. При незначитель-
ном смещении искателя эхо-сигнал от дефекта на экране исчезает.
153
chipmaker.ru
Рнс. 70. Схемы контроля стыковых сварных сое-
динений:
а — прямым лучом; б — однажды отраженным
лучом; в — многократно отраженным лучом
Рис. 71. Схема '"сканирования сварного соедине-
ния при контроле наклонным искателем
/ — сварной шов; 2 — искатель; 3 — траектория
перемещения искателя
Эхо-сигнал от трещин и непроваров максимален при установке
искателя в направлении прозвучивания под прямым углом к пло-
скости дефекта.
Критерием разбраковки при ультразвуковом контроле чаще
всего служит амплитуда эхо-сигнала, а также условная высота
и условная ширина дефекта. В качестве эталонных отражателей
используют плоскодонные сверления, ориентированные перпен-
дикулярно направлению прозвучивапия, боковые сверления или
зарубки (рис. 72).
При разработке методики контроля основное внимание уделяют
выбору эталонного отражателя и уровней настройки на поисковую
и браковочную чувствительность. Настраивая дефектоскоп на
поисковую чувствительность, оператор должен определить мини-
мальное значение амплитуды эхо-сигнала, соответствующее
эквивалентной площади эталонного отражателя, начиная с ко-
Рис. 72. Эталонные отражатели для настройки чувствительности
ультразвукового дефектоскопа:
а — плоскодонное торцовое сверление; б — цилиндрическое бо-
ковое сверление; в — цилиндрическое донное сверление; г — за-
рубка
154
Рис. 73. Схемы контроля тавровых (а, 6) и нахлесточных (в) сварных
соединений
торой необходимо проводить исследование количественных ха-
рактеристик дефектов. Далее экспериментальным путем устана-
вливают значение браковочной амплитуды эхо-сигнала от дефекта.
Наиболее точно это можно сделать на основании накопления ста-
тистических данных по сравнению результатов ультразвукового
контроля с рентгеновским вскрытием и металлографическим ана-
лизом.
Для проведения ультразвукового контроля используют уни-
версальные ультразвуковые дефектоскопы УДМ-1М, УДМ-3,
ДУК-66 (диапазон частот 1—5 МГц), портативный транзисторный
дефектоскоп ДУК-66П (диапазон частот 1—10 МГц), специализи-
рованные ДУК-ПИМ, ДУК-13ИМ и др. Рекомендуемая область
применения приборов для контроля сварных швов с неудаленным
усилением — соединения толщиной более 8 мм (рис. 73). В по-
следнее время благодаря решению ряда методических вопросов
и совершенствованию искателей диапазон контролируемых тол-
щин удалось расширить до 2,5—8 мм. Однако надежность и досто-
верность контроля в этом случае ухудшается ввиду наличия им-
пульсов помех от усиления сварного шва. Для более надежного
выявления дефектов тонкостенных сварных соединений следует
применять искатели с большими углами ввода колебаний в изде-
лие —70—80°, что соответствует углам падения УЗК ~53—55°
для плексигласа-стали. При этом на экране дефектоскопа видны
два импульса (рис. 74), соответствующие отражению УЗК от
границ усиления сварного шва. Непровары, цепочки пор в тонко-
стенных соединениях, как правило, располагаются в середине
сварного шва. Поэтому эхо-сигнал от дефекта появляется между
импульсами от границ сварного шва [53].
Описанные методические приемы хотя и позволяют в некоторых
случаях осуществить ультразвуковой контроль сварных соеди-
нений, однако не дают принципиального выигрыша в чувствитель-
ности и разрешающей способности ультразвукового дефектоскопа.
Такой выигрыш может быть достигнут лишь с переходом на более
высокие частоты УЗК ~10—25 МГц.
Рассмотрим подробнее понятие разрешающей способности при-
менительно к контролю тонкостенных соединений высокочастот-
ным ультразвуковым -дефектоскопом. Под разрешающей способ-
155
chipmaker.ru
Рис. 74. Схема ультразвуко-
вого контроля тонкостен-
ных сварных соединений:
1 — сварной шов; 2 —
пьезоэлемент; 3 — дефект
(непровар); 4 — зондирую-
щий импульс; 5 —импульс
от передней границы свар-
ного шва; 6 — импульс от
задней границы сварного
шва; 7—импульс от дефекта
ностью дефектоскопа в направлении прозвучивания —- лучевой
разрешающей способностью, понимается наименьшее время между
эхо-сигналами от двух отражателей, расположенных один за
другим, различимых на экране электронно-лучевой трубки.
Иногда лучевую разрешающую способность определяют как раз-
решающую способность по толщине — минимальной толщине об-
разца, на которой последовательные отражения УЗК еще видны
раздельно. С точки зрения оператора, предельную лучевую разре-
шающую способность удобно определить как наличие 10% умень-
шения амплитуды между двумя соседними эхо-импульсами [86].
Для установления связи разрешающей способности с харак-
теристиками дефектоскопа и искателей рассмотрим частотный
спектр импульсного эхо-сигнала. Импульсный сигнал можно
представить в виде некоторой комбинации синусоидальных со-
ставляющих с определенными фазовыми сдвигами. Всякое изме-
нение в фазе или амплитуде синусоидальных составляющих
изменит форму результирующего импульса [14].
Полностью спектр импульса заданной формы подсчитывают
с применением анализа Фурье. Важное следствие такого рас-
смотрения — длительность импульса заданной несущей частоты
обратно пропорциональна ширине его спектра. Для получения
высокой разрешающей способности необходимо получение чрез-
вычайно коротких импульсов электрической и акустической энер-
гии. Отсюда основное требование к аппаратуре высокой разре-
шающей способности •— ее широкополосность.
Для формирования коротких электрических импульсов в со-
временных ультразвуковых дефектоскопах использут генераторы
на лавинных транзисторах. Длительность зондирующего им-
пульса такого генератора составляет —-10—15 наносекунд при
аплитуде 100—400 В (в зависимости от типа транзисторов). Мини-
мальная длительность развертки дефектоскопа при этом соста-
вляет — 1 мкс, вследствие чего резко падает яркость свечения
156
электронно-лучевой трубки. В связи с этим в некоторых дефекто-
скопах используют специальные электронно-лучевые трубки теле-
визионного типа — «Наноскоп-412» (США).
Найдем требуемую полосу пропускания усилительного тракта
высокочастотного дефектоскопа. Для примера рассмотрим слу-
чай, когда необходимо получить раздельные отражения УЗК
в листе стали толщиной 0,25 мм. При скорости УЗК в стали
Ci = 5,66-105 см/с время прохождения импульса в листе соста-
вит Т — 10-7 с. Это означает, что прибор должен генерировать
и усиливать импульсы длительностью 100 наносекунд или менее.
Минимальная полоса усилителя по разложению Фурье должна
быть
Д/= 1/100 10-»= 10 МГц.
Такая полоса достаточно просто реализуется при современном
уровне транзисторной электроники, но представляет значитель-
ные трудности с точки зрения изготовления ультразвуковых иска-
телей.
Наличие затухания УЗК уменьшает разрушающую способ-
ность. Сущность эффекта заключается в том, что на высоких ча-
стотах большинство материалов становятся сильно поглощающими
и действуют как низкочастотный фильтр. На рис. 75 изображен
спектр ультразвукового импульса длительностью 0,2 мкс. Спектр
Рис. 7Б. Влияние затухания УЗК на частотный спектр эхо-сигнала:
а — схема калибровки аппаратуры: 1 — ультразвуковой генератор; 2 — излучатель;
3 — приемник; 4 — осциллограф; 5 — ванна с водой; б — форма импульса прямого
прохождения УЗК; в — спектр импульса прямого прохождения; г—е — формы импуль-
сов, прошедших через металлические образцы толщиной 6,2,15,5 и 24,5 мм; ж — схема
прозвучивания образца; a — частотные спектры импульсов для различных толщин об-
разцов
157
I chipmaker.ru
Рис. 76. Зондирующие импульсы ультразвуковых излучателей с раз-
личной степенью демпфирования пьезоэлемента:
а — слабое демпфирование; б — среднее демпфирование; в — сильно
демпфированный преобразователь высокочастотного дефектоскопа
простирается до 20 МГц (на уровне 0,4). После прохождения
через металл толщиной 6,2; 15,5 и 24,5 мм ширина спектра (на
уровне 0,4) сокращается до 9 МГц, что приводит к соответствую-
щему удлинению длительности импульса и уменьшению разре-
шающей способности.
Таким образом, при распространении импульса УЗК в сильно
поглощающем материале он становится длиннее вследствие уве-
личения процентного состава низкочастотных составляющих,
имеющих большую длительность периода. Этот эффект сопровож-
дает любой эхо-импульсный контроль материалов. Данный эффект
можно использовать, например, с целью контроля структуры
материала [102].
Ухудшение разрешающей способности может быть обусло-
влено и эффектами ближней зоны.. Непараллельность стенок
образца и неодинаковость толщины слоя смазки также приводят
к изменению амплитуды импульсов многократных отражений.
Аналогично и влияние неперпендикул яркости пучка УЗК и ре-
зонансных эффектов на толщине образца.
В качестве преобразователей в современном высокочастотном
дефектоскопе используют специальную пьезокерамику с низкой
механической добротностью. Используются искатели иммерсион-
ного типа или с локальной ванной, сфокусированные и несфоку-
сированные. На рис. 76 изображены зондирующие импульсы
слабо демпфированного обычного дефектоскопического, приме-
няемого на частотах 1—10 МГц, и сильно демпфированного вы-
сокочастотного преобразователей.
Разрешающую способность высокочастотного дефектоскопа
определяют на образцах различной толщины и плоскодонных от-
верстиях. На рис. 77 представлены импульсы многократных от-
ражений, полученные на высокочастотном дефектоскопе. Разре-
шающая способность (предельная) составляет —0,24 мм. Первое
обратное отражение обнаруживается для образцов толщиной
более 0,6 мм. Третье отражение видно для образцов толщиной
свыше 0,36 мм, пятое отражение — для образца толщиной 0,24 мм.
Чрезмерно большой сигнал от поверхности образца перегру-
жает усилитель, вызывая ограничения при прозвучивании об-
158
4Ц4^44-Ц -ШШШ Дж»***-
1,4 ММ	0,6 ММ	0,56 ММ
Щшшм	4^”—
'	оу2 ММ	0,48 ММ	оу4 мм
Рис. 77. Импульсы многократных отражений УЗК иа образцах различной толщины
разцов толщиной менее 0,6 мм. Таким образом, предельная раз-
решающая способность высокочастотного дефектоскопа при по-
лосе до 20 МГц должна была бы составить ~33 нс, а фактически
она составила —100 нс (0,24 мм).
Комплексные испытания чувствительности и разрешающей спо-
собности высокочастотного дефектоскопа могут быть проведены
на плоскодонных отверстиях различного диаметра, расположен-
ных на различной глубине.
Высокочастотный дефектоскоп может найти много различных
применений для контроля тонких материалов или соединений.
Одно из них — контроль сотовых конструкций на наличие не-
проклея. В нашей стране клееные сотовые конструкции контро-
лируют импедансно-акустическим методом. Однако область при-
менения этого метода ограничена толщиной обшивки — менее
1 мм. Высокочастотный дефектоскоп позволяет осуществить
контроль сотовых конструкций практически при любой толщине
обшивки.
Другое важное применение высокочастотного дефектоскопа'—
контроль точечных сварных соединений (рис. 78). Ультразву-
ковые колебания вводят нормально к контролируемой поверх-
ности сварной точки. Используют фокусирующий искатель на
частоту 15—20 МГц с локальной ванной. На качественной точке
УЗК проходят до нижней поверхности второго из свариваемых
листов и испытывают многократные отражения. Оператор видит
на экране дефектоскопа серию импульсов, расстояние между ко-
торыми соответствует суммарной толщине свариваемых металлов.
В случае непровара импульсы многократных отражений следуют
чаще, и наличие непровара легко определяют по экрану дефекто-
скопа.
Метод легко автоматизируется, если использовать частотные
свойства импульсов многократных отражений. Дополнительный
признак брака — число импульсов многократных отражений.
В случае качественной сварки УЗК проходят больший путь
в сварном шве и испытывают большее затухание в связи с более
крупной структурой металла расплавленного ядра. Отсюда мень-
шее число импульсов на качественном сварном соединении.
159
chipmaker.ru
б)
Рис. 78. Схема контроля то-
чечной сварки высокоча-
стотным ультразвуковым
дефектоскопом:
а — качественное соедине-
ние; б — соединение с не-
проваром; в, г — импульсы
многократных отражений на
экране электронно-лучевой
трубки для качественного и
непроваренного соединения
соответственно; 1 — пьезо-
элемент; 2 — ультразвуко-
вая линза; 3 — локальная
ванна; 4 — литое ядро;
5 — импульсы многократ-
ных отражений; 6 — непро-
вар ТЭС

Одна из актуальных проблем в области неразрушающего
контроля паяных соединений — контроль качества паяных сое-
динений трубопроводов в монтажных условиях. Индукционная
пайка соединений трубопроводов — технологический процесс, об-
ладающий целым рядом существенных преимуществ при монтаже
трубопроводов на изделии. Преимущества пайки реализуются
в полной мере лишь при гарантированном качестве пайки. По-
следнее может быть обеспечено методами неразрушающего конт-
роля [26].
В США, Англии, Франции проблема неразрушающего контроля
паяных соединений трубопроводов решается ультразвуковым
методом на повышенных частотах УЗК (10—20 МГц) и рентгенов-
ским методом — применением малогабаритных рентгеновских тру-
бок, обеспечивающих большие возможности при контроле в трудно-
доступных условиях. Использование повышенных частот УЗК
позволяет сократить мертвую зону ультразвуковых дефектоско-
пов до 0,2—0,5 мм и тем самым обеспечить возможность контроля
тонкостенных паяных соединений.
Для использования рабочих частот отечественных дефекто-
скопов потребовалось разработать метод ультразвукового конт-
роля тонкостенных паяных соединений и специальные миниатюр-
ные искатели вместе со средствами механизации контроля.
Для уменьшения потерь на дифракционное расхождение пучка
и снижение помех — отражений УЗК от боковых граней призмы —
предложена конструкция канального искателя (Авт. свид.
№ 318863, Б. И. №32, 1971 г.), состоящего из корпуса-призмы,
в которой под углом к контактной поверхности выполнены два
160
акустически изолированных от корпуса канала, поперечное се-
чение которых равно сечению пьезоэлементов. Искатель такой
конструкции имеет уровень собственных шумов на 10—15 дБ
меньший, чем искатели обычного типа. Это позволило повысить
чувствительность контроля до 1—1,5 мм2 (непропай). Макси-
мальная высота искателя с устройством крепления не превышает
12 мм. В связи с этим удается контролировать трубопроводы
при малых зазорах между ними и стенкой изделия (—14 мм).
Исследования чувствительности искателей на ступенчатых
цилиндрических эталонах диаметром 54, 32 и 12 мм с набором
толщин 0,2—6 мм проводили прибором УДМ-1М, снабженным
аттенюатором. На рис. 79 изображены экспериментальные и
теоретические кривые зависимости чувствительности искателя от
толщины. Теоретические кривые рассчитаны по методу мнимого
излучателя и приемника с учетом резонансных эффектов прохож-
дения УЗК через тонкий слой металла. Из анализа кривой чувстви-
тельности выбраны две области толщин паяных соединений:
0,5—2 мм —область резонансного прохождения импульсов УЗК
через паяное соединение; более 2 мм—нерезонансная.
В первой области изменение амплитуды сигнала на толщинах,
кратных четверти длины волны УЗК в металле, составляет ~20 дБ.
Это более чем в 3 раза превышает изменение амплитуды сигнала
вследствие нестабильности акустического контакта (~6 дБ).
Для соединений таких толщин предложен импульсно-резонанс-
ный метод контроля. В этом методе угол падения УЗК, стрелу иска-
теля и частоту УЗК выбирают таким образом, чтобы максимум
амплитуды сигнала был на непропае, а минимум —на каче-
ственном соединении. Тогда, используя схему АСД ультразву-
кового дефектоскопа, нетрудно автоматически зарегистрировать
наличие непропая (рис. 80).
На толщинах свыше 2 мм перепад амплитуды сигнала значи-
тельно меньше (5—6 дБ). В этом случае целесообразно исполь-
зовать временной режим — разницу во времени прохождения
УЗК через качественное соединение и непропаянное. При прохож-
дении искателем качественного соединения (рис. 81) задний фронт
строб-импульса выставляется вплотную к переднему фронту сиг-
нала. Тогда на непропае сигнал смещается по развертке влево
(вследствие скачкообразного изменения толщины) и передним
фронтом находит на строб, что вызывает срабатывание схемы
АСД дефектоскопа.
Описанные методы контроля используют в разработанных
установках типа УКТ (УКТ-1, УКТ-2, УКТ-2М), предназначен-
ных для автоматизированного ультразвукового контроля паяных
соединений трубопроводов в монтажных условиях.
Установка УКТ-1 (рис. 82) состоит из ультразвукового де-
фектоскопа УДМ-1М (перестроенного на частоту 7 МГц), блока
электроавтоматики и сканирующего устройства, навешиваемого
на контролируемый трубопровод. После размещения сканирующего
161
chipmaker.ru
А дБ
Рис. 79. Зависимость чувствительности искателя от тол1^нны слоя металла для сред
плексиглас сталь воздух:
/ экспериментальная; 2 — теоретическая для б2 — ГТ«5 дБ/см; 3 - теоретическая
для б2 = 9,6 дБ/см. Частота УЗК 7 МГц, угол падения УЗК 14 ; размеры излучателя
и приемника 2X2 мм
Рис. 80. Схема импульсно-резонансного
метода ультразвукового контроля качества
паяных соединений трубопроводов.-
а — искатель на качественном соедине-
нии; б — искатель на непропаянном
участке: / — пьезоприемник; 2 — пьезо-
излучатель; 3 звукоизолирующие ка-
налы; 4 — зондирующий нмпульс; 5 —
донный импульс; 6 — строб-импульс:
7 — непропай; 3 - - трубопровод; 9 —
муфта
Рис. 81. схема контроля качества пайки
трубопроводов временным ультразвуковым
методом:
а - искатель на качественном соедине-
нии; б -- искатель на непропаянном
участке. Обозначения те же, что на
рис. 80
162
устройства на трубопро-
воде включается автомати-
ческое перемещение иска-
теля и осуществляется по-
строчное (с шагом 1 мм)
сканирование всего паяного
соединения. Результаты кон-
троля синхронно регистри-
руются на ленте из электро-
термической бумаги в само-
писце, также смонтирован-
ном на сканирующем устрой-
стве.
Установка УКТ-2 (рис.
83, 84) —дальнейшее усо-
вершенствование установки
УКТ-1. Основное отличие
ее — разделение механиче-
ских блоков сканирования
искателя и двигателя с само-
писцем, что позволило резко
уменьшить размеры скани-
рующей головки и тем са-
мым улучшить маневренность
Рнс. 82. Установка УКТ-1:
/ — ультразвуковой дефектоскоп; 2 — ска'
пирующее устройство; 3 — блок электр0'
автоматики
контроля в труднодоступных
условиях. Механическое вра-
щение с блока самописца на
сканирующую головку пере-
дается силовым гибким ва-
лом длиной до 1 м.
Это позволяет проводить контроль В особо
трудных для доступа условиях, определяемых лишь возможно-
стью работы оператора двумя руками. Установка комплек-
туется девятью сменными сканирующими головками на трубо-
проводы диаметрами 6—80 мм.
Установки УКТ-1 и УКТ-2 проходили лабораторные и промыш-
ленные испытания и показали надежную выявляемость дефектов
(непропаев) площадью более 3 мм2.
Полученные результаты позволили внедрить установки УКТ
для производственного контроля пайки и ввести ультразв} ковой
метод как основной вид неразрушающего контроля паяных сое-
динений трубопроводов в монтажных условиях.
Интересные возможности в ультразвуковом контроле сварных
и паяных соединений предоставляет применение высокочастот-
ного дефектоскопа в сочетании со свойством зеркального отраже-
ния УЗК- Рассмотрим несколько примеров такого применения-
Известные трудности в ультразвуковой дефектоскопии пред-
ставляет контроль качества нахлесточных соединений, например
приварка патрубков к сосудам и трубопроводам. Применение
163
chipmaker.ru
Рис. 83. Установка У КТ-2:
/ — ультразвуковой дефектоскоп; 2 — блок электроавтоматики; 3 — блок
самописца; 4 — сканирующая головка; 5 — снловой гибкий вал
зеркального отражения УЗК в сочетании с высокой разрешающей
способностью высокочастотного дефектоскопа позволяет доста-
точно просто и надежно осуществить такой контроль (рис. 85).
Сущность метода заключается в следующем. Высокочастотный
искатель прямой, совмещенный, сфокусированный, вводят на
специальном держателе внутрь патрубка, заполненного водой.
Фокусное расстояние искателя 25—30 мм. На некотором расстоя-
нии от излучателя установлен отражатель УЗК с таким расчетом,
чтобы его фокус попал на границу сварного соединения. Непровар
определяется по наличию импульса от внешней поверхности пат-
рубка в зоне сварки. В случае качествённой сварки импульс от
внешней поверхности сварного шва расположен дальше по раз-
вертке или не виден вообще, так как уходит в стенку трубы.
На рис. 86 изображена другая разновидность метода — конт-
роль нахлесточных паяных соединений при наличии свободного
доступа внуть трубопровода.
Внутрь трубы вводят искатель и отражатель УЗК — конус,
перемещающийся вдоль оси трубопровода. Излучатель расположен
эксцентрично, с таким расчетом, чтобы УЗК, отраженные от по-
верхности конуса, фокусировались в зоне паяного соединения.
Сканирование ультразвуковым пучком всей поверхности паяного
Рис. 84. Комплект сменных сканирующих головок на различные диаметры трубопро-
водов от 6 до 80 мм
164
Рис. 85. Ультразвуковой контроль каче-
ства приварки патрубка к трубопроводу:
1 — Пьезоэлемент; 2 — ультразвуковая
линза; 3 — сварной шов; 4 — отражатель
Рис, 86. Ультразвуковой контроль нах-
лесточного паяного соединения:
1 — пьезоэлемент; 2 — ультразвуковая
линза; 3 — паяное соединение; 4 — ко-
нусный отражатель
соединения в этом случае осуществляют вращением искателя и
продольным смещением отражателя вдоль оси трубопровода.
В некоторых случаях применение зеркального отражателя
позволяет обойти обычные трудности контроля тонкостенных
паяных и сварных соединений [89]. Используется так называемый
зеркально-теневой метод (рис 87). Образец помещают в ванну
с водой. УЗК проходят через него и отражаются от дна ванны.
На экране дефектоскопа видны два импульса, соответствующие
паяному соединению и стенке ванны (качественное соединение).
В случае непропая импульс от стенки ванны изчезает. Частота
УЗК в этом случае должна быть выбрана таким образом, чтобы
р
1_
Рис. 87. Ультразвуковой контроль паяного
образца с применением зеркального отра-
жения УЗК:
1 — пьезо элемент; 2 — дефектоскоп; 3 —
ультразвуковая линза; 4 — паяный обра
зец; 5 — отражатель УЗК; 6 — непропай
в образце; 7 — зондирующий импульс; 8 —
импульс от поверхности образца; 9 — им-
пульс от отражателя УЗК
Рис. 88. Ультразвуковой
контроль паяного соеди-
нения трубопровода, за-
полненного жидкостью:
I — пьезоэлемент; 2 —
ультразвуковая линза;
3 — локальная ванна;
4 — паяное соединение
165
chipmaker.ru
исключалось влияние резонансных эффектов на толщине паяного
соединения.
Этим же методом можно контролировать качество пайки соеди-
нений (рис. 88) трубопроводов,' заполненных жидкостью, при
наличии одностороннего доступа. В качестве зеркального отра-
жателя в этом случае используют внутреннюю поверхность
противоположной стенки трубопровода. Дополнительное преиму-
щество такой схемы контроля —фокусировка УЗК вогнутой по-
верхностью трубопровода и соответственно повышение чувстви-
тельности контроля. Конкретные параметры искателя — частоту,
промежуточную среду, фокусное расстояние — выбирают с учетом
диаметра трубопровода и толщины паяного соединения. Из геомет-
рических соображений следует, что оптимальные условия контроля
реализуются, если точка фокуса излучателя приходится на осе-
вую линию трубопровода. Непропай определят также по отсут-
ствию на экране дефектоскопа импульса от внутренней поверх-
ности трубопровода.
Описанные схемы контроля не исчерпывают всего арсенала
возможных применений высокочастотного дефектоскопа.
Для некоторых видов сварки (контактная стыковая, трением,
диффузионная и др.) характерен вертикально ориентированный
непровар с малым раскрытием. При толщинах сварных соедине-
ний более 30 мм ультразвуковой пучок, падающий под углом
к контролируемой поверхности, зеркально отражается от дефекта,
затем от нижней поверхности детали и -не попадает на излуча-
тель. Применение многоэлементных искателей (типа тандем) поз-
воляет контролировать такие соединения (рис. 89). Однако для
размещения искателя требуется наличие рядом со швом ровной
площадки достаточно большого размера. Последнее не всегда
осуществимо, особенно в сложных конструкциях и при трудно-
доступных условиях контроля.
В этих случаях оказывается целесообразным применение
дельта-метода ультразвукового контроля. Метод предложен
в США. Название метода дано исходя из оригинального распо-
ложения излучателя и приемника УЗК: излучатель ориентиро-
ван под углом к контролируемой поверхности, приемник — нор-
мально к сварному шву.
В методе используется ультразвуковая энергия, переизлучен-
ная дефектом [101]. При падении продольной ультразвковой
волны, например, из воды в алюминий в последнем возникает
преломленная поперечная волна (угол падения больше первого
критического) (рис. 90). Падающая на вертикально ориентирован-
ный дефект поперечная волна частично отражается зеркально,
а частично преобразуется в продольную, переизлученную нор-
мально к поверхности контроля. Продольная волна выходит из
металла в воду и принимается приемником, расположенным
строго над швом.
166
Рис. 89. Контроль вертикально ориенти-
рованных дефектов миогоэлементным
искателем (типа тандем):
I — искатель; 2 — сварной шов; 3 — де-
фект (непровар), ориентированный нор-
мально к поверхности ввода УЗК
Рис. 90. Схема выявления вер-
тикально ориентированного де-
фекта дельта-методом ультра-
звукового контроля:
1 — фокусирующая линза при-
емного преобразователя; 2 —
дефект; Ац — падающая про-
дольная волна; Ац — переиз-
лучеиная продольная волна
Максимальная амплитуда переизлученной волны обеспечи-
вается при угле падения УЗК —25° (для сред вода—алюминий).
Для увеличения чувствительности контроля целесообразно ис-
пользовать фокусировку УЗК в приемном преобразователе. Фо-
кусировка излучателя УЗК нецелесообразна, поскольку в этом
случае сокращается озвучиваемая зона сварного шва и приходится
вводить сканирование излучателя.
Возможен контактный вариант метода. Причем с точки зрения
помехозащищенности контактный вариант предпочтительнее им-
мерсионного. Действительно, на приемный пьезоэлемент попа-
дает продольная волна, зеркально отраженная от поверхности
изделия. Причем амплитуда этой волны значительно превышает
амплитуду УЗК, переизлученных дефектом. При контроле тонко-
стенных сварных соединений оба импульса на экране дефекто-
скопа расположены близко друг к другу, что создает значительные
трудности при их разделении. В контактном датчике от этого вида
помех нетрудно избавиться. Для этого достаточно ввести звуко-
изолирующую перегородку между излучателем и приемником
УЗК, которая полностью исключит попадание зеркально отра-
женной волны на приемный пьезоэлемент.
Методику контроля дельта-методом целесообразно отрабаты-
вать двумя искателями — нормальным и угловым, с переменным
углом ввода.
Наиболее достоверные результаты получаются, если эталон-
ные образцы выбрать из числа сварных образцов с реальными
дефектами. Применение образцов с искусственными дефектами —
щелями, имитирующими трещины, может привести с ложным
результатам. Дело в том, что щель в отличие от трещины имеет
с торца сравнительно большую отражающую поверхность. По-
этому общая картина отражений УЗК от щели может резко от-
личаться от реальной картины отраженных и переизлученных
трещиной УЗК.
167
। chipmaker.ru
Рнс. 91. Выявление непроклеев в соединениях
типа пластмасса — металл фазовым эхо-им-
пульсным методом:
1 — пьезоэлемент; 2 — акустическая задерж-
ка; 3 — клеевое соединение; 4 — пласт-
масса; 5 — металл; 6 — первый полупериод
эхо-нмПульса на качественном соединении;
7 — первый полупериод эхо-импульса на
непроклее; 8 — непроклей
При контроле некоторых типов клееных конструкций целе-
сообразно применение фазового метода эхо-импульсного контроля —
соединений типа пластмасса на металле. Обычный метод ультра-
звукового контроля — ввод УЗК со стороны металла и измерение
амплитуды импульса, отра-
женного от клеевого соедине-
ния. Однако для большинства
видов пластмасс разница в
амплитуде импульса, отра-
женного от качественного
соединения и непроклея, не-
значительная (—20%). По-
этому такой метод ненадеж-
ный.
Видоизменим схему про-
звучивания клеевого соеди-
нения — введем УЗК со
стороны пластмассы, имею-
щей низкое акустическое со-
противление по сравнению с
металлом (рис. 91). В ме-
стах качественного клеевого
соединения УЗК отражают-
ся от среды с большим аку-
стическим сопротивлением.
Поэтому в первом периоде
отраженного импульса сохранится фаза зондирующего им-
пульса — первый полупериод будет положительным. В слу-
чае непроклея УЗК отражаются от воздуха — среды, имею-
щей значительно меньшее акустическое сопротивление, чем пласт-
масса. Поэтому фаза первого периода отраженного импульса
изменится на 180°— первый полупериод будет отрицательным.
Таким образом, анализ фазовой информации дает надежный метод
контроля клееных соединений указанного типа [851.
3.	ИМПЕДАНСНО-АКУСТИЧЕСКИЙ МЕТОД
Неразрушающий контроль многослойных клееных конструк-
ций и изделий из слоистых пластиков как в нашей стране, так
и за рубежом осуществляется акустическими методами неразру-
шающего контроля — импедансным, велосиметрическим, ревер-
берационным, методом свободных колебаний. Важное преимуще-
ство этих методов контроля сухой контакт датчика с изделием
[321.
В импедансном методе используют изгибные колебания об-
шивки в звуковом диапазоне частот. Наличие дефекта определяют
по изменению полного механического импеданса Z изделия в зоне
его возбуждения датчиком. Датчик состоит из волновода 1, на
168
торцах которого размещены излучаю-
щий 2 и измерительный 3 пьезоэле-
менты. Упругие колебания обшивки
возбуждаются через контактный нако-
нечник 5, выполненный из твердого
сплава (рис. 92). Для повышения
эффективности излучения на излуча-
теле 2 размещена масса 6. В случае ка-
чественного клееного соединения меха-
нический импеданс контролируемой
обшивки определяется всеми слоями
изделия и имеет относительно большую
величину. В зоне непроклея величина
импеданса существенно меньше, что и
Рис. 92. Схема датчика импе-
дансно-акустического дефекто-
скопа:
1 — волновод; 2 — излучающий
пьезоэлемент; 3 — приемный
пьезоэлемент; 4 — обшивка из-
делия; 5 — контактный . нако-
нечник; 6 — м£сса; 7 — клее-
ное соединение
метода — контроль клее-
позволяет определить наличие дефекта.
Возможны различные варианты
контроля, основанные на измерении
или амплитуды, или фазы колебаний.
Оба варианта контроля совмещены в
отечественном импедансно-акустическом
дефектоскопе ИАД-3 [33].
Область применения импедансного
ных конструкций с металлическими и неметаллическими обшив-
ками толщиной 1,2—1,5 мм (для стали) и до 2,5 мм для алюми-
ния, с легкими наполнителями — сотовые конструкции, пенопласт
и др., а также для выявления расслоений в слоистых пластиках.
Диапазон рабочих частот прибора типа ИАД-3 1—8 кГц. Чув-
ствительность контроля существенно зависит от толщины обшивки
и жесткости внутренних элементов: с уменьшением толщины об-
шивки и увеличением жесткости чувствительность возрастает
(рис. 93).
Поскольку современные клееные конструкции достигают боль-
ших размеров, например сотовые панели размером ~ 1500 х 3000мм,
контролировать их вручную весьма затруднительно. В автомати-
ческих установках непрерывное перемещение датчика по контро-
лируемой поверхности сочетается с синхронной регистрацией
результатов контроля на ленте электротермической бумаги.
При автоматизированном контроле обеспечивается непрерывный
динамический контакт наконечника датчика с поверхностью
изделия.
Учитывая близость приемного пьезоэлемента к поверхности
обшивки, можно ожидать возникновения фрикционных шумов
и влияние этого эффекта на результат контроля. Действительно,
при перемещении датчика с постоянной скоростью и прижимом
за счет силы трения возбуждаются упругие колебания обшивки.
Причем амплитуда этих колебаний на порядок превосходит ам-
плитуду колебаний от электрического генератора дефектоскопа.
Последнее означает, что фактически при автоматизированном
169
chipmaker.ru
Рис. 93. Экспериментальная зависимость
минимального размера дефекта, выявляе-
мого импедансно-акустическим методом, от
толщины обшивки
Рис. 94. Зависимость уровня динамичес-
кого сигнала от скорости перемещения дат-
чика:
1 — частота 1.1 кГц; 2 — 1,6 кГц; 3~
2,2 кГц
контроле колебания возбуждаются за счет силы трения. В связи
с этим в некоторых случаях можно вообще отказаться от электри-
ческого генератора. Сответственно упрощается конструкция дат-
чика импедансного дефектоскопа, из которого исключаются гене-
раторный пьезоэлемент и волновод, уменьшаются его размеры
(Авт. свид. № 261760, Б. И. № 5, 1970 г.).
На рис. 94 показана экспериментальная зависимость ампли-
туды колебаний, возникающих за счет силы трения, от скорости
перемещения датчика. Уровень динамического сигнала на выходе
усилителя дефектоскопа ИАД-2 измеряли ламповым вольтметром.
Отношение уровня динамического сигнала к уровню сигнала от
неподвижного датчика находили при рабочих режимах настройки
дефектоскопа. При измерении динамического сигнала электриче-
ский генератор дефектоскопа отключали.
При исследовании спектра динамического сигнала скорость
перемещения датчика составляла 15 м/мин, уровень сигнала изме-
ряли по стрелочному индикатору дефектоскопа ИАД-2. На
рис. 95 показан частотный спектр динамического сигнала. Большая
доля энергии фрикционных шумов лежит в диапазоне до 2 кГц.
Уровень динамического сигнала существенно зависит от скорости
перемещения датчика, особенно в диапазоне 0—15 м/мин. При
больших скоростях уровень сигнала стабилизируется. Но он
все-таки почти на 20 дБ превышает уровень сигнала при непод-
вижном датчике.
170
При контроле клееных сотовых конструкций происходит
периодическое изменение амплитуды сигнала, связанное с ячеи-
стой структурой сотоблока. Когда датчик проходит над середи-
сигнала можно настроить чувствительность контроля таким об-
разом, что на записи проявится ячеистая структура панели. В этом
случае облегчается расшифровка результатов контроля и возра-
стает его достоверность, поскольку у оператора появляется до-
полнительный способ проверки правильности настройки аппара-
туры. Шаг сканирования в этом случае должен быть выбран
меньше, чем размер сот (—1/3 размера сот).
4.	УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВЕЛОСИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
Метод применяется преимущественно для контроля изделий
из слоистых пластиков. Сущность метода заключается в исполь-
зовании влияния дефектов на скорость (по-английски «велосити»)
распространения упругих колебаний или изменении пути волны
от излучателя к приемнику, связанное с наличием дефекта. Исполь-
зуется ультразвуковой диапазон частот 25 —60 кГц. Разработан и
выпускается серийно ультразвуковой велосиметрический дефекто-
скоп УВФД-1 [18].
В литературе описаны две основные схемы ультразвукового
велосиметрического контроля.
При одностороннем доступе к контролируемому изделию дат-
чик прибора содержит смонтированные в общем корпусе излуча-
тель и приемник УЗК с фиксированным расстоянием между ними
(рис. 96). В изделиях, толщина которых сравнима с длиной волны
УЗК, распространяется одна из мод волноводных колебаний —
волн Лэмба. На частотах 50 кГц длина волны по стали составляет
171
chipmaker.ru
Рис- 96. Схема велосиметрического*метода
при односторон нем доступе:
I — излучатель; 2 — приемник
Рис. 97,£схема велосиметрического метода
при двустороннем доступе
100 мм. Поэтому от излучателя датчика велосиметрического дефек-
тоскопа распространяется упругая волна нулевого порядка. Осо-
бенность лэмбовских волн -— зависимость их скорости от тол-
щины изделия. В отсутствие дефектов на участке от излучателя
до приемника скорость волны определяется толщиной изделия.
При наличии дефекта скорость волны определяется толщиной
отделенного дефектом слоя, причем i>2 < wi- Уменьшение ско-
рости можно зафиксировать как изменение фазы бегущей волны
в точке приема. Дополнительный признак дефекта— увеличение
амплитуды сигнала.
Практика показала, что предельная глубина выявляемых де-
фектов —25 мм (для стеклопластиков). Причем чувствительность
зависит от типа материала и глубины залегания дефекта и соста-
вляет ~2—15 см2.
При контроле изделий небольших размеров, а также изделий
из материалов, слабо поглощающих УЗК, контроль в значитель-
ной степени усложняется интерференционными эффектами, свя-
занными с отражением УЗК от границ изделия. Этой же причи-
ной обусловлен свойственны!) данному методу краевой эффект,
затрудняющий выявление дефектов на расстоянии менее 50 мм
от края изделия.
При двустороннем доступе излучатель и приемник располо-
жены соосно по разные стороны контролируемого изделия (рис. 97).
На качественном участке изделия от излучателя к приемнику рас-
пространяется продольная упругая волна. Фаза волны определя-
ется толщиной изделия в месте контроля. В случае наличия рас-
слоения волна огибает препятствие, путь ее удлиняется. Поэтому
фаза волны в этом случае будет отличаться от фазы волны на ка-
чественном участке. Иногда дефект значительно уменьшает ампли-
туду сигнала (особенно расположенный близко к поверхности
со стороны приемного пьезоэлемента). Данное обстоятельство
также служит дополнительным признаком обнаружения дефекта.
Возможен импульсный вариант велосиметрического метода.
В этом случае в меньшей степени скажутся интерференционные
эффекты и сократится мертвая зона контроля.
172
5.	МЕТОД СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Данный метод можно отнести к разновидности хорошо извест-
ного метода — простукивания. Метод основан на ударном возбу-
ждении упругих колебаний обшивки, приеме и анализе спектра
и амплитуды свободных колебаний, прошедших контролируемый
участок (рис. 98). Область применения метода — контроль клее-
ных соединений, изделий из стеклопластиков, выявление уста-
лостных трещин в заклепочных и болтовых соединениях.
Генератором импульсов упругих колебаний служит ударник
электромагнитного типа (рис. 98). Частота следования импульсов
50 Гц. Ударник содержит соленоид, питаемый от сети переменного
тока, и сердечник с наконечником из твердого сплава. В качестве
приемника УЗК используют или пьезоэлектрические датчики де-
фектоскопического типа, или датчики-акселерометры. Последние
наиболее эффективны в этом методе контроля.
Отличительная особенность датчика-акселерометра — наличие
присоединенной к пьезоэлементу инертной массы (рис. 99). Упру-
гие колебания поверхности изделия через контактный наконеч-
ник передаются пьезоэлементу и далее инертной массе. Поскольку
последняя не может сместиться мгновенно, возникает сила, сжи-
мающая пьезоэлемент. Причем величина этой силы и соответственно
электрическое напряжение на пьезоэлементе оказываются про-
порциональными ускорению смещения испытуемого участка.
В обычном дефектоскопическом пьезоэлементе величина электри-
ческого напряжения пропорциональна амплитуде (скорости) сме-
щения.
Для анализа спектрального состава ультразвукового импульса
применяют узкополосный усилитель с регулируемой полосой уси-
ления. В промышленных образцах прибора полосу рабочих ча-
стот выбирают заранее исходя из максимальной чувствительности
к данному типу дефектов. На рис. 100 изображен спектр упругого
импульса при контроле сотовой панели с
Рис. 98. Схема ударного акустического метода контроля за-
клепочного соединения*.
1 — электромагнитный ударник; 2 — приемник (датчик-
акселерометр); 3 — предварительный усилитель; 4 — пере-
страиваемый узкополосный фильтр; 5 —- стрелочный инди-
катор; 6 — магнитофон; 7 — самописец
Рис. 99. Датчик-аксе-
лерометр:
/ — корпус датчика;
2 — пружина; 3 —
инертная масса; 4 —
пьезоэлемент; 5 — на-
конечник
173
chipmaker.ru
Рис. 100. Частотный спектр импульса удар-
ного акустического дефектоскопа при кон-
троле клееной сотовой панели:
1 — качественная склейка; 2 — непроклей
Рис. 101. Частотный спектр импульса
ударного акустического дефектоскопа при
контроле заклепочных соединений:
1 — качественное соединение; 2 — соеди-
нение с трещиной
частот 2,5—25 кГц. Толщина обшивки 0,6 мм, высота сот 13 мм.
Максимальная разница в амплитуде сигнала достигает —20 дБ
на частоте —7 кГц. Естественно, что промышленный образец
прибора для контроля сотовых панелей должен быть выполнен
на эту рабочую частоту.
На рис. 101 изображен спектр импульса при контроле закле-
почных соединений двух алюминиевых листов толщиной 4,8 и
9,5 мм. Кривая 1 относится к качественному соединению, кривая
2 — к соединению, содержащему усталостную трещину. Опти-
мальный диапазон частот для выявления усталостных трещин
в таких соединениях 10—12 кГц. Для удобства работы с прибо-
ром в полевых условиях целесообразно записывать сигналы на
магнитофон и проводить их последующий анализ в лабораторных
условиях. При контроле данным методом слоистых пластиков пре-
дельная глубина выявляемых дефектов (расслоений) составляет
60 мм.
В нашей стране разработано несколько модификаций ударных
акустических дефектоскопов типа ЧИКП, УАД, УПОР, исполь-
зуемые для контроля клееных конструкций и изделий из стекло-
пластиков.
На базе ультразвукового датчика-акселерометра реализован
электроакустический метод измерения поверхностной твердости
деталей, дополняющий существующие методы измерения твер-
дости по Роквеллу, Бринелю, Виккерсу. Метод основан на изме-
нении резонансной частоты вибрирующего стержня, находящегося
в контакте с контролируемой поверхностью. При постоянстве
приложенной нагрузки это изменение частоты оказывается обратно
пропорциональным твердости поверхности.
174
Электроакустический датчик прибора представляет собой маг-
нитострикционный стержень, который одним концом соединен
с инертной массой, другой конец через алмазный наконечник кон-
тактирует с контролируемой поверхностью. На стержень надета
возбуждающая катушка. В месте заделки стержня установлен
пьезоэлемент, детектирующий резонансную частоту колебаний
стержня. Колебания усиливаются и подаются на возбуждающую
катушку. Таким образом, система датчик—усилитель представляет
собой генератор, возбуждающийся на резонансной частоте коле-
баний стержня. Частоту колебаний измеряют частотомером, шкалу
которого калибруют в единицах твердости материала. Калибровка
прибора зависит от модуля упругости материала, и применение
метода ограничивается требованием высокой чистоты обработки
поверхности (1—2 мкм).
6.	АКУСТИКО-ТОПОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД
Для выявления дефектов клееных и паяных соединений в двух-
и трехслойных конструкциях, а также в биметаллах эффективен
акустико-топографический метод (И. П. Бирюкова и Ю. И. Китай-
городский).
Контролируемое изделие помещают на подложку из материала,
демпфирующего упругие колебания (рис. 102). Магнитострикцион-
ный вибратор через контактный наконечник возбуждает в поверх-
ностном слое металла упругие колебания частотой 20—100 кГц.
При прохождении упру-
гой волны через зону де-
фекта возникает явление
локального резонанса —
поверхность изделия в де-
фектных участках начи-
нает колебаться с ампли-
тудой большей, чем в зоне
качественного соединения.
Согласно расчетам авто-
ров амплитуда смещения
обшивки в дефектном
участке в 5—25 раз пре-
вышает амплитуду безде-
фектного участка. Частот-
ный диапазон выбирают
исходя из основной резо-
нансной частоты дефекта
минимального размера:
Рис. 102. Схема а куст и ко-топографического ме-
тода:
1 — магнитострикционный вибратор; 2 — элек-
трический генератор; 3 — блок электроавтома-
тики; 4 — контролируемое изделие; 5 — демп-
фирующая подложка; 6 — мелкодисперсный по-
рошок — ликоподий
175
chipmaker.ru
где и = О, 1, 2, 3 и т. д. номер моды колебаний; Е — модуль
Юнга; р — плотность материала; h — глубина залегания дефекта;
R — радиус дефекта; о — коэффициент Пуассона.
Для исключения влияния стоячих волн, затрудняющих рас-
шифровку результатов, осуществляют автоматическое изменение
частоты в указанном выше диапазоне с периодом повторения не-
сколько секунд.
Индикацию дефектов проводят с помощью тонкодисперсного
порошка (ликоподия), распыляемого над вибрирующей поверх-
ностью изделия. Благодаря малой инерционности частиц порошка
они перемещаются от центра дефекта к его границам, образуя
на поверхности видимое изображение дефектов.
Чувствительность метода определяется выражением
а~-у f V 12р(1—о2)’
где а—минимальный диаметр выявленного дефекта.
Метод наиболее эффективен для контроля дефектов, залегаю-
щих на глубине не более 3—5 мм при отсутствии мертвой зоны.
Преимущества метода — высокая производительность кон-
троля, наглядность результатов, возможность контроля большого
ассортимента слоистых материалов. Разработаны и успешно экс-
плуатируются на ряде заводов страны промышленные акустико-
топографические установки.
7.	МЕТОД ЭМИССИИ ВОЛН НАПРЯЖЕНИЯ — ’
АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
В последнее время все более широкое применение находят ме-
тоды и средства неразрушающего контроля усталостных трещин
в материалах и соединениях, основанные на явлении акустической
эмиссии (а. э.) [23].
А. э. представляет собой упругие колебания (волны напря-
жений), возникающие в самом материале при его деформировании.
Считается, что непосредственным источником шумов являются
процессы движения дислокаций, возникновения и развития уста-
лостных трещин, фазовые превращения в материале при его дефор-
мировании. Поэтому метод применяют в основном для контроля
высоконагруженных изделий и соединений: сосуды высокого да-
вления, трубопроводы и их соединения, элементы конструкций
летательных аппаратов при механических испытаниях и в полете.
С точки зрения механики разрушения а. э. возникает вслед-
ствие неравномерного скачкообразного развития трещины, сопро-
вождаемого появлением волн механического напряжения. Про-
текание фазовых превращений в металле также сопровождается
сдвигом отдельных атомов, приводящим к возникновению а. э.
Процесс распространения упругих колебаний в материале харак-
теризуется типом волны, амплитудами смещений и напряжений,
частотой или спектром, энергией, переносимой волной. А. э. пред-
176
ставляет собой хаотическую последовательность упругих импуль-
сов, описываемую: N — общим числом импульсов, интенсив-
ностью эмиссии (числом импульсов в единицу времени), формой
отдельных импульсов или огибающей серии импульсов. Все эти
параметры в той или иной мере используют при контроле методом
а. э.
Оценка качества и техническая диагностика изделий методом
а. э. основаны на наличии корреляционной связи указанных пара-
метров с характеристиками дефектов и кинетикой их развития.
Так, суммарное число импульсов а. э. при деформировании
гладкого (без надрезов) образца при статическом растяжении с на-
пряжением d в зависимости от длины трещины / определяется
по формуле
N^^CdV,
где С — постоянная.
Подобное соотношение может служить основой для определе-
ния протяженности усталостной трещины и оценки критичности
состояния образца перед его разрушением. В ряде работ теорети-
чески обосновываются зависимости а. э. от скорости роста трещин
и состояния предразрушения материала амплитуды а. э. — от
величины дефекта.
Впервые широкие экспериментальные исследования явления
а. э. для значительного количества материалов выполнил Д. Кай-
зер. Он установил невоспроизводимость шумов а. э. при повтор-
ном нагружении (эффект Кайзера). Дальнейшие исследования по-
казали, что а. э. бывает двух типов: непрерывная и взрывная.
Для непрерывной а. э. основным параметром является ^ее интен-
сивность. Это непериодический процесс с относительно малыми
амплитудами колебаний и широким частотным спектром (до
30 МГц).
А. э. взрывного типа — нерегулярная последовательность
импульсов с крутыми фронтами, значительно большими амплиту-
дами. Основная энергия импульсов сосредоточена в низкочастот-
ной части спектра. Длительность отдельных импульсов а. э.
10"4 — 10“8 с, амплитуды смещения 10“Б—10“8 мм.
На рис. 103 изображена типичная зависимость интенсивности
а. э. для образца из стали СтЗ. Максимум интенсивности а. э.
приходится на участок интенсивного удлинения образца под
действием растягивающей нагрузки.
Электронная аппаратура а. э. должна содержать следующие
основные элементы. Приемные преобразователи (один или не-
сколько), располагаемые непосредственно на поверхности изде-
лия в местах наибольшей концентрации напряжений. Здесь же
обычно размещают предварительные усилители. Это позволяет
отнести всю измерительную аппаратуру на значительное расстоя-
ние (до нескольких сот метров), что особенно важно, например,
при контроле сосудов высокого давления в ядерных реакторах.
177
chipmaker.ru
Рис. 103. Осциллограмма с записью
акустической эмиссии при растяжении
образца из стали СтЗ:
i — интенсивность акустической эмис-
сии; 2 — нагрузка; 3 — удлинение
образца
Полезный сигнал выделяется
из шумов полосовыми усилите-
лями, усиливается по мощности
до уровня, необходимого для его
дальнейшей обработки. Для ви-
зуального наблюдения сигналов
акустической эмиссии используют
электронный осциллограф.
Результаты измерений реги-
стрируются электронными счет-
чиками. Для устойчивой работы
счетчиков импульсы нормализу-
ются по амплитуде и длительно-
сти. Пороговое устройство позво-
ляет осуществить амплитудную
селекцию сигналов а. э. из шумо-
вого фона.
Сигналы акустической эмиссии записывают на магнитную ленту
с целью их последующей обработки в лабораторных условиях.
Магнитная запись позволяет многократно воспроизводить сиг-
налы а. э., что особенно важно при их спектральном анализе.
Очень важно при создании средств контроля методом а. э.
правильно выбрать преобразователь, в качестве которого исполь-
зуют микрофоны, пьезокристаллы, акселерометры и некоторые
другие типы преобразователей. Наибольшее применение нашли
акселерометры и обычные пьезопреобразователи.
Ввиду малости амплитуды сигналов а. э. коэффициент усиле-
ния аппаратуры должен быть высоким — до 108. Типичный диа-
пазон частот 0,3—3 МГц.
Рассмотрим некоторые результаты исследований по практиче-
скому применению метода а. э.
При исследовании процессов возникновения и развития де-
фектов в швах стали ЗОХГСНА, полученных аргонодуговой свар-
кой под флюсом, регистрировали средний уровень эмиссии, ин-
тенсивность и амплитудное распределение импульсов в диапазоне
частот 30—1500 кГц. Шумы от сварочной дуги и растрескивание
шлаковой корки велики, поэтому контроль возможен лишь на ста-
дии охлаждения шва после отделения шлака. Установлено нали-
чие корреляции амплитуды сигналов а. э. с общей дефектностью
сварного шва. В частности, при небольшом числе импульсов а. э.
амплитудой до 25 дБ (по отношению .к уровню шумов аппаратуры)
сварной шов оказался бездефектным. При наличии в шве боль-
шого количества дефектов (трещин, шлаковых включений) число
импульсов возросло в 100—1000 раз, появились вспышки эмиссии
амплитудой до 40—45 дБ.
В результате производственного опробования метода а. э. при
контроле качества автоматической’сварки в среде защитных га-
зов на сталях ЗОХГСНА и ЗОХГСА толщиной 9—14 мм устано-
178
влено, что поры и раковины
методом а. э. не выявлялись,
если они не служили концен-
траторами и не образовывали
трещин. Разработан экспери-
ментальный образец прибора
для контроля качества сварки
методом а. э. — АРКС-01. При-
бор позволяет оперативно оце-
нивать общую дефектность свар-
ного шва непосредственно на
рабочем месте сварщика.
Давление, фунт на кб.дюйм
Рис. 104. Интенсивность акустической
эмиссии перед разрушением участка трубо-
провода
Применительно к контролю в эксплуатации наиболее важное
свойство метода а. э. — возможность предсказания разрушения
высоконагруженных конструкций при нагрузках до 70% разру-
шающей. На рис. 104 показана зависимость интенсивности а. э.
от давления в четырехметровом стальном цилиндре диаметром
3,6 м с толщиной стенки 41,6 мм. В верхней части рисунка даны
отметки времени до момента разрушения трубы. Видно резкое
возрастание интенсивности а. э. на стадии предразрушения изде-
лия. Таким образом, прослушивая датчиками а. э. шумы в сталь-
ном сосуде при сравнительно небольшом давлении и фиксируя
момент резкого возрастания интенсивности шумов, можно пред-
сказать работоспособность изделия на ближайшее время.
Эффективно применение метода для контроля качества клее-
ных соединений. При плохом качестве склейки (наличие непро-
клеев, пониженная прочность) интенсивность излучения а. э.
возрастает при сравнительно малых нагрузках 10—30% разру-
шающих. При качественной склейке уровень шумов остается низ-
ким даже при больших нагрузках.
Для метода акустической эмиссии трудность составляет опре-
деление координат дефектов. При ее решении используют не-
сколько приемных преобразователей в сочетании с методами триан-
гуляции. Сигналы а. э., принимаемые различными преобразовате-
лями, обрабатываются на ЭВМ с учетом направления их прихода
и времени распространения. По этим данным и рассчитывают коор-
динаты дефекта. Разработана комбинированная система контроля,
состоящая из 20—30 микрофонов (датчиков а. э.) и нескольких
ультразвуковых дефектоскопических искателей, располагаемых
в наиболее опасных местах конструкции. При обнаружении кри-
тических сигналов й. э. включается автоматическое сканирующее
устройство, осуществляющее поиск дефекта с помощью ультразву-
кового искателя. Пб-видимому, такие комбинированные системы
окажутся наиболее эффективными.
chipmaker, ru
ГЛАВА VI
МАГНИТНЫЕ
И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ
1.	ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ
Магнитными методами контролируют изделия из ферромаг- -
нитных материалов. При этом выявляются поверхностные и под-
поверхностные дефекты типа волосовин, трещин раскрытием до
1 мкм, непроваров в сварных соединениях. Возможность приме-
нения магнитных методов и конкретные параметры контроля за-
висят от магнитных свойств материала.
Напряженность магнитного поля Н характеризует силу, с ко-
торой оно действует на помещенный в него проводник с током.
Если в магнитное поле помещено вещество из магнитного мате-
риала, то поле внутри вещества будет иметь большую напряжен-
ность — магнитную индукцию:
В = Н + Н',
где Н' — добавочная напряженность магнитного поля. Вели-
чины В и Н — векторные величины, т. е. имеют определенное на-
правление в пространстве, и обозначаются В и Н. Величина доба-
вочной напряженности Н’ определяется выражением
Я' = 4лР,
где Р — кН — вектор намагничивания; Н — напряженность
поля в вакууме. Величина х характеризует магнитные свойства
данного вещества и называется магнитной восприимчивостью.
Таким образом,
В = Н ф- 4лх/7 = /7(14- 4лх);
В = рН,
где множитель (1 4~ 4лх) = р называется магнитной проницае-
мостью среды.
Особый класс веществ, к которым относятся железо, никель
и их сплавы, составляют ферромагнетики. Эти вещества имеют
180
Рис. 105. Кривая намагничи-
вания ферромагнетика при из-
менении напряженности от
нуля до насыщения
весьма большие значения ц. Так, например, для железа р =
= 5000, для пермаллоя р = 100 000. Другие особенности ферро-
магнетиков — сохранение намагниченности после прекращения
действия намагничивающего поля и зависимость магнитной про-
ницаемости от величины намагничивающего поля. Если изменять
величину намагничивающего поля от нуля и измерять индукцию,
получим' следующую зависимость В от Н (рис. 105).
На участке ab зависимость В от Н стремится к некоторому пре-
делу, что свидетельствует о магнитном насыщении материала.
Достигнув области насыщения, начнем уменьшать напряженность
поля. Индукция будет спадать уже по кривой Ьс и далее при изме-
нении направления поля по cd. Завершив полный цикл перемаг-
ничивания вещества, получим петлю гистерезиса (рис. 106) —
еще одну важную особенность ферромагнетиков. Явление гисте-
резиса заключается в том, что индукция зависит не только от
напряженности намагничивающего поля, но и от того, какая
напряженность поля была ранее.
Величину Нс (рис. 104) называемую коэрцитивной силой,
часто используют в практике магнитного контроля.
2.	МАГНИТОПОРОШКОВЫЙ МЕТОД
Контроль магнитопорошковым методом включает следующие
операции: намагничивание детали магнитным полем или пропу-
сканием через нее электрического тока, нанесение магнитных
частиц на поверхность детали, визуальный осмотр и браковку.
Деталь намагничивают одним из указанных ниже способов. Воз-
никающий в металле поток магнитной индукции (магнитный поток)
при однородной структуре металла и отсутствии в нем дефектов
(нарушений сплошности) распределяется равномерно по всему
сечению детали (рис. 107).
Если же в металле имеется дефект (трещина, непровар, поры
в сварном шве), линии магнитного поля искривляются, часть из
181
chipmaker.ru
а)
У
Рис. 107. Распределение магнитного
потока по сечению качественного
сварного шва (а) и дефектного (б)
них выходит на поверхность, созда-
вая на этом участке поток рассея-
ния — магнитный полюс. Частицы
магнитного порошка притягиваются
к магнитному полюсу, оседают на
нем, что и позволяет увидеть мел-
кие дефекты, невидимые при обыч-
ном осмотре.
Магнитопорошковым методом вы-
являются дефекты с раскрытием до
1—2,5 мкм, глубиной 25 мкм и дли-
ной ~0,5 мм. Возможно выявление
подповерхностных дефектов на глу-
бине до 2,5 мм и под слоем покры-
тий из немагнитного металла толщиной до 100— 150 мкм.
Применяют следующие основные способы намагничивания
изделий (табл. 21). Для выявления различно ориентированных
дефектов используют комбинированное намагничивание, одновре-
менно сочетающее и продольное и циркулярное намагничивание.
Намагничивающий ток может быть постоянным, переменным и
импульсным. Длительность импульсов —10“3—10“5 с позволяет
получать большие силы тока при малых размерах аппаратуры.
Намагничивание проводят в приложенном поле — магнитный
порошок наносят в момент действия намагничивающего поля,
или при остаточном намагничивании — порошок наносят после
выключения намагничивающего поля. Магнитный порошок на-
носят двумя способами — сухим и мокрым. В первом случае в ка-
честве индикатора используют сухой магнитный порошок, во
втором — взвесь магнитного порошка в дисперсионной среде (вода,
масло, керосин или их смеси). Порошок наносят распылением с по-
мощью сита или пульверизатора. Причем скорость воздушной
струи выбирают с таким расчетом, чтобы сдувать с поверхности
детали излишний порошок, не затрагивая порошок, осевший на
дефектах. Перед нанесением порошка поверхность детали очищают
от грязи, жира, окалины.
В качестве магнитного порошка используют окалину железа,
измельченную до состояния пудры (просеивание через сито, имею-
щее 3000 отверстий на 1 см2), магнетит.
Высокая чувствительность магнитопорошкового метода дости-
гается за счет соблюдения оптимальных условий контроля —
использования качественных порошков, высокой чистоты обра-
ботки поверхности, оптимального выбора способа намагничива-
ния, величины индукции и др.
В мокром методе магнитный порошок наносят на поверхность
в виде суспензии. Перед нанесением порошка поверхность детали
должна быть тщательно обезжирена. Деталь (небольших размеров)
опускают в ванну с суспензией с последующим ее извлечением
через 1—2 мин для осмотра. На изделия больших размеров, а также
182
Таблица 21
Способы намагничивания деталей
Намагничивание
Циркулярное
Продольное
J
Прохождение тока в контролируе-
мом изделии (постоянного, перемен-
ного или импульсного)
Постоянный магнит
Намагничивание с помощью про-
водника с током (постоянным, пере-
менным или импульсным)
Электромагнит постоянного, пере-
менного или импульсного тока
Намагничивание путем индуктиро-
вания тока в изделии (переменного
или импульсного)
Намагничивающие катушки с пита-
нием от источников постоянного, пере-
менного или импульсного тока
Комбинированное намагничивание
Намагничивание с помощью электромагнита и одновременным пропуска-
нием тока через изделие
183
chipmaker.ru
сварные швы суспензию наносят поливкой, кистью или опры-
скиванием из пульверизатора. Погружение детали в ванну с сус-
пензией применяют преимущественно при контроле методом оста-
точного намагничивания.
В приложенном поле целесообразна поливка суспензией. Во
всех случаях необходимо тщательно следить за степенью проме-
шивания суспензии — порошок должен быть во взвешенном со-
стоянии.
Изделия с темной поверхностью контролируют магнито-люми-
несцентным методом с применением магнито-люминесцентных по-
рошков, суспензий и паст. После нанесения порошка (суспензии)
изделие освещают ультрафиолетовым излучением (длина волны
315—400 нм). Наличие дефектов определяют визуально по све-
чению люминесцентного порошка, осевшего на дефектах.
На результат магнитопорошкового контроля сварных швов
в значительной мере влияет состояние поверхности усиления шва:
чем грубее и неравномернее усиление, тем хуже чувствительность.
Практически метод применяют для контроля соединений толщи-
ной менее 10 мм.
При контроле используют универсальные и специализирован-
ные дефектоскопы стационарного передвижного и переносного
типов, а также дополнительную оснастку и материалы, приведен-
ные в табл. 22. Дефектоскопы, как правило, размещают в отдель-
ных помещениях, которые должны быть оснащены механизирован-
ными транспортными средствами (при контроле крупногабарит-
ных деталей и узлов).
В зависимости от типа поверхности контролируемой детали
применяют различные порошки: черный магнитный — для дета-
лей со светлой поверхностью; магнито-люминесцентный «Люмаг-
пор-1» (водную суспензию или магнито-люминесцентную пасту
МЛП-1) — для деталей с темной поверхностью. При отсутствии
участка магнито-люминесцентного контроля детали с темной
поверхностью предварительно покрывают белой нитроэмалью
«Экстра» слоем толщиной 10 мкм. Составы некоторых водных маг-
нитных суспензий (в г/л) приведены ниже:
1.	Черный магнитный порошок ....................... 25±	5
или магнито-люминесцентный ....................... 4±	1
Хромпик калиевый ................................. 5±	1
Сода кальцинированная ...	  10±	1
Эмульгатор ОП-7 (ОП-Ю) ........................... 5±	1
Вода ............................................ 1л
2.	Черный магнитный порошок................. ...	25±5
или магнито-люминесцентный........................ 4±	1
Нитрит натрия химически чистый . ................ 15±	1
Эмульгатор ОП-7 (ОП-10) .......................... 5±	1
Вода............................................. 1л
3.	Черный магнитный порошок ....	....	25±5
или магнито-люминесцентный........................ 5±	1
Мыло хозяйственное............................ 1±0,2
Сода кальцинированная............................ 12±2
Вода ........................................ 1л
184
Таблица 22
Характеристики серийных магнитных дефектоскопов
Дефектоскоп	Назначение	Технические характеристики	Г абарит- ные раз- меры, мм
Переносной магнит- ный ПМД-70	Контроль в цехо- вых и полевых ус- ловиях	Сила тока намагни- чивания 1000 А, мощ- ность 0,25 кВт, зазор между полюсами элек- тромагнита 75 мм, диаметр соленоида 88 мм. Комплект в двух чемоданах	660Х Х500Х Х260
Переносной магнит- ный 77ПМД-ЗМ	Детали диаметром до 90 мм, плоские, шириной до 200 мм	Питание: источник постоянного тока 24 В (мощность 200 ВА); ис- точник переменного тока 220 В (мощность 700 ВА)	636Х Х380Х Х210
Передвижной ма- гнитный МД-50П	Кр упногаба ритные сварные узлы и де- тали	Сила тока намагни- чивания 5000 А, мощ- ность 2,5 кВт, сечение намагничивающего ка- беля 4, 10 и 50 мм	1100Х Х780Х Х620
Передвижной ма- гнитный ДМП-2	То же	Сила тока намагни- чивания 1250 А, сила импульсирующего то- ка 350 А, потребляе- мая мощность 8 кВт	780Х Х910Х Х490
Универсальный ма- гнитный УМДЭ-10000	Детали длиной до 1600 мм (или до 4000 мм) с удлини- тельными пристав- ками	Сила тока намагни- чивания: переменного до 14 000 А; выпрям- ленного 2000 А, по- требляемая мощность 250 кВт	2500Х Х2000Х Х800
Универсальный ма- гнитный УМДЭ-2500	Детали длиной до 900 мм и диаметром до 370 мм	Сила тока намагни- чивания до 4000 А, потребляемая мощ- ность. 20 кВт	1800Х X 1500Х Х800
Феррозондовый по- люсоискатель ФП-1	Контроль степени размагниченности деталей	Рабочая частота 10 кГц, чувствитель- ность, регулируемая в 100 раз	290Х +225Х Х215
Анализатор кон- центрации магнитной суспензии АКС-1С	Контроль магнит- ной суспензии в струе поливного ус- тройства	Измеряемые кон- центрации 5—50 г/л, точность 8%	340Х Х190Х Х90
185
chipmaker.ru
Таблица 23
Способы размагничивания изделий
Вид размагничивания
Принципиальная
схема
Область применения
В соленоиде (—50 Гц)
В соленоиде с ем-
костью
Изделия с небольшим се-
чением. Длинные детали с не-
большим сечением (разма-
гничиваются по частям путем
снижения тока до нуля)
Изделия из магнитоже-
сткнх металлов, требующие
сильного начального поля
В затухающем поле
колебательного контура
частотой 150—200 Гц
Изделия, с малым сечением
Циркулярным полем
переменного тока, убы-
вающим до нуля
Детали, намагниченные
циркулярно, или продольно
намагниченные изделия с
предварительным перема-
гничиванием
Двумя параллельными
полями: слабым пере-
менным и сильным по-
стоянным, убывающим
до нуля
Коммутацией постоян-
ного тока с убыванием
его до нуля
Изделия большего сечения
(размагничивание перемеще-
нием небольшого цикла пе-
ремагничивания вниз по кри-
вой намагничивания)
Крупные изделия большо-
го сечения, намагниченные
по всей массе
186
Концентрацию магнитного порошка в суспензии контролируют
приборами АКС-1С, которые градуируют заранее по образцам
суспензий с известной концентрацией.
При магнито-люминесцентном контроле применяют также сле-
дующее оборудование и аппаратуру, освещенность поверхности
контролируемой детали измеряют люксметром Ю-16. В качестве
осветителя используют прибор КП-1Н с ртутно-кварцевыми
лампами ПРК-7М, ПРК-2М, ДРШ-500, ДРШ-1000 и светофиль-
трами УФС-4 и УФС-6.
Осматривают контролируемые узлы и детали обычно нево-
оруженным глазом. Исключение составляют труднодоступные
участки, где для осмотра применяют лупы четырехкратного уве-
личения. Особое внимание при осмотре уделяется зонам переход-
ных сечений, выемок и другим местам концентрации напряжений.
Внутренние полости деталей осматривают специализированными
оптическими приборами—эндоскопами. При нечетком осаждении
порошка и в других сомнительных случаях контроль повторяют.
После проведения контроля годные сварные узлы и детали
размагничивают в переменном магнитном поле, величину которого
плавно изменяют от заданного максимального значения до нуля.
При этом направление размагничивающего поля должно совпа-
дать с направлением поля при намагничивании детали. Сварные
узлы и детали, намагниченные в переменном магнитном поле, раз-
магничивают также в переменном магнитном поле промышлен-
ной частоты. В случае намагничивания в постоянном магнитном
поле предпочтительно вести размагничивание в переменном маг-
нитном поле более низкой частоты —5 Гц (табл. 23).
3.	МАГНИТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД
Сварные швы стальных трубопроводов, резервуаров успешно
контролируют магнитографическим методом контроля, при кото-
ром магнитные поля рассеяния фиксируются на магнитную ленту.
Для этого на поверхность контролируемого изделия (сварного шва)
накладывают и плотно прижимают магнитную ленту (рис. 108),
аналогичную лентам, применяемым для магнитной звуко- и видео-
записи. В настоящее время разработаны и выпускаются серийно
ленты, предназначенные специально для магнитографического
контроля МК-1, МК-2, ДФ-2. Сварной шов намагничивают одним
из способов, описанных в предыдущем разделе. Намагниченность
ферромагнитных частиц ленты определяется величиной основного
магнитного поля и полями рассеяния дефектов. Информация о де-
фекте считывается с помощью магнитографического дефектоскопа,
имеющего лентопротяжное устройство, индукционную головку
типа магнитофонной и осциллографический индикатор (рис. 109).
Для воспроизведения записи взаимно перемещают ленту или го-
ловку с постоянной скоростью. Возникающий в головке электри-
ческий сигнал пропорционален величине остаточного магнитного
187
chipmaker.ru
Рис. 108. Схема записи дефек-
тов на магнитную ленту при маг-
нитографическом контроле:
1 — обрезиненный ролик; 2 —
дисковые магниты; 3 —. маг-
нитная лента; 4 — сварной шов
Рис. 109. Блок-схема магнитографического дефекто-
скопа:
1 — электродвигатель; 2 — блок головок; 3 — маг-
нитная лента; 4 — усилитель; 5 —генератор гори-
зонтальной развертки; 6 — осциллографический
индикатор
потока отпечатков полей рассеяния дефектов, зафиксированных
на ленте.
Все известные способы магнитографического контроля сво-
дятся к двум основным: контролю способом магнитного отпечатка
и контролю с записью дефектов на скользящий носитель (динами-
ческий метод).
Метод магнитного отпечатка нашел первое промышленное при-
менение для контроля сварных соединений. Разработаны различ-
ные модификации метода, например в виде надувной камеры, вво-
димой внутрь полых изделий, что обеспечивает возможность кон-
троля труднодоступных участков изделий и соединений.
Однако для непрерывной дефектоскопии металлов и сварных
швов в последнее время получило развитие второе направление —
динамический метод. На рис. ПО показаны способы регистрации
магнитных полей от дефектов: а) использованием бесконечной
петли магнитной ленты, протягиваемой синхронно с движением
поверхности контролируемого изделия или сварного шва; б) при-
менением колеса из резины с ферромагнитным наполнителем;
в) применением ферромагнитного ролика. Считывание магнито-
грамм в этих случаях происходит одновременно с регистрацией.
Чувствительность магнитографического метода сравнительно
высока — на изделиях с ровной поверхностью выявляются де-
фекты глубиной 0,3 мм при шероховатости поверхности 0,15 мм.
Рис. ПО. Схема динамического
магнитографического контроля:
а — запись дефектов на беско-
нечную петлю магнитной ленты;
б — то же, на ферромагнитное
колесо; 1 — контролируемое
изделие; 2 — магнитная лента;
3 — прижимной ролик; 4 —
сварной шов; 5 — ферромагнит-
ное колесо
188
Преимущества метода по сравнению с магнитопорошковым —
документальность контроля, возможность количественной оценки
размеров дефектов. Метод применяется для контроля сварных
швов толщиной 1—16 мм. При наличии в сварном шве смещения
кромок, неровного грубого усиления шва, брызг металла, остат-
ков шлака применение данного метода не рекомендуется.
Первыми серийными магнитографическими дефектоскопами
являются МД-9, МД-11, МГК. В дефектоскопе имеется электродви-
гатель, приводящий во вращение барабан с несколькими магнит-
ными головками. Головки перемещаются поперек ленты. Электри-
ческий сигнал с головки усиливается в усилителе и подается на
электронно-лучевую трубку. Горизонтальная развертка трубки
синхронизирована с вращением магнитных головок. Наилучшие
результаты применения дефектоскопа обеспечиваются при кон-
троле сварных швов с гладким валиком усиления, выполненных
автоматической сваркой [281.
4.	ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МЕТОД — МЕТОД ВИХРЕВЫХ ТОКОВ
Физическая сущность электромагнитного метода заключается
в возбуждении вихревых токов в изделии из металла с помощью
переменного электромагнитного поля и измерении обратного
воздействия поля вихревых токов на возбуждающий преобразова-
тель. На величину вихревых токов влияют электропроводность
и магнитная проницаемость металла, расстояние (зазор) датчика
от металла, формы и размеры датчика и контролируемого изде-
лия.
Электромагнитный метод используют для определения свойств
металла, однозначно связанных с электропроводностью и маг-
нитной проницаемостью, выявления дефектов, измерения диа-
метра прутков, проволоки, толщинометрии труб, листов, изме-
рения толщины и определения качества гальванических покры-
тий и химико-термических слоев [21].
Вихревые токи в металле можно возбуждать синусоидальным
и несинусоидальным электромагнитным полем, импульсным по-
лем, а также полем переменной частоты. В этих случаях изме-
ряют частотный спектр, крутизну фронтов, длительность импуль-
сов и другие параметры электрических сигналов.
Теория метода базируется на расчете электрических пара-
метров индукционной катушки — ее активного и реактивного
сопротивления на переменном токе, частотой, близкой к испыта-
тельной. Обычно рассматривается закон, по которому изменяется
вносимое в индукционную катушку сопротивление при изменении
различных характеристик контролируемого изделия. На рис. 111
изображено семейство характеристик полного (комплексного)
сопротивления катушки на частоте 5 кГц для немагнитных метал-
лов при различных зазорах и электропроводностях. Значения
индуктивного и активного сопротивлений отнесены к холостому
189
Рис. 111. Семейство кривых пол-
ного сопротивления накладной ка-
тушки на частоте 5 кГц для не-
магнитных металлов с электропро-
водимостью 0,96—59,1 м/(Ом-мм2)
и зазором до 4,25 мм
Рис. 112. Семейство кривых
полного сопротивления катуш-
ки при испытании медных и
латунных прутков диаметром
до 30 мм на частоте 1 кГц
значению индуктивного сопротивления катушки <о£о. Трещины
влияют на полное сопротивление катушки так же, как уменьше-
ние электропроводности и изменение зазора одновременно.
На рис. 112 показано изменение вносимого сопротивления
проходной катушки для прутков различного диаметра. Изменение
диаметра характеризуется величиной
т] = а7Т>ср,
где а — диаметр прутка; Dep — средний диаметр катушки.
Изменение диаметра смещает сопротивление катушки в на-
правлении а, электропроводности — в направлении б, а тре-
щина — в направлении Тр, среднем между ними. Имеется воз-
можность полностью подавить влияние одного из параметров
(изменения электропроводности или зазора) на выявление тре-
щин.
Разработано несколько способов электромагнитного контроля:
фазовый, амплитудно-фазовый, амплитудно-частотный, много-
частотный и их комбинации. По типу датчиков электроиндуктив-
ные приборы делят на приборы с проходной катушкой, наклад-
ной катушкой и приборы экранного типа. Наибольшее примене-
ние нашли амплитудно-фазовый и амплитудно-частотный методы.
Амплитудно-фазовый метод используют • при наличии двух из-
меняющихся факторов, например одновременном изменении за-
зора и электропроводности, один из которых нужно исключить.
Такое исключение осуществляется фазовой отстройкой.
Амплитудно-частотный метод применяют, например, при из-
мерении толщины стенок труб, когда необходимо отстроиться
190
от изменений наружного диаметра или электропроводности. По
чувствительности к трещинам индукционный метод уступает
капиллярному и магнитному. При контроле сварных швов, когда
электропроводность значительно меняется от участка к участку
сварного шва, возможности индукционного метода существенно
ограничены.
Тем не менее метод нашел применение для контроля точечной
сварки алюминиевых сплавов. При исследовании физических
свойств металла в литом ядре и прилегающей зоне электропровод-
ность в зоне литого ядра для сплавов Д16 и АМг уменьшалась
на 10—15% по сравнению с электропроводностью основного ме-
талла. Для ряда других легких сплавов В95, АМгб и др. это из-
менение может достигать 15—34%. Наличие дефектов сварки
(непровар, слипание) приводило к увеличению электропровод-
ности литого ядра, приближая ее к электропроводности основ-
ного металла. Это позволило разработать электроиндуктивный
прибор для контроля ТЭС [741.
Таблица 24
Характеристики серийных электромагнитных дефектоскопов
Приборы	Выявляемые дефекты» мм	Электрон роводн ость металла, м/(Ом.мм2)	Рабочая частота, кГц	Масса, кг
Испытатели				
электропроводно- сти:				
ИЭ-1	—	60—15	40	7,0
ИЭ-1М	.—	15—5	82	—
ИЭ-11	—	5—0,5	500	—
ИЭ-20	—	0,5—0,02	6000	—
Электромагнит-				
ные дефектоскопы: ДНМ-15	Трещины про-	Алюминий, ма-	16	8,0
ДНМ-500	тяженностыо до 3, глубиной 0,15 Трещины про-	гний, медь Сплавы на осно-	500	7,0
ДНМ-2000	тяженностыо до 0,8 глубиной 0,1 То же	ве железа, титана, никеля То же	2000	6,0
ППД-1 (пор-	Трещины	»	—	0,2
тативный)				
ДВТ-1 (с вра-	Трещины про-	Цветные метал-	200	8,0
щающимся преобразо- вателем) ВД-20НСТ	тяженностыо до 0,4, глубиной 0,1 — 0,2 Трещины про-	лы Алюминий тол-		4,0
ВД-1ГА	тяженностыо 3, глубиной 0,3 Трещины про-	щиной не более 1 мм Цветные сплавы	4 000—	3,0
	тяженностыо 3— 4 мм			10 000	
191
chipmaker.ru
Испытаны два варианта контроля: экранный и с накладной
катушкой. Частота 10—15 кГц. При контроле экранным методом
на результат существенно влияют глубина вмятины, точность
установки датчика. Метод накладной катушки оказался более
эффективным. Показана возможность выявления этим методом
дефектов типа слипания, не выявляемых другими методами не-
разрушающего контроля. Аналогичный принцип может быть ис-
пользован и для контроля шовной сварки ввиду общности ее
технологии с технологией точечной сварки.
Приборы ИЭ-1, ИЭ- 1М, ИЭ-11, ИЭ-20 — типовые отечествен-
ные электроиндуктивного контроля испытатели электропровод-
ности (табл. 24).
Прибор ИЭ-1 можно использовать для контроля термообра-
ботки ряда алюминиевых сплавов (Д16, Д1, В95 и др.), выявле-
ния трещин, плен и других дефектов в магниевых сплавах МЛ5,
МЛ6.
Прибор ИЭ-11 пригоден для сортировки металлов по маркам
ЛК4, ЖС6-К, ВЛ7 и др., измерения толщины медных покрытий
на сталях 18ХНВА, 12ХНЗА, СтЗ и др.
Прибором ИЭ-20 контролируют изделия из металлов с элек-
тропроводностью ниже 0,5, а также детали из графита, металло-
графитных материалов, жаропрочных немагнитных сталей. Так,
например, с помощью этого прибора удается выявить прижоги
на кольцах подшипников из стали ШХ15.
В связи с сильной зависимостью показаний прибора от зазора
испытатели электропроводности малопригодны для выявления
трещин на деталях и изделиях больших размеров. В разработан-
ных приборах ДНМ-15 и ДНМ-500 чувствительность к зазору
полностью подавлена. Достигнуто это за счет использования схемы
дифференциального включения измерительной и компенсацион-
ной катушек, фазочувствительной схемы, не реагирующей на
изменение амплитуды сигнала. Для дифференциальных токовихре-
вых датчиков, балансируемых вдали от контролируемого объекта,
изменение зазора между датчиком и металлом вызывает лишь
изменение амплитуды сигнала разбаланса. Фаза сигнала остается
неизменной. Наличие дефекта (трещины), напротив, изменяет
фазу сигнала.
Приборы типа ДНМ применяют для выявления трещин в по-
верхностных слоях деталей под слоем краски, эмали толщиной
до 1 мм. Вблизи края детали, у галтелей, требуется переналадка
прибора. Для контроля алюминиевых, медных и магниевых спла-
вов с электропроводностью до 15 м/(Ом-мм2) применяется при-
бор ДНМ-15. Изделия из жаропрочных и коррозионно-стойких
сталей контролируют прибором ДНМ-2000.
192
ГЛАВА VII
КАПИЛЛЯРНЫЕ МЕТОДЫ
1.	ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КАПИЛЛЯРНЫХ МЕТОДОВ
КОНТРОЛЯ
Капиллярные методы контроля качества сварки и пайки при-
меняют для обнаружения трещин, пор, окисных пленок, узких
непроваров, непропаев и других дефектов, имеющих выход на
поверхность (А. В. Карякин, А. С. Боровиков).
При проведении контроля капиллярными методами на поверх-
ность контролируемого объекта наносят так называемые инди-
каторные пенетранты, способные проникать в капиллярные от-
верстия и имеющие характерный цветовой тон или (и) люминес-
цирующие под воздействием ультрафиолетового излучения
(табл. 25). После некоторой выдержки остатки жидкости смы-
вают с неповрежденной поверхности изделия, поверхностные же
дефекты при этом остаются заполненными ею (рис. ИЗ).
Для того чтобы обеспечить наиболее полное удаление пене-
трантов, применяют различные очистители. В зависимости от
типа индикаторного пенетранта очищать можно протиркой сал-
фетками с применением или без применения очищающего состава
или растворителя; промывкой водой, специальными очищающими
составами или их смесями, обдувкой струей песка, косточковой
крошки, опилками.
После этого различными способами, например нанесением
мелкодисперсного порошка, специальных красок, лаковых по-
крытий и т. д., вытягивают оставшийся в поверхностных дефек-
тах пенетрант и создают благоприятные условия для его визуаль-
ного выявления в местах расположения дефектов. При этом пене-
трант несколько расплывается над дефектным участком, образуя
так называемый след, который можно наблюдать невооруженным
глазом или с помощью луп небольшого увеличения. Вещества,
вытягивающие пенетранты из мелких дефектов, называют прояви-
телями пенетрантов (проявителями).
По характеру следов пенетранта и особенностям их обнаруже-
ния различают три основных метода капиллярной дефектоскопии:
люминесцентный, цветной и люминесцентно-цветной. Следы пене-
трантов проявляют в основном сухим сорбционным, мокрым
193
chipmaker.ru
Таблица 25
Некоторые дефектоскопические материалы, применяемые
в капиллярной дефектоскопии [24]
Наименование	Состав
I. Пенетранты для люминесцентного метода
Люм-1 (водосмываемая) Люм-3 (для последующей эмульси- фикации) Люм-6 или ЛЖ-6А (самоэмульги- рующая) Шубекол	Люминофор № 2 1 г; дитолилметан 50 мл; спирт гидролизный 40 мл; эмуль- гатор ОП-7 10 мл Нориол-Б 25%, керосин 65%, бен- зин Б-70 10%; эмульгатор ОП-7 3 г/л Люминофор №2 10—20 г; дитолилме- тан 500 мл; бутанол 400—375 мл; эмульгатор ОП-7 100—125 мл Раствор поликонденсированных аро- матических систем в керосино-газой- левых фракциях нефти
11. Пенетранты для цветного метода	
Красная индикаторная краска К (пониженной токсичности)	Бензол 95) мл, масло трансформа- торное или МК-8 50 мл, темно-красный анилиновый жирорастворимый краси- тель «Судан-IV» 10 г/л
III. Пенетрант для люмннесцентнр-цветного метода	
Аэро-12А (самоэмульгирующая)	Родамин-СЗО г/л; спирт этиловый (гидролизный) марки А 900 мл, эмуль- гатор ОП-7 100 мл
IV. Очистители объекта	контроля от пенетранта
Маслокеросиновая смесь Аэро-12А (ОЖ-1)	Масло трансформаторное либо МК-8 70%, керосин 30% Спирт этиловый (гидролизный) мар- ки А 800 мл; эмульгатор ОП-7 200 мл
V. Проявители пенетранта '	
Белая проявляющая краска М для цветной дефектоскопии (пониженной токсичности) Аэро-12А (ПР-1) ПР-2 Растворяющий	(диффузионный) проявитель	Нитроэмаль белая «Экстра» для ко- жи 300 мл, коллодий медицинский 300 мл, ацетон 400 мл Стеариновая кислота (техническая)— 40 г, петролейный эфир (температура перегонки 40°—70°—100° С) 1000 мл Этилцеллюлоза 5%; метиленхлорид 89,5%, двуокись титана пигментная рутильной формы 4%, циклогекса- нон — 1%, эмульгатор ОП-7 0,5%
194
Рис. 113. Схема выявления дефектов
в капиллярных методах контроля:
1—сечение контролируемого объекта,
проходящее через трещину; 2 — по-
верхность объекта; 3проявляющее
вещество; 4 — след пенетранта; 5 —
трещина.с остатками пенетранта (Z —
источник У ФО в люминесцентном кон-
троле; IJ — источник видимого света в
в цветном контроле; III—глаз на-
блюдателя; ---------- видимый свет;
------ультрафиолетовый свет)
сорбционным, растворяющим (диффузионным) методами и само-
проявлением.
Технология люминесцентного, цветного и люминесцентно-
цветного дефектоскопического контроля поверхностных дефектов
включает операции: подготовку дефектоскопических составов и
проверку их качеств; подготовку деталей к контролю, их очистку
и обезжиривание; сушку деталей и удаление растворов из поло-
стей дефектов; нанесение на контролируемую поверхность пене-
транта; удаление пенетранта с неповрежденной поверхности
изделия (погружение в растворы, смыв водой, протирка, сушка
опилками); нанесение проявителей пенетрантов и выдержка, необ-
ходимая для того, чтобы проявитель вытянул пенетрант на поверх-
ность из дефектов; обнаружение дефектов при наблюдении по-
верхности в темноте в ультрафиолетовом свете или в видимом свете;
разметку дефектов и разбраковку контролируемых объектов;
очистку деталей. Отдельные из перечисленных операций при кон-
троле по той или иной конкретной технологии могут быть ис-
ключены.
Таблица 26
Чувствительность капиллярных методов к дефектам типа трещин [19, 24]
Метод	Размеры трещин		
	Раскрытие, мкм	Глубина, мм	Длина, мм
Люминесцентный, сорбционное про- явление (проявитель—порошок) . .	10	0,03	0,5
Люминесцентный, диффузионное			
проявление (проявитель — белое ла- ковое покрытие)		1	—	—
Цветной (метод красок) 		1	0,01	0,3
Люминесцентно-цветной 		1	0,01	0,1
195
chipmaker.ru
Оценивая в целом возможности капиллярных методов дефекто-
скопии, можно сказать, что эти технологически простые методы
позволяют выявлять трещины с раскрытием до 1 мкм и протяжен-
ностью, сравниваемой с величиной зерен сплавов (табл. 26).
Технологическая последовательность применения капиллярных
методов неразрушающего контроля определяется ГОСТ 18442—73.
2.	ПРОПИТКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ
ИНДИКАТОРНЫМ ПЕНЕТРАНТОМ
В основе проникновения индикаторных пенетрантов во вну-
тренние полости дефектов, имеющих выход на поверхность, ле-
жат капиллярные явления. При движении слоев жидкости относи-
тельно друг друга возникают силы внутреннего трения, приводя-
щие к вязкости жидкостей. Пусть два слоя жидкости, движу-
щиеся со скоростью v и v А& соответственно и расположенные
на расстоянии Ах, контактируют на площадке AS. Сила внутрен-
него трения одного слоя о другой в этом случае равна:
AF = T] (Ап/Ах) AS,
где А и/Ах — градиент скорости.
Величина i] называется коэффициентом вязкости. При Ап/Ах
и AS, равным единице, коэффициент вязкости численно равен
силе внутреннего трения.
Объем жидкости, вытекшей из цилиндрического отверстия
радиусом R под действием разности давлений Ар при установив-
шемся процессе без завихрений,
l/ = V'8TA^’
где I — протяженность цилиндрического отверстия; V — объем
вытекшей жидкости; t — время вытекания.
Последняя формула называется формулой Паузейля. Размер-
ность коэффициента вязкости в системе СИ — Н-с/м2 (паскаль-
секунда — Па-с), в системе СГС — г - см-1 -с'1. Вязкость 1 г - см-1 х
Хс-1 называется пуазом (1 Па-с = 10 пуаз).
В случае плоской щели протяженностью /, раскрытием а
и шириной b
,, а3ь . ,
Скорость истечения жидкости через сквозные отверстия об-
ратно пропорциональна ее вязкости и протяженности отверстия,
прямо пропорциональна перепаду давлений и сильно зависит от
размеров и формы поперечного сечения отверстия.
Вязкость жидкостей уменьшается при увеличении темпера-
туры. Так, например, вязкость воды при 0° С составляет 1,8 санти-
пуаза, в нормальных условиях — 1 сантипуаз, а при 90° С —
0,32 сантипуаза. Примерно так же ведут себя и другие жидкости.
196
Если жидкость касается твердого тела, то силы взаимодей-
ствия между молекулами жидкости могут быть меньше, чем силы
взаимодействия между молекулами жидкости и молекулами твер-
дого тела, либо больше их. В первом случае наблюдается смачи-
вание твердого тела, во втором — несмачизание. Будучи поме-
щенной в капилляр, смачивающая жидкость растекается по его
внутренним стенкам, образуя на поверхности вогнутый мениск,
несмачивающая жидкость образует выпуклый мениск. Угол
между поверхностью жидкости и стенкой называется углом смачи-
вания 6. При изгибе поверхности жидкости в капилляре поверх-
ностные силы натяжения создают дополнительное давление рк:
для щели
для цилиндрического отверстия
____________________________2а cos 6
Рк— £	>
где а—коэффициент поверхностного натяжения, Н/м.
При погружении капиллярной трубочки одним концом в сма-
чивающую жидкость это дополнительное давление заставляет
жидкость подниматься по • капилляру на высоту
,__ 4а cos 6
Rpg ’
В случае плоской щели раскрытия а
_____________________________2а cos 0
~ aPg ’
где р — плотность жидкости; g — ускорение свободного падения.
Таким образом, чем уже капиллярное отверстие, тем дальше
смачивающая жидкость проникает по капилляру. Можно пока-
зать, что время проникновения жидкости в капиллярных сквоз-
ных отверстиях на расстояние I равно:
для цилиндрических отверстий радиусом R
t= /2-2п .
7?acos0 ’
для щелей раскрытием а
/2-Зг]
аа cos 0 '
Явление капиллярности используют для того, чтобы внедрить
в мелкие поверхностные дефекты различные индикаторные пене-
транты, которые затем облегчили бы выявление самих дефектов.
Проникновение индикаторных пенетрантов в мелкие дефекты
197
chipmaker.ru
в обычных условиях затруднено тем, что в тупиковых (несквоз-
ных) дефектах образуются воздушные пробки, создающие противо-
давление капиллярным силам. В связи с этим время проникнове-
ния индикаторных жидкостей в дефекты достигает десятков ми-
нут. Это необходимо учитывать при определении момента, когда
можно очищать неповрежденные поверхности от пенетрантов.
Кроме того, на проникновение жидкостей в мелкие отверстия
влияет загрязнение их маслами, адсорбция на внутренней по-
верхности дефектов воды и т. п.
Существует несколько способов интенсификации процесса про-
никновения пенетрантов: тщательная очистка деталей; предвари-
тельный прогрев объектов контроля; нанесение пенетрантов в ва-
кууме или под давлением; создание вакуума над исследуемой по-
верхностью после того, как пенетрант заполнил дефекты, а его
остатки удалены; воздействие ультразвуковыми колебаниями.
Ультразвуковой капиллярный эффект состоит в том, что под
действием ультразвуковых колебаний увеличивается высота подъ-
ема жидкостей в капиллярах и ускоряется сам процесс проникно-
вения жидкостей в капилляры. Время пропитки сокращается
в 3—4 раза и более. Ультразвуковые колебания можно вводить
в пенетрант и контролируемый объект (А. В. Карякин, А. С. Боро-
киков, Е. R Коновалов, П. П. Прохоренко). Различные авторы
обращают внимание на роль волн, распространяющихся в теле
капилляра, изменение вязкости и смачиваемости под действием
ультразвуковых колебаний, а также на кавитационные явления
на границе жидкости с твердым телом. Интенсификация процесса
пропитки с помощью ультразвуковых колебаний повышает чув-
ствительность и надежность капиллярных методов контроля.
Применение ультразвуковой интенсификации полезно также
на стадии очистки поверхностей перед нанесением пенетрантов.
Эти меры направлены на то, чтобы улучшить смачивание пенетран-
том внутренней поверхности дефектов, исключить воздушные
пробки в тупиковых поверхностных дефектах или уменьшить
их отрицательное влияние.
Детали должны поступать на контроль очищенными от грязи
и жировых загрязнений. Жиры, обладающие низким поверхност-
ным натяжением, хорошо проникают в капилляры и препятствуют
проникновению индикаторных пенетрантов. Поэтому их удаляют
заранее промывкой, протиркой, летучими растворителями, тра-
вильными составами, механической обработкой (шлифованием,
полированием, шабрением, зачисткой металлическими щетками
и т. п.), воздействием теплоты.
z Если на детали наносят какое-либо покрытие, то контролиро-
вать капиллярными методами необходимо’ как до нанесения, так
и после нанесения покрытий.
На мелкие детали индикаторную жидкость наносят при по-
гружении их в ванну. Таким образом индикаторную жидкость
наносят, например, на сварной и паяный инструмент. При кон-
198
троле сварных соединений крупногабар итных изделий индикатор-
ную жидкость можно наносить кисточкой, либо распылителем,
либо с помощью аэрозольных баллончиков.
3.	ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ МЕТОД [24]
Для того чтобы улучшить выявление следов пенетранта,
в него вводят люминесцирующие в ультрафиолетовом свете ве-
щества.
По определению С. И. Вавилова, люминесценцией называется
избыток свечения тела над тепловым излучением того же тела
в данной спектральной области и при данной температуре, если
притом этот избыток имеет конечную длительность свечения, т. е.
не прекращается сразу после устранения
вызвавшей его причины.
В зонной теории механизм люминес-
ценции связывается с энергетическими
уровнями электронов вещества.
В люминесцирующих веществах раз-
решенные энергетические зоны, в нор-
мальных условиях либо заполненные, либо
свободные, разделены запрещенными
зонами. В запрещенных зонах возможно
появление донорных и акцепторных уров-
ней. Донорными называют такие уровни,
которые в нормальном состоянии запол-
нены и служат поставщиками электро-
нов проводимости. Акцепторный уровень
Рис. 114. Уровни энергии
электронов по зонной тео-
рии:
а — свободная зона; б —
дефекты кристаллической
решетки; в — запрещенная
зона; г — уровни актива-
тора; д — заполненная зона
в нормальном состоянии пуст и является
ловушкой для электронов проводимости. Зонная теория связывает
акцепторные уровни с энергетическими уровнями активатора, вво-
димого в кристалл в процессе приготовления люминофора, а донор-
ные уровни—с дефектами структуры кристалла. Под действием из-
лучения, поглощаемого люминофором, происходит (рис. 114) пере-
ход электронов в свободную зону из заполненной зоны (пере-
ход 2). Энергетически также выгоден переход электронов с уров-
ней активатора в заполненную зону (переход 3). В результате на
уровнях активатора образуются вакансии для электронов, назы-
ваемые ионизованными центрами свечения. Электроны из сво-
бодной зоны частично переходят в центры свечения (переход 4)
и рекомбинируют с ними.
Поскольку потенциальная энергия этих электронов выше
потенциальной энергии электронов на уровне активатора, избы-
ток энергии высвобождается в виде свечения кристалла. Высвечи-
вание люминофора происходит мгновенно. Такая люминесценция
называется флюоресценцией.
Часть электронов, попавших в свободную зону в результате
переходов 1 и 2, локализуется на дефектах кристаллической
199
chipmaker.ru
решетки (переход 5). Под действием тепловых колебаний решетки
эти электроны переходят в свободную зону (переход 6) и затем
рекомбинируют с ионизованными центрами свечения (переход 7,
аналогичный переходу 4). Свечение кристалла, возникающее
в результате таких переходов, называется фосфоресценцией.
Интервал длин волн света люминесценции зависит от рода
люминесцирующего вещества: водный раствор органического
кристалла красителя флуоресцина излучает желто-зеленый свет,
а раствор родамина — оранжево-красный. Глаз человека видит
свет в диапазоне длин волн 400—800 нм, эти длины волн соответ-
ствуют переходу по цвету излучения от фиолетового до красного.
Ультрафиолетовое излучение располагается по шкале длин волн
в интервале 400—200 нм. Это излучение глазом невидимо, но
способно вызвать люминесценцию в видимой части спектра элек-
тромагнитных колебаний.
Хорошо смачивает все металлы и может быть основой индика-
торных пенетрантов при люминесцентном контроле керосин.
Довольно низкая смачивающая способность у масел (трансформа-
торное и др.), однако, будучи добавленными в керосин, они усили-
вают люминесценцию. В качестве флуоресцирующего компонента
в индикаторных пенетрантах на основе керосина применяют
нориол, дающий яркое желто-зеленое свечение. Свойствами, ана-
логичными керосину, обладает индикаторный пенетрант шубе-
кол-—раствор поликонденсированных ароматических систем в керо-
сино-газойлевых фракциях нефти.
В качестве индикаторных пенетрантов можно использовать
люминесцентные жидкости типа ЛЖ (ЛЖ-1, ЛЖ-2, ЛЖ-4, ЛЖ-5,
ЛЖ-6А и др.), в состав которых входит люминофор № 2, светя-
щийся в очень тонких слоях. Эти люминесцентные жидкости можно
удалять водой при необходимости с добавкой эмульгаторов ОП-7
или ОП-Ю, а изделие сушить затем с помощью опилок.
В люминесцентной дефектоскопии применяют очищающую
жидкость ОЖ-1, приготовленную на основе эмульгаторов ОП-4,
ОП-7 и ОП-Ю. При сорбционном проявлении на деталь наносят
проявляющий порошок, например, погружением, обдувкой или
припудриванием. Проявляющие порошки адсорбируют поверх-
ностью своих частиц. Чем мельче частицы порошка, тем больше
поверхность, которая способна принять участие в адсорбции,
и тем меньшие дефекты могут быть выявлены. Размеры частиц
окиси магния составляют 0,2—0,5 мкм, окиси цинка и титановых
белил 0,2—0,8 мкм. После некоторой выдержки частички порошка
(окись магния, тальк, маршалит) вытягивают пенетрант из поло-
стей дефектов, и следы его хорошо обнаруживаются в темноте
при облучении ультрафиолетовым светом.
При мокром сорбционном методе на поверхность наносят вод-
ную суспензию порошка-проявителя. Предварительно очищенную,
обезжиренную в бензине или ацетоне деталь погружают в инди-
каторный пенетрант на 5—10 мин или наносят кистью на кон-
200
тролируемые участки поверхности. Пенетрант смывают струей
воды в течение 2—3 мин, деталь сушат в потоке воздуха, а также
с помощью опилок. Затем на деталь наносят порошок окиси маг-
ния, талька или м'аршалита. Через несколько минут постуки-
ванием или в потоке воздуха порошок стряхивают с детали.
Наблюдение люминесцирующих следов индикаторного пене-
транта проводят в темноте при облучении ультрафиолетовым
светом.
При диффузионном (растворяющем) способе проявления все
процедуры до проявления остаются в принципе те же, но в ка-
честве проявителей используют составы, растворяющие флюорес-
цирующее вещество и затвердевающие в виде белого лакового
покрытия. Хорошие результаты дает применение следующих де-
фектоскопических материалов: индикаторный пенетрант — жид-
кость ЛЖ-6 — 55%, бутиловый спирт — 35%, эмульгатор ОП-7 —
10%; проявитель — нитроэмаль «Экстра» для кожи — 300 мл,,
медицинский коллодий — 500 мл и ацетон — 400 мл.
4.	ЦВЕТНОЙ МЕТОД [24]
В цветном методе контроля следы индикаторного пенетранта
обнаруживают благодаря различному отражению дневного света
от проявителя и пенетранта. Свет, спектральное распределение
которого близко к спектральному распределению солнечного
света, вызывает в глазу ощущение белого света, отличие же спек-
трального распределения от солнечного субьективно восприни-
мается как цвет, т. е. как свет с определенной длиной волны.
Наименьшее значение освещенности зрачка, еще воспринимае-
мое как свет, называют световым порогом, а наименьшее значе-
ние освещенности зрачка, при котором различается не только
свет, но и цвет источника света, называют цветовым порогом.
Величина его зависит от длины волны излучения. Чувствитель-
ность глаза к излучению одинаковой мощности неодинакова для
различных длин волн света и, кроме того, зависит от освещенности
объекта.
В составе индикаторных пенетрантов в цветном методе кон-
троля применяют жирорастворимый темно-красный анилиновый
краситель «Судан-IV». Рекомендуются следующие режимы про-
ведения цветного контроля с использованием керосино-скипи-
дарного раствора этого красителя: время пропитки 18—15 мин;
время проявления 3—30 мин, очистка — протирка содовым рас-
твором.
Большое распространение в цветной дефектоскопии получил
диффузионный метод проявления — метод красок, при котором
сразу после очистки от пенетранта на деталь_наносят_белую про-
являющую краску. Краску можно наносить^пульверизатором или
кисточкой. Для контроля качества сварных^соединений нашли
применение жидкости на основе керосина ^скипидара/например
201
chipmaker.ru
жидкость следующего состава: 80% керосина, 20% скипидара
с добавлением краски «Судан-IV» из расчета 15 г на 1 л жидкости
(красное покрытие) и 0,6 л воды; 0,4 л спирта и 300 г мела на
1 л жидкости (белое покрытие). Для цветного метода красок
можно рекомендовать также дефектоскопические материалы по-
ниженной токсичности — индикаторную краску К и белую про-
являющую краску М.
5.	ЛЮМИНЕСЦЕНТНО-ЦВЕТНОЙ МЕТОД [24]
В люминесцентно-цветном методе используют люминофоры-
красители, которые светятся в оранжево-красной области спектра
при облучении ультрафиолетовым светом и избирательно отра-
жают дневной свет в красной области спектра. Таким образом,
в люминесцентно-цветном методе удается сочетать свойства обоих
методов — люминесцентного и метода красок.
Люминесцентно-цветной контроль сварных и паяных соедине-
ний осуществляют с помощью комплекта Аэро-12А. Индикатор-
ная жидкость этого комплекта состоит из флуоресцирующего
красителя родамина-С, растворителя — гидролизного или тех-
нического этилового спирта и эмульгатора ОП-7. Очистку ведут
окунанием или дождеванием последовательно водой, очистителем
на основе эмульгатора ОП-7 и этилового спирта; окончательная
очистка — водой. Проявителем служит лак на основе белой
нитроэмали «Экстра» (для кожи), коллодия и ацетона.
Флуоресцирующий краситель образует’твердый раствор в про-
являющей пленке, сохраняя способность к люминесценции. Рода-
мин-С растворим в воде, спирте, ацетоне. Раствор имеет ярко-
красный цвет при освещении дневным светом и слабо флуорес-
цирует в оранжево-красной области при освещении ультрафиоле-
товым светом. Поверхностное натяжение пенетранта 26 -10~3 Н/м,
вязкость 1,7• 10-3 Па-с. Очиститель может быть приготовлен
при разном содержании эмульгатора ОП-7; при контроле сварки
оно может доходить до 50%. Водосмываемость индикаторного
пенетранта и малая токсичность составляют преимущества этого
метода.
Кроме того, время, прошедшее после нанесения покрытия и
очистки жидкости до момента нанесения проявляющего состава,
слабо влияет на чувствительность метода, так как в проявляющем
веществе содержатся вещества, растворяющие флуорокраситель.
Сварные детали следует поставлять на контроль очищенными,
до нанесения на них каких-либо покрытий и до упрочняющей
обработки. Индикаторный пенетрант наносят окунанием, дожде-
ванием или кистью при контроле небольших участков. Время
пропитки около 2 мин.
При очистке от пенетранта шероховатых поверхностей необ-
ходимо сначала очистить поверхность водой, затем очищающим
составом комплекта Аэро-12А, и окончательно снова — водой.
202
После этого деталь необходимо либо просушить в потоке воздуха,
либо протереть салфеткой.
Проявляющий лак наносят на деталь распылением. Условия
для сушки следует подбирать так, чтобы она заканчивалась не
ранее чем через 10 мин. Это необходимо для того, чтобы пенетрант
успел выйти из дефектов на поверхность. По окончании контроля
проявляющую пленку удаляют протиранием или промывкой в аце-
тоне.
С помощью люминесцентно-цветного метода можно выявить
начальные усталостные трещины как в ферромагнитных, так и
в неферромагнитных металлах.
Помимо люминесцентно-цветного метода, можно предложить
комбинированные методы капиллярной дефектоскопии: капил-
лярно-магнитнопорошковый, капиллярно-ультразвуковой, ка-
пиллярно-электромагнитный (А. А. Трущенко и др.). К группе
капиллярно-вакуумных можно отнести метод, по которому де-
фекты проявляются созданием разрежения < 380 мм рт. ст.
в течение 5—10 с над исследуемой поверхностью после очистки
от пенетранта. Проявляющее вещество в этом случае можно на-
носить на поверхность, а можно обойтись и без него, так как под
действием разрежения пенетрант выступает на поверхности, осо-
бенно над сквозными дефектами.
Иногда для лучшего проникновения пенетранта в мелкие де-
фекты в контролируемой детали возбуждают ультразвуковые
колебания; если же пропитку проводят в ванне, то эти колебания
можно возбуждать в индикаторной жидкости. При контроле тем-
ных поверхностей магнитным методом люминесцентные индикатор-
ные жидкости улучшают контрастность изображений.
6.	УСТАНОВКИ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ
В люминесцентной дефектоскопии для освещения деталей
применяют специальные источники — ртутно-кварцевые лампы
высокого давления ПРК-2, ПРК-4, ПРК-7 и сверхвысокого дав-
ления ДРШ-1000-3, ДРШ-500-3, ДРШ-250-3 и др. Колбы ламп
сверхвысокого давления шаровые по форме, их можно использо-
вать с арматурой прожекторов ПЗМ-45 (для ДРШ-1000-3), ПЗМ-35
(для ДРШ-500-3 и ДРШ-250-3).
Для фильтрации (отсечки) неиспользуемой видимой части излу-
чения этих источников применяют светофильтры УФС-3, УФС-4,
УФС-6. При облучении в темноте объекта контроля ультрафиоле-
товым излучением часть его отражается от поверхности и может
попасть в глаза оператору, вызывая неприятную флуоресценцию
глазных сред. Для защиты от ультрафиолетового излучения при-
меняют фильтры ЖС-3 или ЖС-18. При рассматривании деталей
через эти фильтры люминесцентное излучение следов индикатор-
ной жидкости не поглощается.
В настоящее время создан комплекс установок для люминес-
центной и цветной дефектоскопии, удовлетворяющей потребности
203
chipmaker, ru
различных отраслей промышленности в средствах капиллярной
дефектоскопии [82].
Стационарная ультрафиолетовая установка КД-20Л предназна-
чена для люминесцентного контроля изделий, размеры которых
не превышают 400x300x200 мм. В качестве источников ультра-
фиолетового излучения используют две лампы ДРШ-1000. Габа-
ритные размеры установок 2800x2900x1400 мм, масса 850 кг.
Передвижная ультрафиолетовая установка КД-21Л предназна-
чена для люминесцентного контроля крупных неразборных не-
транспортабельных изделий.
Ультрафиолетовый переносной облучатель КД-31 Л обеспе-
чивает проведение люминесцентного контроля в цеховых и поле-
вых условиях при отсутствии непосредственного воздействия
атмосферных осадков. Позволяет контролировать труднодоступ-
ные участки изделий. Габаритные размеры облучателя с ртутным
источником ультрафиолетового излучения 260X114X100 мм,
масса 2 кг (общая масса 10 кг).
Переносной люминесцентный дефектоскоп КД-32Л, так же
как КД-31Л, предназначен для контроля труднодоступных уча-
стков изделий (питание от сети 36 В, 50 Гц). Габаритные размеры
облучателя 270x150x110 мм, масса 0,85 кг, общая масса около
5 кг.
Аэрозольный комплект КД-40ЛЦ с зарядным устройством для
цветной и люминесцентной дефектоскопии обеспечивает нанесе-
ние дефектоскопических материалов из аэрозольных баллонов
многократного пользования.
В качестве стационарных дефектоскопов рекомендуется ис-
пользовать дефектоскопы ЛД-4 и ЛДА-3. Большой дефектоскоп
ЛДА-3 состоит из отдельных блоков для пропитки, промывки,
сушки, нанесения сорбента и осмотра в ультрафиолетовом свете.
При контроле цветным методом можно использовать переносной
комплект ДМК-4 (ДМК-3). Все описанные в предыдущих парагра-
фах методы применяют при контроле качества сварных, паяных
и других неразъемных соединений.
Методы подготовки контролируемых поверхностей, нанесения
индикаторных пенетрантов и т. д. при контроле сварных соедине-
ний остаются теми же, что и при контроле качества других тех-
нологических процессов. В то же время необходимо учитывать
следующее: контролю следует подвергать поверхность всего
сварного соединения, т. е. сварной шов и околошовную зону.
При наличии доступа к сварному соединению его необходимо
контролировать по всей свободной поверхности (т. е. как со сто-
роны корня шва, так и со стороны вершины при двустороннем
доступе к протяженному шву).
Метод контроля выбирают исходя из уровня требуемой чув-
ствительности, коррозионной стойкости контролируемых ме-
таллов, качества обработки поверхности сварного соединения,
условий доступа и освещения контролируемых участков.
204
Сложный вопрос в капиллярной дефектоскопии — контроль
качества необработанных сварных швов с шероховатой поверх-
ностью, которая создает так называемые ложные дефекты и за-
трудняет расшифровку картины следов пенетранта. Выбор под-
ходящих дефектоскопических материалов в этом случае весьма
труден. Наиболее высокая чувствительность капиллярных мето-
дов дефектоскопии достигается при контроле гладких металли-
ческих поверхностей, например класса шероховатости 5. Поэтому
хорошие результаты дает контроль сварных швов со снятым уси-
лением, усиление с грубой шероховатой поверхностью снижает
чувствительность контроля.
При контроле качества сварных соединений с шероховатостью
поверхности несколько хуже 5-го класса можно рекомендовать
люминесцентный метод контроля ЛЮМ-А (пенетрант ЛЖ-6А,
очиститель ОЖ-1, проявитель ПР-1). Преимущество пенетранта
ЛЖ-6А состоит в том, что он сравнительно полно удаляется с гру-
бых поверхностей.
При выявлении поверхностных пор и трещин в сварных швах
достаточно высокой чувствительностью обладает метод цветной
дефектоскопии. Им можно выявить трещины с шириной раскрытия
1—2 мкм и глубиной в отдельных случаях 10—15 мкм. При кон-
троле сварных соединений, выполненных ручной сваркой без
специальной подготовки поверхностей, положительные результаты
дает применение пенетрантов для цветного метода на керосино-
скипидарной основе благодаря их хорошей смываемости с шеро-
ховатых поверхностей.
При контроле качества неразъемных соединений крупногаба-
ритных и неповоротных изделий рекомендуется применять аэро-
зольные комплекты. Дефектоскопические жидкости аэрозольных
комплектов распыляются под действием внутреннего давления
в аэрозольном баллоне, наполненном фреоном. Известны следую-
щие аэрозольные комплекты: Аэро-12А (а) для деталей из жаро-
прочных и жаростойких сплавов; Аэро-12А (к) для деталей из
легких сплавов, комплект К-М для цветной дефектоскопии
И др.
Большую сложность для неразрушающего контроля представ-
ляет контроль сварных соединений, выполненных контактной
диффузионной и другими видами сварки, при которых образуются
плоскостные дефекты. Методы радиационной дефектоскопии не
позволяют выявить дефекты с малым раскрытием, свойственные
такой сварке. Ультразвуковые методы часто не подходят из-за
сложности конфигурации соединяемых элементов. При выявле-
нии непроваров, имеющих выход на поверхность, капиллярные
методы обеспечивают наивысшую чувствительность при контроле
этих сварных соединений.
Реальная чувствительность к поверхностным дефектам, до-
стигаемая в капиллярных методах неразрушающего контроля,
характеризуется четырьмя условными уровнями (табл. 27).
205
chipmaker.ru
Таблица 27
Условные уровни чувствительности
Условный уровень чувствительности	Размеры дефекта		
	Ширина, мкм	Глубина, мкм	Длина, мм
I		До 10	До 0,1
II	До 10	» 100	» 1
III	» 100	» 1000	» 10
IV	5; 100	is 1000	:й;10
Достигаемую на практике чувствительность определяют, когда
это необходимо, путем сравнения результатов контроля образцов
с естественными и искусственными дефектами с данными микро-
скопических методов анализа с разрезкой образцов.
Практически эффективность контроля (качество дефектоскопи-
ческих материалов, оптимальность технологических приемов кон-
троля и в конечном итоге чувствительность к дефектам) проверяют
на искусственных образцах (эталонах) с дефектами, имитирую-
щими те, которые подлежат выявлению на изделии. Методы из-
готовления таких образцов весьма разнообразны. Это разборные
плоскокольцевые, цилиндрические и плоские эталоны, составные
части которых стягивают до получения гарантированного зазора,
эталоны с хрупким покрытием, с искусственными закалочными
и шлифовочными трещинами.
Количественную характеристику дефектов капиллярными ме-
тодами производят приближенно по ширине следов пенетранта
или по скорости его распространения из капиллярных дефектов
с учетом данных, полученных в тех же условиях на эталонных
образцах.
Примерами эффективного применения капиллярных методов
контроля неразъемных соединений могут служить обнаружение
поверхностных дефектов сварных соединений в химическом ма-
шиностроении, контроль паяного режущего инструмента и неко-
торые другие.
Задача создания специальных дефектоскопических материалов
для контроля качества сварных соединений до настоящего времени
весьма актуальна. Дальнейшее повышение эффективности капил-
лярных методов контроля сварных и других неразъемных соеди-
нений связано также с разработкой единых эталонов поверхност-
ных дефектов, метода и средств экспресс-анализа годности де-
фектоскопических материалов.
Большое значение для повышения эффективности капилляр-
ных методов неразрушающего контроля, улучшения условий
труда и повышения его производительности имеют механизация
и автоматизация контроля, в том числе с применением телеви-
зионной техники и электронно-вычислительных машин для обра-
206
ботки результатов контроля и разбраковки деталей. Производи-
тельность таких установок может доходить до 500 и более мало-
габаритных деталей в час.
7.	ГАЗОСОРБЦИОННЫЙ РАДИОИЗОТОПНЫЙ МЕТОД [64]
С помощью капиллярных методов дефектоскопии можно выя-
вить поверхностные дефекты с характерными размерами 1х10х
X 100 мкм. В то же время большое значение для повышения ре-
сурса изделий имеет выявление еще более мелких, но существу
зарождающихся дефектов, в том числе трещин с исчезающе ма-
лым раскрытием. Для решения таких задач представляется пер-
спективным применение газосорбционного радиоизотопного ме-
тода неразрушающего контроля. Физическая сущность этого
метода состоит в том, что в качестве вещества, заполняющего
поверхностные дефекты, используют не жидкие пенетранты,
а газообразный ^-радиоактивный газ. p-излучение газа, сорбиро-
ванного поверхностными дефектами, затем можно зарегистриро-
вать, прикладывая к поверхности контролируемого изделия
рентгеновскую пленку или люминесцирующие преобразователи
излучения.
Процесс такого контроля может быть следующим. Сначала
контролируемые объекты помещают в вакуумную камеру для
того, чтобы освободить поверхностные дефекты от молекул воз-
духа. Затем в этой камере создается атмосфера ^-излучающего
радиоактивного газа, например инертного криптона-85. При
этом молекулы радиоактивного газа адсорбируются поверхност-
ными дефектами. Сразу же после удаления контролируемого
объекта из камеры к его поверхности можно прикладывать де-
тектор излучения (например, высокочувствительную рентгенов-
скую пленку) и получать визуальные изображения поверхност-
ных дефектов. Есть основания предполагать, что таким образом
можно будет выявить трещины длиной 5-10“в мм и глубиной
0,02 мм.
Высокая чувствительность этого метода к поверхностным де-
фектам проявляется и на грубых поверхностях. Кроме того,
удается выявить дефекты, заполненные маслами, окислами и т. п.
В перспективе этим методом можно будет контролировать и
протяженные сварные соединения крупногабаритных изделий,
применяя локальные вакуумируемые камеры, а также изделия
сложной формы, покрывая их после выдержки в среде радио-
активного газа фоточувствительной эмульсией.
chipmaker.ru
ГЛАВА VIII
ТЕПЛОВЫЕ МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ,
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ГОЛОГРАФИЯ
И ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ
1.	ТЕПЛОВОЙ МЕТОД
Тепловой метод, использующий тепловые свойства контроли-
руемого изделия, основан на регистрации инфракрасного излуче-
ния, исходящего с поверхности нагретого тела, или его теплового
поля приемниками различного типа.' Основная область приме-
нения метода — контроль паяных и клееных соединений, де-
фектоскопия изделий из стеклопластиков.
Сущность метода можно пояснить на примере контроля паяной
сотовой панели (рис. 115). Контролируемая панель перемещается
построчно в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Два (или один) источника нагревают контролируемый участок
до температуры —400° С. В случае качественного паяного соеди-
нения идет интенсивный отвод теплоты, и в связи с этим темпера-
тура этого участка окажется ниже, чем на участке непропая.
Чувствительность теплового приемника такова, что удается за-
регистрировать разницу в температуре поверхности, составляю-
щую всего —0,1е С. Сигнал с приемника усиливается и подается
на самописец, регистрирующий распределение температуры по
поверхности тела. Непропай выявляется как участок с повышен-
ной температурой поверхности. Методы искусственного нагрева
относятся к активным методам контроля. Напротив, пассивными
методами называют методы, использующие собственное тепловое
излучение нагретого тела. Следует отметить худшую чувстви-
тельность пассивных методов, поскольку температурный градиент
в этом случае меньше, чем при искусственном нагреве, так как
сказывается эффект неизбежного выравнивания температуры тела
вследствие теплопроводности.
Современной разновидностью активного метода инфракрас-
ной дефектоскопии является нагрев изделия с помощью инфра-
красного лазера на СО2 мощностью —30 Вт (рис. 116). Инфра-
красный луч лазера диаметром 6 мм сканирует всю поверхность
изделия. Тепловое поле регистрируется с помощью инфракрасной
телевизионной системы фирмы AGA (Швеция). Оператор наблю-
208
Рис. 115. Схема контроля паяной сотовой панели инфракрасным
методом:
1 — сотовая панель; 2 — кварцевые лампы; 3 — приемник ин-
фракрасного излучения; 4 — усилитель; 5 — самописец
дает картину теплового поля на экране телевизора. Чувствитель-
ность системы теплового контроля применительно к паяным со-
единениям толщиной 2—3 мм составляет —3—5 мм2, т. е. срав-
нима с чувствительностью других методов — ультразвукового,
импедансного и др. [105J.
Известны и другие при-
менения тепловых мето-
дов: в электронной про-
мышленности — для выяв-
ления дефектов в рабо-
тающих электронных бло-
ках (по перегреву дефект-
ных деталей), качества
проводов действующих вы-
соковольтных линий элек-
Рис. 116. Схема контроля изделия инфракрасным
методом с примеиеиием газового лазера на СО2
для иагрева поверхности:
1 — лазер; 2, 3 — зеркала; 4 — контролируемое
изделие
тропередач.
2.	УЛЬТРАЗВУКОВАЯ
ГОЛОГРАФИЯ
Голография — это про-
цесс регистрации и вос-
произведения объемных изображений объектов, основанный на
интерференции и дифракции волн. Оказалась возможной реали-
зация голографического процесса и в ультразвуковом контроле
после разработки методов ультразвуковой голографии. Возмож-
ность реализации голографии в ультразвуке базируется на свой-
стве когерентности УЗК, получаемых с помощью обычных ультра-
звуковых излучателей. Поскольку УЗК легко проникают в опти-
чески непрозрачные среды, имеется возможность получать изоб-
ражения внутренней структуры объектов, в том числе изображе-
ния дефектов сварных и паяных соединений. Таким образом, по-
209
chipmaker.ru
видимому, ультразвуковая голография решит главную проблему
современной ультразвуковой дефектоскопии—определение формы,'
размеров и характера выявленных дефектов [87].
В общем виде принцип получения ультразвуковой голограммы
аналогичен принципу получения оптической голограммы. Как
и в оптике, ультразвуковая голография представляет собой двух-
ступенчатый процесс, на первой стадии которого происходит
полная (с учетом амплитуды и фазы) запись распределения рас-
сеянного объектом акустического поля, а на второй стадии —
стадии восстановления — оптическая реконструкция акустиче-
ского изображения. Для голографического процесса, совершаю-
щегося в реальном масштабе времени (оптико-акустические ме-
тоды), эти стадии совмещены по времени.
Разработано несколько методов реализации голографического
процесса в акустике: сканирующего приемника или матрицы
приемников; дифракции света на УЗК (оптико-акустический
метод); деформации поверхностного слоя твердого тела и жидкости.
С точки зрения практики наибольший интерес представляют
оптико-акустические методы (методы, основанные на прямом
взаимодействии света с УЗК), поскольку они позволяют полу-
чать ультразвуковые изображения объектов в реальном масштабе
времени. Эти методы по чувствительности занимают среднее место
среди других методов визуализации УЗК- Ниже приведены при-
мерные пределы чувствительности (Вт/см2) некоторых методов
визуализации УЗК.
Фотографические и химические (воздействие ‘УЗК на
фотослой) ....................................... 0,5—5
Термические (тепловое воздействие УЗК) .......... 0,1—1
Оптико-акустические (дифракции света на УЗК) • .	3-10~4
Деформация поверхностного слоя жидкости (метод
поверхностного рельефа).......................... 10“®
Взвесь частичек в жидкости ...................... 2,8-10“7
Электронные интроскопы (на базе ЭАП).............10“7—1О~В
Рассмотрим сущность указанных методов ультразвуковой голо-
графии. На рис. 117 изображена схема ультразвуковой голо-
графии по методу поверхностного рельефа. Две сходящиеся уль-
тразвуковые волны, одна из которых опорная, а другая пред-
метная, возбуждаются от одного генератора на частоте 7 МГц.
Поле интерференции образует поверхностный рельеф — ультра-
звуковую голограмму. Поверхностный рельеф фотографируется,
и оптическое изображение восстанавливается в сходящемся пучке
лазера. Именно этот метод заложен в основу промышленной
ультразвуковой голографической установки, выпускаемой фир-
мой «Холотрон» (США).
Метод сканирующего приемника поясняется рис. 118. Объект —
алюминиевый образец с дефектом — помещен в ванну с водой.
Образец прозвучивается импульсами УЗК длительностью 10 мкс
и частотой заполнения 5 МГц (X = 0,3 мм). Частота следования
210
импульсов 100 Гц. Миниатюрный пьезоэлектрический приемник
с резонансной частотой 5 МГц сканирует поле волны, рассеян-
ной дефектом. Сигнал с приемника электрически суммируется
с сигналом ультразвукового генератора, усиливается, детекти-
руется и подается на лампочку накаливания, вызывая модуля-
цию ее яркости. Пьезоэлектрический приемник, установленный
на общей с лампочкой каретке, сканирует поле предметной волны
Рис. 117. Схема ультразвуковой голографии по
методу поверхностного рельефа жидкости:
1 — излучатели УЗК; 2 -- объект; 3 — по-
верхностный рельеф, образующий ультразву-
ковую голограмму; 4,5 — линзы; 6 — вос-
становленное изображение
Рис. 118. Схема ультразвуковой голо-
графии со сканирующим приемником
и электрическим опорным сигналом:
1 — излучатель УЗК; 2 — дефект;
3 — контролируемый объект;”4—ванна
с водой; 5 — сканирующий пьезо-
приемник; 6 — регистрирующая лампа;
7 — лииза; 8 — ультразвуковая голо-
грамма; 9 — электронный блок
на площади 30x30 см2 на расстоянии 10 см от объекта по закону
строчной развертки. Поле сканирующего светового источника
фиксируется на фотопластинке в виде ультразвуковой голограммы
с уменьшением 1 : 10. Восстанавливают голограмму в сходящемся
лазерном пучке.
На рис. 119 показан принцип действия голографической уста-
новки, в которой применен электронно-акустический и преобра-
зователь [991. Ультразвуковые излучатели, возбуждаемые от
одного генератора, создают две волны, одна из которых играет
роль предметной, другая — опорной. Пьезорельеф кварцевой
мишени, расположенной в поле интерференции волн, сканируется
электронным лучом. Ток вторичной электронной эмиссии усили-
вается умножителем и электронным усилителем. Усиленный сиг-
нал после детектирования поступает в телевизионное устройство.
На экране телевизионной трубки воспроизводится голограмма,
которая затем фотографируется. Восстанавливают изображение
в сходящемся пучке лазера. Голограмму записывают на частоте
7 МГц, длина волны в воде 0,2 мм. Из-за, ограниченности апер-
211
chipmaker.ru
w
Рис. Itfi. Схема ультразвуковой голографии с применением электронно^акустического
преобразователя:
1 — иммерсионная ванна; 2 — ультразвуковые излучатели; 3— электрический генера-
тор; 4 — контролируемый объект (транспарант); 5— кварцевая мишень; 6 — электрон-
ный умножитель; 7 — ЭАП; 8 — усилитель; 9 — блок питания; 10 — телевизор
туры кварцевой мишени (~20°) разрешающая способность со-
ставляет около 1 мм.
Оптико-акустический метод — метод дифракции света на УЗК,
впервые предложен и исследован А. Корпелем (США) [961.
Рассмотрим упрощенную теорию метода, базируясь на пред-
ставлениях геометрической оптики. Акустическая волна, распро-
страняющаяся в прозрачном для света веществе, создает в нем пе-
риодическое распределение показателя преломления. Образовав-
шаяся периодическая структура действует подобно фазовой ди-
фракционной решетке, эффективно дифрагирующей падающий
свет. Если направление пучка света приблизительно параллельно
фронту акустической волны, а его путь через акустический пучок
относительно мал, то выполняется условие
где I — глубина звукового поля; Хзв — длина звуковой волны;
Кв '— длина световой волны в исследуемой среде.
Этот случай соответствует рамановской дифракции света,
когда падающий световой поток разделяется на много пучков
различного порядка, углы между которыми равны приблизи-
тельно Кв^Кв-
На более высоких частотах УЗК I > (А|в/Лсв) картина ди-
фракции меняется: число порядков уменьшается, а при падении
светового потока под углом Фр к фронту звуковой волны практи-
чески сводится к одному дифракционному порядку. Угол Фв
определяется из условия sin Фв = 0,5Хсв/1зв. По аналогии с брег-
говским отражением рентгеновского излучения от параллель-
ных плоскостей решетки явление получило название бреггов-
ской дифракции света на УЗК [95].
На рис. 120 представлена схема образования оптического
изображения элементарного точечного источника звука при брег-
212
Рис. 120. Схема построения изображения источника звука по ме-
тоду брегговской дифракции света:
1 — падающий световой луч; 2 — дифрагированный световой луч;
3 --- звуковой луч; 4 — мнимое изображение дифрагированного
светового луча
говской дифракции света. Источник света О освещает звуковое
поле источника. Световые лучи пересекаются со звуковыми в точ-
ках А, В, С, причем угол, который световые лучи составляют
с фронтом акустической волны в этих точках, равен Фв. Под
тем же углом к фронту волны направлены дифрагированные све-
товые лучи. Продолжая ход этих лучей в направлении, противо-
положном направлению их распространения, можно видеть,
что все они пересекаются в точке О', создавая мнимое изображение
источника звука S. Из геометрического построения следует, что
OS = 0'S и угол OSO' = 2ФВ.
Применим это правило для построения изображения фронта
звуковой волны (рис. 121). Пусть источник света О освещает
звуковую волну, распространяющуюся по направлению Si).
Выберем некоторый фронт волны и построим его изображение.
Применяя описанное построение, получим, что точки Р, Q, R,
Рнс. 121. Схема построения изображения фронта звуковой
волны при брегговской дифракции света
213
r.ru
Рис. 122. Схема визуализации объектов методом бреггов-
ской Дифракции света на УЗК:
1 — лазер; 2 — расширитель пучка; 3 — диафрагма; 4, 7,
8 — цилиндрические линзы; 5 — кювета с жидкостью;
6 — излучатель УЗК (частота 22 МГц); 9 — дифракцион
иые порядки; 10 — электрический генератор
лежащие на фронте изображаются точками Р', Q', R', распо-
ложенными на оси х.
Изображение звуковой волны повернуто относительно фронта
падающей волны на угол, близкий к 90°, и может наблюдаться
с помощью оптической системы, установленной по направлению
светового потока. Изображение формируется с уменьшением
в ТИ-крат, где М = PQJP'Q' — Хзв/Хсв. В изображении сохра-
няется пространственная фаза звуковой волны. Так, например,
фронт Е', лежащий ниже фронта Н, изображается в плоскости х',
смещенной относительно плоскости х. Следовательно, применяя
методы голографии, можно получить Трехмерное изображение
озвучиваемого объекта.
Схема установки для визуализации объектов, помещенных
в воду, показана на рис. 122. Частота УЗК 22 МГц. Пучок света
лазера, расширяемый коллиматором, фокусируется цилиндриче-
ской линзой в линию 0'0" за кюветой. Объект помещают в ванну
с водой, просвечиваемую сходящимся пучком. Возникающая
в плоскости дифракционная картина с помощью линзовой си-
стемы при увеличении ^зв/^св проектируется на экран, где в пер-
вом дифракционном порядке возникает теневое изображение
объекта. Экспериментально достигнутая разрешающая способ-
ность составила 0,8 мм или 12 длин волн.
Исследования оптико-акустического метода показали, что
в процессе дифракции монохроматического света на УЗК проис-
ходит перенос пространственно-углового спектра этого поля
в пространственно-угловой спектр оптических дифракционных
порядков. Ультразвуковое поле в прозрачной для света среде
является результатом интерференции прямой акустической волны,
создающей периодическое пространственно-временное распреде-
ление оптического показателя преломления среды, и рассеянной
волны, нарушающей периодичность этого распределения. Пря-
мая волна действует на свет как регулярная фазовая решетка,
создающая оптический спектр в виде набора дифракционных по-
214
рядков. Рассеянная волна вызывает отклонение решетки от ре-
гулярности и соответствующее перераспределение света в ди-
фракционных порядках.
Таким образом, в самом ультразвуковом поле в процессе его
существования содержится информация о рассеивающем звук
объекте. Ультразвуковое поле действует на проходящий световой
поток подобно фазовой объемной голограмме, а дифракция света
на этом поле эквивалентна процессу восстановления изображения.
Такое представление ультразвукового поля справедливо лишь
в случае слабо рассеивающего объекта [68].
При отсутствии рассеивающего объекта в оптическом дифрак-
ционном порядке восстанавливается изображение источника звука.
Это свойство дифракции может быть использовано для исследо-
вания характеристик ультразвуковых излучателей. При дифрак-
ции светового зонда на гармонической ультразвуковой волне,
возбуждаемой плоским излучателем, в порядках дифракции
возникают распределения интенсивности света, пропорциональ-
ные интенсивности ультразвукового поля в среднем сечении.
Причем это правило соблюдается как для ближней, так и для даль-
ней зоны ультразвукового излучателя. Исследуя распределение
интенсивности света в ±1 порядках дифракции, можно получить
распределение интенсивности УЗК в просвечиваемом сечении
поля.
Рассмотрим основные характеристики установки, названной
УЛГУ-1 (установка лазерная, голографическая, ультразвуковая),
для исследования характеристик ультразвуковых излучателей.
При фотометрировании дифракционного спектра, снятого на
фотопластинку, на результат измерений накладывается (в качестве
систематической погрешности) собственная неоднородность зон-
дирующего пучка света, обусловленная неоднородностью опти-
ческих элементов, стенок кюветы и пр. С целью учета этой по-
грешности приходится фотометрировать также и нулевой дифрак-
ционный порядок при выключенном источнике звука и вносить
поправку на неоднородность светового зонда в результаты изме-
рений дифракционного порядка. В установке УЛГУ-1 ука-
занная погрешность исключена и процесс измерений автоматизи-
рован.
Сущность метода поясняется рис. 123. Оптическая часть уста-
новки аналогична описанной выше. Для улучшения стабиль-
ности работы фотоприемника в установку введена модуляция
светового потока. Модулятор представляет собой диск диаметром
70 мм, изготовленный из текстолита толщиной 0,5 мм. По окруж-
ности диска через равные интервалы вырезаны восемь сегментных
отверстий. Диск вращается с частотой около 1500 об/мин электро-
двигателем ДП-10. Частота модуляции лазерного луча —200 Гц.
В качестве фотоприемника в блоке фоторегистратора использован
фототранзистор ФТ-1К. Сигнал с фотоприемника усиливается
транзисторным усилителем тока с коэффициентом усиления — 1500.
215
chipmaker.ru
Установка снабжена сканирующим устройством, обеспечиваю-
щим плавное перемещение исследуемого излучателя поперек про-
свечивающего лазерного пучка со скоростью —0,3 мм/с. Расстоя-
ние от излучателя до лазерного пучка регулируется в пределах
0—120 мм, что позволяет исследовать стандартные ультразвуко-
вые излучатели в ближней и дальней зонах. Пределы автомати-
ческого перемещения излучателя —15—20 мм. В конце рабочего
хода направление перемещения излучателя автоматически пере-
ключается на обратное.
Рис. 123. Схема ультразвуковой лазерной голографической установки УЛ ГУ-1:
/ — лазер; 2 — модулятор; 3,4 — линзы коллиматора; 5 — диафрагма; 6 — ультразву-
ковая волна в жидкости; 7 — плексигласовая кювета; 8 — пьезоизлучатель; 9 — элек-
трический генератор; 10—12 — цилиндрические линзы; 13 — щель; 14 — фотоприемиик;
15 — поглотитель УЗК; 16 — сканирующее устройство; 17 — блок электроавтоматики;
18 ~~ самописец
Принцип действия установки заключается в следующем. Ла-
зерный луч расширяется коллиматором и формируется диафраг-
мой в виде параллельного пучка сечением 5 мм (высота) на 30 мм
(ширина), которую выбирают исходя из размеров ультразвукового
излучателя. Параллельный пучок света лазера просвечивает
ультразвуковое поле в заданном сечении. Вследствие дифракции
света на УЗК возникают дифракционные порядки 0, ±1, ±2
и т. д. Цилиндрические линзы увеличивают изображения дифрак-
ционных порядков и фокусируют 1-й порядок на узкую щель
шириной 0,2—0,5 мм. Щель вырезает из дифракционного порядка
участок, соответствующий узкой зоне в поле исследуемого ультра-
звукового излучателя. После щели свет попадает на фотоприем-
ник.
При автоматическом перемещении излучателя поперек про-
свечивающего пучка мимо щели последовательно проходят все
участки поля ультразвукового излучателя. Интенсивность поля
в каждой точке дифракционного порядка соответствует средней
интенсивности УЗК в данном сечении. В таком случае при со-
блюдении линейности усилительного тракта устройства записан-
ная на самописце кривая распределения интенсивности света
по дифракционному порядку отразит соответствующее распреде-
ление интенсивности УЗК в поле исследуемого излучателя.
216
В качестве примера на рис. 124
изображено полученное на установке
УЛГУ-1 распределение интенсивно-
сти УЗК в ближней зоне излуча-
теля размером 11x11 мм, частотой
2,45 МГц в воде на расстоянии
5 мм.
Несколько видоизменив схему
рис. 123, можно получить возмож-
ность измерять частотные характе-
ристики ультразвуковых излучате-
лей. Сущность метода заключается
в автоматическом изменении частоты
электрического генератора и син-
хронной регистрации интенсивности
света в дифракционных порядках.
Как следует из теории, интеграль-
ная интенсивность света, дифраги-
ровавшего на УЗК, пропорциональна
средней интенсивности УЗК в про-
свечиваемом сечении поля. Однако
для реализации метода по схеме уста-
новки, изображенной на рис. 123,
положение щели 13 пришлось бы
Рис. 124. Распределение интенсив-
ности УЗК в поле излучателя
размером 11X11 мм, частота
2,45 МГц, расстояние от излуча-
теля в воде 5 мм. Штриховая ли-
ния — теоретическая, сплошная
линия — запись на ленте само-
непрерывно менять (при изменении писча
частоты) вследствие изменения углов
дифракции с изменением длины волны УЗК- Осуществить тех-
нически такое слежение затруднительно. Причем любые неточ-
ности механики' такой системы неизбежно увеличивали бы по-
грешность измерений.
Для упрощения измерений и повышения точности использован
более простой вариант регистрации интенсивности света в нуле-
Рис. 125. Схема ультразвуковой лазерной установки для исследования частотных харак-
теристик ультразвуковых преобразователей:
/ — лазер 2 — модулятор; 3, 4 — линзы коллиматора; 5 — диафрагма; 6 — ультразву-
ковой преобразователь; 7 — ультразвуковая волна в жидкости; 8 — плексигласовая
кювета; 9 — электрический генератор; 10, 11, 16 — цилиндрические линзы; 12 — экран;
13 — дифракционные порядки; 14 — нулевой дифракционный порядок; 15 — экран;
16 — фотоприеминк; 17 — самописец; 19 — поглотитель УЗК
217
chipmaker.ru
Рис. 126. Частотная характеристика пьезокерамического датчика на
резонансную частоту 3 МГц. Характеристика измерена оптико-аку-
стическим методом. Цифры на кривой — частоты УЗК
вом дифракционном порядке. При изменении частоты нулевой
порядок не смещается, что исключает необходимость следящей
системы. К тому же изменения интенсивности света нулевого
порядка зависят от соответствующих изменений интенсивности
всех дифракционных порядков сразу, т. е. этот метод оказывается
более чувствительным, чем метод фотометрировапия первого
дифракционного порядка.
Измененная схема установки УЛГУ-1 в варианте измерения
частотных характеристик показана на рис. 125. Цилиндрическую
линзу 12 (рис. 123) поворачивают на 90° по отношению к линзам 10
и 11, а диафрагму 13 переносят в плоскость фокуса линзы 11.
Длину и высоту щели выбирают с таким расчетом, чтобы вырезать
из нулевого порядка зону, расположенную строго под ультра-
звуковым излучателем. В этом случае регистрируемая фотодетекто-
ром интенсивность света будет обратно пропорциональна ин-
тенсивности УЗК, т. е. минимумы интенсивности света будут
соответствовать максимумам интенсивности УЗК на частотной
кривой.
В качестве иллюстрации на рис. 126 изображена частотная
характеристика ультразвукового излучателя из пьезокерамики
ЦТС-19 на резонансную частоту 3 МГц. Излучатель имеет два
максимума интенсивности на частотах 3,1 и 2,4 МГц. Погрешность
измерений составляет ~3%. Помимо описанных применений,
на установке можно измерять скорость УЗК в тонких образцах,
что также может найти применение в практике ультразвуковой
дефектоскопии.
218
3.	МЕТОД ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
При отражении (прохождении) света от поверхности объекта
изменяется интенсивность (амплитуда) или фаза его волнового
поля. В таком изменении заключена полная информация об
объекте. Реализация этой идеи Д. Габора была надолго задержана
отсутствием необходимых источников излучения — лазеров.
После изобретения лазеров в 1963 г. Е. Лейтом и Д. Упатниексом
был разработан метод регистрации и последующего восстановле-
ния волнового фронта — голография [97].
Сущность метода заключается в том, что на фотопластинку
в каждой ее точке регистрируется амплитуда и фаза волны, рас-
сеянной объектом. Для этого фотопластинку 4 (рис. 127) с по-
мощью зеркала 3 и расширителя пучка 2 освещают светом лазера 1
(опорная волна). Исследуемый объект 5 освещается тем же лазе-
ром, причем рассеянный объектом свет должен попадать на фото-
пластинку (предметная волна). Обе волны — опорная и пред-
метная — когерентны и интерферируют друг с другом. В фото-
слое пластинки 4 возникают стоячие волны — интерференцион-
ная картина, в которой и заключена полная информация об ис-
следуемом объекте. После проявления фотопластинки получают
интерферограмму — голограмму объекта. Из указанного про-
цесса регистрации голограммы следует, что изображение объекта
заключено в каждом элементе голограммы. Отсюда следует одно
важное свойство голограммы: если ее расколоть, можно получить
изображение предмета и с части голограммы, правда, потеряв
при этом в разрешающей способности — четкости изображения.
Процесс восстановления изображения объекта заключается
в освещении голограммы пучком света лазера (рис. 128). При этом
вследствие дифракции света на интерференционной структуре
голограммы восстанавливается трехмерное изображение объекта.
Если все указанные операции провести, не снимая объекта
и фотопластинки с голографического стенда, восстановленное
с голограммы изображение полностью совпадет с реальным объек-
том. Однако при наличии любых изменений реального объекта
(например, деформации, смещения, изменения коэффициента пре-
ломления или отражения) на изображении появятся интерферен-
Рис. 127. Схема получения голограммы:
/ — лазер; 2 — расширитель пучка; 3 — опорное зеркало; 4 —
фотопластинка—голограмма; 5 — объект
219
chipmaker, ru
Рис. 128. Схема восстановления изображения с голограммы;
1 — лазер; 2 — мнимое изображение объекта; 3 — действитель-
ное изображение объекта; 4 — прямой пучок света; 5 — глаз
наблюдателя — голограмма
ционные полосы. Контрастность и форма полос однозначно свя-
заны с изменениями, происшедшими с объектом.
Получение, изучение и интерпретация такого рода картин
и составляют содержание метода голографической интерферо-
метрии. В настоящее время голографическую интерферометрию
с успехом применяют для неразрушающего контроля деталей,
узлов, клееных, паяных и других видов соединений [88, 94].
Голографическая интерферометрия имеет ряд важных особен-
ностей. В обычном интерферометре сравнение двух световых
волн происходит одновременно или с очень малым сдвигом по
времени, определяемым временем когерентности 10-6—10“п с.
Голография позволяет регистрировать и восстанавливать световую
волну в любой момент времени. Это открывает возможность ин-
терференционного сравнения, например двух последовательных
состояний объекта при его деформации и определения величины
деформации; бесконтактного измерения величины вибраций; ви-
зуализацию дефектов в материалах и соединениях и др. [661.
Рассмотрим кратко основные вопросы методики и экспери-
ментальной техники голографической интерферометрии и об-
ласти ее применения.
Одно из важных методических положений голографической
интерферометрии — необходимость возвращения голограммы или
объекта на исходное место с точностью не меньшей, чем длина
волны света, т. е. долей микрометра. В противном случае наблю-
даемая интерференционьая картина лишь частично будет обуслов-
лена наблюдаемым эффектом, а частично — смещением голо-
граммы от исходного состояния.
Наиболее простое решение вопроса — обрабатывать фото-
пластинку на месте, вследствие чего она автоматически сохраняет
свое положение. Для этого разработаны специальные приспособ-
ления, принцип действия которых заключается в опускании и
подъеме кюветы с обрабатывающими составами. Правда, и в этом
случае приходится иметь дело с такими эффектами, как разбуха-
220
Рис. 129. Голографические изображения клееной
сотовой панели, изображение получено с по-
мощью методов:
а — статического деформирования; б — много-
кратных экспозиций при вибрационном возбу-
ждении панели
ние и усадка эмульсии, изменение температуры сред, существенно
влияющими на качество получаемых голограмм.
Указанные трудности привели к разработке метода двойной
экспозиции, более простого в экспериментальном отношении.
Сначала получают голограмму объекта в исходном состоянии,
а затем на ту же голограмму записывают информацию об объекте
в измененном состоянии. Тогда при восстановлении голограммы
получаются две световые волны, соответствующие двум состоя-
ниям объекта. Смещение такой голограммы из исходного состоя-
ния не приведет к взаимному смещению восстановленных волн.
Необходимо лишь обеспечить, чтобы фотопластинка не смести-
лась за время между двумя экспозициями, которое может быть
сделано достаточно малым. Недостаток метода: он не позволяет
исследовать динамику процессов изменения состояния объекта.
Другой метод голографической интерферометрии — метод
многократной экспозиции. Этот метод предложен Р. Пауэллом
и К. Стетсоном для изучения амплитуды и частоты вибраций.
При голографировании
вибрирующего объекта с
выдержкой большей, чем
период колебаний, интер-
ференционная картина
на голограмме создается
вследствие остановки объ-
екта в крайних положе-
ниях. При восстановлении
изображения световые вол-
ны, соответствующие этим
двум положениям, интер-
ферируют друг с другом.
В результате на изобра-
жении объекта возникает
сетка полос, соответствую-
щих участкам с одинако-
вой амплитудой вибраций,
кратной половине длины
волны света [104].
Засветка фотопластин-
ки, происходящая во время
нахождения объекта в про-
межуточных положениях,
создает фон, уменьшаю-
щий контраст интерферен-
ционных полос. Для ис-
ключения этого эффекта
применяют стробоскопи-
ческий метод. Сущность
метода заключается в том,
221
chipmaker.ru
что с помощью стробоскопического диска голограмма освещается
лишь в моменты времени, соответствующие крайним положениям
вибрирующего объекта.
Методы двойной и многократной экспозиций используют для
контроля паяных и клееных изделий. Разработаны голографиче-
ские установки, в которых проявляют голограммы на месте съемки,
и время ее получения сокращено с 15 до 1—2 мин. Исследования
проводили на образцах клееных сотовых панелей. Панель де-
формировали различными методами: тепловым, вибрационным,
статическим — с помощью вакуумных присосок. Вибрационный
метод эквивалентен методу Р. Пауэлла и К- Стетсона. Отличие
заключается лишь в том, что колебания контролируемой панели
возбуждаются искусственно — магнитострикционным вибратором.
На рис. 129, а показаны голографические изображения клееной
сотовой панели, имеющей два дефекта (непроклеи). Изображения
получены вибрационным методом (частота 31,5 кГц) и методом
статического деформирования. Видны (рис. 129, б) узловые линии
колебаний обшивки над дефектом. На изображении, полученном
методом статического деформирования, видны интерференционные
полосы, по которым можно оценить величину деформации поверх-
ности дефекта.
Из приведенных иллюстраций нетрудно проследить аналогию
между методом многократных экспозиций при искусственном
возбуждении колебаний и описанным акустико-топографическим
методом.
Действительно, оба метода базируются на общем физическом
принципе — возбуждении колебаний поверхности изделия и ви-
зуализации этих колебаний. Отличие состоит лишь в способе
визуализации: в акустико-топографическом методе — с помощью
мелкодисперсного порошка, в голографическом — с помощью
интерференции световых волн.
Приведенные данные не охватывают всех возможных приме-
нений голографической интерферометрии, которая, по мнению
многих исследователей, в недалеком будущем найдет широкое
применение в неразрушающем контроле.
ГЛАВА IX
КОНТРОЛЬ ТЕЧЕИСКАНИЕМ
(КОНТРОЛЬ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ)
Работоспособность и надежность ряда изделий машинострое-
ния помимо их прочности обеспечиваются герметичностью оболочек
(перегородок) либо отдельных узлов, либо изделия в целом.
Герметичность оболочки можно определить как ее способность
препятствовать проникновению через нее жидкости или газа.
Герметичным считается изделие или его узел, поток рабочего
вещества (жидкости или газа) через оболочки которого не пре-
вышает допустимой величины, что обеспечивает нормальную
работоспособность изделия в течение заданного времени. Допусти-
мая величина потока рабочей жидкости или газа, проходящего
через оболочки изделия, определяет степень его герметичности.
Степень герметичности неодинакова для различных изделий и
должна быть определена конструктором исходя из условий нор-
мальной эксплуатации изделия.
Нарушение герметичности могут вызвать так называемые течи-
каналы или пористые участки оболочки (перегородки). Для вы-
явления и при необходимости измерения величины течей при-
меняют методы контроля течеисканием (методы контроля герме-
тичности).
Область применения методов контроля течеисканием в соот-
ветствии с действующими стандартами (ГОСТ 18353—73,
ГОСТ 3242—69, ГОСТ 5197—70 и др.) в машиностроении опре-
деляется их следующими основными характеристиками: чувстви-
тельностью к обнаружению течей, производительностью, воз-
можностью выявления суммарных и локальных утечек, стои-
мостью, безопасностью, возможностью механизации и автомати-
зации.
Наиболее важная характеристика—чувствительность метода—
определяется величиной надежно регистрируемого минимального
потока пробного или контрольного вещества (газа или жидкости).
Пробным называется вещество, избирательно регистрируемое
при данном методе контроля (например, гелий при масс-спектро-
метрическом, фреон и другие газы при галоидном методах кон-
троля). Контрольным веществом называется смесь пробного веще-
223
chipmaker.ru
ства с каким-либо технологически и экономически целесообразным
наполнителем (например, гелиево-азотная смесь при масс-спектро-
метрическом методе контроля). В ряде случаев и контрольным
и пробным может быть одно и то же вещество (например, керо-
син в методе испытания керосином). Чувствительность метода
должна соответствовать степени герметичности контролируемого
изделия.
Применяемые на практике контрольные (в общем случае)
вещества часто отличаются от рабочих веществ по физико-хими-
ческим характеристикам и в первую очередь по молекулярной
массе и вязкости. Например, изделия, в которых рабочим веще-
ством могут быть воздух или какой-либо газ, зачастую контроли-
руют гелием, фреоном и т. д. При этом величины допустимых
потоков рабочего и контрольного веществ существенно разли-
чаются, и для выбора метода контроля необходим расчет степени
герметичности контролируемого изделия для контрольного ве-
щества.
I.	ОСОБЕННОСТИ СВАРНЫХ И ДРУГИХ ИЗДЕЛИЙ,
ПОДВЕРГАЕМЫХ КОНТРОЛЮ ТЕЧЕИСКАНИЕМ
Контролю течеисканием подвергают изделия, у которых на
протяжении заданного времени либо должно сохраняться задан-
ное давление рабочего вещества, либо утечка рабочего вещества
не должна превышать допустимой величины. К таким изделиям
в основном относятся корпуса кораблей и подводных лодок
в судостроении, корпуса летательных аппаратов и космических
объектов в авиационной промышленности и космонавтике, кор-
пуса ядерных реакторов и оболочки тепловыделяющих элементов
в атомной промышленности, технологическое оборудование (раз-
личного рода емкости, цистерны и т. п.) в химическом машино-
строении, изделия холодильной и вакуумной техники, агрегаты
и соединяющие их элементы функциональных гидравлических
и газовых систем машин, трубопроводы и т. п.
Нарушения герметичности этих изделий могут быть обуслов-
лены неплотностью материала, из которого изготовлены их узлы
и элементы, а также неплотностью соединений этих узлов и эле-
ментов друг с другом. Влияние неплотностей материала обычно
учитывают и устраняют на стадии проектирования изделий, под-
бирая необходимую марку материала, его толщину и т. д. По-
этому нарушения герметичности происходят в основном в соеди-
нениях как разъемных (резьбовых, фланцевых, ниппельных и др.),
так и неразъемных (сварных, паяных, клееных, клепаных и др.).
Требуемую герметичность соединений обеспечивают совершенство-
ванием их конструкции и технологических процессов сборки,
сварки и т. п. Однако возможны различного рода технологиче-
ские дефекты, приводящие к нарушению герметичности соедине-
ний. Эти дефекты выявляют методами контроля течеисканием,
после чего устраняют, дорабатывая (уплотняя) соединение.
224
Несмотря на то, что наибольшее число нарушений герметич-
ности приходится на разъемные соединения, за ряд нарушений
герметичности ответственны и неразъемные соединения.
Сварные соединения. Для своевременного обнаружения и
устранения нарушений герметичности контроль сварных соедине-
ний течеисканием можно проводить на различных стадиях про-
изводства изделий: отработки нового технологического процесса
сварки, изменения материала соединения, изменения условий
эксплуатации соединения и т. п.; производства сварных загото-
вок и узлов изделий; окончательного контроля, испытаний и
приемки готового изделия.
Основные правила контроля герметичности сварных соедине-
ний, выполненных различными видами сварки, изложены в
ГОСТ 3242—69. В сварных соединениях, выполненных сваркой
плавлением, основными дефектами, определяющими негерме-
тичность соединения, являются свищи, прожоги, сквозные тре-
щины и непровары.
На стадии отработки нового технологического процесса сварки
и т. п. проводят испытания герметичности сварных образцов,
по результатам которых корректируют методику, технику
и режимы сварки.
На стадии производства сварных заготовок и узлов изделий
контролируемые объекты имеют, как правило, открытую форму —
обечайки, листовые заготовки и т. п. Поэтому для их контроля
возможно применение методов течеискания, обеспечивающих
двусторонний доступ к контролируемому соединению. Наилучшие
результаты дают методы контроля, основанные на свойствах
капиллярности.
Некоторые специфические особенности имеет электронно-
лучевая сварка. Дефекты этой сварки типа пор имеют вытянутый
характер по толщине свариваемых металлов и с большей вероят-
ностью, чем при дуговой сварке, могут явиться местами утечек.
Во всех случаях при обнаружении утечек дефектные места
сварных соединений дорабатывают — удаляют дефекты вырубкой
или засверливанием и заваривают дефектные места, после чего
заготовки вновь подвергают контролю герметичности.
На стадии окончательного контроля, испытаний и приемки
готовых изделий применяют различные методы контроля тече-
исканием в зависимости от требований, предъявляемых к изделию.
При этом целесообразен комплексный контроль герметичности.
Он заключается в том, что одно и то же изделие подвергают не-
скольким методам контроля, начиная с менее чувствительных,
но более производительных и кончая высокочувствительным
методом контроля, обеспечивающим проверку заданной степени
герметичности изделия. Применение методов с низкой чувстви-
тельностью необходимо для быстрого выявления и устранения
крупных утечек. Окончательный контроль герметичности про-
водят, применяя высокочувствительные методы.
225
chipmaker.ru
Некоторые особенности имеет 'термомеханическая (по
ГОСТ 19521—74) сварка. Контролю герметичности чаще всего
подвергают соединения, выполненные шовной сваркой, но в ряде
случаев контролируют и точечную сварку, как обеспечивающую
прихватку соединений.
Основные дефекты шовных и точечных соединений, вызываю-
щие утечки рабочего вещества, — отсутствие взаимного пропла-
вления (зазор, склейка), недостаточные размеры зоны проплавле-
ния, прожоги, внутренние выплески, наружные трещины и т. п.
Специфические особенности шовной и точечной сварки (на-
хлесточный характер соединений, дискретный характер проплав-
ления и т. д.) предъявляют особые требования к ее контролю.
Контролю течеисканием подвергаются, как правило, 100% ра-
бочих соединений, выполненных шовной сваркой.
На стадии отработки технологии сварки сварные образцы
в ряде случаев изготовляют в виде подушек и карманов, что на-
кладывает некоторые особенности на применяемые методы кон-
троля течеисканием.
На стадии производства сварных заготовок (обечаек, кожухов,
патрубков, перегородок и т. п.), если ут'ечка появилась из-за
отсутствия или малых размеров зоны проплавления^ дефект
устраняют повторной сваркой при повышенных режимах. Если
имеются прожоги, наружные трещины и другие дефекты, при-
меняют механическую разделку нахлестки с последующей свар-
кой плавлением или приварку к дефектному участку точечной
или шовной сваркой полоски из того же металла.
Окончательный контроль герметичности закрытых сварных
узлов (емкостей, баков и т. п.) выполняют в два этапа или более,
применяя на первых этапах менее чувствительные, а на послед-
них этапах высокочувствительные методы контроля.
Паяные, клееные, клеесварные и клепаные соединения. В про-
изводстве изделий с герметичными соединениями наибольшее
применение получили паяные нахлесточные и муфтовые соедине-
ния трубопроводов, втулок, фланцев и т. Л- Основным дефектом
таких соединений, приводящим к образованию неплотностей,
является полное или частичное отсутствие припоя. В паяных
соединениях внахлестку, угловых и торцовых соединениях к на-
рушениям герметичности приводит также полный или частичный
непропай. Паяные соединения ответственных изделий подлежат
100%-ному контролю течеисканием.
[ В сотовых конструкциях пайкой соединяют верхнюю и ниж-
нюю обшивки с сотовым заполнителем. Если такая сотовая панель
должна выполнять роль герметичной перегородки, возможными
местами утечки будут места стыка этой панели с соседними пане-
лями. Обычно места стыка выполняют ₽ виде металлических
профилей, привариваемых к обшивкам панелей и соединяемых
друг с другом сварным, болтовым или илепаным соединением
с применением герметиков.
226
Основные типы клееных соединений (соединения внахлестку,
угловые и торцовые с перекрытием склеиваемых деталей) обеспе-
чивают необходимую прочность соединения. Современные синте-
тические клеи обеспечивают достаточную герметичность соедине-
ния. Причиной несплошности клееных соединений могут стать
непроклей — полное или частичное отсутствие клея между со-
единяемыми деталями, а также пористость клеевого слоя. Во Из-
бежание воздействия на клей пробной жидкости целесообразно при-
менять методы, оперирующие с газообразным пробным веществом.
В клееных слоистых, например сотовых, панелях критиче-
скими с точки зрения герметичности местами могут быть места
стыка с соседними панелями. Способы герметизации мест стыка
аналогичны описанным выше. Иногда для стыковки панелей при-
меняют слои предварительно пропитанного материала, уклады-
ваемого вокруг кромок слоистой конструкции. Это обеспечивает
достаточную герметичность, но тем не менее не исключает Не-
обходимости применения методов контроля течеисканием.
В ряде случаев методы контроля течеисканием — единственно
возможные неразрушающие методы контроля качества клееных
соединений. Это относится, например, к клееным соединениям
полимерных пленок.
Клеесварные соединения отличаются от сварных соединений,
выполненных точечной сваркой, тем, что в межнахлесточное соеди-
нение вводят слой клея. Помимо прочности соединения, это повы-
шает и его герметичность. Методика контроля герметичности
клеесварных соединений в основном та же, что и методика кон-
троля соединений, выполненных точечной и шовной сваркой.
Отличие заключается в ограничении видов пробных жидкостей,
применяемых при контроле клеесварных соединений, и преиму-
щественном применении газообразных пробных веществ.
В клепаных соединениях местами нарушения герметичности
могут быть зазоры между телом заклепки и основным металлом,
а также сквозные трещины в основном металле. Несмотря На
герметизацию этих соединений, в ряде случаев возникает необ-
ходимость применения методов их контроля течеисканием.
Для примера полной последовательности операций по кон-
тролю герметичности изделий рассмотрим работы по контролю
герметичности гидрогазовых и топливных систем. В качестве
сварных и паяных узлов в эти системы входят различного роДа
емкости и агрегаты, сварные или паяные трубопроводы, сварные
патрубки с приваренной к ним арматурой.
В процессе изготовления или на стадии входного контроля
сварные и паяные узлы гидрогазовых и топливных систем после
их контроля дефектоскопическими методами (например, методами
рентгеноконтроля) подвергают контролю герметичности с целью
обнаружения в них локальных утечек и устранения неплотностей.
Контроль проводят, как правило, на специально оборудованных
для этого стендах [69].
227
chipmaker.ru
После сборки систем герметичность контролируют в процессе
промывки трубопроводов гидросистем рабочей жидкостью с целью
проверки правильности их монтажа. На стадии окончательного
контроля и испытаний гидрогазовых и топливных систем их гер-
метичность контролируют дважды. После промывки трубопровод-
ных систем их контролируют на специально оборудованных для
этого стендах. В качестве контрольного вещества обычно приме-
няют рабочую жидкость. После промывки целиком собранных
гидравлических систем проводят окончательный контроль гер-
метичности одним из высокочувствительных методов. Затем си-
стемы испытывают на функционирование.
2.	ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕЧЕИСКАНИЕМ
Течи в оболочках имеют самую разнообразную конфигурацию,
и поэтому характеризовать течь, например формой и размерами
ее поперечного сечения на данной толщине металла, практически
невозможно. Однако с точки зрения пропускания газа или жид-
кости течи по эффективному диаметру канала можно подразделить
на сверхкапиллярные или обыкновенные (d > 0,5 мм), макрока-
пиллярные (0,5 «С d «С 2-10“4 мм) и микрокапиллярные (d <
< 2  10-4 мм). Прохождение жидкости или газа через эти течи
в основном подчиняется законам гидростатики и гидродинамики.
Поскольку эффективные диаметры каналов сравнительно малы,
приходится учитывать вязкость жидкости или газа.
Вязкость жидкости и газа. Вязкостью (внутренним трением)
жидкости или газа называют их свойство оказывать сопротивле-
ние перемещению одной их части относительно другой. При этом
возникает тангенциальная (касательная) сила F, вызывающая
относительный сдвиг слоев жидкости или газа и определяемая из
закона вязкого течения Ньютона:
где S — площадь слоя, подверженного сдвигу; и v.2 — ско-
рости течения в слоях жидкости или газа, расположенных на глу-
бине соответственно хг и от выбранного неподвижного слоя;
Ч — вязкость.
Вязкость ч в международной системе СИ измеряют в Н-с/м2,
а в системе СГС— г/(см с) или пуаз (пз) (см. стр. 196).
Вязкость газов не зависит от давления, но увеличивается
с повышением температуры по закону
4 = feT3/2(T + C),
где k и С — постоянные.
Увеличение вязкости газов с повышением их температуры
объясняется увеличением средней скорости молекул газа, в связи
228
с чем возрастает обмен молекулами между движущимися друг
относительно друга слоями газа.
Вязкость жидкостей увеличивается при повышении давления,
но уменьшается при повышении температуры приблизительно
по закону
г[ = А + В/Т,
где А и В — постоянные.
Это объясняется сильным межмолекулярным взаимодействием
в жидкостях, ограничивающим подвижность молекул.
Виды течения жидкости и газа. Различают ламинарный и тур-
булентный виды течения жидкости или газа по отношению к твер-
дому телу, в частности по отношению к стенкам течи. Характе-
ристики и того и другого видов течения определяются плот-
ностью р и вязкостью т] жидкости или газа, скоростью потока v
и диаметром канала d. Эти величины связаны так называемым
числом Рейнольдса для труб круглого сечения:
Re — ~vd.
П
Характер движения жидкости или газа по трубам непрерывно
изменяется при изменении значений числа Рейнольдса от не-
скольких единиц (установившееся ламинарное движение) до бо-
лее чем 107 (турбулентное движение). В диапазоне 2200 «С Re «С
«С 2300 становится заметным переход от ламинарного вида тече-
ния к турбулетному. Для чисел Re < 2200-4-2300 и гладких труб
круглого сечения характерен ламинарный, а для чисел Re >
> 2200-4-2300 турбулентный виды течения жидкости или газа [3].
Поскольку течи, с которыми приходится иметь дело при кон-
троле герметичности соединений, имеют сравнительно малый
эффективный диаметр канала d, для них практически Re < 2200,
и вид течения в них жидкости или газа, как правило, ламинарный.
Ламинарное течение жидкости или газа в основном характери-
зуется тем, что их вязкость т] не зависит от вида течения и остается
постоянной для данной жидкости или газа при данных темпера-
туре и давлении.
Прохождение газа или жидкости через течи. При контроле
герметичности соединений и изделий наиболее важной характе-
ристикой процесса является величина потока жидкости или газа
через течь (величина расхода газа или жидкости). Для упрощения
расчетов величины потока течь обычно представляют в виде глад-
кого цилиндрического канала.
Но даже в этом предположении методики расчета величины
ламинарных потоков оказываются различными для разных режи-
мов течения, обусловленных степенью взаимодействия газа или
жидкости со стенками течи. В связи с определенными физико-
химическими различиями газа или жидкости режим~ их течения
в каналах разного диаметра рассмотрим раздельно.
229
chipmaker.ru
В зависимости от соотношения длины свободного пробега Z
молекул и эффективного диаметра канала различают три режима
течения газов: вязкостный (X d), молекулярно-вязкостный
(X — d), молекулярный (Z d).
Условию 1 d отвечают обыкновенные и макрокапилляр-
ные течи. Поскольку длина свободного пробега молекул газа
намного меньше эффективного диаметра канала, свойства газа
в основном определяются частыми столкновениями молекул друг
с другом и в меньшей степени столкновениями молекул газа со
стенками течи. Основное межмолекулярное взаимодействие и при-
водит к возникновению внутреннего трения газа. На границе со
стенками течи создается так называемый пограничный слой, ко-
торый, однако, слабо влияет на течение газа. В условиях такого
вязкостного режима течения величина потока газа Q определяется
уравнением Пуазейля (для газов) [34]:
где d — диаметр канала; I — длина канала; р2 — давление на
входе течи; pt — давление на выходе течи; т] — вязкость газа.
Условие X d справедливо для микрокапиллярных течей.
В таких течах свойства газа в основном определяются столкно-
вениями молекул со стенками течи. Между собой молекулы стал-
киваются весьма редко, и их скорость равна скорости потока в це-
лом, что создает условия для молекулярного течения газа. Стол-
кновения молекул со стенками течи .приводят к образованию
пограничного слоя, затрудняющего течение газа. В условиях мо-
лекулярного течения величина потока газа Q прямо пропорцио-
нальна перепаду давления на течи и определяется уравнением
Кнудсена [3]:
^=6 V
где d — диаметр канала; I — длина канала; р2 — рг — перепад
давления на течи; k — постоянная Больцмана; Т — абсолютная
температура газа; m — масса молекулы газа.
При X d, когда длина свободного пробега молекул газа
сравнима с эффективным диаметром течи, соблюдаются условия
для молекулярно-вязкостного режима течения, промежуточного
между молекулярным и вязкостным режимами течения газа.
Молекулы жидкостей значительно сильнее, чем молекулы га-
зов, связаны друг с другом. Для жидкостей соотношение Z d
будет справедливо практически и для обыкновенных, и для макро-
капиллярных течей. В этих случаях. режим течения большин-
ства жидкостей вязкостный, а расход жидкости определяется
уравнением Пуазейля (для жидкостей) [3]:
= Р1^
где г] — вязкость жидкости.
230
Через микрокапиллярные течи жидкость может проходить
и в отсутствие внешнего перепада давлений за счет сил поверх-
ностного натяжения и создаваемого ими капиллярного давления.
Помимо сил поверхностного натяжения, на прохождение
жидкостей через микрокапиллярные течи значительное влияние
оказывает адсорбция полярно-активных молекул жидкости на
стенках течи.
При этом на стенках течи образуется граничный слой с ано-
мально высокой вязкостью, затрудняющий движение жидкости
по течи. Толщина этого слоя по порядку величины составляет
10~4 мм и может увеличиваться со временем.
К полярно-активным жидкостям, образующим адсорбционные
пленки на стенках течи, следует прежде всего отнести воду.
В сочетании с отложением загрязнений образование адсорбцион-
ного слоя может привести к так называемой облитерации — за-
растанию течи, что необходимо учитывать при проведении кон-
троля герметичности изделий.
3.	РАСЧЕТ СТЕПЕНИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ
ДЛЯ КОНТРОЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕТОДА КОНТРОЛЯ ТЕЧЕИСКАНИЕМ
Исходной величиной для выбора метода и средств контроля
течеисканием является степень герметичности контролируемого
объекта, определяемая величиной допустимой утечки рабочего
вещества, при которой сохраняется работоспособность объекта.
Степень герметичности обычно указывают в чертежах или тех-
нических условиях на изготовление объекта. Она может быть за-
дана для всей поверхности объекта, для единицы площади или
единицы длины (например, сварного шва) или характеризовать
локальную утечку соединения.
В ряде случаев контрольное вещество существенно отличается
от рабочего по молекулярной массе и вязкости. При этом условия
течения оказываются различными и возникает необходимость
пересчета допустимой утечки по рабочему веществу на допусти-
мую утечку по контрольному веществу.
Такой пересчет проводят по уравнениям Пуазейля и Кнудсена
в зависимости от режима течения рабочего и контрольного ве-
щества через данные неплотности. Поскольку выбор режима те-
чения, а поэтому и формулы пересчета в основном определяется
диаметром течей, который заранее неизвестен, возможны по-
грешности расчета утечек.
Наиболее характерную погрешность, связанную с ошибкой
выбора режима течения, можно найти как
Фвязк _ 3nd "I /~ т , I „ -у
Смолек ~ 1281] V 2nkT (Рг + Рм-
При правильном выборе режима течения погрешности расчета
утечек удается свести к минимуму. Рассчитав таким образом до-
231
chipmaker.ru
пустимую утечку контрольного вещества, выбирают метод и сред-
ства контроля течеисканием в зависимости от их чувствительности
к определению утечек.
Основные соотношения для расчета степени герметичности
рассмотрим раздельно для систем, в которых рабочим и контроль-
ным веществом является газ (система газ—газ), и для систем,
в которых рабочим и контрольным веществом является жидкость
(система жидкость—жидкость).
Рассмотрим систему газ—газ. В вакуумной технике степень
герметичности (допустимое натекание газа) Q замкнутой системы
с заданным давлением принято определять количеством газа,
проникающего в систему в единицу времени [34]:
Q — V Ap/t,
где V — объем системы; Лр — допустимое изменение давления
в системе за время t.
Натекание Q при тех же значениях V, &р и t будет различным
для разных газов и величин внешних давлений. Эталонное натека-
ние обычно определяют для стандартных условий: воздух при
нормальном атмосферном давлении проходит в объем, откачан-
ный до давления намного меньшего, чем'атмосферное давление.
Таким образом, условно течь характеризуют количеством воз-
духа, проходящим через нее в единицу времени из атмосферы
в вакуум. По системе СИ течь измеряют в единицах потока воз-
духа — мм3 • МПа/с. Ранее для этого применяли другую единицу
измерения — л-мкм/с. Соотношения между этими единицами
следующие: 1 мм3-МПа/с = 7,52 л-мкм/с; 1 л-мкм/с =
= 1,33-10-1 мм3-МПа/с.
Пусть далее задана необходимая степень герметичности си-
стемы по какому-либо рабочему газу Qp. Для выбора метода и
средств контроля герметичности системы необходимо пересчи-
тать Qp на степень герметичности по контрольному газу QK.
В зависимости от величины Qp пересчитывают соответственно
для вязкостного или молекулярного режимов течения газа.
Для степени герметичности Qp 1,33-10'2 мм3-МПа/с
(10'1 л-мкм/с) характерен вязкостный режим течения газа и
справедливо уравнение Пуазейля.
Полагая в нем р2 = рат (атмосферное давление), = 0 и
г] = г]в, где г[ъ — вязкость воздуха, найдем величину течи (по-
ток воздуха в стандартных условиях QB):
2
256т)в/ Р^'
Найдем связь между величиной течи QB и потоком любого
газа Q через эту течь, определяемым из уравнения Пуазейля:
Q = QB
т]в р!—р1
4 Р1т
232
Поскольку эта связь универсальна по отношению к различным
газам, из нее можно найти соотношение между степенью герметич-
ности по рабочему и контрольному газам для вязкостного режима
течения газов:
Qk'Hk _ ОрИр
PL-P1K Р2р-Р1р ’
где QK и Qp — степень герметичности системы по контрольному
и рабочему газам; г]к и г)р — вязкости контрольного и рабочего
газов; р2к и р2р — давление газов при входе в течь; р1к и р1р —
давление газов при выходе из течи.
Для степени герметичности Qp 1,33  10~5 мм3-МПа/с
(10-4 л -мкм/с) характерен молекулярный режим течения газа и
справедливо уравнение Кнудсена.
Полагая р2 = рат, рг = 0 и т = та, где тъ— масса моле-
кулы воздуха, найдем величину течи:
„ __ 1 л Л 2nkT ds
6 Г тв I рат'
Можно найти связь между величиной течи QB и потоком
любого газа Q через эту течь, определяемым из уравнения Кнуд-
сена:
Q = QB 1/«Гр^Р1
Г т	рат
или
Г М	раТ
где т и тъ — массы молекул произвольного газа и воздуха;
М и Л1И — молекулярные массы произвольного газа и воздуха.
Снова используя универсальность полученной связи по от-
ношению к различным газам, найдем соотношение между сте-
пенью герметичности по рабочему и контрольному газам для мо-
лекулярного режима течения газов;
Р‘2к Р1к Рхр — Pip
где QK и Qp — степень герметичности системы по контрольному
и рабочему газам; /Ик и Мр — молекулярные массы контрольного
и рабочего газов; р2к и р2р — давление газов при входе в течь;
р 1К и р1р — давление газов при выходе из течи.
В диапазоне степени герметичности по рабочему газу 1,33х
Х10’5 мм3-МПа/с Qp 1,33 -10’2 мм3-МПа/с (10“4 л-мкм/с
Qp КН л -мкм/с) наблюдается промежуточный молеку-
лярно-вязкостный режим течения газов, и пересчет можно
233
chipmaker.ru
провести по найденным соотношениям либо для молекулярного,
либо для вязкостного режимов. Погрешность такого пересчета
рассмотрена выше. Эта погрешность будет меньше, если в диапа-
зоне значений Qp = 1,33 (10-3—10~2) мм3-МПа/с (10-2—
— 10-1 л мкм/с) пересчет провести по соотношению для молеку-
лярного режима.
Рассмотрим систему жидкость—жидкость. Степень герметич-
ности жидкостных систем определяется допустимым потоком ра-
бочей жидкости из системы, и ее также измеряют в мм3-МПа/с.
Для контроля герметичности жидкостных систем может быть
применена контрольная жидкость, по вязкости отличающаяся
от рабочей. Пересчет степени герметичности системы по рабочей
жидкости к степени герметичности по контрольной жидкости
проводят для вязкостного режима с использованием уравнения
Пуазейля (для жидкостей).
Нетрудно получить соотношение для пересчета
Qk'Hk _ Фр'Чр
Ргк ’— Р\к	Pzp Pip
где QK и Qp — степень герметичности по контрольной и рабочей
жидкостям; г)к и г]р — вязкости контрольной и рабочей жидкостей;
р2к и Рър — давление жидкостей при входе в течь; р1к и р1р —
давление жидкостей при выходе из течи.
Порядок выбора методов и средств контроля течеисканием
в зависимости от их чувствительности. Под чувствительностью
метода контроля течеисканием понимают наименьшую утечку
контрольного вещества, надежно регистрируемую средствами
контроля, применяемыми при данном методе. Контрольные ве-
щества — жидкость или газ — регистрируют средствами конт-
роля.
Если задана степень герметичности по известному рабочему
веществу, пользуясь уравнениями пересчета, можно решить за-
дачи либо по определению требуемой чувствительности метода и
средств контроля течеисканием, либо по определению необхо-
димых давлений выбранного контрольного вещества, либо по вы-
бору контрольного вещества. В каждом из этих случаев будет
в основном решена задача по выбору метода и средств контроля
течеисканием. При выборе метода и средств контроля течеиска-
нием следует соблюдать определенные соотношения между тре-
буемой степенью герметичности системы по контрольному веще-
ству и необходимой чувствительностью метода.
Если чувствительность выбранного метода ниже заданной сте-
пени герметичности системы, в процессе контроля может быть не
выявлен ряд течей системы что приведет к нарушению работо-
способности системы. Если чувствительность метода выше задан-
ной степени герметичности, система может быть необоснованно
забракована. Поэтому в технических условиях на изготовление
систем, подлежащих контролю герметичности, метод контроля
234
течейскаййём и его чувствительность должны быть указаны вместе
с требуемой степенью герметичности системы. В случаях, когда
такое указание отсутствует, следует выбирать метод контроля те-
чеисканием, чувствительность которого в 2—3 раза превышает
заданную степень герметичности.
4.	ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МЕТОД
Гидравлический метод контроля герметичности сварных, пая-
ных, клепаных и других изделий и систем в зависимости от предъ-
являемых к ним требований может быть осуществлен тремя спо-
собами (в соответствии с ГОСТ 3242—69): гидравлическим давле-
нием, наливом воды и поливом воды.
Контролю гидравлическим давлением подвергают различного
рода замкнутые системы (емкости, трубопроводы, гидравлические
системы и т. п.), работающие под избыточным давлением. При
контроле гидравлических систем и других объектов, работающих
под воздействием жидкости, в качестве контрольного и пробного
вещества используют, как правило, рабочую жидкость. Некото-
рые газовые системы, например газопроводы, контролируют водой
или какой-либо другой жидкостью.
Сущность способа заключается в том, что контролируемый
объект заполняют рабочей жидкостью или водой, герметизируют,
гидравлическим насосом создают в нем необходимое избыточное
давление, под этим давлением выдерживают изделие в течение
определенного времени, после чего контролируют объект путем
осмотра его и обнаружения мест отпотевания наружной поверх-
ности, либо применяя в качестве индикатора течи фильтроваль-
ную бумагу, на которой появляются пятна рабочей жидкости.
После обнаружения мест течи и регистрации величины утечек
давление жидкости в контролируемом объекте сбрасывается.
Вид контрольного и пробного вещества, величина избыточного
давления, время выдержки изделия, время наложения фильтро-
вальной бумаги и другие режимы контроля определяются техни-
ческими требованиями на данное изделие.
Испытуемые сварные, паяные и другие изделия должны быть
предварительно подвергнуты радиационным, ультразвуковым,
магнитным и другим методам неразрушающего контроля с целью
выявления в них трещин, непроваров, раковин, пор и т. п., влияю-
щих на прочность и герметичность изделия. Перед проведением
контроля герметичности изделия подвергают гидравлическому
испытанию (опрессовке на прочность) под давлением, указывае-
мым в ТУ на изделия.
В целях обеспечения требуемой надежности контроля, а также
для механизации контрольных операций, при контроле герме-
тичности изделий в серийном производстве применяют специаль-
ные гидростенды.
Чувствительность метода как предельно регистрируемая
утечка определяется диаметром пятна рабочей жидкости на филь-
235
chipmaker.ru
тровальной бумаге и зависит от времени выдержки изделия под
давлением. Типичная зависимость чувствительности метода от
времени выдержки для масла АМГ-10 (ГОСТ 6794—53) и диаметра
пятна на фильтровальной бумаге 2 мм, надежно выявляемого
на практике, приведена на рис. 130. Чувствительность метода
значительно повышается с увеличением времени выдержки до
15 мин, далее не испытывая заметного повышения. При таком
времени выдержки чувствительность метода составляет примерно
2-10~8 мм3-МПа/с, что эквивалентно утечке воздуха под давле-
нием 0,1 МПа (—1 ат), равной 3 -10"2 мм3 МПа/с. При времени
выдержки 3 и 1 мин чувствительность метода снижается до величин
соответственно 1-Ю-4 и ЗЮ-4 мм3-МПа/с.
В ряде случаев контроль герметичности сварных соединений
замкнутых изделий, работающих под давлением (емкостей, кот-
лов паропроводов и т. п.), совмещают с их прочностными испыта-
ниями. В качестве контрольного и пробного вещества используют
воду.
Перед испытаниями в контролируемом изделии закрывают все
открывающиеся крышки люков и горловин (не применяя каких-
либо дополнительных уплотнений сверх предусмотренных кон-
струкций), на патрубках изделия устанавливают штатную запор-
ную арматуру, закрывают временными заглушками (сварными
или деревянными в зависимости от диаметра отверстия и испыта-
тельного давления) все прочие отверстия, оставляя открытыми
только отверстия для заполнения
Рис, 130. Чувствительность метода контроля
герметичности гидравлическим давлением в
зависимости от времени выдержки (контроль-
ное и пробное вещество — масло АМГ-10, ин-
дикатор — фильтровальная бумага, график
построен для пятен масла на фильтровальной
бумаге диаметром 2 мм)
водой и для выхода воздуха,
а также отверстие приварки
' штуцера для присоединения
гидронасоса. Изделие запол-
няют водой, герметизируют
и гидронасосом создают в нем
избыточное давление, вели-
чина которого определяется
соответствующими стандар-
тами, инструкциями или тех-
ническими условиями и обыч-
но в 1,5—2 раза превышает
рабочее давление [41].
После определенной вы-
держки изделия при этом
давлении, также определяе-
мой техническими условиями
ит. п. и составляющей
обычно 5—6 мин, давление
уменьшают до рабочего, а
изделие слегка отстукивают
молотком с круглым бойком
на растоянии 15—20 мм от
края сварного шва, одновре-
236
менно осматривая сварной шов и околошовную зону. Степень гер-
метичности контролируемого изделия и места течей при этом
определяют по падению давления воды, по появлению на наруж-
ной поверхности изделия течей в виде струек и капель воды, а
также по отпотеванию участков поверхности. При таком способе
контроля герметичности могут быть выявлены дефекты (течи)
диаметром около 1  10“3 мм. Во избежание повторных наливов
воды сомнительные участки изделий перед их испытаниями
водой целесообразно продуть струей сжатого воздуха, а сложные
по конструкции изделия — предварительно надуть сжатым воз-
духом давлением 0,02—0,03 МПа [46].
При проведении контроля изделий гидравлическим давле-
нием необходимо строго руководствоваться утвержденными
Госгортехнадзором правилами и устройствами по безопасной
эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
Контролю наливом воды подвергают открытые изделия-баки,
цистерны, отсеки судов и т. п. Перед контролем сварные швы из-
делия протирают ветошью и сушат воздухом. После этого изде-
лие заполняют водой до заданного уровня и выдерживают в те-
чение определенного времени. Затем осмотром выявляют величину
и места течей по струйкам воды и отпотеванию участков наружной
поверхности. Уровень воды в изделии при контроле, время вы-
держки и порядок осмотра определяются техническими условиями
на изделие. В зависимости от конструкции и назначения изделий
продолжительность их контроля наливом воды составляет 0,5—
24 ч. Контроль проводят при температуре воздуха не менее 0° С
и воды не менее 5° С.
Контроль поливом воды осуществляют, поливая с расстояния
не более 3 м одну сторону сварного, заклепочного или другого
соединения водой под давлением 0,1—1 МПа в зависимости от
требований к соединению и одновременно осматривая другую сто-
рону соединения. Величину и места утечек определяют по струй-
кам и капель воды и отпотеванию этой сухой стороны соединения.
Сварные и заклепочные соединения, расположенные вертикально,
поливают в направлении снизу вверх. Заклепочные соединения
поливают по возможности с нечеканенной стороны. При контроле
наливом и поливом воды в соединениях могут быть выявлены де-
фекты (течи) диаметром до 0,5 мм.
5.	МЕТОД ИСПЫТАНИЯ КЕРОСИНОМ
Метод испытаний с применением керосина благодаря простоте
и сравнительно высокой чувствительности получил широкое
применение для контроля герметичности сварных соединений.
Этот метод применяют для контроля герметичности сварных сое-
динений в основном открытых (незамкнутых) изделий — различ-
ного рода емкостей, элементов гидравлических систем и т. п.,
рабочим веществом в которых служит жидкость. Однако возможен
237
chipmaker, ru
контроль этим методом и замкнутых изделий, например топлив-
ных отсеков.
В качестве контрольного и пробного вещества при этих испы-
таниях используют керосин благодаря его высокой проникающей
способности, обусловленной тем, что он не является полярно-
активной жидкостью, обладает сравнительно низкой вязкостью
и растворяет пленки жира и пробки в неплотностях. Законы
проникновения керосина в неплотности в основном определяются
капиллярными явлениями. В качестве индикатора керосина приме-
няют меловую-обмазку.
Различают четыре способа испытаний керосином: керосино-
вый, керосино-пневматический, керосино-вакуумный и керосино-
вибрационный.
Контроль керосиновым способом проводят следующим образом.
Перед испытаниями контролируемое сварное соединение про-
стукивают молотком вне зоны термического влияния и тщательно
очищают от шлака и других загрязнений. На сторону сварного
соединения, наиболее доступную для осмотра и устранения де-
фектов, наносят меловую обмазку обычно из расчета 350—450 г
молотого мела или каолина на 1 л воды. В зимних условиях ме-
ловую обмазку приготовляют на незамерзающем растворителе.
Противоположную сторону соединения несколько раз подряд
обильно смачивают керосином или укладывают на нее индикатор-
ную ленту из ткани, пропитанной керосином. После определен-
ной выдержки контролируемое соединение осматривают, выявляя
места утечек по пятнам керосина на меловой обмазке. Для повы-
шения надежности и чувствительности метода в керосине раство-
ряют краски ярких цветов. Применяют, например, краску
«Судан-Ш» из расчета 2,5 г на 1 л керосина, окрашивающую ке-
росин в красно-лиловый цвет [511.
Режимы контроля герметичности с применением керосина —
интенсивность и длительность смачивания, время выдержки сое-
динения под действием керосина и т. п. — указываются в техни-
ческих условиях на изделие. А. А. Трущенко установлены основ-
ные закономерности метода при контроле стыковых сварных сое-
динений листов толщиной 4—9 мм. Различные режимы контроля
сравнивают с помощью коэффициентов дифференциального kR
и интегрального /ги выявления течей:
—— Лм/Ло.	= Им /Ио,
где пм — количество течей, выявленных в данный момент времени
при многократном смачивании; п0 — то же, при однократном сма-
чивании; nJ, — количество течей, выявленных за период от на-
чала многократного смачивания до данного момента времени;
По — то же, при однократном смачивании.
Обнаружение течей не зависит от того, какую из сторон сое-
динения (верхнюю или нижнюю) смачивают керосином. При одно-
кратном смачивании течи от пор при толщине материала 4—9 мм
238
выявляются за 145—180 мин, при многократном (2—4 раза под-
ряд) — за 55—67 мин, т. е. в 2,4—3,3 раза быстрее. Течи от тре-
щин выявляются в 6,7—18 раз быстрее, чем течи от пор, выяв-
ленных соответственно многократным и однократным смачива-
нием. Время выявления трещин не зависит от интенсивности сма-
чивания: 80% трещин выявились за первые 5 мин, остальные —
за время до 10 мин. При испытании наливом керосина течи —
поры выявляются в 2,2—12 раз быстрее, чем при многократном
смачивании.
Примерное распределение утечек в стыковых сварных соеди-
нениях по видам вызвавших их дефектов таково: из 526 выявлен-
ных неплотностей 489 обусловлено порами 2 — непроварами,
35 — трещинами (34 поперечными и одной продольной). Эти ре-
зультаты получены при контроле 1806 м сварных швов листовых
материалов толщиной 4—9 мм.
Керосиновым методом могут быть выявлены неплотности
с эффективным диаметром более 0,1 мм. Чувствительность метода,
оцениваемая величиной течи, составляет 7 10'3 мм3МПа/с.
Другие способы испытания изделий керосином повышают
чувствительность и производительность этого метода.
Керосино-пневматический способ контроля отличается от опи-
санного тем, что после смачивания контролируемого соединения
применяют продувку соединения со стороны керосина сжатым
воздухом под давлением 0,3—0,4 МПа. Это повышает выявляемость
неплотностей и ускоряет их обнаружение.
Керосино-вакуумный способ основан на использовании пере-
носных вакуумных камер, помещаемых на контролируемое со-
единение со стороны меловой обмазки. При этом повышаются чув-
ствительность и производительность метода.
Керосино-вибрационный способ использует вибрацию контро-
лируемого соединения после смачивания его керосином. Это уско-
ряет проникновение керосина в неплотности и поэтому также повы-
шает чувствительность и производительность метода.
Испытанию керосином подвергают в основном стыковые, тав-
ровые и угловые соединения. Для контроля нахлесточных свар-
ных соединений керосин нагнетают в межнахлесточное простран-
ство. Это допускается в тех случаях, когда не предъявляются
жесткие требования к удалению керосина из межнахлесточного
пространства.
6.	ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ МЕТОД
Люминесцентный метод применяют для контроля герметич-
ности сварных и других соединений открытых и закрытых изде-
лий, в том числе емкостей, элементов гидравлических и газовых
систем, сварных заготовок и т. д. Как и метод испытания кероси-
ном, он основан на использовании капиллярных явлений. В отли-
чие от метода испытания керосином при люминесцентном методе
239
chipmaker.ru
контроля используют способность ряда веществ высвечиваться
в видимой части спектра под действием ультрафиолетового света
[2, 51].
В качестве контрольного и пробного вещества при люминес-
центном контроле используют люминесцентные жидкости шубе-
кол, ЛЖ-1, ЛЖ-2, ЛЖ-4, ЛЖ-5, растворы родамина-С в изо-
пропиловом спирте, динатриевой соли С20Н10О5 Na2 (уранина)
в воде или в этиловом спирте и др. Кроме этих жидкостей, для
контроля могут быть применены люминесцирующие растворы
одного из следующих составов (в %) [51 ]:
Состав А
Состав Б
Керосин............ 50
Бензин ............ 25
Светлое минеральное
масло (вазелиновое,
трансформаторное
и т. д.)	........ 25
Флуоресцирующий
краситель (дефек-
толь зелено-золо-
тистый) ...........0,02—
0,03
Керосин или легроин 74,5
Нориол ........... 25
Эмульгаторы ОП-7
или ОП-Ю ....	0,5
Перечисленные вещества обладают низкой вязкостью, высокой
проникающей способностью и достаточно высокой конверсионной
эффективностью при воздействии на них ультрафиолетового света.
В качестве источников ультрафиолетового света обычно при-
меняют ртутные лампы высокого давления ПРК-2, ПРК-4 со све-
тофильтрами из стекла УФС-3, ультрафиолетовые осветители
УФО-4, лампы ДРШ-250, а также другие специально изготовляе-
мые источники.
В зависимости от подходов к контролируемому изделию при-
меняют два основных способа люминесцентного контроля: капил-
лярный и опрессовочный.
Капиллярный способ применяют для контроля сварных и дру-
гих соединений открытых изделий. Для этого раствор люминес-
центной жидкости наносят на одну из поверхностей контролируе-
мого соединения. Через определенное время, указываемое в тех-
нических условиях на изделие, противоположную поверхность
соединения в темноте освещают ультрафиолетовым светом, по ви-
димому глазом свечению люминесцирующей жидкости определяя
места утечек. Для большей надежности контроля на осматривае-
мую поверхность наносят тальк, который пропитывается конт-
рольной жидкостью, увеличивая размер светящихся пятен. Для
повышения чувствительности возможно создание перепада дав-
ления аналогично керосино-вакуумному методу.
Опрессовочный способ заключается в том, что контролируемые
крупногабаритные закрытые изделия — баки, отсеки и т. п. —
заполняют жидкостью, в которой в качестве пробного вещества
содержится люминесцирующая жидкость, например ТМС-6 или
240
ГС-6. После надлежащей опрессовки на прочность в изделии уста-
навливают испытательное давление жидкости, определяемое тех-
ническими условиями на изделие. После выдержки изделия под
этим давлением в течение некоторого времени, освещая внешнюю
поверхность ультрафиолетовым светом, в темноте выявляют места
утечек контрольной жидкости по ее свечению.
Необходимое время выдержки изделия под давлением опреде-
ляют как
128Ут]/
лД4(р —рат)
Рассчитанные по этому соотношению некоторые данные, ха-
рактеризующие чувствительность люминесцентного метода кон-
троля, приведены в табл. 28 [34].
Таблица 28
Характеристика некоторых параметров люминесцентного контроля
герметичности (контрольная жидкость — раствор люминофора
в трихлорэтилене 100—200 мг/л; т] = 8,8-Ю-4 Н-с/м2)
Диаметр отверстия, мкм	Поток через отверстие длиной 10 мм, мм3-МПа/с	Максимально возможная высота подъема раствора, см		Длительность появления сигнала в месте течи	
		Под действи- ем только капиллярных сил (объект ие откачан)	Под дейст- вием капил- лярных сил и атмосферного давления (объект от- качан)	Объект не откачан	Объект откачай
1	2-IO'8	900	1600	31 ч	17 ч
3	9-10~8	300	1000	1,1 ч	22 мин
10	8-Ю-3	90	790	2 мин	10 с
30	6-ю-2	30	730	4 с	0,2 с
100	62	9	709	0,1 с	0,001 с
Практически чувствительность капиллярного способа люми-
несцентного контроля составляет (1-^ 5) 10-2 мм3МПа/с, а опрес-
совочного (1ч-5) 10~4 мм3МПа/с. Дальнейшему повышению
чувствительности этого метода могут способствовать создание вы-
сокочувствительных фотоэлектрических приборов и автомати-
ческая регистрация результатов контроля.
7.	’ ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД
Газоаналитический метод применяют для контроля герметич-
ности замкнутых газовых систем, работающих под избыточным
давлением. Метод основан на измерении электрического сопро-
тивления нагретой проволоки, изменяющегося в присутствии
пробного газа. Сопротивление измеряют путем его сравнения
241
chipmaker.ru
В оз дул или смесь Воз-
духа с пробным газом
2
I	/77/2/2?2 2 777%<Z<-z/ZZ/-Z z ZZZzZZZZZZ7ZZZZZZZz^
Воздух 'Е------- ..	>	~	. I
а)
Отсос
-0 U 0-
Рис. 131. Устройство (а) и схема включения (б) датчика катароме-
трического течеискателя:
1 — корпус датчика; 2 — чувствительные элементы; 3 — датчик

с сопротивлением такой же нагретой проволоки, находящейся
в воздухе [34].
Методом определяют локальные утечки газа.
Сущность метода поясняется рис. 131, на котором показано
устройство датчика катарометрического течеискателя — течеиска-
теля на основе газоаналитического метода (по ГОСТ 5197—70).
Корпус датчика (рис. 131, а) снабжен двумя разделенными ка-
налами, соединяющимися в его тыльной части в общий канал.
По оси каналов размещены чувствительные элементы — тонкие
металлические нити, нагреваемые электрическим током. Корпус
датчика выполнен в виде массивного медного блока для исключе-
ния внешних тепловых воздействий на чувствительные элементы.
Нити датчика, каждая из которых имеет электрическое сопро-
тивление 7?д, включают в два плеча мостовой схемы, как пока-
зано на рис. 131, б. Сопротивления в двух других плечах схемы
входят в измерительную часть течеискателя. Мост балансируют,
пропуская через оба канала датчика чистый воздух. Для этого
применяют отсос воздуха (или воздуха и газа при обнаружении
течей) обычно с помощью вентилятора.
В рабочих условиях датчик перемещают вдоль поверхности
контролируемого соединения. Если утечки контрольного газа
отсутствуют, мост остается сбалансированным. Поскольку вход-
ные отверстия каналов датчика расположены на различных рас-
стояниях от контролируемой поверхности (рис. 131, а), при утечке
пробного газа он вместе с воздухом будет проходить через верх-
ний канал датчика, в то время как в нижний канал датчика будет
242
3
Рис. 132. Чувствительность
газоаналитического метода
для различных пробных га-
зов в смеси с воздухом
(избыточное давление 0,5
МПа):
1 — 90% фреон-12;	2 —
90% гелий; 3 — 90% азот
по-прежнему поступать только воздух. Из-за различия в тепло-
проводности пробного газа и воздуха изменяются условия ох-
лаждения, а поэтому и сопротивление верхней нити датчика.
Мост оказывается разбалансированным, напряжение разбаланса
регистрируется измерительным прибором и каким-либо сигнали-
затором.
Применение в течеискателе компенсационной схемы делает
датчик весьма чувствительным к утечкам пробного газа.
Катарометрические течеискатели обычно выполняют как пе-
реносные приборы, содержащие приемник (выносной датчик) и
преобразователь (измерительный блок). Нити датчика изготов-
ляют из платины либо из ее сплавов с родием. Иногда применяют
вольфрамовую спираль. Для всасывания газа в приемник встраи-
вают вентилятор с автономным электродвигателем постоянного
тока. В ряде случаев применяют регулировку скорости вентиля-
тора для выбора требуемой чувствительности и производитель-
ности контроля.
Чувствительность катарометрических течеискателей суще-
ственно зависит от выбранного пробного газа, в частности от его
теплопроводности (рис. 132). В качестве пробных газов при газо-
аналитическом методе контроля применяют водород, гелий, угле-
кислый' газ, азот, фреон и т. п., теплопроводность которых су-
щественно отличается от теплопроводности воздуха. Относитель-
ная теплопроводность некоторых газов при температуре 0° С и
давлении 0,1 МПа приведена ниже.
Воздух	Водород	Гелий Углекислый газ	Азот
1	7,130	6,040	0,614	0,674
Абсолютная чувствительность метода при 90% содержании
фреона-12 в смеси с воздухом составляет (2-е-4) 10-4 мм3-МПа/с.
16*	243
I chipmaker.ru
Таблица 29
Технические характеристики катарометрических течеискателей
Наименование	Тип	Электропитание	Габаритные размеры, масса	Условия эксплуатации
Переносной катаромстри- ческий (газо- аналитический) течеискатель	ТП7101	От сети пере- менного тока напряжением 127, 220 В, частотой 50 Гц	Приемник 34Х35Х 142 мм. Преобразова- тель 164Х X 136Х 64 мм. Блок питания 240Х 165Х X 120 мм. Длина кабеля 10 м. Масса тече- искателя с запасными частями 13,5 кг	Температура окружающей среды 10— 35° С. Наиболь- шая относи- тельная влаж- ность воздуха 80%. Давление воздуха атмос- ферное. Работа во взрывобез- опасных поме- щениях
Переносной течеискатель в интеграль- ном испол- лении	ТП7101М	То же или от батареи 3336Л, «Рубин-1» и др.	Не более 260Х 160Х X ПО мм. Масса не более 4 кг	Температура окружающей среды 5—50° С
Примечание. Чувствительность течеискателей ТП7101 н ТП7101М по гелию
составляет 2,4» 10-3 мм3-МПа/с.
Технические характеристики отечественных катарометриче-
ских течеискателей приведены в табл. 29. Течеискатель ТП7101 —
переносный сетевой прибор, кроме приемника и преобразователя
содержит блок питания и кабель длиной 10 м. Сравнительно не-
большая масса течеискателя позволяет применять его в цеховых
условиях для обнаружения локальных утечек в крупногабарит-
ных сварных и других изделиях.
В цеховых и полевых условиях может быть применен течеиска-
тель ТП7101М благодаря тому, что он обеспечен сетевым и бата-
рейным питанием. Другое отличие этого прибора от своего ана-
лога ТП7101 состоит в том, что он построен на твердых интеграль-
ных схемах, и поэтому имеет почти в 4 раза меньшую массу.
Постоянная времени (инерционность) обоих течеискателей не
превышает 1,5 с. Индикация течи стрелочная, звуковая и световая.
Преимущество газоаналитического метода — возможность его
применения для обнаружения локальных утечек практически
любого газа, поскольку теплопроводность любого газа так или
иначе отличается от теплопроводности воздуха. Возможно приме-
нение этого метода и для обнаружения паров летучих жидкостей.
244
8.	ПУЗЫРЬКОВЫЙ МЕТОД
Пузырьковый метод, как следует из его названия, основан
на регистрации локальных утечек в изделиях по появлению пу-
зырьков контрольного вещества (газа). Различают три основные
разновидности пузырькового метода: пневматический, пневмо-
гидравлический и вакуумный методы.
Пневматический метод применяют для контроля герметичности
сварных, паяных, клепаных и т. п. замкнутых и открытых изде-
лий. В качестве контрольного и пробного вещества используют
в основном воздух. Индикацию утечки осуществляют, применяя
пенообразующие вещества. Можно различить два способа реали-
зации пневматического метода: контроль сжатым воздухом с об-
мазкой пенообразующим веществом и контроль струей сжатого
воздуха.
Контроль сжатым воздухом с обмазкой пенообразующим ве-
ществом применяют при проверке на герметичность замкнутых
сварных, клепаных и других изделий, предназначенных для за-
полнения жидкостью или газом. После герметизации контроли-
руемого объема в нем создают испытательное давление, величина
которого определяется техническими условиями на изделие.
Обычно испытательное давление составляет 1—1,2 рабочего дав-
ления. При контроле электрических конденсаторов типа
КПМ-1-50-1 избыточное давление равно 0,06 МПа, а при контроле
судовых отсеков 0,03 —0,04 МПа. Для предохранения изделия от
разрушения при случайном повышении давления сверх испыта-
тельного рекомендуется применять специальные предохранитель-
ные клапаны.
Для определения величины и мест нахождения утечек контро-
лируемое изделие снаружи обмазывают пенообразующим веще-
ством. Состав таких веществ зависит от температуры воздуха при
проведении контроля герметичности. При работе в летнее время
применяют пенообразующие вещества одного из следующих со-
ставов [46, 78]. Состав А: 1 л воды, 50 г мыла туалетного; состав Б:
1 л воды, 50 г мыла хозяйственного 65%-ного, 5 г глицерина; со-
став В: 1 л воды, 50 г порошка лакричного корня.
При работе в зимнее время применяют пенообразующее ве-
щество следующего состава: 1 л водного раствора хлористого
натрия NaCl или хлористого кальция СаС1 (количество хлористой
соли в 1 л воды в зависимости от температуры воздуха указано
в табл. 30); 15 г концентрированного раствора лакричного экстрак-
та (из расчета 1 кг сухого экстракта лакричного корня на 0,5 л
воды).
Просты в изготовлении и недороги пенообразующие вещества
(для работы в зимнее время), составы которых указаны в табл. 31.
Пенообразующие вещества наносят на поверхность контроли-
руемого соединения либо кистью, либо применяя специальные
пеногенераторные установки с пистолетами-пеногенераторами
245
chipmaker.ru
Таблица 30
Количество хлористой соли
в растворе в зависимости
от температуры воздуха
Температура воздуха, °C	Количество хлористой соли в 1 л воды, г	
	NaCl	CaCi
0-ь— 5	83	100
—5-ь—10	160	170
—10-ь—15	222	220
—15-ь—20	290	263
—20-ь—25	—	303
—25-ь—30	—	329
—30-ь—35	—	366
Таблица 31
Состав пенообразующих веществ
(на 1 л воды) для работы
в зимнее время в зависимости
от температуры воздуха
№ состава	Темпера- тура воз- духа, °C, ие ниже	Компоненты состава, г	
		СаС]	Эмульга- тор огыо или ОП-7
1	—10	562	151
2	—15	786	198
3	—30	1000	222
производительностью до 10 м/мин и шириной валика пены 25—
30 мм.
Места течи выявляют по сразу же появляющимся пузырькам
пенообразующего вещества. Течи устраняют в соответствии с ТУ
на изделие. При этом вначале устраняют крупные течи, предвари-
тельно снизив давление воздуха в изделии до атмосферного.
Чувствительность метода контроля сжатым воздухом с обмаз-
кой пенообразующим веществом можно оценить по формуле
__(-> rc^tnin
Ч	gf г ат»
где q — наименьшая регистрируемая величина утечки воздуха;
От1п — диаметр наименьшего различимого пузырька; t — время
с момента образования пузырька до его исчезновения; рат — атмо-
сферное давление; С — коэффициент, учитывающий соотношение
между единицами измерения течей.
Данным методом можно обнаружить неплотности с эффектив-
ным диаметром до 1 • 10-3 мм. Предельная чувствительность ме-
тода по величине потока воздуха составляет 7-Ю-4 —
10-3 мм3-МПа/с. При проведении контроля герметичности изде-
лий сжатым воздухом следует строго соблюдать утвержденные
Госгортехнадзором правила и устройства по безопасной эксплуата-
тии сосудов, работающих под давлением. Во избежание аварий
при взрыве изделия работу по контролю следует проводить в изо-
лированном помещении с соответствующими ограждениями.
Контроль струей сжатого воздуха применяют при испытании
на герметичность открытых крупногабаритных сварных, клепа-
ных и других изделий (по участкам). При этом на одну из сторон
контролируемого соединения наносят пенообразующее вещество
указанных выше составов, а другую сторону обдувают струей
246
сжатого воздуха, подаваемого по гибкому шлангу под избыточным
давлением 0,04—0,05 МПа. Струя воздуха должна быть перпенди-
кулярна контролируемой поверхности. Расстояние между кон-
цом шланга и поверхностью соединения не должно превышать
50 мм.
Места и величину утечек определяют по пузырькам пенообра-
зующего вещества.
В соответствии с ГОСТ 3242—69 обдувом струей сжатого воз-
духа контролируют стыковые, тавровые и угловые сварные сое-
динения при толщине свариваемого металла не более 10 мм. При
этом в соединениях могут быть выявлены сквозные дефекты —
свищи, прожоги, трещины, сплошные непровары с эффективным
диаметром до 0,5 мм.
Пневмогидравлический метод применяют для контроля герме-
тичности сварных, паяных, клепаных и других замкнутых изде-
лий — различного рода емкостей, элементов гидравлических и
газовых систем и т. п., работающих под давлением и имеющих
сравнительно небольшие размеры, что обеспечивает возможность
их погружения в жидкость. Метод заключается в подаче в контро-
лируемое изделие контрольного газа под избыточным давлением
с последующим погружением изделия в индикаторную жидкость
(рис. 133). Величину и места утечек определяют по пузырькам
контрольного газа в индикаторной жидкости. В качестве кон-
трольного газа применяют воздух или азот, в качестве индикатор-
ной жидкости — воду или спирт.
В зависимости от степени разрежения воздуха над индикатор-
ной жидкостью различают способ аквариума и способ бароаква-
риума.
По способу аквариума контроль герметичности изделий про-
водят при атмосферном давлении воздуха над индикаторной
жидкостью.
Перед контролем герметичности изделия проводят его опрес-
совку на прочность (см. гл. XI). Герметичность изделия контроли-
руют следующим образом. В
ние величиной 0,2—0,3 ис-
пытательного давления и
опускают его в бак с индика-
торной жидкостью. Далее
давление в изделии повы-
шают до величины испыта-
тельного давления и, выдер-
живая его в течение опреде-
ленного времени, ведут на-
блюдение за пузырьками
газа, появляющимися на по-
верхности жидкости. Вели-
чину испытательного давле-
ния и время контроля уста-
247
изделие подают избыточное давле-
Рис. 133. Схема пневмогидравлического ме-
тода контроля герметичности:
1 — редукционный клапан; 2 — манометр;
3 — клапан; 4 — предохранительный клапан;
5 — бак; 6 — жидкость; 7 — контролируе-
мое изделие; 8 — вентиль сброса давления
chipmaker.ru
навливают в соответствии с техническими условиями на
изделие.
Для улучшения условий обнаружения пузырьков контрольного
газа применяют подсветку поверхности индикаторной жидкости.
Зависимость потока Q газа от диаметра D и количества пузырь-
ков определяют на основе равенства внутренних и внешних воз-
действий на пузырек [34]:
Рвн = Рк + Рг + Рат’
Qt	4о	.
РвН = -р-: Рк=-р-. Рг— pgh,
где рвк — внутреннее давление в пузырьке; V — объем пузырька;
t —время заполнения газом объема 'V; рк — капиллярное дав-
ление; о — поверхностное натяжение; рг — гидравлическое дав-
ление столба жидкости; р —плотность жидкости; g —ускорение
свободного падения; h—высота столба жидкости; рат —атмо-
сферное давление.
Из этого уравнения находят величину потока газа:
Q =	(^ + Р^ + Рат)-
В реальных условиях третье слагаемое в скобках существенно
превышает два первых. Поэтому
причем нулевой индекс относится к моменту отрыва пузырька от
изделия через время t0 после его образования.
Последнее уравнение применяют при определении необхо-
димых параметров пневмогидравлического метода. Полагая
в этом уравнении Do = Dmln, где Dmln — наименьший диаметр
пузырька, поддающегося обнаружению, можно найти чувстви-
тельность метода q = Qmln. Величина обнаруживаемой течи воз-
духа составляет при этом
Чв (Рисп/РУ-1 ’
Из этого уравнения следует, что величина обнаруживаемой течи
воздуха зависит от испытательного давления рисп. Зависимость
минимальной обнаруживаемой течи воздуха QB от абсолютного
испытательного давления рисп приведена ниже [34].
Рисп. МПа . .	0,101	0,11	0,2	0,3	1,0
QB, мм3-МПа/с 1,33-IO’2 1,33-10‘3	9,3- 10Б	4-10 Б 2,66-10’в
Практически чувствительность способа аквариума при исполь-
зовании в Ткачестве индикаторной -жидкости воды составляет
10-3 мм3-МПа/с. При использовании в качестве индикаторной'
248
2
Рис. 134. Схема вакуумного метода кон-
троля герметичности:
/ — вакуумметр; 2 — трехходовой кран (в
двух положениях); 3 — оргстекло; 4 — ме-
таллическая рамка; гГ — губчатая резина-
уплотнитель; 6 — контролируемое сварное
соединение; Z — пленка пеиообразующего
вещества
жидкости спирта, благодаря его
более чем втрое меньшему по-
верхностному натяжению по
сравнению с водой, выявляются
пузырьки воздуха диаметром
примерно в 1,5 раза меньшие,
и чувствительность способа по-
вышается до 5 -10-4 мм3 • МПа/с.
Способ бароаквариума отли-
чается от предыдущего тем, что
пространство над индикаторной
жидкостью вакуумируют. Для
этого бак с индикаторной жид-
костью изготовляют замкнутым,
а наблюдение за пузырьками
газа ведут через специальные
смотровые отверстия. Для спо-
соба бароаквариума р„ = 0:
«=<(£+₽«*.)•
Проведенные по этому уравне-
нию оценки показывают, что с
учетом увеличения диаметра
пузырька при его выходе в вакуум (примерно в 2,5 раза) чув-
ствительность способа бароаквариума составляет примерно
4,5-10 6 мм3-МПа/с. Практически достигается чувствительность
этого способа 5 • 10-4—10“5 мм3-МПа/с.
При использовании в качестве контрольного любого газа,
отличающегося от воздуха (например, азота), эквивалентные воз-
душные течи QB определяют по уравнениям пересчета.
Вакуумный метод — разновидность пневматического метода
контроля с обмазкой пенообразующим веществом — применяют
для контроля герметичности в основном открытых изделий при
одностороннем подходе к контролируемым сварным и другим сое-
динениям. Метод заключается в использовании переносных ва-
куумных камер-присосок, накладываемых на участок контроли-
руемого соединения.
На контролируемое сварное или другое соединение наносят
пенообразующее вещество одного из составов, указанных выше.
Вакуумную камеру устанавливают на контролируемый участок
соединения и с помощью вакуумного насоса или эжектора создают
в ее полости разрежение, указываемое в технических условиях
на изделие. В зависимости от требований к степени герметичности
соединения перепад давления можно устанавливать в пределах
0,02 —0,09 МПа. В результате такого разрежения воздух через
неплотности соединения поступает в полость камеры, причем
место, а в ряде случаев и величину утечек выявляют по пузырь-
249
chipmaker.ru
кам пенообразующего вещества. Наблюдение при этом ведут через
прозрачное смотровое окно камеры.
По компании контроля трехходовым краном (рис. 134) в по-
лость камеры впускают атмосферный воздух и перемещают ее
на следующий участок контролируемого соединения. В зависи-
мости от конфигурации сварного изделия и вида сварного соеди-
нения могут быть применены плоские, угловые и кольцевые ва-
куумные камеры. Для снижения трудоемкости основных операций
вакуумного контроля применяют специально разработанные ме-
ханизированные вакуум-тележки с набором вакуумных камер для
контроля различных видов сварных соединений.
Большая работа по исследованию, разработке средств и внедре-
нию в производство вакуумного контроля сварных соединений
проведена ИЭС им. Е. О. Патона. Заслуживают внимания иссле-
дования необходимой величины перепада давлений при обнаруже-
нии неплотностей различных размеров. Регулируя давление воз-
духа в вакуумной камере, отмечали моменты возникновения и
исчезновения наименьшего различимого мыльного пузырька,
устанавливая тем самым необходимый перепад давления для его
обнаружения (табл. 32). Размеры соответствующих этому перепаду
давления неплотностей определяли по формулам R — 4и/Ар
для пор; I = 2а/Др для непроваров, где 7? — радиус поры; I —
ширина непровара; о — поверхностное натяжение системы мыль-
ная вода —воздух (4,5-10“2 Н/м при 7—154-20° С); Др —пере-
пад давления воздуха.
Данные табл. 32 характеризуют чувствительность и режимы
контроля герметичности изделий вакуумным методом.
Таблица 32
Зависимость количества обнаруженных неплотностей от перепада
давления воздуха и размеры неплотностей (нахлесточные
соединения листов толщиной 4 + 4 мм)
Минимальный пере- пад давления воз- духа, необходимый для образования пузырька, МПа	Количество обнаруженных неплотностей				Диаметр пор, мм	Ширина непроваров, мм
	пор		непроваров			
	шт.	%	шт.	%		
0,0013—0,013	53	57,6	20	95,2	0,3—0,03	0,07—0,007
0,013—0,026	16	17,4	1	4,8	0,03—0,014	0,004
0,026—0,039	14	15,2	—	—	0,014—0,009	—_
0,039—0,053	8	8,7	—	—	0,009—0,007	—
0,061	1	1,1	—	—	0,006	—
Всего	92	100	21	100	—	—
250
9. ХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД
Химический метод применяют для контроля герметичности
сварных и других соединений закрытых изделий —емкостей,
элементов гидравлических и газовых систем и т. п., работающих
под давлением, а также открытых изделий — сварных заготовок,
емкостей для хранения жидкостей. Метод использует химическое
воздействие аммиака NH3 на индикаторные вещества на основе
фенолфталеина или азотно-кислой ртути, в результате чего инди-
каторное вещество изменяет свою окраску [41 ].
В качестве контрольного газа применяют либо смесь аммиака
с воздухом (аммиака ! % по объему в составе смеси при нормаль-
ном давлении), либо смесь аммиака с азотом (аммиака 3% по
объему в составе смеси). Для индикации течей применяют инди-
каторные вещества одного из трех следующих составов. Состав А:
4 г фенолфталеина (порошка), 40 г спирта (ректификата или сырца),
до 100 г воды; состав Б: 4 г фенолфталеина (порошка), 20 г спирта
(этилового), 80 г воды (дистиллированной), 100 г глицерина;
состав В: 5 г азотнокислой ртути, до 100 г воды [42, 51, 78].
Индикаторную ленту приготовляют непосредственно перед
проведением контроля, пропитывая индикаторным веществом
фильтровальную бумагу или светлую ткань.
Перед контролем герметичности изделия проводят его гидрав-
лическое или пневматическое испытание. Затем изделие за-
полняют контрольным газом до испытательного (избыточного)
давления, укладывают на контролируемые участки индикатор-
ную ленту и выдерживают ее в течение определенного времени.
Составы контрольного газа и индикаторного вещества, величина
испытательного давления и время выдержки должны быть ука-
заны в технических условиях на изделие.
В зависимости от конфигурации внутренней полости контро-
лируемого изделия применяют различную методику заполнения
ее контрольным газом. Если полость имеет простую форму, ее
сначала заполняют аммиаком, а затем воздухом до необходимого
давления. Если полость имеет карманы, тупиковые элементы
ит. п., ее заполняют приготовляемой заранее смесью аммиака и
наполнителя. Если полость помимо прочего имеет ответвления
малого диаметра, например трубопроводы, ее сначала вакууми-
руют до давления 10-3—10“4 МПа, а затем заполняют смесью
аммиака и наполнителя до необходимого испытательного дав-
ления.
Испытательное избыточное давление контрольного газа обычно
составляет 0,1—0,15 МПа, но, как правило, не должно превышать
рабочего давления. Время выдержки изделия под давлением вы-
бирают оптимальным исходя из наилучшей чувствительности
метода в условиях роста пятен на индикаторной ленте под дей-
ствием течи и их обесцвечивания под действием внешних условий
(табл. 33, данные И. П. Титова).
251
chipmaker.ru
Для указанных в табл. 33 условий оптимальное время вы-
держки изделия (время контроля) составляет 15—20 мин при
чувствительности контроля 6,65-КГ4 мм3-МПа/с.
Таблица 33
Зависимость чувствительности химического метода от кинетики пятен
на индикаторной ленте (контрольный газ — 3%-ная азотно-аммиачная
смесь, индикаторное вещество состава Б)
Величина течи, мм3’МПа/с.	Время проявле- ния пятиа, мин	Диаметр пятна, мм	Цвет пятиа	Время устойчи- вого фик- сирования пятна, мнн	Время исчезно- вения пятна, мин
6,65-10“ 4	5	1	Бледно-малино- вый	15	45
1,33-Ю-з	3	2	Малиновый	20	50
6,65-10-3	Сразу	2	»	25	60
цзз-ю-2	»	3	Ярко-малино- вый	30	80
б.бб-Ю-2	»	5	То же	45	150
1,33-10*	»	10	»	80	240
После окончания контроля контролируемое изделие проду-
вают азотом или сухим воздухом. Открытые изделия контроли-
руют химическим методом по участкам сварных или других соеди-
нений с помощью герметичных камер с присосками, создавая в них
необходимое давление контрольного газа.
При проведении работ по контролю герметичности химическим
методом, помимо правил безопасной работы с сосудами под дав-
лением, следует соблюдать правила противопожарной безопас-
ности и предосторожности обращения с такими вредными хими-
ческими веществами, как фенолфталеин и азотнокислая ртуть.
10.	МАНОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
Манометрический метод контроля герметичности изделий осно-
ван на регистрации изменения испытательного давления кон-
трольного или пробного вещества в результате имеющихся в изде-
лии неплотностей. Испытаниям на герметичность манометриче-
ским методом подвергают замкнутые системы — сварные, паяные,
клепаные и т. п. резервуары, гидравлические и газовые системы,
их элементы и другие изделия.
В качестве контрольного вещества при манометрическом методе
контроля в зависимости от требовании к контролю могут быть
применены рабочие жидкости, вода, а также газы — воздух,
азот, аммиак, аргон, а в ряде случаев гелий. В качестве пробного
вещества применяют углекислоту, эфир, бензин, ацетон и т. п.
Индикацию утечки этим методом осуществляют по показаниям
стрелочных приборов.
252
Различают два основных
способа реализации маноме-
трического метода контроля
герметичности: способ паде-
ния давления и способ диф-
ференциального манометра.
Способ падения давления
(рис. 135) применяют при
контроле суммарной степени
герметичности сварных и
других емкостей, гидрогазо-
вых систем и их элементов,
Рис. 135. Схема манометрического метода
контроля герметичности по способу падения
давления:
1 — редукционный клапан; 2 — манометр
регулировки редукционного клапана; 3 —
вентиль заполнения; 4 — предохранитель-
ный клапан; 5 — контролируемое изделие;
6 — контрольный манометр; 7, 8 — вентили
сброса давления
предназначенных для работы
под давлением.
После проведения конт-
роля сварных и других сое-
динений изделия радиацион-
ным, ультразвуковым или
каким-либо другим методом не-
разрушающего дефектоскопического контроля и устранения
имеющихся в изделии макродефектов проводят опрессовку изде-
лия на прочность. Для этого контролируемое изделие вместе
с элементами контрольно-испытательной системы (клапаны, вен-
тили, соединяющие их трубопроводы, контрольный манометр
и т. п.) герметизируют известными способами. В зависимости
от требований, предъявляемых к контролируемому изделию, гер-
метичность его соединения с элементами контрольно-испытатель-
ной системы контролируют пневматическим (при Q =
= 1,33-10-1 -ь6,65-10“3 мм3-МПа/с) или масс-спектрометриче-
ским (при Q = 1,33-10“44-1,33-10~5 мм3-МПа/с) методами.
Для опрессовки изделие заполняют контрольным веществом
под давлением, несколько превышающим рабочее, и выдерживают
изделие под этим давлением в течение определенного времени.
Величина давления и время опрессовки определяются техниче-
скими условиями на изделие. Например, магистральные газо-
проводы испытывают на прочность в течение 6 ч при давлении,
превышающем рабочее на 10%.
После опрессовки давление контрольного вещества в изделии
снижают до испытательного избыточного и выдерживают изде-
лие под этим давлением в течение определенного времени, как
правило, превышающего время опрессовки. Величина испытатель-
ного давления и время выдержки так же указываются в техни-
ческих условиях на изделие. Обычно испытательное давление
устанавливают в пределах 1,0—1,2 рабочего давления. Время
выдержки изделий под этим давлением в зависимости от тре-
бований к суммарной герметичности изделия может достигать
100 ч.
Степень суммарной герметичности изделия устанавливают
ло падению давления контрольного вещества в изделии за время
253
chlpmaker.ru	---------------------
выдержки. Падение давления измеряют манометрами высокого
класса точности.
Величину утечки контрольного газа Q определяют по падению
в объеме контролируемого изделия давления, которое измеряют
контрольным манометром. При проведении контроля следует
учитывать, что падение давления в изделии существенно зависит
от температуры контрольного газа и окружающей среды, вели-
чины атмосферного давления и т. п. Изменения этих факторов
наиболее вероятны в тех случаях, когда велико время выдержки
изделия при испытаниях. Эти изменения могут внести существен-
ную погрешность в определяемое падение давления контрольного
вещества.
Если в процессе испытаний зарегистрированы монотонные
изменения температуры контрольного вещества и атмосферного
давления, фактическое падение давления в контролируемом изде-
лии следует определить по формуле [51 ]:
Ар = (р
ат + Рм)иач	(Рат Н- Рм)кон^нач/^кон>
где (Рат + Рм)наЧ — сумма атмосферного давления и давления
по манометру в момент начала контроля, МПа; (рат + /?м)кон —
сумма атмосферного давления и давления по манометру в момент
окончания контроля, МПа; /нач и /кои —абсолютная температура
газа в начале и конце испытаний, °C.
При этом следует строго следить за тем, чтобы разность тем-
ператур окружающей среды и контрольного вещества не превы-
шала величин, допускаемых для контрольного-манометра данного
класса точности. Например, для класса точности манометра 0,1
допускается разность температур не более ±1°С.
По своей сущности метод контроля по падению давления за-
вершает цепь испытаний изделий соответствующей степени гер-
метичности. Так, судовые отсеки считаются годными, если они
успешно прошли испытания сжатым воздухом с обмазкой пено-
образующим веществом и падение давления воздуха в отсеке
не превышает допустимого—5% первоначального испытатель-
ного давления за 1 ч.
Чувствительность способа контроля герметичности по паде-
нию давления можно определить по формуле
q = CVa/t,
где V — внутренний объем контролируемого изделия и элементов
контрольно-испытательной системы; t — время выдержки; а —
цена деления шкалы контрольного манометра; С — коэффициент,
учитывающий соотношение между единицами измерения течей.
В зависимости от условий контроля чувствительность метода
составляет (1ч-7) 10“3 мм3-МПа/с.
Способ дифференциального манометра в основном применяется
для обнаружения и оценки величины локальных утечек в замкну-
тых вакуумных, газовых или гидравлических системах.
254

Рис. 136. Схема включения (а) и устройство (6) дифференциального ма-
нометра:
1 — насос; 2 — дифференциальный манометр; 3 — контролируемое изде-
лие; и Кг — сопротивления; Г — гальванометр; М. — манометры;
Л — ловушка
Сущность способа заключается в следующем (рис. 136, а).
С помощью насоса 1 контролируемое изделие 3 вакуумируют до
давления около 6,6 «10-3 Па. Сварные и другие соединения изде-
лия, в которых возможны неплотности, снаружи обдувают проб-
ным газом или опрыскивают жидким пробным веществом. Нали-
чие пробного вещества в контролируемом объеме устанавливают
с помощью дифференциального манометра 2 [34].
Дифференциальный манометр (рис. 136, б) содержит два теп-
лоэлектрических манометра М (обычно манометры сопротивле-
ния). Чувствительные элементы манометров включены в мостовую
схему. Перед одним из манометров расположена ловушка Л,
охлаждаемая жидким азотом.
В отсутствие пробного вещества через течи в изделие прони-
кает лишь атмосферный воздух, который'не вымораживается при
теупературе жидкого азота и поэтому проникает в оба мано-
метра М. Поэтому условия измерений для обоих манометров оди-
наковы, и в это время производится балансировка моста (отсчет
нуля по измерительному прибору Г).
При обдувании или опрыскивании контролируемых мест изде-
лия пробным веществом, в качестве которого применяют эфир,
бензин, ацетон, бутан и т. п., вымораживаемые при температуре
жидкого азота пары пробного вещества попадают в один из ма-
нометров и не проходят через ловушку во второй. В результате
происходит разбалансировка моста, а напряжение разбаланси-
ровки позволяет судить о величине течи в изделии.
Данным способом при давлении в изделии 6,6-Ю-3 Па воз-
можно обнаружение утечек, соответствующих изменению давле-
ния 2,64-10“® Па. В лучших условиях дифференциальным мето-
дом с применением магнетронных манометров можно обнаружи-
255
chipmaker.ru
вать течи до 10-8 мм3 • МПа/с. При соответствующем подборе ма-
териала поглотителя в ловушке и безопасного в больших объемах
пробного вещества этим способом возможен контроль суммар-
ных утечек в изделиях путем опрессовки их пробным веществом.
11.	ГАЛОИДНЫЙ МЕТОД
Галоидный метод обладает высокой чувствительностью к обна-
ружению утечек и применяется для контроля герметичности эле-
ментов ответственных изделий машиностроения.
Чувствительный элемент галогенных течеискателсй (термин
по ГОСТ 5197—70) —платиновый диод—состоит из раскален-
ного платинового анода-эмиттера и коллектора, разделенных воз-
душным или вакуумным промежутком. Температура платино-
вого анода составляет 800—900° С. При такой температуре пла-
тина солужит источником положительных ионов, которые под
действием приложенного между анодом и коллектором напряже-
ния 200 —250 В собираются отрицательно заряженным коллек-
тором [34, 111].
Ионный ток платинового диода значительно возрастает при
пропускании через промежуток анод-коллектор газов, содержа-
щих галоиды (фреон, четыреххлористый углерод и др.). Этот
эффект усиливается в присутствии на эмиттере щелочных эле-
ментов (К, Na), а в промежутке анод-коллектор — в присутствии
кислорода, для чего при работе в вакууме через промежуток до-
полнительно пропускают кислород.
Различают атмосферный и вакуумный датчики галогенных те-
чеискателей. Конструктивно атмосферный датчик галогенного
течеискателя выполнен в форме трубчатого коллектора, на оси
которого расположен анод-эмиттер в виде спирали, намотанной
на керамический стержень. Контрольный газ всасывается в трубку
датчика с помощью вентилятора, расположенного у одного из ее
торцов. Вакуумный датчик галогенного течеискателя снабжен
дополнительным устройством (инжектором) для подачи в трубки
кислорода.
Технические характеристики галогенных течеискателсй при-
ведены в табл. 34.
Течеискатель ГТИ-ЗА выполнен в виде переносного прибора
и состоит из выносного щупа с датчиком, предназначенным для
работы в атмосферных условиях, и измерительного блока со стре-
лочным прибором и звуковым индикатором-телефоном. Течеиска-
тель ГТИ-6 — прибор вакуумно-атмосферного типа — комплек-
туется атмосферным датчиком, вакуумным датчиком, выносным
обдувателем с регулируемым потоком и регистрирующим блоком.
Вакуумный датчик прибора представляет собой фланец, на ко-
тором смонтированы чувствительный элемент и кислородный
инжектор. Оба течеискателя питаются от сети переменного тока
и могут быть использованы при контроле изделий в лаборатор-
ных и цеховых условиях.
256
В отличие от течеискателей ГТИ-ЗА и ГТИ-6 течеискатель
БГТИ-5 имеет автономное питание от батареи аккумуляторов и
особенно удобен при испытании объемов большой протяженности
в любых условиях, в том числе полевых [8, 22]. Течеискатель
БГТИ-5 укомплектован выносным щупом с атмосферным датчиком
и вентиляционным устройством, измерительным блоком и заряд-
ным устройством. В комплект течеискателя входит также ящик
с запасным имуществом.
В качестве контрольного и пробного газа при галоидном ме-
тоде контроля герметичности чаще всего используют чистый
фреон-12, поскольку он не ядовит и сравнительно дешев. Однако
максимальное давление фреона-12, которое можно создать в кон-
тролируемом изделии, ограничивается упругостью пара фреона
и при температуре 20—25° С составляет примерно 0,6 МПа.
По тем же причинам в диапазоне давлений 0,6—0,93 МПа целе-
сообразно применение фреона-22, а при давлении в пределах
0,93—3,24 МПа фреона-13.
При давлениях опрессовки, превышающих 0,6 МПа (при тем-
пературе 20° С), применяют не чистый фреон, а чаще всего его
смесь с воздухом. Уменьшающуюся чувствительность контроля
(из-за понижения концентрации фреона в смеси) компенсируют
повышением давления смеси. При этом, в зависимости от давления
смеси, в качестве пробного газа следует выбирать либо фреон-22,
либо фреон-13.
Получили применение два способа реализации галоидного
метода контроля герметичности: способ щупа и способ вакууми-
рования.
Способ щупа применяют при контроле герметичности сварных
и других соединений закрытых изделий. При этом в качестве кон-
трольного газа применяют чистый фреон (рис. 137) или его смесь
с воздухом.
Контролируемое изделие 6 предварительно подвергают де-
фектоскопическому контролю и опрессовке на прочность. При
контроле герметичности изделие 6 откачивают с помощью насоса 8,
а затем заполняют чистым фреоном из баллона 1 до необходимого
испытательного давления. Последнее определяется техническими
условиями на изделие.
Контроль герметичности изделия проводят, перемещая щуп 7
последовательно по требуемым участкам изделия 6 и регистри-
руя места и величину локальных течей. При использовании 10—
20% -ной смеси фреона с воздухом скорость перемещения щупа
составляет 25 мм/с, если необходимо обнаружить течи порядка
Ю~2 мм3-МПа/с, и около 12 мм/с, если требуется обнаружение
меньших течей [106]. Следует учитывать также возможность
снижения чувствительности контроля из-за увеличения расстоя-
ния между щупом и течью (рис. 138), если контролируемая по-
верхность имеет шероховатость, наплывы, углубления, препят-
ствующие приближению щупа к течи. По окончании контроля
257
chipmaker.ru
Технические характеристики галогенных течеискатеЛе“
Течеискатель	Тип	Ч у ветви тельи ость течеискателя	Постоянная времени, с	Индикация течи	
Галогенный (гало- идный) (измеритель- ный блок, выносной щуп)	ГТИ-ЗА	К утечкам фрео" на-12 не мене? 0,5 г/год (соответ- ствует потоку 3,2/ X 10~4 мм3-МПа/<:	Не более 2	Стрелочная, звуковая	
Галогенный (гало- идный) (регистрирую- щий блок, вакуум- ный датчик, атмос- ферный датчик, обду- ватель' с регулируе- мым потоком проб- ного газа)	ГТИ-6	С вакуумный датчиком к пар" циальному давле- нию фреона-YA или фреона-2? 1,32-IO"6 Па (соот- ветствует ПОТОКУ 1,33.10-е мм3/ X МПа/с при эф- фективной быст- роте откачки 1 л/и> с атмосферный датчиком к утеч- кам фреона-12 нДи фреона-22 в ат- мосферу 0,2 г/гоД (соответствует по- току 1,33-МУ 4 мм3-МПа/с)	1,5	Стрелочная, звуковая, световая	
Батарейный гало- генный (галоидный) (измерительный блок с питанием, устрой- ство для заряда ком- плекта аккумулято- ров, выносной щуп с чувствительным эле- ментом и вентиляци- онным устройством, запасное имущество)	БГТИ-5	К утечкам фрео- на-12 или фре<2‘ на-22 не мен£е 1,5 г/год (соот- ветствует потоку 9,3-ПУ4 мм3х X МПа/с)	Не более 3 с без удлини- тельных наса- док; до 10 с с насадкой длиной 750 мм	Стрелочная, звуковая	
258
Таблиц? 34
	Электропитание	Потребляй, мая мощ- ность, В А	Габаритные раз- меры, масса	Условия эксплуатации	Некоторые, особенности ра(50ты течеискател^
	От сети пере- менного тока на- пряжением 220 В и частотой 50 Гц	250	Измерительный блок 315Х 230Х Х2Ю мм, масса 10 кг. Масса вынос- ного щупа 2 кг	Температура окружающей среды lO- SS0 С. Наи- большая отно- сительная влажность воздуха 80%	Предназначай для атмосферных испытаний
	То же	75	Регистрирую- щий блок 360Х X 160Х 200 мм, жгкса	'М. Кйл- са вакуумного датчика 1,2 кг, ат- мосферного датчи- ка с кабелем — 1,3 кг	То же	Предназначен для атмосферных и вакуумных ис' ЛБпанут
	От батареи ак- кумуляторов на- пряжением на вы- ходе 12,5 В (10 аккумулято- ров типа СЦ-25 или 12 аккумуля- торов типа КНГК-ЮД)	—	Измерительный блок 280Х136Х Х276 мм, масса 8,5 кг. Зарядное устройство 280Х X 136Х 186 мм, масса 4 кг. Вы- носной щуп 175Х X 135Х 50 мм, масса 0,65 кг. Ящик с запас- ным имуществом 75X275X290 мм	Температура окружающей среды 10— 40° С с акку- муляторами типа СЦ-25; 0—40° С с ак- кумуляторами типа кнгк-юд	Предназначен для атмосферных испытаний. УД°' бен при испытании объектов боль?,ои протяженности а также при Ра- боте в полевп1Х и т. п. условиях
259
Рис. 137. Схема галоидного контроля герметич-
ности способом щупа с заполнением контроли-
руемого изделия чистым фреоном:
1 — баллон с фреоном; 2—5 — вентили; 6—кон-
тролируемое изделие; 7 — щуп с атмосферным
датчиком галогениог течеискателя; 8 — меха-
нический вакуумный насос; Р — компрессор;
10 — конденсатор
Рис. 138. Зависимость чувст-
вительности галоидного ме-
тода контроля герметичности
от расстояния между щупом
и течыо (течеискатель ГТИ-6)
фреон с помощью компрессора 9 собирают в баллон /, а остатки
фреона откачивают вакуумным насосом 8 и выпускают в атмо-
сферу.
При заполнении изделия смесью фреона с воздухом контроль
проводят аналогичным образом, но при большем давлении в изде-
лии. В зависимости от давления и концентрации фреона в смеси
величину обнаруживаемой течи (по воздуху) можно оценить по
формуле
гДе 2фр'—обнаруживаемая утечка фреона, мм3-МПа/с; С — кон-
центрация 'фреона в смеси; К — отношение вязкостей смеси и
чистого воздуха (для чистого фреона при С = 1, К = 0,69).	<
График зависимости чувствительности галоидного метода
контроля герметичности способом щупа от давления в изделии
приведен на рис. 139 [22].
Способ вакуумирования применяют при контроле герметич-
ности сварных и других соединений закрытых изделий. При этом
используют течеискатели типа ГТИ-6, снабженные вакуумным
датчиком. Вакуумный датчик устанавливают либо непосредственно
на контролируемом изделии, либо на линии предварительного
разрежения контрольной системы.
Контрольную систему, состоящую из контролируемого изде-
лия и вакуумного датчика течеискателя, с помощью вакуумного
насоса откачивают до давления в среднем 101—10-1 Па. В про-
цессе контроля исследуемые места изделия обдувают тонкой
струей фреона с помощью выносного обдувателя и по индикато-
рам течеискателя (световому, звуковому и стрелочному в ГТИ-6)
260
устанавливают место и величину течи в изделии. Возможен кон-
троль герметичности изделий с заполнением изделия контроли-
руемым газом, с накоплением фреона в вакууме, а также с поме-
щением отвакуумированного изделия в камеру с фреоном.
Чувствительность галоидного метода способом вакуумиро-
вания достигает 10-6 мм3 • МПа/с.
12.	МАСС-СПЕКТЮМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
Масс-спектрометричесрий метод — один из наиболее чувстви-
тельных методов контроля герметичности — применяют для
испытаний собранных гидравлических, газовых, топливных
систем и их элементов, агрегатов и отсеков изделий авиационной
и судостроительной промышленности, емкостей и тепловыделяю-
щих элементов в ядерном реакторостроении, емкостей и систем
в химическом машиностроении и других изделий машинострое-
ния.
Сущность метода заключается в регистрации пробного газа,
проходящего через неплотности контролируемого изделия, с по-
мощью масс-спектрометров. Из всех типов масс-спектрометров
в приборах для контроля герметичности наиболее широкое при-
менение получили масс-спектрометры с магнитной фокусировкой
на 180°, принцип действия которых основан на следующем
(рис. 140).
В цилиндрической вакуумной камере размещают коробчатый
ионизатор И, коллектор К, а также входную Двх и выходную Двых
Рис. 139. Зависимость чувствительно-
сти галоидного метода от давления
опрессовки при использовании различ-
ных фреонов или фреон содержащих
смесей (при паспортной чувствитель-
ности течеискателя ГТИ-6 1.33Х
ХЮ^мм МПа/с):!
i — фреои-12; 2 — фреои-22; 3 —
Фреон-13
Рис. 140. Принцип действия масс-
спектрометра с магнитной фокуси-
ровкой на 180°:
И — ионизатор; К — коллектор; Двх»
Двых входная и выходная диаг-
раммы
261
chipmaker.ru
диафрагмы, находящиеся под различными электрическими по-
тенциалами. Камеру помещают в однородное магнитное поле,
силовые линии которого перпендикулярны плоскости (на рис. 140
показаны точками). Вдоль магнитного поля в ионизатор поступает
пучок электронов, испускаемых катодом (на рис. 140 не показан),
фокусируемых магнитным полем и ускоряемых электрическим
полем, приложенным между катодом и ионизатором.
Анализируемый газ, в частности контрольный, содержащий
примесь пробного газа, поступает в небольших количествах в ко-
робку ионизатора. Пучок электронов ионизирует атомы кон-
трольного газа, причем ионы газа слабым электрическим полем
вытягиваются из ионизатора, а затем фокусируются и ускоряются
сильным электрическим полем с разностью потенциалов V, при-
ложенной между коробкой ионизатора и входной диафрагмой.
Ионы газа в зависимости от их массы т и электрического заряда е
приобретают скорость, определяемую соотношением
~^eV
2
По выходе из щелевой диафрагмы Двк ионы под действием
магнитного поля движутся по круговым траекториям, радиус
которых определяется из уравнения
eHR — tnv.
Решая совместно оба уравнения, найдем зависимость ра-
диуса R от перечисленных факторов:
Я2 = 2-^К.
Из последнего уравнения следует, что при постоянных потен-
циале V и напряженности магнитного поля Н, что справедливо
для масс-спектрометров рассматриваемого типа, радиус траекто-
рии иона R однозначно определяется отношением т/е.
Поскольку величина отношения т/е служит характеристикой
атомов данного элемента, возникает возможность разделить ионы
различных газов в составе контрольного газа по их массам и
зарегистрировать количество ионов, любого из составляющих
газов, используя особенность конструкции данного масс-спектро-
метра, состоящую в том, что пучки ионов расфокусируются при
прохождении ионами четверти оборота в камере (угол поворота
90°) и вновь оказываются сфокусированными при прохождении
ионами половины оборота в камере (угол поворота 180°).
Ионы регистрируют, пропуская их на коллектор К через вы-
ходную щелевую диафрагму Двыц. В зависимости от положения
щели этой диафрагмы на коллектор попадают ионы только дан-
ного газа (рис. 140). Коллектор соединен с землей через высокоом-
ное сопротивление, падение напряжения на котором достаточно
для его последующего измерения даже при слабых токах коллек-
тора.
262
В качестве пробных газов при масс-спектрометрическом методе
контроля герметичности могут быть выбраны водород, гелий,
аргон и другие газы. Однако наибольшее применение из них полу-
чил гелий, поскольку он содержится в атмосфере в незначитель-
ных количествах (5-1(Г4%), что повышает отношение сигнал/шум
измерений. Атомы гелия обладают малой массой т, и при том же
потенциале V можно уменьшить величины Я и Н, т. е. размеры
и массу магнита масс-спектрометра. Кроме того, гелий безвре-
ден и безопасен. В качестве контрольных газов обычно применяют
либо чистый гелий, либо его смесь с воздухом или азотом при кон-
центрации гелия 10—90%.
Для обнаружения гелия при контроле герметичности изделий
получили применение так называемые гелиевые течеискатели
со встроенным в них масс-спектрометром. Наиболее важная ха-
рактеристика этих течеискателей — минимально регистрируемый
поток пробного газа Qmln, определяющий чувствительность
течеискателя.
Мерой статической (не зависящей от внешних условий испыта-
ний) чувствительности течеискателя служит отношение пар-
циального давления пробного газа в объеме чувствительного
элемента р к вызываемому им отсчету по выходному прибору а
(делений):
5р = /?/а,
где Sp — статическая чувствительность по давлению.
Поскольку р = рау (где р0 — рабочее давление в течеиска-
теле, у — концентрация пробного газа), возможно использование
статической чувствительности по концентрации пробного газа:
sy — y/a.
Так как поток пробного газа Q связан с эффективной скоростью
откачки рабочего объема течеискателя 5Э соотношением Q = pS3,
то может быть использована чувствительность течеискателя по
потоку (при постоянной Ss):
sQ — Q/a.
При минимальном отсчете ocmIn, который может считаться досто-
верным, Qmln = SQamln; Pmln ®ратт> Tmln svamln-
Для проверки чувствительности течеискателя используют
встроенную в его вакуумную систему специальную калиброван-
ную течь, дающую измеренное истечение Q гелия.
Масс-спектрометрический течеискатель в основном состоит
из вакуумной системы, масс-спектрометрического анализатора
(масс-спектрометра) и радиотехнической системы. Эти системы
в течеискателях ПТИ-7А, ПТИ-9 и ПТИ-10 собраны на платформе
с колесами для передвижения течеискателя; в течеискателе
СТИ-8 эти системы собраны на конструкции в виде однотумбового
стола (табл. 35) [81.
263
chipmaker.ru
Ю
СО
сз
S
Г?
кэ
сЗ
Н
о
СО
3 «
t5 2
ft 3
KJ ft
\о
св S
о С? g-CQ
С *5 о ”
Технические характеристики масс — спектрометрических течеискателей
сч
к
гг
ад в

264
Вакуумная система течеискателя ПТИ-7А состоит из механи-
ческого (ВН-461М) и паромасляного (НВО-40М) насосов, охлаж-
даемой жидким азотом ловушки, препятствующей прохождению
паров масла из насоса в камеру масс-спектрометра, и вентилей.
Дросселирующий входной вентиль позволяет плавно регулиро-
вать поток газа, отбираемый в течеискатель из испытуемой си-
стемы. Вентиль между азотной ловушкой и паромасляным на-
сосом позволяет регулировать быстроту откачки газа из камеры
масс-спектрометра. Камера масс-спектрометра может быть отсо-
единена от вакуумной системы (например, при ремонте) или при-
соединена непосредственно к механическому насосу для предва-
рительной откачки. Давление в линии предварительного разреже-
ния регулируется термопарным вакуумметром, а в камере масс-
спектрометра магниторазрядным вакуумметром. Вакуумная си-
стема собрана на резиновых уплотнителях, масс-спектрометр
уплотнен индиевой проволокой.
В течеискатеЛе ПТИ-7А применен 180-градусный магнитный
анализатор. Ионный ток с коллектора поступает в электрометри-
ческий усилитель постоянного тока и затем регистрируется стре-
лочным измерительным прибором и звуковым индикатором.
Течеискатель ПТИ-7А снабжен встроенной калиброванной
гелиевой течью «Гелит-1», обеспечивающей контроль чувстви-
тельности и оценку величины обнаруживаемых течей.
Течеискатель ПТИ-10 отличается от течеискателя ПТИ-7А
прежде всего вакуумной системой. В ней применены механиче-
ский насос ВН-0,5-2 меньших размеров и массы и паромасляный
насос Н-0,025, не требующий регулировки мощности подогрева
и обеспечивающий высокую стабильность откачки гелия. В от-
личие от ПТИ-7А вентили в течеискателе ПТИ-10 имеют ручной
и электромагнитный привод. Последний позволяет автоматизи-
ровать напуск атмосферного воздуха в механический насос при
его выключении и осуществить защитную блокировку вакуумной
системы при аварийном отключении сетевого напряжения. Ва-
куумная система течеискателя собрана на металлических уплот-
нителях.
Масс-спектрометр течеискателя ПТИ-10 имеет значительно
меньшие размеры и массу, чем течеискателя ПТИ-7А.
Течеискатель ПТИ-9 — аналог ПТИ-10, но имеет более слож-
ную вакуумную систему, обеспечивающую предварительную
откачку контролируемого изделия механическим насосом тече-
искателя и высоковакуумную откачку контролируемых изделий
насосом течеискателя. Управление предварительной и высоко-
вакуумной откачкой, включением катода масс-спектрометра, на-
пуском атмосферного воздуха в изделие перед его отсоединением
от течеискателя осуществляется по программе с помощью кулач-
кового распределительного механизма, приводимого в действие
одной рукояткой. Течеискатель ПТИ-9 снабжен высокоэффектив-
ной системой блокировок, предохраняющих его от выхода из
265
chipmaker.ru
строя при внезапном прорыве атмосферного воздуха в испытуе-
мое изделие, а также при отключении сетевого напряжения.
Течеискатель СТИ-8 — полуавтоматическая установка для
контроля герметичности малогабаритных электронных и других
приборов. В вакуумную систему течеискателя входят механи-
ческий насос ВН-0,5-2, паромасляный насос Н-1.5СН с водяным
охлаждением и цеолитовый насос. Управление вакуумной систе-
мой течеискателя во время откачки контролируемых изделий пол-
ностью автоматизировано. В вакуумной системе применена ион-
ная ловушка в’ линии предварительного разрежения и оптически
плотная азотная ловушка на входе паромасляного насоса. Воз-
можны два режима контроля; при откачке контролируемых изде-
лий паромасляным насосом и в режиме накопления гелия. В по-
следнем случае отстаточные газы эффективно удаляются цеоли-
товым насосом.
Течеискатель СТИ-8 снабжен рядом блокировок на случай
аварийного отключения сетевого напряжения, прекращения по-
дачи воды для охлаждения паромасляного насоса или при прорыве
воздуха в контролируемое изделие. Течеискатель СТИ-8 снабжен
калиброванной гелиевой течью «Гелит-1».
Зарубежные масс-спектрометрические течеискатели имеют ряд
отличительных особенностей
В одном из течеискателей в целях расширения рабочего диа-
пазона давлений и устранения охлаждающей ловушки приме-
нена двойная магнитная, а затем электростатическая фокусировка
ионов [ 109 ]. В другом течеискателе в качестве пробного газа кроме
гелия используют водород и аргон, причем переход от одного газа
к другому осуществляют с помощью кнопочной системы [98].
Разработаны течеискатели с автоматической регулировкой про-
ходного сечения в зависимости от концентрации гелия. Одно-
временно показывающие приборы таких течеискателей отградуи-
рованы непосредственно в величинах потока гелия. Большое
внимание уделяется уменьшению массы и размеров течеискателей
и повышению их чувствительности [83].
Различают три основных способа масс-спектрометрического
контроля герметичности: накопления при атмосферном давлении,
вакуумирования и щупа.
Способ накопления при атмосферном давлении применяют
в основном для определения суммарной степени герметичности
замкнутых изделий, работающих под давлением.
Способ заключается в следующем (рис. 141). Контролируемое
изделие 8 помещают в герметичный кожух 9, снабженный спе-
циальными отверстиями диаметром 1—1,5 мм для ввода иглы
Льюера (полый тонкий наконечник) 7, соединенной со щупом 6
гелиевого течеискателя 1. Введя иглу 7 в эти отверстия, измеряют
фон гелия в пространстве между кожухом 9 и изделием 8. После
этого изделие 8 заполняют контрольным газом до испытатель-
ного (избыточного) давления, указываемого в технических усло-
266
виях на изделие. По истечении определенного времени, также
устанавливаемого техническими условиями, измеряют концентра-
цию гелия в пространстве между кожухом 9 и изделием 8. Кон-
центрация гелия определяет величину суммарного натекания ге-
лия, т. е. степень герметичности изделия 8.
При проведении контроля герметичности необходимо обеспе-
чить такое заполнение изделия контрольным газом, при котором
обеспечивается равномерная концентрация гелия по всему объему
изделия. Для этого, в зависимости от конфигурации внутреннего
объема изделия, применяют различные способы заполнения:
Рис. 141. Схема контроля герметич-
ности по способу накопления при
атмосферном давлении:
1 — гелиевый течеискатель; 2 — вы-
носной пульт управления; 3 —
дросселирующий вентиль; 4 —трой-
ник; 5 — манометр; 6 — щуп-на-
текатель; 7 — игла Льюера; 8 —
контролируемое изделие; 9 — гер-
метичный кожух; 10 — иасос; 11,
12 — вентили
раздельное заполнение изделия при атмосферном давлении сна-
чала гелием, а затем воздухом или азотом; заполнение изделия
при атмосферном давлении гелием или заранее приготовленной
смесью гелия с воздухом или азотом; заполнение предварительно
отвакуумированного (давление 10 Па) внутреннего объема изде-
лия гелием или смесью газов.
Герметичный кожух 9, в который помещают изделие, в зави-
симости от условий контроля может быть выполнен жестким или
мягким. Для изготовления последнего применяют прорезиненную
ткань, плотный брезент, клеенку или пленку из других пластич-
ных неметаллических материалов. В любом случае герметичность
кожуха должна быть оценена предварительно.
Чувствительность способа накопления при атмосферном дав-
лении к определению суммарных утечек составляет по гелию
10~6 мм3-МПа/с.
Способ вакуумирования применяют для контроля герметич-
ности сварных и других соединений закрытых и открытых изде-
лий.
Для определения суммарной степени герметичности закрытых
изделий используют накопление гелия в вакуум. С этой целью
пространство между кожухом 9 и изделием 8 откачивают до дав-
ления порядка 1 Па, а в изделие 8 подают под давлением кон-
трольный газ. Величину натекания гелия в вакуумированный
объем фиксируют с помощью щупа-натекателя 6 с иглой 7. Воз-
можно также применение гелиевой камеры (атмосфера гелия),
в которую помещают контролируемое изделие с откачанным
267
chipmaker.ru
внутренним объемом, соединяемым с течеискателем. Регистрируе-
мый им поток гелия Q через суммарную течь определяется перепа-
дом давления и концентрацией гелия в смеси. Необходимое время
накопления tK при этом можно найти из соотношения
Н QSt ,
где Sq — чувствительность течеискателя по потоку; V — объем
накопления; Q — поток гелия через суммарную течь; St — эффек-
тивная скорость откачки объема V.
Суммарную степень герметичности открытых изделий опре-
деляют, применяя разъемные вакуумные камеры.
Для контроля суммарной степени герметичности сварных со-
единений заготовок могут быть применены камеры, аналогичные
приведенной на рис. 134. Во внутренней полости такой камеры,
установленной на одну из поверхностей сварного соединения и
соединенной с течеискателем, создается вакуум (порядка 1 Па).
Противоположная поверхность сварного соединения обдувается
гелием. Утечки гелия в вакуум регистрируются течеискателем.
Обдувают гелием обычно с помощью шланга со специальными
наконечниками, соединенного через редуктор с баллоном гелия.
Давление в шланге составляет 0,05 МПа, продолжительность
обдува зависит от требуемой степени герметичности. Расстояние
от наконечника шланга до обдуваемой поверхности должно быть
строго лимитировано.
Для контроля сварных соединений ответственных трубопрово-
дов применяют разъемную вакуумную камеру, укрепляемую на
сварном стыке трубопровода, как показано на рис. 142. После
откачки из камеры воздуха участок трубопровода герметизируют
и подают внутрь трубопровода гелий или гелиево-воздушную
смесь под давлением. Натекание гелия в вакуумную камеру ре-
гистрируют с помощью подключаемого к камере гелиевого те-
чеискателя.
Чувствительность контроля герметичности способом вакууми-
рования достигает 10-7 мм3-МПа/с. Для накопления в вакуум
эта величина относится к объемам накопления до 1 м3. С увели-
чением объема накопления сверх этого значения чувствительность
контроля резко снижается (до 10-4 мм3-МПа/с).
Способом щупа контролируют герметичность сварных и дру-
гих соединений, в основном закрытых крупногабаритных изде-
лий — емкостей, гидравлических и газовых систем, их элементов
и пр., работающих под давлением. Этим способом выявляют ло-
кальные утечки в изделии.
Герметичность изделия контролируют следующим образом.
Изделие заполняют контрольным газом—гелием либо его смесью
с воздухом или азотом. Порядок заполнения изделия контроль-
ным газом выбирают исходя из конструкции внутренней полости
изделия таким, чтобы гелий был распределен равномерно по
268
Рис. 142. Схема контроля герметич-
ностн$трубопроводов:
1 — крепежное устройство; 2 — ре-
зиновый шланг; 3 —корпус вакуум-
ной камеры-муфты; 4 — резиновая
прокладка; 5 — трубопровод; 6 —шту-
цер
РисЛ143. Схема контроля герметичности
сварных соединений масе-спектрометри-
ческим методом (способ щупа)
всему объему изделия. Испытательное (избыточное) давление
контрольного газа устанавливают в соответствии с техническими
условиями на изделие. После этого проводят проверку герметич-
ности изделий, перемещая щуп гелиевого течеискателя последо-
вательно по требуемым участкам поверхности изделия.
Для обнаружения мест утечек при контроле сварных соедине-
ний применяют резиновые насадки на щуп (рис. 143). Ширина
насадки должна быть такой, чтобы обеспечить контроль всего
сварного соединения, включая сварной шов и зону термического
влияния, с перекрытием не менее 5 мм с каждой стороны. Для
более точного последующего определения мест утечек должны
быть применены насадки меньшего диаметра.
Чувствительность метода к обнаружению утечек в значитель-
ной степени зависит от скорости перемещения щупа по контроли-
руемой поверхности. Чем выше эта скорость, тем хуже чувстви-
тельность метода (меньше показания на приборе выносного пульта
управления ВПУ для одной и той же течи). Поэтому скорость пе-
ремещения щупа выбирают исходя из высокой надежности отсчета
показания прибора на ВПУ. Обычно максимальную скорость
перемещения щупа выбирают такой, чтобы соответствующее ей
отклонение стрелки прибора на ВПУ при положении щупа над
течью, соответствующей заданной степени герметичности, состав-
ляло не менее х/з шкалы.
Масс-спектрометрический метод определения величины ло-
кальных течей способом щупа — один из наиболее чувствитель-
ных методов контроля герметичности изделий. Из данных рис. 144
следует, что при одинаковых давлениях контрольного вещества
чувствительность масс-спектрометрического метода намного пре-
вышает чувствительность гидравлического метода и лишь с умень-
шением концентрации гелия в контрольном газе приближается
к чувствительности пневматического метода контроля герметич-
ности. Практически при оптимальных параметрах контроля
269
chipmaker.ru
Рис. 144. Зависимость чув-
ствительности контроля гер-
метичности масс-спектроме-
трическим методом (кривые
/—6 — для концентрации
гелия в гелиево-воздушной
смеси соответственно 10, 20,
30, 40» 50 и 60%), пневма-
тическим методом (кривая 7)
и .'гидравлическим методом
(кривая 8) от испытатель-
ного давления
(испытательное давление, концентрация'гелия в контрольном газе,
скорость контроля ит. п.) чувствительность способа щупа дости-
гает 10“5 мм3-МПа/с.
13.	РАДИАЦИОННЫЙ МЕТОД
Радиационный метод контроля герметичности изделий основан
на индикации малых количеств радиоактивных жидкостей и газов
по испускаемому ими ионизирующему излучению. Благодаря
высокой эффективности регистрации ионизирующего излучения
газоразрядными, сцинтилляционными и другими детекторами
радиационный метод обладает высокой чувствительностью к обна-
ружению утечек изделий.
Следует различать две основные области применения радиа-
ционного метода: контроль герметичности технологического обо-
рудования атомной энергетики, содержащего рабочие радиоак-
тивные газы или жидкости, и контроль герметичности изделий
машиностроения с применением в качестве пробных веществ ра-
диоактивных жидкостей или газов.
Примером применения радиационного метода в первой области
может служить сообщение Л. В. Артемьевой и др. о разработке
поискового радиометра газов — течеискателя РГБЗ-01, предна-
значенного для оперативного поиска утечек радиоактивного газа
из технологического оборудования атомных электростанций и
ядерных реакторов. Широко применяются и стандартизованы
(ГОСТ 17924—72) радиационные методы контроля герметичности
оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.
Во второй области радиационный метод используют в тех слу-
чаях, когда применение других методов по тем или иным причинам
270
затруднено или они не обеспечивают требуемой чувствительности
к обнаружению утечек.
Для контроля замкнутых систем, работающих под давлением,
применяют жидкие растворы, содержащие радиоактивные веще-
ства, такие, например, как раствор бикарбоната натрия, содержа-
щий 24Na, раствора иода в воде, содержащий 1311, и др. [921.
Выбор радиоактивного вещества определяется необходимым перио-
дом полураспада и энергией радиоактивного излучения для на-
дежной его регистрации. После опрессовки контролируемой си-
стемы под давлением и выдержки ее в течение определенного вре-
мени проводят регистрацию утечек с помощью газоразрядных и
сцинтилляционных счетчиков.
В качестве пробных газов используют радон s22Rn, углеки-
слый газ, содержащий 14С, и другие радиоактивные газы. Может
быть использован 137Cs, впрыскиваемый в контролируемый объем
в виде аэрозоля. Отмечается также возможность применения
радиоактивного трития для обнаружения утечек водорода из изде-
лий. Для этого тритий смешивают с водородом в пропорции 0,1—
10 частей на тысячу.
В последнее время широкое применение получил радиоактив-
ный криптон-85 (85Кг), поскольку этот элемент обладает большим
периодом полураспада (более 10 лет), безопасен, дешев- и легко
регистрируется даже при низких концентрациях.
Криптон-85 в смеси с аргоном успешно применен для обнару-
жения утечек в замкнутых изделиях химического машиностроения.
С его помощью в контролируемой оболочке площадью 350 м2
обнаружены течи, эквивалентные величине потока порядка
1 мм3-МПа/с, ликвидация которых оказалась достаточной для
восстановления требуемой производительности химического обо-
рудования [931.
Этот газ в смеси с азотом применяли для контроля отсеков
ракетного комплекса «Сатурн» [92]. После подачи в отсеки избы-
точного давления утечки криптона-85 снаружи регистрировали
газоразрядными и полупроводниковыми детекторами. Утечки
были обнаружены за несколько секунд. Криптон-85 применяли
также для определения утечек углекислого газа от самолетного
двигателя в салон самолета. Детекторы размещали в различных
точках салона. Контроль производили в наземных условиях и
в полете. Контроль такого типа другими методами был бы либо
затруднителен, либо просто невозможен.
Радиоактивным методом могут быть обнаружены утечки ва-
куумных контейнеров величиной 1014 мм3-МПа/с, что превышает
чувствительность масс-спектрометрического метода.
Этим методом контролировали транзисторы путем опрессовки
их криптоном-85. Давление опрессовки составило 0,2 МПа, время
выдержки 3 дня. Одновременно опрессовывали большое количе-
ство транзисторов. После удаления (обдувом) криптона-85 с по-
верхности транзистора измеряли его суммарную радиоактивность.
271
chipmaker.ru
Такие изделия, как котлы высокого давления, топливные
элементы ядерных реакторов и др., контролируют впрыскиванием
в них небольших количеств криптона-85 до их герметизации. После
герметизации эти изделия помещают в вакуумную камеру, в ко-
торой регистрируют накопленную радиоактивность.
14.	ДРУГИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ТЕЧЕИСКАНИЕМ
Акустический метод контроля герметичности основан на том,
что газ или воздух, проходя через неплотности контролируемого
изделия, генерирует ультразвуковые колебания окружающего
воздуха в диапазоне частот ~40 кГц. Эти колебания фиксируются
датчиком ультразвукового течеискателя.
Акустический течеискатель АТИ-1 содержит два пьезоэлек-
трических датчика и измерительный усилитель. Он предназначен
для отыскания мест утечек в подземных водо- и газопроводах вы-
сокого давления. Для этого датчики перемещают по поверхности
земли вдоль трассы трубопровода. Расстояние между датчиками
составляет 3—4 м. При приближении одного из датчиков к месту
течи он будет воспринимать полезный сигнал, в то время как вто-
рой датчик — лишь сигнал помех. Разность напряжений низкой
частоты на выходе усилителя измеряют микроамперметром. Сигнал
подается также на головные телефоны.
Техническая характеристика акустического течеискателя АТИ-1
Чувствительность усилительного устройства, мкВ	3
Напряжение питания прибора, В .......	12
Полоса частот, Гц............................. 50—20 000
Входное сопротивление, МОм ................... 2
Точность определения места утечки, см......... 20—50
Температурный диапазон работы, °C............. —30ч-+40
Габаритные размеры, мм:
датчика (без поискового стержня) ......... 150Х100
измерительного усилителя в футляре . . . 250* 140Х 130
Масса прибора, кг ............................ 6
Аналогичные характеристики имеют зарубежные ультразвуко-
вые течеискатели.
' Ультразвуковой течеискатель типа 8900А снабжен керамиче-
ским микрофоном высокой направленности, подключенным
к транзисторному усилителю, работающему на частоте 40 ±
± 4 кГц [103, 108]. Сигнал с усилителя подается на стрелочный
прибор и воспроизводится в наушниках. Питание прибора бата-
рейное. Этим прибором можно обнаружить течи диаметром до
0,05 мм на расстоянии?) 15 м от них при опрессовке избыточным
давлением газа 0,015МПа.
Такого же типа течеискатель состоит из ручного зонда с остро-
направленным микрофоном и предусилителем и усилителя с гром-
коговорителем, батареями и амперметром [100]. Прибор преобра-
зует ультразвуковые колебания частотой 32—50 кГц в звук слы-
шимого диапазона.
272
Места утечки воды обнаруживают с помощью прибора, состоя-
щего из двух пьезоэлектрических микрофонов, устанавливаемых
на расстоянии 2 м другот друга, усилителя низкой частоты, те-
лефонных наушников и детектора. Место утечки находят, пооче-
редно подключая микрофоны к усилителю. Возможно применение
компенсационной схемы с регистрацией сигнала по гальванометру
для снижения уровня помех.
Искровой метод применяют для контроля герметичности либо
стеклянных вакуумных систем, либо металлических вакуумных
систем, если в последних имеются стеклянные детали. Метод осно-
ван на возбуждении в откачанном объеме высокочастотного раз-
ряда электродом течеискателя. Течи обнаруживают по изменению
характера (формы, цвета) разряда, который зависит от степени
разрежения и рода газов, содержащихся в изделии или прони-
кающих в течь. Для реализации метода может быть использован
искровой помехозащитный течеискатель ИО-60-010, работающий
в диапазоне давлений (1,3й-6,6) 10-1 Па [8].
Среди других методов контроля течеисканием следует также
отметить метод контроля с использованием инфракрасных тече-
искателей [100]. В качестве пробного газа используют закись азота
N.3O. Чувствительным элементом является адсорбционный инфра-
красный анализатор. Чувствительность метода в зависимости
от способа его применения составляет 10’3—10-4 мм3 МПа/с.
15.	МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ
ТЕЧЕИСКАНИЕМ
Ввиду большого разнообразия операций, выполняемых при
контроле течеисканием, не всегда возможны полная механизация
и автоматизация такого контроля. Вместе с тем на ряде пред-
приятий разработаны средства и системы контроля течеисканием
с частичной или полной механизацией и автоматизацией конт-
рольных операций.
Для механизации пневматического метода контроля ИЭС
им. Е. О. Патона разработана механизированная вакуум-тележка,
предназначенная для контроля сварных цилиндрических и плос-
ких конструкций. Механизированная вакуум-тележка (рис. 145)
состоит из колесной рамы 2, двух цилиндров 1, вакуум-камеры 3
и четырехходового крана 4. Цилиндры 1 жестко укреплены на
раме 2, причем их верхние полости сообщаются с атмосферой.
Вакуум-камера 3 соединена со штоками поршней цилиндров.
Рама 2 служит одновременно вакуум-ресивером. Работает камера
следующим образом.
При повороте ручки четырех ходового крана 4 из положения I
в положение II воздух из нижних полостей цилиндров поступает
в вакуум-ресивер, необходимое разрежение в котором поддержи-
вают вакуумным насосом. При этом поршни перемещаются по
цилиндрам вниз и опускают вакуум-камеру 3 на контролируемую
273
chipmaker, ru
поверхность, на которую заранее нанесено пенообразующее ве-
щество. Одновременно цилиндры вместе с рамой 2 и колесами
поднимаются над вакуум-камерой 3, прижимая ее резиновой про-
кладкой к контролируемой поверхности. При этом пружины на
штоках сжимаются.
Поворотом ручки четырехходового экрана 4 в положение III
из вакуум-камеры 3 откачивают воздух до необходимого разре-
Рис. 145. Схема (а) и система положений ручки четыреххо-
дового краиа (б) механизированной вакуум-тележки конст-
рукции ИЭС им. Патона
жения. После этого проводят контроль герметичности через
прозрачный верх тележки и вакуум-камеры, устанавливая места
утечек. По окончании контроля ручку четырехходового крана
устанавливают в положение /, пропуская атмосферный воздух
в нижние полости цилиндров и вакуум-камеру. Под действием пру-
жин на штоках рама и вакуум-камера возвращаются в исходное
положение. После этого тележку на колесах перемещают на новый
участок контролируемого изделия. Тележка снабжена набором
переносных вакуум-камер, позволяющих контролировать различ-
ные виды сварных соединений. Применение такой механизирован-
ной вакуум-тележки позволило в несколько раз повысить произ-
водительность и снизить трудоемкость контроля.
Примером установки для механизации нанесения на сварные
соединения пенного валика при пневматическом методе контроля
274
Рис. 146. Принципиальная схема стенда для контроля гидросистемы изделий на гер-
метичность:
1 — стравливающий клапан; 2 — манометр; 3 — редукционный клапан; 4 — воздушный
фильтр; 5 — запорный кран; 6 — баллон; 7 — штуцер подключения; 8 — запорный край;
9 — гидравлический фильтр; 10 — дроссель; 11 — ручной насос; 12 — гидроаккумуля-
тор; 13 — предохранительный клапан; 14 — обратный клапан; 15 — насос; 16 — бак
служит специальная пеногенераторная установка, состоящая из
блока приготовления пенообразующего раствора и пистолета-
пеногенератора. Установка снабжена устройством для механи-
ческого перемешивания пенообразующего раствора, позволяет
регулировать режимы пенообразования и может обеспечить работу
одновременно трех пистолетов-пеногенераторов.
Техническая характеристика установки
Производительность по валику пены, м/мин .... Ю
Ширина нанесенного валика пены, мм............... 25—30
Число заправок блока питания при непрерывной ра-
боте в смену .................................... 1
Питание блока от сети сжатого воздуха давлением, МПа 0,3—0,6
В условиях серийного машиностроительного производства
одна из главных задач — обеспечение единства режимов контроля
герметичности изделий. С этой целью контроль герметичности
проводят на специализированных стендах, обеспечивающих уни-
фикацию всех операций технологического процесса контроля и
снабженных для этого необходимой оснасткой и контрольно-
измерительным оборудованием [4, 69].
Принципиальная схема одного из таких стендов, предназна-
ченного для гидравлического контроля герметичности гидроси-
стемы изделия, приведена на рис. 146 [69]. Техническая характе-
ристика стенда: стенд передвижной; принцип действия электро-
гидравлический, рабочее вещество — гидросмесь (рабочая жид-
кость изделия); основной агрегат стенда — гидронасос для рабо-
чей жидкости.
275
chipmaker.ru
Обеспечивая единство режимов контроля, такого типа стенды
повышают объективность и достоверность контроля герметич-
ности, что приводит к повышению качества и надежности контро-
лируемых изделий. Другое существенное преимущество примене-
ния этих стендов — снижение трудоемкости и повышение произ-
водител ьпости контроля.
Стенды, аналогичные показанному на рис. 146, предназна-
чены для ручного механизированного контроля герметичности.
В процессе их использования информацию о параметрах контро-
лируемого изделия получают путем отсчета показаний стрелочных
приборов — манометров, вакуумметров и т. п. Управляют про-
цессом контроля с дистанционного пульта. В поточном произ-
водстве целесообразно применение стендов, работающих в автома-
тизированном режиме. При этом управление режимами контроля
осуществляется автоматически с помощью программно-измери-
тельного комплекса, выдающего также окончательную инфор-
мацию о качестве контролируемого изделия. В составе программно-
измерительного комплекса может быть использована электронно-
вычислительная техника.
Такого рода автоматизированные системы для контроля гер-
метичности изделий применяют на ряде машиностроительных
предприятий в составе автоматизированных комплексных систем
контроля и испытаний выпускаемой продукции.
Некоторым подобием таких систем может быть полуавтомати-
ческая система для. контроля герметичности воздушных капсюлей
на основе масс-спектрометрического метода [84]. Воздушный кап-
сюль предназначен для автономного обеспечения человека возду-
хом в течение 5—8 мин при выходе из огня, дыма или паров токсич-
ных веществ. Такой капсюль имеется для каждого члена экипажа
военных авианосцев США и может быть применен для персонала
нефтеочистительных, химических заводов и т. п.
Воздушный капсюль состоит из трех основных частей: шлема,
воздушного модуля с регулятором давления и трубчатого бал-
лона — катушки из коррозионно-стойкой стали. Баллон содержит
около 540 см3 воздуха, в состав которого введено незначительное
количество гелия. Эта смесь находится в катушке под давлением
40 МПа. Дыхательный аппарат имеет массу всего 2,4 кг и упако-
вывается в коробку для бинокля.
Контролю на герметичность способом накопления в вакуум
подвергают баллоны с воздухом. Контрольная система встроена
в поточную линию производства баллонов. Как только заполнен-
ный воздушно-гелиевой смесью баллон поступает на контроль,
оператор нажимает две кнопки для начала автоматической конт-
рольной процедуры. При этом баллон поднимается в герметизи-
рованную камеру и из нее быстро откачивается воздух. Большие
утечки регистрируются немедленно автоматическим таймером и
переключателем давления, что повышает надежность контрольной
системы. Малые утечки регистрируются масс-спектрометром.
276
Время испытания (контроля) составляет всего 20 с. Для реги-
страции результатов контроля применяют световую сигнализа-
цию. Если утечка не превышает 10-4 мм3-МПа/с, загорается зеле-
ная лампочка, что означает пригодность баллона. Красный свет
показывает, что баллон имеет недопустимую утечку. При желтом
свете баллон поступает на перепроверку.
Такая автоматическая система может быть применена для конт-
роля герметичности большинства изделий массового производ-
ства — автомобильных деталей, в том числе шин, аэрозольных
упаковок, огнетушителей, холодильного оборудования.
Для существенного повышения производительности контроля
герметичности малогабаритных изделий электронной и других
отраслей промышленности разработаны и выпускаются серийно
автоматизированные установки типа УКГМ-2 и АКГМ-2 [8],
Эти установки состоят из вакуумно-механической системы, масс-
спектрометрического течеискателя и блоков контроля и управле-
ния. Гелий внут ь контролируемых изделий вводят путем их
опрессовки.
В указанных установках автоматически по заданной программе
осуществляется следующий цикл работ: перемещение рабочих
камер с контролируемыми изделиями в положение для контроля;
уплотнение камер и их откачка механическим и паромасляным на-
сосами; подключение камер к течеискателю и осуществление
контроля герметичности; напуск атмосферного воздуха в камеры;
разуплотнение камер и перемещение их в исходную позицию. Для
программного управления используют кулачковые распределитель-
ные устройства.
С помощью установок контролируют суммарное натекание ге-
лия из контролируемых изделия. При достижении сигнала тече-
искателя установленного уровня отбраковки включаются свето-
вая, звуковая сигнализация и сортировочный механизм.
Во избежание повреждений течеискателя при обнаружении
изделий с большими течами течеискатель и сортировочный меха-
низм связаны с блокировочным вакуумметром, установленным на
входе паромасляного насоса.
В установке УКГМ-2 контролируемые изделия загружают
в рабочие камеры и выгружают вручную, осуществляется авто-
компенсация фона течеискателя. .Автомат АКГМ-4 предназначен
для включения в конвейерные поточно-механизированные линии
производства малогабаритных изделий. В автомате автоматизи-
рована операция загрузки (из вибробункера), весь цикл контроля,
а также разбраковка и выгрузка годных изделий — на конвейер,
а забракованных — в «накопитель» брака (табл. 36).
С точки зрения механизации и автоматизации контрольных
операций перспективны люминесцентный и радиационный методы
контроля герметичности благодаря быстродействию регистраторов
оптического излучения и ионизирующей радиации.
277
chipmaker.ru
Таблица 36
Технические характеристики’автоматизированных установок для контроля
герметичности (масс-спектрометрическим методом)
Наименование установки	Тип	Размер рабочих камер (мак- симальные размеры кон- тролируемых изделий), мм	Максимальная производительность, шт/ч		Габаритные размеры, мм
			при инди- вндуэль- | ном кон- । троле	при групповом контроле	
Установка кон- троля герметнч-^ ности 	 Автомат контро- ля герметично- сти 		УКГМ-2 АКГМ-4	Длина 55, диаметр 72 Длина 120, диаметр 28	300 300	До 300 (по 10 изделий) До 1800 (по 6 изделий)	2155Х880Х Х1250 1500Х 1000Х X 1000
Примечания: 1. Диапазон течей, выявляемых установками, составляет
4« IO"8—1,33-101 мм8-МПа/с.
2. В установках расход охлаждающей воды 80 л/ч, расход жидкого азота 0,25 л/ч.
3. Электропитание установок — трехфазная электросеть напряжением 220/380 В,
частотой 50 Гц, потребляемая мощность 5 кВА.
4. Условия эксплуатации установок: температура окружающей среды-10—35° С,
наибольшая относительная влажность воздуха 80%.
При люминесцентном контроле герметичности для обнаруже-
ния мест утечек могут быть применены электронно-оптические
усилители видимого света или промышленные телевизионные
установки. В последнем случае для передачи изображения мест
утечек на контролируемой поверхности могут быть использованы
видикон, суперортикон, изокон и другие передающие телевизион-
ные трубки [67]. Изображение мест утечек воспроизводится на
экране телевизионного приемника. Непрерывный просмотр участ-
ков контролируемого изделия обеспечивается с помощью механи-
ческого устройства, перемещающего изделие или передающую
телевизионную камеру. Запись изображений мест утечек может
быть осуществлена, например, с помощью видеомагнитофона.
Для создания автоматических систем люминесцентного конт-
роля герметичности могут быть применены фотоэлектрические
регистраторы оптического излучения люминесцирующей жидко-
сти, в частности фотоумножители. В таких автоматических систе-
мах свечение жидкости в месте утечки под действием ультрафиоле-
тового излучения фокусируется оптикой на поверхность зеркала,
укрепленного на валу электродвигателя. Контролируемое поле
сканируется путем вращения и качания зеркала, причем отражен-
ный свет направляется на катод фотоумножителя. Сигнал послед-
него воспроизводится на экране осциллографа и может быть подан
278
на реле исполнительного механизма для маркировки мест утечек
или забракования изделия [24].
Возможно применение телевизионных автоматов, в которых из
видеосигнала передающей телевизионной трубки методом стро-
бирования выделяют части изображения, соответствующие кон-
тролируемым поверхностям изделия [49]. Стробированный сигнал
компенсируют опорным напряжением. Если теперь видеосигнал
в результате свечения жидкости в месте утечки изменяется, это
изменение будет обнаружено и будет выработан сигнал исполни-
тельного механизма.
При радиационном методе контроля герметичности места и ве-
личина утечек радиоактивного пробного вещества могут быть за-
регистрированы газоразрядными или сцинтилляционными детек-
торами излучения. Эти детекторы обладают незначительной инер-
ционностью и позволяют обеспечить высокопроизводительный кон-
троль изделий. Для упрощения и сокращения размеров датчиков
регистрирующих устройств целесообразно применение полупро-
водниковых детекторов ионизирующих излучений. При высокой
чувствительности к излучению и инерционности порядка долей
секунды могут быть применены детекторы на основе монокристал-
лов сернистого кадмия и поликристаллов селенистого кадмия.
При большем быстродействии (порядка 10-3 с) возможно примене-
ние диффузионных кремниевых детекторов [50].
Для просмотра контролируемого изделия должны быть приме-
нены специальные механические манипуляторы, обеспечивающие
относительное перемещение изделия и детектора излучения.
chipmaker.ru
ГЛАВА X
КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
1.	СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ОБЛАСТЬ РАЦИОНАЛЬНОГО
ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
В зависимости от назначения изделия, его прочностных харак-
теристик и условий эксплуатации — степени, характера и дли-
тельности нагружения, климатических и других условий, в неразъ-
емных соединениях не допускаются различные технологические
дефекты сварки, пайки и склеивания. Во многих случаях эти де-
фекты удается выявить одним из рассмотренных выше методов
неразрушающего контроля.
Однако для ответственных изделий современного машинострое-
ния, отличающихся к тому же большим разнообразием применяе-
мых в них материалов с различными физико-механическими свой-
ствами, конструктивных форм сварных., паяных и клееных соеди-
нений, методов и технологических процессов их изготовления
необходимо применение комплекса взаимодополняющих методов
неразрушающего контроля.
Основная цель комплексного применения методов неразру-
шающего контроля — обеспечение требуемой надежности изделий.
В ряде случаев комплексное применение методов позволяет сни-
зить трудоемкость и стоимость контроля. Комплексный неразру-
шающий контроль соединений применяют в следующих основных
случаях: при необходимости выявления в соединениях различных
по характеру, форме, размерам, расположению и количеству
внутренних и наружных дефектов; при внедрении новых мате-
риалов и видов неразъемных соединений; при внедрении новых,
более эффективных методов неразрушающего контроля; в отдель-
ных спорных случаях, когда возникает сомнение в надежности
применяемого метода неразрушающего контроля.
Выбор необходимых сочетаний методов неразрушающего конт-
роля обусловлен специфическими особенностями этих методов -и
областью их рационального применения [42].
Наибольшее применение для контроля качества сварных и дру-
гих соединений нашли радиационные, акустические (в том числе
и ультразвуковые), магнитные и капиллярные методы. Сравни-
тельные особенности и область рационального применения этих
методов указаны в табл. 37.
280
В тех случаях, когда техническими условиями на изготовление
и контроль сварных и других изделий помимо прочностных ха-
рактеристик предусмотрено обеспечение определенной степени их
герметичности, эти изделия подвергают контролю течеисканием
соответствующими методами. Хотя контроль соединений течеис-
канием можно проводить на любых стадиях производства изделий,
в большинстве случаев его используют как окончательный в ком-
плексе контрольно-испытательных операций.
2.	КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ
НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
Внедрению экономичных методов неразрушающего контроля
и их сочетаний, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым
к контролируемому изделию, и обеспечивающих необходимый
цикл производства, предшествует определенная работа по выбору
и назначению этих методов.
Основные этапы и содержание этой работы следующие: уста-
новление норм отбраковки соединений исходя из прочности, харак-
теристик и условий нагружения изделия в эксплуатации; выбор
методов неразрушающего контроля и их сочетаний с учетом специ-
фических особенностей методов; изготовление образцов соединений
с характерными дефектами и эталонов чувствительности; нераз-
рушающий контроль образцов соединений выбранными методами;
разрушающие испытания образцов и определение надежности
и достоверности методов яеразрушающего контроля; иеразру-
шающий контроль готового сварного, паяного или клееного узла
(детали) с учетом результатов контроля и испытаний образцов;
разрушающие испытания готового узла (детали); установление
чувствительности, производительности и режимов контроля соеди-
нений каждым из выбранных методов; разработка технологических
карт контроля, определяющих область и оптимальный порядок
применения каждого из выбранных методов; определение ожидае-
мой экономической эффективности внедрения выбранного сочета-
ния методов неразрушающего контроля (окончательную экономи-
ческую эффективность подсчитывают после внедрения этих мето-
дов).
Одним из наиболее ответственных этапов этой работы является
этап, касающийся выбора методов неразрушающего контроля и их
сочетаний, во многом определяющий эффективность дальней-
шей работы по неразрушающему контролю сварных и других
изделий. Невозможно дать однозначную рекомендацию по выбору
наиболее^рационального метода или сочетания методов неразру-
шающего* контроля и оптимальному порядку их применения. Эти
вопросы решаются в каждом конкретном случае в зависимости от
конструктивных особенностей контролируемого соединения, тех-
нических условий на изделие, подготовленности предприятия
вести надежный контроль соединений тем или иным методом и т. и.
281
chipmaker.ru
Сравнительные особенности основных методов неразрушающего контроля соеди
Методы контроля	Характеристика материала соединений				
	Материал	Толщина материала	Шероховатость поверхности контролируемых участков (для достижения опти- мальной чувстви- тельности метода контроля)	выпол	
				плавлением	
Радиационные	Любые ме- таллы и не- металлы	До 500 мм по стали	Любая	Внутренние ориентирован- ные в направ- лении просве- чивания тре- щины и непро- вары. Внутренние поры, рако- вины, инород- ные включения	
Акустические, в том числе уль- тразвуковые	Металлы с мелкозерни- стой струк- турой и неме- таллы	До нескольких метров, но не менее 3—5 мм для стыковых сварных соеди- нений	Не хуже 4-го класса (для контактного эхо-метода)	Внутренние трещины и не- провары любой ориентации. Внутренние поры и рако- вины	
Магнитные	Магнитные материалы (главным об- разом кон- струкционные стали феррит- ного класса)	Не более 25 мм	Не хуже 5-го класса для ма- гнитопорошко- вого метода; любая для ма- гнитографиче- ского метода)	Выходящие на поверхность трещины и не- провары и под- поверхностные дефекты (для магнитографи- ческого метода)	
Капиллярные	Любые мате- риалы с неад- сорбирующей поверхностью	Любая (кон- тролируется иа поверхно- стный слой)	Не хуже 5-го класса	Выходящие на поверхность трещины, не- провары, поры и раковины	
282
Таблица 37
нений
Основные виды выявляемых дефектов соединений
-	ненных сваркой точечной и шовной	стыковой	паяных	клееных	клепаных
	Внутренние трещины, поры и раковины, выплески ме- талла. Непровары (при резко вы- раженной не- однородности литой зоны)	—	Трещины, по- ры, инородные] включения в припое. Локальное отсутствие припоя, выте- кание припоя из зоны пайки	—	Трещины в за- клепке и ос- новном мате- риале. Зазоры между заклепкой и основным материалом
	Непровары (контроль точечной сварки на установках типа УКТС и др.)	Внутренние непровары и трещины	Локальное отсутствие припоя, выте- кание припоя из зоны пайки	Непроклеи и контроль прочности склеивания	Трещины в за- клепке и ос- новном мате- риале
	—	Выходящие на поверхность непровары и трещины	—	—	—
	Выходящие на поверхность трещины	Выходящие иа поверхность непровары и трещины	Выходящие на поверхность непропаи	—	Выходящие на поверхность трещины в за- клепке и основ- ном материале
283
chipmaker.ru
Чувствительность методов — наименьшие размеры основных видов выявляемых дефектов			Специфические требования к контролируемым сварным ’ и другим изделиям	
трещин, непроваров и т. п.		пор, раковин и т. п. (диаметр)		
раскрытие (ширина), мм	глубина или площадь			
0,025	1—2% просве- чиваемой тол- щины, но не ме- нее 0,1 мм	1—2% просве- чиваемой тол- щины, но не ме- нее 0,2 мм	1,	Желательно обеспечить воз- можность просвечивания соеди- нения только через толщину ма- териала контролируемого уча- стка 2.	Необходим свободный до- ступ к соединению для размеще- ния пленки или другого преоб- разователя излучения вплотную к контролируемому участку и получения изображения сварно- го шва и околошовной зоны 3.	Требуется размещение ис- точника излучения в соответ- ствии со стандартными схемами просвечивания	
0,005	0,25 мм2	0,5 мм	1,	Желателен ровный валик усиления сварного шва 2.	Требуется наличие по обе стороны сварного шва гладких площадок шириной не менее 20 мм для размещения на них из- лучателя и приемника 3.	Радиус кривизны контро- лируемых участков должен пре- вышать 50—100 мм при контроле кольцевых и 300 мм при кон- троле продольных сварных швов труб	
0,001 X.	0,025 мм		1.	Необходим свободный до- ступ к соединению для его осмо- тра при магнитопорошковом и для укладывания магнитной лен- ты при магнитографическом ме- тодах контроля 2.	Радиус кривизны участков поверхности должен быть более 3—5 мм 3.	Не допускаются'звачитель- ное смещение кромок сварного соединения, наплывы, подрезы и нерегулярная чешуйчатость шва	
0,001	0,001 мм	0,01 мм	В большинстве случаев необ- ходимо снять усиление сварного шва и обработать околошовную зону	
284
Продолжение табл. 37
Основные преимущества и недостатки метода	
Преимущества	Недостатки
1.	Высокая чувствительность к вы- явлению внутренних пор, раковин, включений и т. п. 2.	Возможность определения харак- тера, формы и размеров выявляемых дефектов 3.	Документальность контроля	1.	Недостаточная чувствительность к выявлению произвольно ориентированных трещин и непроваров 2.	Необходимость обеспечения радиа- ционной безопасности контролеров 3.	Сравнительно высокая трудоем- кость контроля
1. Высокая чувствительность к вы- явлению внутренних трещин и непро- варов 2. Портативность оборудования, возможность контроля в полевых усло- виях	1.	Недостаточная чувствительность к выявлений внутренних пор, раковин, включений и т. п. 2.	Невозможность определения харак- тера, формы и размеров выявляемых де- фектов 3.	Отсутствие документальности кон- троля
1.	Высокая чувствительность к вы- явлению поверхностных и подповерх- ностных трещин и непроваров 2.	Высокая производительность контроля 3.	Простота расшифровки результа- тов контроля	1. Недостаточная чувствительность к выявлению внутренних дефектов, особен- но пор и раковин 2. Необходимость размагничивания и очистки деталей после контроля
1. Высокая чувствительность к вы- явлению поверхностных дефектов 2. Простота расшифровки резуль- татов контроля	1.	Невозможность выявления внутрен- них дефектов 2.	Необходимость очистки деталей после контроля 3.	Сравнительно высокая трудоемкость контроля
285
। chipmaker.ru
Приведем общие рекомендации по комплексному применению
методов неразрушающего контроля исходя из специфических
особенностей этих методов и опыта их внедрения в произ-
водство.
Комплексный контроль сварных соединений. Помимо прочих
факторов, на выбор оптимального сочетания методов неразрушаю-
щего контроля оказывают влияние класс и вид сварки, а также
вид сварного соединения. Наиболее распространенный вид соеди-
нений, выполненных дуговой, электрошлаковой, электронно-
лучевой и другими видами сварки плавлением, — стыковые соеди-
нения.
Установленная исходя из сравнительных особенностей методов
неразрушающего контроля и опыта их внедрения область их
комплексного применения для контроля стыковых сварных соеди-
нений приведена в табл. 38. Конкретные сочетания методов, по-
рядок их применения и режимы контроля должны быть преду-
смотрены в технологическом процессе на изготовление и приемку
продукции. Для выявления поверхностных дефектов в таблице
рекомендованы магнитные методы (в основном магнитопорошковый
метод) при контроле ферромагнитных сталей и капиллярные ме-
тоды (цветной и люминесцентный) при контроле алюминиевых,
титановых сплавов и других немагнитных и магнитных металлов.
Для выявления внутренних дефектов могут быть применены
радиационные или ультразвуковые методы контроля.
Радиационные методы неразрушающего контроля и, в част-
ности, радиографический метод получили наибольшее распростра-
нение для выявления внутренних дефектов соединений из металлов
в широком диапазоне толщин. Большое количество рентгеновских
промышленных аппаратов различного назначения с напряжением
на трубке 10—400 кВ, автоматизированные гамма-установки и ра-
диоизотопные источники с эффективной энергией излучения
100 кэВ — 1,25 МэВ, ряд бетатронов на энергии излучения в диа-
пазоне 3—30 МэВ, микротроны и линейные ускорители в сочета-
нии с комплектом рентгеновских пленок от контрастных мелкозер-
нистых до высокочувствительных к излучению и набором усиливаю-
щих экранов обеспечивают решение основных задач по контролю
качества сварки плавлением и выявлению внутренних дефектов
соединений. Этому способствуют созданные средства механизации
и автоматизации просвечивания изделий, а также фотообработки
экспонированной рентгеновской пленки.
Сравнительно высокие трудоемкость и стоимость контроля ра-
диографическим методом обусловили в последние годы интенсив-
ную разработку и внедрение высокопроизводительных и более
экономичных радиационных методов обнаружения внутренних
дефектов сварных соединений — радиоскопического и радиомет-
рического. Однако ввиду специфических особенностей этих мето-
дов (недостаточная разрешающая способность, отсутствие доку-
ментальности и другие особенности этих методов) радиография
286
остается либо как окончательный, либо как арбитражный метод
контроля ответственных изделий.
Примером рационального применения высокопроизводитель-
ного радиоскопического метода в сочетании с другими методами
может служить контроль сварных соединений стальных труб
с толщиной стенки 5 мм. Сварные трубы контролировали радио-
графическим методом дважды —ьпосле сварки и после термообра-
ботки. Для выявления поверхностных дефектов применяли ма-
гнитный метод контроля. Радиографический контроль на первом
этапе после сварки труб был заменен радиоскопическим контролем
что позволило повысить производительность и снизить общую
стоимость контроля труб.
Ультразвуковые методы во многих случаях-дополняют радиа-
ционные, способствуя выявлению большинства опасных дефектов
и повышению тем самым надежности контроля.
Ниже приведены примеры практического применения комп-
лексного неразрушающего контроля.сварных и других соединений.
При изготовлении сосудов, работающих под давлением, для
выявления внутренних дефектов сварных соединений применяют
либо радиографический, либо ультразвуковой методы, либо их
сочетание. В зависимости от ответственности изделий контроли-
руют 25—100% общей длины сварных швов. Предусматривается
также цветная дефектоскопия и др.
В химическом машиностроении ультразвуковые методы в со-
четании с рентгено- и гамма-дефектоскопией широко применяют
для контроля ответственных изделий. Для выявления поверх-
ностных дефектов используют магнитную и люминесцентную де-
фектоскопию.
Характерными объектами комплексного применения нераз-
рушающих методов контроля являются многослойные сварные
рулонированные сосуды высокого давления диаметром до 3 м
со стенками из биметалла или коррозионно-стойких сталей тол-
щиной до 300 мм при толщине одного листа 4—6 мм. Сварные
соединения многослойной центральной обечайки подвергают
контролю различными методами: продольные швы контролируют
радиографическим (бетатрон ПМБ—6), ультразвуковым и цвет-
ным методами; наплавки кромок под сварку многослойных
обечаек подвергают ультразвуковому и цветному контролю; наи-
более ответственный кольцевой шов обечаек контролируют радио-
графическим, ультразвуковым, цветным или магнитопорошко-
вым методами. Такое сочетание методов обеспечивает всесторонний
анализ качества сварных рулонированных сосудов высокого да-
вления [79].
В энергомашиностроении наибольший объем контроля каче-
ства сварных соединений с толщиной стенки 3—102 мм прихо-
дится на долю ультразвуковых методов. Радиографический метод
применяют в основном для контроля сварных соединений труб по-
верхностей нагрева и трубопроводов, выполняемых электродуговой
287
chipmaker.ru
Таблица 38
Область комплексного применения неразрушающих методов контроля стыковых соединений,
выполненных сваркой^п л явлением
Толщина контроли- руемого металла, мм	Рекомендуемые сочетания неразрушающих методов контроля соединений				
	инзкоуглеродистых и низколегированных сталей	высоколегированных, в том числе аустенит- ных, сталей н жаро- прочных сплавов с мелкозернистой структурой шва1 2	высоколегированных, в том числе аустенит- ных, сталей н жаро- прочных сплавов с крупнозернистой структурой шва 2	титановых сплавов	алюминиевых сплавов
Менее 4	Радиационные и магнитные или ка- пиллярные 1	Радиационные и капиллярные	Радиационные и капиллярные	Радиационные и капиллярные	Радиационные и'ка- пиллярные
4-25	Радиационные или ультразвуковые и магнитные или ка- пиллярные	Радиационные или ультразвуковые и капиллярные	То же	Радиационные или ультразвуковые и капиллярные	Радиационные или ультразвуковые и ка- пиллярные
25—80	То же	Радиационные и капиллярные	То же	То же	То же
Продолжение табл. 38
Толщина контроли- руемого металла, мм	Рекомендуемые сочетания неразрушающих методов контроля соединений				
	инзкоуглеродистых и низколегированных сталей	высоколегированных, в том числе аустенит- ных, сталей и жаро- прочных сплавов с мелкозернистой структурой шва 2	высоколегированных, в том числе аустенит- ных, сталей н жаро- прочных сплавов с крупнозернистой структурой шва 2	титановых сплавов	алюминиевых сплавов
80—250	Ультразвуковые или радиационные и магнитные или капиллярные	Радиационные и капиллярные	Радиационные и капиллярные	Ультразвуковые или радиационные и капиллярные	Радиационные или ультразвуковые и ка- пиллярные
250-500	То же	То \ке	То же	То же	Ультразвуковые или радиационные и капиллярные
Свыше 500	Ультразвуковые и магнитные или ка- пиллярные	То же	То же	То же	То же
1 Союз «н» означает обязательное применение одного нз указанных после него методов контроля.
2 Структура шва условно принимается мелкозернистой, если разность амплитуд сигналов прн прозвучнванин металла шва и основ-
ного металла указанной толщины наклонными искателями, генерирующими поперечные ультразвуковые колебания частотой 2,5 МГц,
не превышает 10—15 дБ [76 j.
chipmaker.ru
автоматической сваркой из сталей аустенитного класса тол-
щиной 16—40 мм. Сварные соединения этих же изделий, но с
меньшей толщиной стенки (3—8,5 мм) контролируют ультразву-
ковыми методами. Ответственные сварные изделия подвергают
и ультразвуковому, и радиационному контролю, в том числе
с использованием бетатронов в сочетании с магнитопорошковым
и цветным контролем.
Нормами отбраковки сварных соединений многих ответствен-
ных изделий машиностроения со стенками толщиной 3—50 мм
предусмотрено выявление одиночных пор и инородных включений
сравнительно малых размеров, оговорена недопустимость в соеди-
нениях трещин и непроваров, предъявляются жесткие требования
по выявлению поверхностных дефектов. При этом, если обязательна
термообработка сварного узла, контроль следует проводить после
нее. Предъявляются также требования по доку'ментализации кон-
троля.
Обеспечить выполнение этих норм и требований можно лишь
сочетанием радиографического и ультразвукового методов кон-
троля, применяемых в комплексе с методами обнаружения по-
верхностных дефектов. Наилучшие результаты такой комплекс-
ный контроль показывает на сталях с мелкозернистой структурой
при сварке без подкладки с последующей обработкой усиления
сварного шва. В ряде случаев удается исключить радиографиче-
ский контроль соединений до термообработки сварного узла, что
дает существенный экономический эффект.
Еще более эффективно применение в аналогичных случаях
сочетания ультразвукового и высокопроизводительного радиоско-
пического методов контроля.
По данным В. А. Щипанова и др. на Волжском трубном заводе
с 1972 г. успешно применяют комплексный ультразвуковой и ра-
диоскопический контроль сварных соединений спирально-шовных
труб со стенками толщиной более 8 мм. Ультразвуковому кон-
тролю с помощью дефектоскопов ВТЗ-1, установленных на трубо-
электросварочных станах, подвергают 100% сварных соединений
труб. Сварные соединения труб, забракованные при ультразву-
ковом контроле, в обязательном порядке подвергают радиоскопи-
ческому контролю с помощью ренгенотелевизионных установок на
основе рентгеновских электронно-оптических преобразователей
(РЭОП). Такой комплексный контроль не только гарантирует вы-
сокое качество выпускаемых труб, но и способствует совершен-
ствованию технологии их изготовления — в процессе освоения
производства труб перевод их в низшее качество был сокращен
с 30 до 4,5%.
Перспективно применение ультразвуковых методов для кон-
троля электронно-лучевой сварки, особенно при большой толщине
свариваемых металлов. Для выявления непровара лучшие ре-
зультаты показывает раздельно-совмещенный искатель типа тан-
дем. Однако образование в ряде случаев крупнозернистой струк-
290
туры металла, что связано с высокой скоростью его нагрева, сни-
жает чувствительность ультразвукового метода и вынуждает при-
менять его в сочетании с радиографией.
В тяжелом химическом и энергетическом машиностроении ши-
рокое применение нашла электрошлаковая сварка металлов тол-
щиной в несколько сотен миллиметров. В зависимости от струк-
туры свариваемого металла, технологии его сварки и термообра-
ботки для выявления внутренних дефектов в соединениях различ-
ной толщины применяют радиационные, ультразвуковые методы
контроля или их сочетания. В качестве дополнительных применяют
магнитные и другие методы.
Например, при ультразвуковом контроле электрошлаковой
сварки ковано-сварных сосудов высокого давления из стали
20Х2МА со стенками толщиной 102 мм в металле околошовной
зоны были выявлены непротяженные дефекты неизвестного харак-
тера, ориентированные по линии сплавления. Применение маг-
нитного метода в сочетании с металлографией позволило устано-
вить, что это трещины-надрывы, являющиеся опасным браковоч-
ным дефектом [5].
Радиационные методы не обеспечивают надежного контроля
угловых, тавровых и нахлесточных сварных соединений. Поэтому
радиационную дефектоскопию этих соединений рекомендуется
применять в сочетании с ультразвуковыми методами, обеспечи-
вающими в данном случае выявление опасных непроваров и тре-
щин.
Оптимальный порядок применения методов неразрушающего
контроля устанавливают в каждом конкретном случае исходя
из требуемой надежности, производительности и специфических
условий контроля. В общем случае ультразвуковые методы кон-
троля применяют как предварительные, служащие для отбраковки
соединений с крупными дефектами. После исправления сварных
швов их вновь подвергают ультразвуковому контролю, и в том
случае, если в сварных швах не окажется недопустимых дефек-
тов, их подвергают контролю радиационными методами. Методы
выявления поверхностных дефектов применяют на заключитель-
ных стадиях контроля. Наиболее эффективен следующий порядок
комплексного применения методов контроля: ультразвуковой
контроль — окончательная механическая обработка и термообра-
ботка сварного узла — радиационный — магнитный (или ка-
пиллярный) контроль.
Благодаря высокой чувствительности к выявлению трещин и
непроваров с малым раскрытием в качестве одного из основных
методов контроля сварных соединений технологических и других
трубопроводов из низкоуглеродистых сталей толщиной 4—16 мм
применяют магнитографический метод [28]. В дополнение к вы-
сокой выявляемое™ трещин и непроваров этот метод обладает
документальностью, высокими производительностью и экономич-
ностью по сравнению с радиационными и ультразвуковыми мето-
291
chipmaker.ru
дами. Производительность контроля сварных стыков труб диа-
метром 426—479 мм с толщиной стенки 6—10 мм приведена ниже.
Метод контроля	Время контроля, мин
Радиографический ........................ 60
Ультразвуковой ..................25 (с учетом подготов-
ки объекта контроля)
Магнитографический ....................... 5
Учитывая некоторые ограничения этого метода по выявлению
дефектов округлой формы (пор, раковин и т. п.), этот метод дубли-
руют просвечиванием сварных стыков рентгеновским или гамма-
излучением. К дублированию прибегают в основном в следующих
случаях: при контроле ответственных изделий и отремонтирован-
ных стыков, при проверке навыков оператора-магнитографа,
в спорных и других случаях. При контроле сварных соединений
магистральных трубопроводов (около 20% всех стыков) магнито-
графический метод применяют в объеме 80%, радиационные ме-
тоды — в объеме 20%.
К основным видам сварки термомеханического класса следует
отнести контактную (точечную, шовную, стыковую) и диффузион-
ную. Комплексному неразрушающему контролю подвергают лишь
точечную и в небольшом объеме диффузионную сварку.
Точечную сварку сталей и алюминиевых сплавов в процессе
ее выполнения контролируют с помощью ультразвука, применяя
для этого датчики, встроенные в электроды сварочной машины.
При этом соединения с непроваром, а также с малыми размерами
литого ядра отбраковывают. Готовые сварные соединения подвер-
гают лишь выборочному рентгеновскому контролю в наиболее
ответственных местах. Радиационные методы применяют также
при отработке режимов сварки и ее ультразвукового контроля на
стадии изменения технологии сварки, свариваемых металлов
и т. п.
Контроль диффузионной сварки неразрушающими методами
сопряжен с целым рядом затруднений, связанных с выявлением
основного дефекта сварки — непровара. Известно применение для
контроля качества диффузионной сварки ультразвуковых нор-
мальных искателей на основе 'высокочастотной (до 25 МГц) кера-
мики из сульфата лития. При этом возможен контроль сварных
соединений, плоскость которых параллельна плоскости пьезо-
элемента. Непровары вдоль кромок листов (если обеспечен сво-
бодный доступ к кромкам) могут быть выявлены капиллярными
методами с использованием самопроявляющихся флуоресцирую-
щих пенетрантов, которые обладают высокой чувствительностью.
Комплексный контроль паяных, клееных и клеесварных соеди-
нений. Тонкостенные (1—2 мм) паяные муфтовые соединения
стальных трубопроводов диаметром менее 80 мм в процессе их
изготовления в цеховых условиях контролируют радиографиче-
ским методом с использованием стационарной рентгеновской ап-
292
паратуры. В условиях монтажа трубопроводов для контроля за-
мыкающих паяных соединений применяют портативные рентге-
новские аппараты типа РУП-100-10. Однако в труднодоступных
условиях даже с помощью этих аппаратов не удается полностью
проконтролировать ряд паяных стыков. Для решения этой про-
блемы разработаны и внедрены автоматизированные установки
типа УКТ для ультразвукового контроля паяных соединений
трубопроводов. Чувствительность ультразвукового метода к вы-
явлению непропаев при толщине стенки муфты 0,5—1,4 мм со-
ставляет 2—3 мм2. Показания установок калибруют по результа-
там контроля соединений, доступных ультразвуковому и радиогра-
фическому методам контроля.
Контроль паяных сотовых панелей — плоскопараллельных
и плоскоклиновых одинарной и двойной кривизны с целью вы-
явления непропая проводят импедансно-акустическим методом
приборами типа ИАД. Этим методом возможен контроль панелей
с обшивкой из алюминиевых сплавов толщиной 0,15—2 мм и
стали толщиной 0,15—1,8 мм. Чувствительность метода тем выше,
чем больше жесткость сотоблока.
В условиях серийного производства сотовых панелей больших
размеров произвольной формы в плане применяют автоматизи-
рованный импедансно-акустический контроль с использованием
установок типа УКН, в том числе с программным управлением.
Автоматизация обеспечивает большую надежность по сравнению
с ручным контролем, особенно для сотовых панелей с крупной
ячейкой со стороной более 4 мм и тонкой (менее 0,6 мм) обшивкой.
При необходимости радиационными методами контроля, в ча-
стности радиоскопическим, в сотовых конструкциях могут быть
выявлены нарушения геометрической формы сотоблока. Соедине-
ния панелей выполняют различными способами, наиболее распро-
страненный из которых электронно-лучевая сварка обшивок
с дополнительными крепежными элементами внутри сотоблока.
Для контроля качества электронно-лучевой сварки обшивок при-
меняют радиографический метод с просвечиванием верхнего и ниж-
него сварных швов под углом. В тех случаях, когда обшивки изго-
товлены из ферромагнитных однородных металлов, т. е. в них
отсутствуют аустенитные и другие немагнитные включения, для
выявления непроваров применяют магнитопорошковый метод
контроля. Преимущество последнего по сравнению с радиографией
заключается в независимости его результатов от конструкции вну-
тренних крепежных элементов панелей.
Тепловые методы в сочетании с радиографией могут быть ис-
пользованы при контроле паяных гофрированных или фрезеро-
ванных элементов изделий типа радиаторов, если пайку этих
элементов выполняют последовательно. С целью обнаружения
полного или частичного заполнения каналов охлаждения припоем
или другими инородными телами в ряде случаев применяют ра-
диоскопический метод контроля. При этом по сравнению с радио-
293
chipmaker.ru
графией значительно снижаются трудоемкость и стоимость кон-
троля.
Для неразрушающего контроля клееных соединений применяют
в основном акустические методы.
При контроле двухслойных листовых соединений наибольшее
распространение получили ультразвуковые резонансный, эхо-
импульсный и теневой методы, применяемые в ручном и механи-
зированном вариантах. Первый метод применяют для определения
когезионных свойств клееного соединения, т. е. для оценки его
прочности [25]. Два других метода позволяют определять лишь
места отсутствия клея — непроклеи. Частоту ультразвуковых
колебаний выбирают в зависимости от толщины склеиваемых де-
талей, а также от акустических свойств их материала и клеевого
слоя. .На той же частоте теневым методом можно контролировать
соединения листов в 2—3 раза более толстых, чем при контроле
эхо-импульсным методом.
Клееные соединения пластиков, особенно при большой их
толщине, целесообразно контролировать радиоволновым методом.
При контроле трехслойных сотовых конструкций наиболее ши-
роко применяют импедансно-акустический метод в ручном или
автоматизированном (с применением установок типа УКН) ва-
риантах. В целях повышения производительности контроля, осо-
бенно плоских сотовых панелей больших размеров, может быть
рекомендован ударно-акустический метод контроля. Радиацион-
ные методы — радиографический и радиоскопический — целе-
сообразно применять для выявления возможных повреждений
сотоблока склеенных панелей.
Если это предусмотрено техническими условиями на изделие,
клееные соединения подвергают контролю на герметичность.
При контроле клеесварных соединений используют сочетание
методов, применяемых для контроля точечных сварных соедине-
ний и клееных соединений. Практически к методам контроля то-
чечных сварных соединений добавляют один из методов выявле-
ния непроклеев. Обычно для этого применяют резонансный уль-
тразвуковой метод. На стадии отработки технологии склеивания
целесообразен 100%-ный контроль клеесварных соединений. При
отработанной технологии склеивания возможно применение выбо-
рочного контроля клееных соединений клеесварных панелей [74].
Комплексный контроль соединений в условиях эксплуатации
и ремонта изделий. В процессе эксплуатации изделий в сварных,
паяных или клееных узлах могут образоваться специфические
эксплуатационные дефекты, по характеру отличающиеся от де-
фектов, возникающих при изготовлении соединений. К основным
эксплуатационным дефектам следует отнести усталостные тре-
щины и повреждения, коррозионные поражения.
Для своевременного выявления этих дефектов и предупрежде-
ния тем самым разрушения узлов изделий применяют различные
методы контроля, в том числе неразрушающего. Выбор методов
294
контроля обусловлен характером, формой и размерами дефектов;
степенью их опасности (места расположения дефектов в узле, наз-
начение узла и т. п.); специфическими особенностями и областью
применения методов контроля; условиями доступа к деталям и
узлам со средствами контроля и т. д.
Усталостные трещины и повреждения — наиболее опасные
эксплуатационные дефекты, существенно влияющие на прочность
конструкции.
Потенциальную опасность усталостная трещина представляет
уже при ее размерах (ширине раскрытия, глубине и длине) по-
рядка долей и единиц микрометров. Поэтому обнаружение уста-
лостных трещин представляет значительную проблему, особенно
в условиях трудного доступа к контролируемой детали или узлу.
Для выявления усталостных трещин в условиях профилакти-
ческих осмотров и ремонта изделий применяют внешний осмотр
критических мест конструкции, а также различные методы нераз-
рушающего контроля.
Внешним осмотром, проводимым невооруженным глазом и
с использованием луп свыше четырехкратного увеличения, в де-
талях, доступных для наблюдения, могут быть выявлены опасные
эксплуатационные дефекты, в том числе и очаги усталостного раз-
рушения. Для выявления эксплуатационных дефектов во внутрен-
них деталях и узлах изделий, например трещин в лопатках газо-
турбинных двигателей без их разборки, применяют специальные
перископы или волоконно-оптические жгуты, вводимые внутрь
изделия через предусмотренные для этих целей отверстия в на-
ружных кожухах.
Для выявления усталостного разрушения деталей и узлов
изделий получили применение электромагнитные, магнитные, ка-
пиллярные, ультразвуковые и радиационные методы неразрушаю-
щего контроля.
В зависимости от ответственности изделия и контролируемого
в нем узла, степени разборки изделия (условий доступа), состоя-
ния контролируемой поверхности и других факторов в каждом
конкретном случае применяют один или несколько методов нераз-
рушающего контроля в соответствии с областью их применения.
Наибольшее распространение получили электромагнитные методы
контроля с использованием портативных токовихревых приборов
(дефектоскопов), позволяющих на доступных контролю поверх-
ностях обнаруживать усталостные трещины размером до 1 мкм.
Для обеспечения доступа с токовихревыми датчиками к контро-
лируемой детали или узлу в кожухах изделий должны быть пре-
дусмотрены специальные технологические отверстия.
При ремонте изделий в условиях их полной или частичной
разборки, а в ряде случаев без разборки (на доступных поверх-
ностях) эффективно применение магнитопорошкового и капилляр-
ных методов контроля. Этими методами выявляют усталостные
трещины размером до 1 мкм. Наибольшую чувствительность при
295
chipmaker, ru
контроле немагнитных материалов показывает люминесцентно-
цветной метод контроля.
Широкое применение для выявления очагов усталостного раз-
рушения в изделиях получили ультразвуковые методы контроля.
Специальные методики позволяют по характеру отраженного сиг-
нала проводить количественную оценку длины и глубины выявляе-
мых трещин. Сравнительная выявляемость инициированных в алю-
миниевом образце усталостных трещин длиной 1,0—12,5 мм и
глубиной 0,5—3,2 мм при ультразвуковом, цветном капиллярном
Рис. 147. Выявляемость усталостных трещин
ультразвуковым (/), цветным капиллярным
(2) и • радиографическим (3) методами в за-
висимости от длины трещин
и радиографическом контро-
ле приведена на рис. 147.
Ультразвуковым методом
лучше, чем цветным и радио-
графическим методами, выяв-
ляются трещины длиной ме-
нее 5 мм. Все эти методы
недостаточно чувствительны
к обнаружению усталостных
трещин длиной менее 1,3 мм.
Радиографическим методом
хорошо выявляются трещи-
ны длиной свыше 10 мм [90].
Радиографический метод
не обладает достаточной чув-
ствительностью для выявле-
ния начальных стадий разру-
шения, однако этим методом
могут быть обнаружены кри-
тические фазы разрушения внутренних элементов конструкции
без существенной разборки изделия, чего нельзя достичь дру-
гими методами контроля.
Для определения начала зарождения усталостных трещин наи-
более приемлемы методы акустической эмиссии, применяемые,
в частности, для неразрушающего контроля котлов высокого да-
вления [ПО]. Перспективно применение многоточечных бортовых
систем ультразвукового контроля усталостных разрушений [107].
В зависимости от видов коррозии и степени коррозионного по-
ражения для его выявления могут быть применены различные ме-
тоды неразрушающего контроля. Радиационные методы контроля
благодаря специфическим особенностям наиболее эффективны при
выявлении подповерхностной коррозии внутренних элементов
конструкции. Межкристаллитную и транскристаллитную корро-
зию удается выявлять ультразвуковыми и другими методами не-
разрушающего контроля.
Лаборатории для комплексного неразрушающего контроля.
Для выполнения работ по комплексному контролю сварных, пая-
ных или клееных соединений изделий целесообразна организация
единой лаборатории неразрушающего контроля. По сравнению
296
Рис. 148. Планировка комплексной лаборатории неразрушающего контроля для ма-
шиностроительного предприятия (ниже в скобках указана площадь помещений в м2):
/ — помещение для рентгеноструктурного анализа (27,5); 2 — помещение для рентгено-
дефектоскопии (30,4); 3 — помещение для гамма-дефектоскопии (30); 4 — помещение
пультовой (46); 5 — фотокомната рентгеновской группы (17,5); 6 — расшифровочная
комната (18); 7 — помещение капиллярной дефектоскопии (66); 8 — комната люмине-
сцентных осветителей (15,8); 9 — помещение электрофизической группы (74,25); 10 —
мастерская (24,75); 11 — коридор (50); 12 — кабинет начальника физической лабора-
тории (10,5); 13 ~ туалет (20)
с созданием разрозненных участков для неразрушающего контроля
различными методами это экономичнее, позволяет ускорить про-
ведение контроля и повысить его надежность.
Типовая планировка комплексной физической лаборатории
неразрушающего контроля для среднего машиностроительного
предприятия приведена на рис. 148 [19]. В связи с тем, что в со-
став лаборатории входят участки для рентгене- и гамма-дефекто-
скопии, при размещении лаборатории необходимо руководство-
ваться «Основными санитарными правилами работы с радиоактив-
ными веществами и другими источниками ионизирующих излу-
чений ОСП-72» и другими правилами и положениями, разработан-
ными на основании этих правил. Целесообразно размещение такой
лаборатории в отдельном одноэтажном здании. В отсутствие такого
здания возможна одноэтажная пристройка к зданию или для
всей лаборатории, или для участков рентгено- и гамма-дефекто-
скопии.
Примерные данные для проектирования лаборатории
Полезный объем здания, м3 ............................. 2700
Площадь застройки, м2....................... .	.	. .	570
В том числе производственная, м2 ..................... 430,7
Стоимость санитарно-технических	работ, тыс. руб.........1,62
Сметная стоимость строительных работ (без учета стоимости
оборудования и приборов), тыс. руб......................43,2
Сменность работы (число смен).............................. 1
Число работников.......................................... 24
297
chipmaker.ru
Приведенные данные могут быть изменены в ту или другую
сторону в зависимости от требований, предъявляемых к лабора-
тории (объем контроля, габаритные размеры изделий,применяемое
оборудование и приборы, число работников и т. п.).
Лаборатория должна быть оснащена новейшим оборудованием
для проведения неразрушающего контроля в цеховых и лабора-
торных условиях. При этом помещение электрофизической группы
целесообразно разделить на несколько участков: для ультразву-
кового, магнитного и электроиндуктивного контроля. Организа-
ционно и методически лабораторию целесообразно подчинить цен-
тральной заводской лаборатории (ЦЗЛ).
В условиях крупносерийного производства кроме этой лабо-
ратории в цехах могут быть созданы специализированные лабора-
тории (участки) неразрушающего контроля с применением одного
или нескольких методов контроля. Создаются, например, лабора-
тория неразрушающих методов контроля в сварочном цехе, рент-
геновская лаборатория в сварочном цехе, участок неразрушаю-
щего контроля в цехе склеивания и т. п.
Для проведения работ по неразрушающему контролю изделий
в условиях эксплуатации разработаны и выпускаются передвиж-
ные лаборатории на базе серийных отечественных автомобилей.
Выполнение в полевых и других эксплуатационных условиях
работ по рентгенографическому, магнитографическому и ультра-
звуковому неразрушающему контролю может быть обеспечено при
использовании передвижных рентгеномагнитографических лабо-
раторий РМЛ-1 и РМЛ-2 [44].
Передвижная лаборатория для дефектоскопического контроля
легкого типа (рис. 149) предназначена для радиографического и
ультразвукового контроля изделий в эксплуатации. Она смонти-
рована на легковом автомобиле с закрытым кузовом и может об-
служивать объекты на расстоянии до 50 км от центральной лабо-
ратории.
В комплект лаборатории входят: гамма-дефектоскоп РИД-11;
импульсный рентгеновский аппарат ИРА-2Д; ультразвуковой
дефектоскоп ДУК-66П; термостат с ваннами для обработки радио-
графических пленок; негатоскоп; шкаф для сушки радиографи-
ческих пленок; дозиметр «Аргунь» ДРГ-3-02; комплект индиви-
дуальных дозиметров КИД-2 по 20 шт. в комплекте; переносное
сигнальное устройство; комплект рам для поштучной или пакет-
ной обработки радиографических пленок; комплект принадлеж-
ностей для промышленной радиографии (кассеты, усиливающие
экраны, магнитные держатели, маркировочные знаки); эталоны
для определения радиографической чувствительности и глубины
дефекта; комплект принадлежностей для обработки и интерпре-
тации радиографических пленок (термометры, сигнальные часы,,
нож для резки пленок, бак, мензурки и др.).
Передвижная лаборатория для дефектоскопического контроля
среднего типа (рис. 150) предназначена для радиографического,
298
ультразвукового и магнитного контроля изделий в эксплуатации.
Лаборатория смонтирована на автоприцепе, обслуживаемом тя-
гачом. Автономность лаборатории полная, район обслуживания
неограниченный.
В комплект лаборатории входят: гамма-дефектоскоп
РИД-21М; гамма-дефектоскоп «Стапель-5»; импульсный рентге-
Рис. 149. Планировка передвижной лаборатории для дефектоскопического контрол»
легкого типа:
1 — сиденье водителя; 2 —^снденье первого оператора; 3 — стол; 4 — сиденье второго
оператора; 5 — автомобильный калорифер; 6 — автомобильная аккумуляторная бата-
рея; 7 — огнетушитель; 8 — пусковая рукоятка; 9 — термостат с ваннами; 10 — су-
шильный шкаф; 11 — рабочий стол со шкафом; 12 — электрощит; 13 — стул; 14 —
бензиновый агрегат; 15 — токовыпрямитель; 16 — дополнительная аккумуляторная
батарея; 17 — вентилятор; 18 — отопительная система; 19 — переносной заземлитель;
20 — автомобильный домкрат; 21 — запасное колесо; 22 — хранилище для гамма-дефек-
тоскопа РИД-11; 23 — светильник с контактом; 24 — сигнальное устройство; 25 —
н егатоскоп
299-
। chipmaker.ru
Рис. 150, Планировка передвижной лаборатории для дефектоскопического контроля
среднего типа:
/ — настенный шкаф для фотоматериалов; 2 — стол; 3 — стул; 4 — устройство для фото-
обработки; 5 — настенный вентилируемый шкаф; 6 — шкаф для сушки; 7 — перегородка;
8 — дверь; 9 — настенный шкаф; 10 — негатоскоп; 11 — бензиновый аппарат; 12 —
слесарный стол; 13 — шкаф для одежды; 14 — шарнирная дверь; 15 — перегородка;
16 — дверь; 17 — шкаф с электрощитом; 18 — койки со шкафом для одежды; 19 —
настенный шкаф; 20 — стол; 21 — шкаф с умывальником и холодильной установкой;
22 — площадка; 23 — тент; 24 — лестница; 25 — хранилище для гамма-дефектоскопа;
26, 27 — вентилятор; 28 — сигнальная лампочка для фотолаборатории; 29 — огнетуши-
тель; 30 — люк
300
невский аппарат ИРА-2Д; переносной рентгеновский аппарат
«Суперлилипут-140»; ультразвуковой дефектоскоп ДУК-66П;
устройство для обработки радиографических пленок, состоящее
из ванн и термостата для поддержания постоянной температуры
воды; шкаф для сушки радиографических пленок; комплект рам
для обработки радиографических пленок; негатоскоп; дозиметр
Аргунь ДРГ-3-02; комплект индивидуальных дозиметров КИД-2;
переносное сигнальное устройство; эталоны для определения ра-
диографической чувствительности; комплект принадлежностей
для промышленной радиографии (кассеты, усиливающие экраны,
магнитные держатели, маркировочные знаки); комплект принад-
лежностей для обработки и интерпретации радиографических
пленок (термометры, сигнальные часы, нож для резки пленок,
весы, баки, мензурки и др.).
Применение подобных лабораторий повышает оперативность
контроля и надежность эксплуатируемых изделий.
3.	СТАТИСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ [30]
Статистический контроль в условиях производства основан на
использовании методов математической статистики для обработки
данных неразрушающего контроля, результатов контроля ис-
ходных материалов и параметров технологических процессов.
Различают два вида статистического неразрушающего кон-
троля: статистическое регулирование качества и выборочный
контроль.
Методы и средства неразрушающего контроля широко приме-
няют для отработки технологии изготовления сварных и других
неразъемных соединений. Это связано, в частности, с тем, что ха-
рактер, форму, ориентацию и расположение дефектов, обнару-
живаемых с помощью неразрушающего контроля, как правило,
удается связать с определенными отклонениями в свойствах ис-
ходных материалов, режимах сварки, пайки и других технологи-
ческих процессов.
Данные неразрушающего контроля, обработанные с помощью
методов математической статистики, в производстве могут быть
использованы для корректировки параметров технологических
процессов с целью обеспечения требуемого качества и предупре-
ждения брака. Такую корректировку и называют статистическим
регулированием качества. При этом накапливают, обрабатывают
и анализируют данные о качестве единиц сварной продукции (свар-
ных элементов — изделий, участков протяженного сварного шва
и т. д.). Длину единичного участка протяженного сварного соеди-
нения рекомендуется выбирать равной десяти толщинам сваривае-
мого листа.
Методы математической статистики позволяют оценить про-
цент или долю брака в партии продукции по результатам контроля
выборки, состоящей из определенного числа единиц продукции
данной партии. Возникновение дефектов носит вероятностный
301
chipmaker.ru
характер, поэтому установившийся производственный процесс
характеризуют средним значением процента брака (или другой
характеристики уровня качества) и средним квадратическим откло-
нением единичных значений исследуемой величины от среднего
значения.
Ход производственного процесса, по данным неразрушаю-
щего контроля, отражают на специальных контрольных картах.’
Они представляют собой диаграммы, на которых откладывают
процент брака (или другую характеристику уровня качества)
в зависимости от порядкового номера выборки.
На диаграмме отмечают верхнюю и нижнюю границы регули-
рования, выход за пределы которых рассматривают как сигнал
для корректировки технологии.
Неразрушающий контроль, особенно радиографический, отли-
чается высокой трудоемкостью. В то же время по результатам
контроля конкретных изделий на протяжении длительного вре-
мени может быть установлено, что в неразъемных соединениях
дефектов, недопустимых по техническим условиям, не возникало.
В этом случае оказывается возможным переход к выборочному
неразрушающему контролю, если только эксплуатация изделий
с дефектами, пропущенными при таком контроле, может считаться
допустимой.
Выборочный контроль может осуществляться по разным чле-
нам, при контроле сварных соединений целесообразно применять
•статистический план одноступенчатого контроля, а также коррек-
тируемые в процессе контроля члены.. При одноступенчатом кон-
троледолжны быть установлены два уровня качества: приемочный
и браковочный. Планом устанавливается такой объем выборки,
чтобы с заданной достоверностью принять решение о качестве
всей партии по результатам контроля случайной выборки. Обычно
объем контроля составляет 2, 5, 10, 20, 50 или 100% всей партии.
Объем выборки при корректируемом в процессе контроля членов
заранее не устанавливается, а уточняется в процессе контроля.
Только 100%-ный неразрушающий контроль дает сведения о тех-
ническом состоянии любой единицы продукции из партии.
При выборочном контроле всегда существует конечная вероят-
ность того, что среди непроконтролированных единиц продукции
есть дефектные. Поэтому в случае назначения выборочного кон-
троля возрастает значение испытаний систем, в которые входят
контролируемые выборочно узлы. Неразъемные соединения, де-
тали и узлы ответственных изделий подвергают 100%-ному нераз-
рушающему контролю.
4.	ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ
МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
В отличие от разрушающих испытаний, при которых о каче-
стве партии изделий судят по результатам выборочного разруше-
ния изделий, методы неразрушающего контроля обеспечивают
302
более полный, в ряде случаев 100%-ный всесторонний контроль
продукции. Это позволяет существенно повысить качество выпу-
скаемой продукции и, в частности, один из показателей качества —
надежность (безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость
или их сочетания) изделий.
Помимо этого, применение методов неразрушающего контроля
позволяет производству получить ряд дополнительных преиму-
ществ: исключить затраты на дорогостоящее оборудование для
разрушающих испытаний; сократить объем и стоимость оконча-
тельного контроля продукции; отработать конструкцию изделий;
отработать технологию производства изделий; повысить произво-
дительность, снизить трудоемкость и стоимость контроля; сокра-
тить брак; уменьшить затраты на последующую обработку изде-
лий в результате своевременного обнаружения в них недопусти-
мых дефектов; повысить культуру труда операторов и ряд других
преимуществ.
Наибольшая эффективность достигается в результате комплекс-
ного применения нескольких методов неразрушающего контроля
для выявления в изделиях дефектов различного типа. Выбирать
оптимальное сочетание методов неразрушающего контроля необ-
ходимо на основе научно обоснованных норм отбраковки контро-
лируемых изделий с учетом максимальной чувствительности, про-
изводительности и экономической эффективности этих методов.
Наиболее перспективен в будущем выбор оптимальных методов
контроля с помощью электронно-вычислительных машин.
В настоящее время необходимые методы контроля, обеспечи-
вающие требуемую надежность изделий, выбирают исходя из
специфических особенностей для методов. Экономичность выбран-
ных методов в каждом случае может быть определена путем рас-
чета сравнительной экономической эффективности рассматривае-
мых базового и нового вариантов контроля.
В соответствии с типовой методикой показателем сравнитель-
ной экономической эффективности капитальных вложений слу-
жит минимум приведенных затрат [70]. Приведенные затраты по
каждому сравниваемому варианту представляют собой сумму те-
кущих (себестоимости С,) и единовременных затрат (капитальных
вложений Kt), приведенных к одинаковой размерности в соответ-
ствии с нормативами эффективности:
Cz +min,
где Е„ — нормативный коэффициент эффективности капитальных
вложений; Еи 0,12.
Типовая структура себестоимости товарной продукции [45]
и общий перечень элементов капитальных затрат [13] приведены
в табл. 39.
При оценке экономической эффективности от внедрения новой
техники себестоимость выпуска продукции обычно рассчитывают
зоз
I chipmaker.ru
Таблица 39
Типовые составляющие себестоимости продукции и капитальных затрат
Составляющие себестоимости товарной продукции С	Элементы капитальных затрат /С£-
Сырье и материалы, в том числе	Цена покупного оборудования (по
покупные изделия и полуфабрикаты	прейскуранту или договору) и затраты на его доставку
Топливо и энергия на технологиче-	Затраты на монтажно-демонтажные
ские нужды	работы
Заработная плата	Затраты на модернизацию оборудо- вания
Расходы по освоению	Затраты на отладку и доводку обо- рудования
Износ специальных инструментов и	Затраты на приобретение инструмен-
приспособлений	та и технологической оснастки по цене свыше 50 руб. за единицу и сроком службы более года
Цеховые расходы, в том числе рас-	Стоимость строительства и рекой-
ходы по содержанию и эксплуатации	струкции зданий и сооружений, необ-
оборудования	ходимых для осуществления мероприя-
Общезаводские расходы	тий по новой технике, а также расходы
Потери от брака	по расширению производственной пло- щади
Прочие производственные расходы	Затраты на смежных участках про- изводства в связи с внедрением новой техники
Внепроизводственные расходы	Затраты на приобретение лицензий Неамортизированная часть первона- чальной стоимости основных средств, исключаемых из производства в резуль- тате осуществления технического пере- вооружения, за вычетом лома Прирост оборотных средств, необ- ходимых для использования внедрен- ной техники
только по тем ее составляющим, которые существенно изменяются
в результате проведенных мероприятий по внедрению.
Полный экономический эффект от внедрения метода и средств
неразрущающего контроля в народное хозяйство определяют как
алгебраическую сумму эффектов в сфере производства и сфере
эксплуатации контролируемой продукции. Его рассчитывают с уче-
том снижения себестоимости выпуска продукции, повышения ее
сортности, изменения цен на нее, сокращения брака, увеличения
гарантийного срока службы деталей, узлов и изделий, экономии
средств при выпуске годных деталей, неправильно забракованных
по результатам прежнего выборочного контроля, и т. д.
304
Годовой экономический эффект (руб.) от внедрения новой тех-
ники в сфере производства и в сфере эксплуатации определяют по
формуле
Эг = [(Ci + ЕнЛл) + Cl1] — [(С2 + Ен/С2) + Сг1] — Епр, ’
где Эг — годовой экономический эффект в сфере производства и
эксплуатации; Сг и С2 — себестоимость изготовления годового
объема продукции до и после внедрения; и К2 — капитальные
затраты на производство продукции до и после внедрения; Ен —
нормативный коэффициент эффективности капитальных вложе-
ний; С] и С2 — эксплуатационные издержки потребителя новой
и старой продукции; Кпр — предпроизводственные затраты.
Эксплуатационные издержки (руб.) потребителя рассчитывают
следующим образом:
где н, — годовые эксплуатационные издержки у потребителя
без учета амортизационных отчислений на реновацию (восстано-
вление стоимости новой техники); /Q — капитальные вложения
потребителя продукции; Pt- — доля амортизационных отчислений
на реновацию продукции; Ен — нормативный коэффициент эф-
фективности капитальных вложений.
Предпроизводственные затраты Кпр включают затраты на со-
здание и доводку опытных образцов новой техники: научные ис-
иследования; изучение патентов; проведение технико-экономиче-
ских расчетов; конструкторские работы; изготовление и испыта-
ния экспериментальных и опытных образцов; промышленные
испытания опытных образцов; наладку и доводку новой техники.
В тех случаях, когда экономический эффект (руб.) необходимо
определить только в сфере производства, его вычисляют по фор-
муле
Эг = [(С, — С2) + Еи (/Ci—/с2)] А — Епр,
где С± и С2 — себестоимость единицы продукции соответственно
по базовому и новому вариантам; и Ё2 — удельные капиталь-
ные вложения (производственные затраты) по базовому и новому
вариантам; Ен — нормативный коэффициент эффективности; А —
годовой объем производства продукции; Кпр — предпроизвод-
ственные затраты.
В результате внедрения новой техники может быть существенно
повышено качество выпускаемой продукции. Если при этом про-
исходит изменение цен на выпускаемую продукцию, годовой эко-
номический эффект Эг рассчитывают по формуле
Эг = [(Ц2 - С2) - (Ц, - Q] А - ЕНЕ - Епр,
где Цг и Ц2 — оптовая (без налога с оборота) цена единицы про-
дукции до и после внедрения новой техники; К - дополнитель-
ные затраты на внедрение новой техники.
305
chipmaker.ru
Если изменения цен не произошло, но достигнут новый поло-
жительный эффект, например уменьшены нормы расхода и т. п.,
вводят коэффициент эквивалентности
аэ —- Qh/Qc>
где и Qc.— величина полезного эффекта новой и старой про-
дукции в физических единицах.
При повышении надежности продукции, в частности при уве-
личении срока ее службы, должен быть дополнительно введен
коэффициент
ас zip'll
vjifi 7\ и 7\ — сроки службы продукции нового и старого каче-
ства.
При расчете годового экономического эффекта на коэффициенты
аэ и ас необходимо умножить полные затраты на производство
старой продукции, т. е. вместо Сх в расчет вводить величину
С
Приведенные методики расчета годового экономического эф-
фекта общие для всех разработчиков, изготовителей и потреби-
телей новой техники и позволяют оценить экономическую эффек-
тивность от внедрения новых методов и средств неразрушающего
контроля.
глава xi
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ
Chipmaker.ru
К работам по неразрушающему контролю допускаются обучен-
ные и аттестованные работники, усвоившие в установленном объ-
еме знания по общим и специфическим вопросам охраны труда и
техники безопасности, имеющие соответствующие удостоверения
и прошедшие инструктаж. К работам, связанным с профессиональ-
но-вредными условиями труда, допускаются лица, прошедшие ме-
дицинский осмотр. Состояние их здоровья должно проверяться
в соответствии с установленной периодичностью. При работах
на высоте должны соблюдаться правила безопасности и инструк-
ции, действующие на данном предприятии. Должны быть обеспе-
чены устойчивое положение контролируемых деталей, узлов, из-
делий и дефектоскопического оборудования, исправное состояние
подставок, стремянок и т. п.
Помещения, в которых проводят работы, должны соответство-
вать действующим нормам и правилам проектирования промышлен-
ных предприятий и требованиям санитарных правил.
1.	ПРАВИЛА ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ ПРИ КОНТРОЛЕ
КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ
Безопасность при работе с электроустановками обеспечивается
безусловным соблюдением «Правил технической эксплуатации
электроустановок потребителей» (ПТЭ) и «Правил техники безо-
пасности при эксплуатации электроустановок потребителей»
(ПТБ), утвержденных Госэнергонадзором 12 апреля 1969 г.
Применяемые в промышленности средства неразрушающего
контроля (дефектоскопы, установки, приборы, средства механи-
зации и автоматизации) — действующие электроустановки, т. е.
содержат источники энергии, либо полностью или частично нахо-
дятся под напряжением во время работы. Электроприводы насо-
сов, компрессоров, смесительных установок, вентиляторов, сети
и оборудования для электропитания установок, специализирован-
307
chipmaker.ru
ных стендов и т. п. относятся к электроустановкам, работающим
при напряжении менее 1000 В.
Работа с оборудованием, в котором используют напряжение
свыше 1000 В, относится к группе более опасных работ. Это прежде
всего обслуживание рентгеновских аппаратов, у которых на рент-
геновскую трубку подается напряжение 10—400 кВ и более.
Персонал, который привлекается к эксплуатации электроустано-
вок, должен пройти производственное обучение обращению с ними
в установленном объеме.
По результатам проверки знаний по технике безопасности ли-
цам, допущенным к оперативному обслуживанию установок,
должны выдаваться удостоверения и присваиваться определенная
квалификация в соответствии с квалификационными группами
персонала по технике безопасности.
Электрический ток при прохождении через тело человека вы-
зывает электрический удар, который может сопровождаться шо-
ком, расстройствами дыхания и кровообращения вплоть до пара-
лича сердца и другими опасными для жизнедеятельности явле-
ниями, в том числе ушибами при падении и т. д. Во всех выпу-
скаемых дефектоскопических установках и приборах неизолиро-
ванные токоведущие части при любом напряжении надежно
ограждают от случайного прикосновения.
Электросхемы и неизолированные проводники защищают кор-
пусами. Для того чтобы уменьшить напряжение на корпусе при
случайном замыкании на него тока, его заземляют, т. е. предна-
меренно электрически соединяют с заземлителем, находящимся
в непосредственном соприкосновении с землей.
В рентгеновских аппаратах имеются цепи с напряжением свыше
1000 В, которое подается на рентгеновские трубки. При их смене,
профилактических осмотрах и ремонте аппаратов, в которых
имеются емкости (емкость высоковольтного кабеля, конденсаторы
схемы выпрямления напряжения), необходимо полностью отклю-
чить ток и снять остаточный емкостной заряд, разрядив их на
заземление. Все корпуса установок при этом должны быть за-
землены. Перед пультами управления рентгеновских аппаратов
должны быть уложены резиновые изолирующие коврики.
Электроустановки могут быть причиной пожара при повре-
ждениях, сопровождающихся искрением и перегревом провод-
ников. При тушении пожаров на электроустановках необходимо
отключить их питание от электросети. Небольшие пожары могут
быть ликвидированы с помощью углекислотных огнетушителей.
Углекислота не проводит электрический ток, поэтому такими
огнетушителями можно тушить установки под напряжением.
Если произошло поражение электрическим током, то следует
немедленно обесточить линию. При работе на высоте необходимо
обеспечить безопасность возможного падения. Подробно правила
оказания первой помощи пострадавшим от электрического тока
и при других несчастных случаях изложены в приложении X
308
«Правил техники безопасности при эксплуатации электроустано-
вок потребителей».
При проведении работ необходимо обеспечить пожарную безо-
пасность в соответствии с «Типовыми правилами пожарной безо-
пасности для промышленных предприятий» (утверждены Глав-
ным управлением пожарной охраны МВД СССР 25 августа
1954 г.) и соответствующими отраслевыми правилами по пожар-
ной безопасности.
2.	ЗАЩИТА ОТ ИЗЛУЧЕНИЙ ПРИ РАДИАЦИОННЫХ МЕТОДАХ
КОНТРОЛЯ
Действие излучения на организм и нормы радиационной без-
опасности. Воздействие ионизирующего излучения на человека
может быть обусловлено внешним, внутренним или смешанным
(внешним и внутренним) облучением.
Лица, занимающиеся радиационной дефектоскопией, могут
подвергаться в основном внешнему облучению. При воздействии
на живой организм ионизирующее излучение вызывает в его тка-
нях ионизацию либо непосредственно (а- и P-излучения), либо
косвенно, через образование вторичных электронов (у- и рентге-
новское излучение). Ионизация сопровождается особыми химиче-
скими и биологическими процессами в клетках ткани, и если не
создать соответствующей защиты от ионизирующего излучения,
это может вызвать различные поражения организма. Радиацион-
ная безопасность при работах по радиационной дефектоскопии
обеспечивается строгим соблюдением «Основных санитарных пра-
вил работы с радиоактивными веществами и источниками иони-
зирующих излучений» (ОСП-72) и «Норм радиационной безопас-
ности» (НРБ-69).
При одинаковой поглощенной дозе различные виды излучения
создают неодинаковый биологический эффект. Коэффициент, пока-
зывающий, во сколько раз поглощенная доза излучения данного
вида должна быть меньше, чем поглощенная доза рентгеновского
или у-излучения при одинаковом биологическом эффекте, назы-
вается коэффициентом качества kk. Для рентгеновского и у-излу-
чений kk = 1 (табл. 40).
Для оценки радиационной опасности (биологического эффекта)
хронического внешнего облучения организма вводят понятие эк-
вивалентной дозы смешанного ионизирующего излучения ОЭКБ,
измеряемой в бэр и определяемой по формуле
£)экб=
где Dt — поглощенная доза отдельного вида излучения, рад;
kkt — коэффициент качества данного вида излучения.
Таким образом, для рентгеновского и у-излучений величина
эквивалентной дозы в бэр численно равна величине поглощенной
дозы в рад (kk — 1).
309
chipmaker.ru
Таблица 40
Коэффициенты качества kk различных видов ионизирующих излучений
при хроническом облучении всего тела
Вид излучения	kk	Вид излучения	kk
у-излучение		1	Нейтроны тепловые	3,0
Рентгеновское излуче-		Нейтроны с энергией:	
ние		1	5 кэВ 	.'	2,5
Электроны и позитро-		20 кэВ		5,0
ны		1	100 кэВ 		8,0
0-излучение		1	500 кэВ 		10,0
a-излучение (Е		5 МэВ	7,0
< 10 МэВ)		10	1 МэВ		10,5
Тяжелые ядра отдачи	20	10 МэВ . .	6,5
Протоны (Е sS 10 МэВ)	10		
Тяжелые ядра отдачи	20		
В свете современных научных знаний установлены предельно
допустимые дозы и пределы дозы излучений. Предельно допусти-
мой дозой ПДД называется годовой уровень облучения персонала,
не вызывающий при равномерном накоплении дозы в течение
50 лет обнаруживаемых современными методами неблагоприятных
изменений в состоянии здоровья самого облучаемого и его по-
томства.
Пределом дозы называют допустимый среднегодовой уровень
облучения отдельных лиц из населения, контролируемый по усред-
ненным дозам внешнего излучения, радиоактивным выбросам и
радиоактивной загрязненности объектов внешней среды.
Установлены следующие категории облучаемых лиц: катего-
рия А — персонал, категория Б — отдельные лица из населения
и категория В — население в целом (при оценке генетически зна-
чимой дозы облучения). Для всего организма предельно допусти-
мая доза облучения персонала установлена равной 5 бэр за год,
предел дозы отдельных лиц из населения 0,5 бэр/год.
Среди персонала (категория А) выделены две группы: а) лица,
условия труда которых таковы, что дозы облучения могут пре-
вышать 0,3 годовой ПДД; б) лица, условия труда которых таковы,
что доза облучения систематически меньше 0,3 годовой ПДД.
Снижение дозы облучения до предельно допустимой при про-
ведении работ по радиационной дефектоскопии достигается соору-
жением защитных устройств, увеличением расстояния между
источником излучения и работающим, сокращением времени
облучения.
Предельно допустимой годовой дозе 5 бэр соответствует не-
дельная доза 100 мбэр. При 36-часовой рабочей неделе это соот-
310
ветствует мощности дозы 2,8 мбэр/ч. Мощность дозы при работе
t ч в неделю подсчитывают по формуле
Ро=100//.
Защиту проектируют исходя из величин мощности дозы излу-
чения на'поверхности защиты (табл. 41).
Таблица 41
Мощности доз, используемые при проектировании защиты от внешних
потоков ионизирующих излучений Ро, мбэр/ч
Категория облучения	Назначение помещений	Проектная мощность дозы Ро, мбэр/ч	
		при t = 36 ч	при t = 41 ч
А Б	а)	Помещения постоянного пребы- вания персонала 	 б)	помещения, в которых персонал пребывает не более 18 ч в неделю в) необслуживаемые помещения * г) любые помещения данного уч- реждения 	 Любые помещения и территория в пределах наблюдаемой зоны ....	1,4 2,8 28 ** •	0,1 0,03	1,2 2,4 24 0,1 0,03
* Под термином «необслуживаемые помещения» понимаются смежные помещения,
каньоны или боксы, в которых находятся источники ионизирующих излучений, куда
люди заходят только при ремонте.
** Толщина стеиок между смежными камерами, каньонами н т. п. в случае, если
доступ в и их разрешается только после устранения из них источников излучения, опре-
деляется конструктивными соображениями и временем пребывания в них персонала при
ремонте.
Если заранее известно, что установки и аппараты включаются
на время, отличающееся от стандартного времени, то проектную
мощность дозы Ро для персонала группы «а» категории А прини-
мают из расчета
Po = 50/t,
где I — время работы персонала на подобном аппарате или уста-
новке, ч (неделя).
Такие факторы, как наличие других источников ионизирую-
щих излучений, воздействующих на облучаемых лиц, перспектив-
ное увеличение мощности источников излучения, повышенные
требования к радиочувствительным материалам и аппаратуре,
а также сорбция радиоактивных веществ конструктивными мате-
риалами, должны учитываться дополнительно.
При строгом соблюдении действующих санитарных правил
и снижении доз облучения до уровня предельно допустимых дей-
ствие ионизирующих излучений можно свести к минимуму, и
выполнение работ по радиационной дефектоскопии становится
«311
chipmaker.ru
практически безвредным для здоровья. Значения количества рент-
геновского и -у-излучения, электронов, Р-частиц и нейтронов,
соответствующие ПДД 5 бэр/год, приведены в табл. 42,
Таблица 42
Количество и интенсивность (мощность экспозиционной дозы)
ионизирующих излучений, соответствующие предельно допустимой
дозе 5 бэр/год прн облучении всего тела человека
Вид излучения	Энергия излуче- ния, МэВ	Количество излучения за одну неделю	Интенсивность излучения, мощность экспозиционной дозы		
			единица измерения	 © Ф ф та го р-1- © О <ц G- я сэ ф с sr ськ	( © О ф ю % © О ф я фО Kt га dj С tr О.Д
Рентгеновское или ^-излучение	До 3	100 мР	мР/ч	2,8	100/i
Рентгеновское и у-излучение . . .	3-10*	250-10е МэВ/см2	МэВ/(см2-с)	2000	72 000/t
					
Электроны и Р-частицы ....	До 10	2,5-10» ча- стиц/см'2	частиц/(см2-с)	20	720/7
Тепловые пен-					27 000/t
троны 		2,5-10-8	100-10»	нейтрон/(см2-с)	750	
		нейтрон/сма			
Быстрые ней-			нейтрон/(см2-с)		720ft
троны 		10	2,6-10» ней- •		20	
		трон/см2			
Допускается однократная доза облучения отдельных лиц из
персонала (за исключением женщин в возрасте до 30 лет) 3 бэр
в течение одного квартала при условии, что годовая доза не будет
превышать 5 бэр.
В случае аварий должны быть приняты все практически воз-
можные меры для сведения к минимуму внешнего облучения и по-
ступления радиоактивных веществ в организм человека. Для
обеспечения высокой эффективности дезактивации стены поме-
щений, предназначенных для хранения радиоактивных источни-
ков, зарядки и перезарядки гамма-установок, покрывают масля-
ной краской или другим малосорбирующим материалом. Полы
этих помещений покрывают пластиком или линолеумом.
При осуществлении мероприятий по ликвидации последствий
аварий планируемое повышенное облучение персонала не должно
превышать установленных норм.
В учреждениях, применяющих радиоактивные вещества в от-
крытом или закрытом виде, должна быть составлена и согласо-
вана с местными органами санитарно-эпидемиологической службы
и Госпожнадзора инструкция по ликвидации аварий (пожаров),
связанных с аварийным облучением персонала и аварийным за-
312
грязнением внешней среды. Указанную инструкцию должны знать
все лица, работающие с радиоактивными веществами.
Рентгеновские пленки на нитроцеллюлозной основе не само-
воспламеняются, однако загораются от огня, выделяя удушливые
и ядовитые вещества, что затрудняет пожаротушение.
При работе установок, служащих источником ионизирующих
излучений, происходит ионизация воздуха и образование озона
и окислов азота. Поэтому в помещениях, в которых проводят
радиационно-дефектоскопический контроль, должна быть преду-
смотрена приточно-вытяжная вентиляция.
Стационарные и передвижные средства защиты. Для защиты
от ионизирующего излучения применяют устройства стационар-
ные (стены, перекрытия потолков и полов, защита дверей, двер-
ных проемов, смотровых окон и т. д.) и передвижные (защитные
кожухи гамма-установок и рентгеновских трубок, контейнеры для
перевозки и хранения радиоактивных препаратов, защитные
кабины).
Кроме того, предотвратить превышение предельно допустимых
доз можно, сокращая время пребывания в зоне действия ионизи-
рующих излучений (защита временем) или удаляясь от источников
излучения на достаточное расстояние (защита расстоянием).
Лаборатории предприятий, в которых проводят работы по ра-
диационной дефектоскопии, должны быть оборудованы биологи-
ческой защитой от действия ионизирующего излучения, вентиля-
цией, отоплением, противопожарными средствами. Проекты этих
лабораторий и ввод их в действие должны быть согласованы с орга-
нами санитарно-эпидемиологического надзора.
Толщину защиты из свинца (мм) и бетона (см) от действия
прямого рентгеновского излучения удобно определять по табл. 43
с учетом новых доз и мощностей доз, используемых при проекти-
ровании защиты, изложенных в «Нормах радиационной безопас-
ности» (НРБ-69) и «Основных санитарных правилах работы с ра-
диоактивными веществами и другими источниками ионизирую-
щих излучений» (ОСП-72) и приведенных в табл. 41.
В качестве коэффициента k используют
/? =/7-100//?236Ро,
где i — сила тока в рентгеновской трубке, мА; t — время облу-
чения в неделю, ч; R — расстояние от анода до защищаемого
объекта, м; Do — расчетное значение недельной дозы для лиц
рассматриваемой категории, мР.
Если плотность используемого строительного материала (кир-
пич, бетон другой плотности и т. д.) отличается от 2,35 г/см3,
то толщину защиты умножают на отношение 2,35/рх, где рх —
плотность используемого материала, г/см3.
При расчете толщины защиты от ускорителей электронов
можно пользоваться графиками, приведенными на рис. 153 ]40].
Ускорители — это не только мощные источники тормозного излу-
313
chipmaker.ru
Толщина защиты (мм) из свинца и бетона от
прямого рентгеновского излучения
Таблица 43
Напряжение на рентгеновской трубке, кВ
k	75	100		125		150	
	Свинец	Свинец	Бетой	Свинец	Бетон	Свинец	Бетон
0,001								0,5			0,5	—
0,002	—	0,5	—	0,5	—	1,0	—
0,003	0,5	0,5	—	0,75	—	1,0	—
0,005	0,5	0,75	—	1,0	—	1,25	—
0,01	0,75	1,0	70	1,25	100	1,5	140
0,02	1,0	1,0	85	1,5	140	1,75	150
0,03	1,0	1,25	100	1,5	140	2,0	170
0,05	1,25	1,5	120	1,75	150	2,0	180
0,1	1,25	1,5	130	1,75	160	2,25	200
0,2	1,5	1,75	140	2,0	160	2,5	220
0,3	1,5	2,0	160	2,25	180	2,75	230
0,5	1,75	2,25	170	2,5	200	3,0	250
1	2,0	2,5	180	2,75	220	3,25	270
2	2,25	2,75	200	3,0	240	3,5	290
3	2,5	2,75	—	3,25	—	4,0	—
5	2,75	3,0	220	3,5	300	4,25	340
10	2,75	3,25	240	3,75	320	4,5	360
20	3,0	3,5	250	4,0	340	4,75	400
30	3,0	3,5	—	4,25	—	5,0	—-
50	3,25	3,75	270	4,5	360	5,25	420
100	3,5	4,0	300	4,75.	380	5,5	430
Напряжение на рентгеновской трубке, кВ
k	175		200		250		зэо	
	Свинец |	Бетон	Свинец	Бетой	Свинец	Бетон	Свинец	Бетой
0,001	1,0	22	1,о			1,5	—	2,0	—
0,002	1,25	—	1,25	—	1,25	.—	3,0	—
0,003	1,5	—	1,5	—	2,5	—	4,0	—
0,005	1,75	—	2,0	—	3,0	—	4,5	—
0,01	2,0	170	2,25	180	3,5	200	6,0	260
0,02	2,0	170	2,5	200	4,0	230	7,2	290
0,03	2,5	210	2,75	220	4,5	240	8,3	310
0,05	2,5	220	3,0	240	5,0	270	10,0	340
0,1	2,75	230	3,5	270	5,75	300	11,5	370
0,2	3,0	250	3,75	300	6,5	340	13,0	400
0,3	3,25	270	4,0	310	7,0	350	13,5	410
0,5	3,5	280	4,5	320	7,5	370	14,5	430
1	3,75	300	5,0	350	8,5	400	16,5	460
2	4,25	330	5,5	380	9,5	430	18,0	490
3	4,5	—	5,75	—	•10,0	—	19,0	—
5	5,0	360	6,0	400	10,5	460	20,0	520
10	5,25	380	6,5	430	11,5	490	21,5	560
20	5,75	430	7,0	460	12,0	520	23,5	600
30	6,0	.—.	7,5	—	13,0	—	24,5	—
50	6,5	450	7,75	480	13,5	570	25,5	620
100	6,75	470	8,25	500	14,0	580	27,0	650
314
чения, но и фотонейтронов, образующихся по реакции (у, п).
В качестве х в приведенных номограммах использовано отно-
шение HR2 мкА/м2. Интенсивность излучений за защитой при-
нимали равной 0,8 мкР/с для рентгеновского излучения и
20 нейтрон/(см2-с).
Для расчета толщины защитного слоя при других предельно
допустимых нормах вместо х необходимо пользоваться величиной
xi = v.PJPI, где Ре — уровень облучения, принятый на номо-
грамме; Ро — расчетный уровень облучения в тех же единицах,
что и Ро.
Наиболее простой метод защиты от гамма-излучения радио-
изотопных источников — расчет по кратностям ослабления. Крат-
ность ослабления показы-
вает, во сколько раз сле-
дует ослабить мощность дозы
излучения дляугого, чтобы в
заданном месте обеспечить
заданный уровень мощно-
сти дозы излучения. Крат-
ность ослабления излуче-
ния радиоизотопных источ-
ников может быть найдена
по соотношению
k = P/R2P0,
где Р — мощность экспози-
ционной дозы источника на
расстоянии 1 м (паспортные
данные); R — расстояние от
Рис. 151. Зависимость мощно-
сти дозы рентгеновской труб
ки от максимального напря-
жения па расстоянии 1 м от
анода при токе 1 мА
20*
Рис. 152. Номограмма для расчета толщины за-
щиты по кратности ослабления бетоном излуче-
ния источников:
/ — ,7eTm; 2 — 76Se;	1в21г; 4 — ,37Cs; 5 —
,S2Eu;t> -- Со
315
chipmaker.ru
источника до защищаемого объекта, м; Ро — расчетное значе-
ние мощности ЭКСПОЗИЦИОННОЙ дозы.
Толщину защиты для требуемой кратности ослабления нахо-
дят по рис. 152.
При расчете безопасных расстояний в прямом пучке излучения
рентгеновских аппаратов следует пользоваться рнс. 151 формулой
R6 = (P/P0^y/2,
где Ро — мощность экспозиционной дозы на расстоянии 1 м;
р — линейный коэффициент ослабления излучения в воздухе.
Решение уравнения относительно R6 можно получить графи-
чески. Безопасное расстояние в прямом пучке при работе про-
мышленных рентгеновских аппаратов достаточно велико, оно
может достигать 100 м и более. При работах по радиационной де-
фектоскопии общий и индивидуальный дозиметрический контроль
необходимо проводить в соответствии с положениями санитарных
правил.
Рис. 153. Номограммы для определе-
ния требуемой толщины защиты из
бетона (р = 2,3 г/см3) в направлении
прямого пучка (л), вбок (б) и назад
(в) в зависимости от энергии уско-
ренных электронов:
---------защита от тормозного излу-
чения; -- от фотонейтронов;
--------- от тормозного излучения и
фотонейтронов
316
3.	ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ КАПИЛЛЯРНЫХ МЕТОДАХ
КОНТРОЛЯ
Организм человека небезразличен ко многим из веществ, при-
меняемым в капиллярной дефектоскопии. Их поступление внутрь
через дыхательные пути и кожу следует ограничивать. Токсич-
ность отдельных дефектоскопических материалов можно характе-
ризовать отношением максимально возможного с физической
точки зрения содержания пара исследуемой жидкости в воздухе
при температуре 20° С к допустимой концентрации паров. По
этому показателю токсичность некоторых индикаторных пене-
трантов следующая: Аэро-12А—120, К—1500, Д—13200, проявля-
ющих веществ — Аэро-12А— 4500, М—1100, НЦ—523—9310.
В связи с этим работы по пропитке индикаторным пенетран-
том, промывке, протирке очищающим составом необходимо выпол-
нять в резиновых перчатках или пользоваться корзинами. Нано-
сить прявляющий лак и обмывать детали следует при включенной
приточно-вытяжной вентиляции. Для защиты рук от проявляю-
щего лака их покрывают пастами, образующими на воздухе пленку.
По окончании работы такие «перчатки» смывают водой. Дефекто-
скопические жидкости не должны попадать на лицо и в глаза
оператора, например при нанесении их распылением.
Многие дефектоскопические материалы горючи, поэтому воз-
можность их загорания от искр, случайного огня должна быть
исключена. На рабочих местах необходимы средства огнетуше-
ния, в том числе углекислотные огнетушители, войлок.
Определенную опасность в пожарном отношении и с точки
зрения токсичности представляют собой аэрозольные баллоны
для капиллярной дефектоскопии, заправляемые фреоном. Хотя
этот газ сам по себе не ядовит, но при большой концентрации его
в воздухе у операторов наблюдаются признаки удушья, а при кон-
такте фреона с некоторыми накаленными металлами образуются
ядовитые газы.
При люминесцентной дефектоскопии следует защищаться от
вреднего воздействия ультрафиолетового излучения. Входящие
в состав организма человека белки, нуклеиновые кислоты, фер-
менты поглощают ультрафиолетовое излучение, при этом обра-
зуются такие биологически активные продукты, как ацетилхо-
лин, гистамин и др., происходит денатуризация белков и образо-
вание нуклеопротеидов. Ультрафиолетовое излучение поглощается
кожей человека, в ней возникают биофизические и биохимические
изменения.
Кроме того, ультрафиолетовое излучение вызывает флуорес-
ценцию глазных сред, что неблагоприятно отражается на здо-
ровье оператора. Для защиты глаз от неиспользуемого ультра-
фиолетового излучения следует применять желтые светофильтры
ЖС-3 и -ЖС-18. При применении ультрафиолетовых осветителей
необходимо обеспечить электрическую безопасность, в частности
317
chipmaker.ru
заземлить корпуса осветителей. Должна быть предусмотрена вен-
тиляция, так как ультрафиолетовое излучение ионизирует воздух
и образует азот и его окислы. В помещениях, в которых проводят
контроль капиллярными методами, запрещается устанавливать
электронагревательные приборы, принимать пищу.
В случае аварийного разлития большого количества дефекто-
скопических жидкостей дыхательные пути необходимо защитить
респираторами или противогазами.
В машиностроении и ряде других отраслей действуют «Правила
техники безопасности и производственной санитарии при окраске
изделий в машиностроении». Предельно допустимые концентрации
вредных веществ приведены в «Санитарных нормах проектиро-
вания промышленных предприятий» (245-71).
4.	ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ
ПО КОНТРОЛЮ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ
Требования безопасности при эксплуатации сосудов, работаю-
щих под давлением. Практически все методы контроля герметич-
ности в той или иной степени связаны с эксплуатацией сосудов,
работающих под давлением. Особую опасность представляют ме-
тоды, связанные с применением сжатых газов, — пневматический,
манометрический и др.
При выполнении работ по контролю герметичности, связанных
с созданием в контролируемом объекте избыточного давления, сле-
дует строго соблюдать «Правила устройства и безопасной эксплуа-
тации сосудов, работающих под давлением», утвержденные Гос-
гортехнадзором СССР 19 мая 1970 г. и согласованные с ВЦСПС
12 марта 1970 г. и с Госстроем СССР 27 февраля 1970 г.
Эти правила определяют требования к устройству, изготовле-
нию и монтажу, ремонту и эксплуатации сосудов, работающих
под давлением, и распространяются на сосуды, работающие под
давлением свыше 0,7 кгс/см2 (без учета гидростатического давле-
ния); цистерны и бочки для перевозки сжиженных газов, давле-
ние паров которых при температуре до 50° С превышает 0,7 кгс/см2;
сосуды, цистерны для хранения, перевозки сжиженных газов,
жидкостей и сыпучих тел без давления, но опорожняемые под да-
влением газа свыше 0,7 кгс/см2; баллоны, предназначенные для
перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов под давле-
нием свыше 0,7 кгс/см2.
Правила устанавливают следующий обязательный порядок
испытания изделий после их изготовления: дефектоскопический
контроль сварных и других соединений изделия; гидравлическое
или пневматическое испытание изделия, после чего изделия могут
быть подвергнуты другим видам испытаний, в том числе контролю
герметичности.
Дефектоскопический контроль изделий следует проводить по
нормам, определяемым конструктором изделия и указываемым
318
в технических условиях на изготовление изделия. При этом
нормы дефектоскопического контроля не должны быть ниже норм,
устанавливаемых указанными правилами. После выявления и
устранения дефектов, влияющих на прочность изделия, проводят
его гидравлическое или пневматическое испытание (опрессовку
на прочность).
В соответствии с внесенными в правила изменениями и допол-
нениями, утвержденными Госгортехнадзором СССР (протокол
№ 39 от 25 декабря 1973 г.), гидравлическое или пневматическое
испытание сосудов и их элементов необходимо проводить пробным
давлением, указанным в табл. 44.
Таблица 44
Пробное давление при испытаниях сосудов и их элементов
Сосуды
Рабочее давление
р, кгс/см2
Пробное давление
на заводе.изготовителе
Все, кроме литых
То же
Литые
Ниже 5
5 и выше
Независимо от дав-
ления
1,5pc20/<jf, но не менее 2 кгс/см2
1,25ро2С/о/, но не менее р +
+ 3 кгс/см2
1,5ро20/о<, но не менее 3 кгс/см
Обозначения: о2о ~ допускаемое напряжение для материала сосуда или его
элементов при температуре стенки 20° С, кгс/см2; — допускаемое напряжение для
материала сосуда или его элементов при расчетной температуре стенки, кгс/см2; р — рабо-
чее давление, кгс/см2.
Отношение a2(j/ct принимают по тому из применяемых мате-
риалов элементов сосуда, для которого это отношение наимень-
шее. При расчете сосудов по зонам пробное давление должно опре-
деляться по зоне, где рабочая температура наименьшая. Вели-
чину пробного давления для сосудов и их элементов, работающих
под давлением при минусовых температурах, принимают такой же,
как при температуре 20° С.
Во всех случаях гидравлического или пневматического испы-
тания пробным давлением при проверочных расчетах толщины
стенок запас прочности к пределу текучести при температуре
20° С должен быть не менее 1,1 при гидравлическом испытании и
не менее 1,2 при пневматическом.
После проведения гидравлического или пневматического испы-
тания изделия и снижения в нем давления до необходимого уровня
изделие может быть подвергнуто контролю герметичности. При
этом также должны соблюдаться требования указанных правил.
В частности, следует внимательно следить за показаниями ма-
нометров и при повышении в изделии давления, в результате
319
chipmaker.ru
какой-либо неисправности принять меры к снижению давления.
При контроле герметичности изделий с применением сжатого газа,
равно как и при пневматической опрессовке на прочность, запре-
щается осту кивание изделия. Устранение неплотностей и другие
доработки изделия следует проводить только после снижения
в нем давления и устранения из него контрольного или рабочего
вещества.
Требования к работе с токсичными и горючими веществами.
К токсичным веществам, применяемым при контроле герметично-
сти, относятся аммиак, фреон и пары некоторых рабочих жидко-
стей.
Токсичное действие паров аммиака в слабой степени выра-
жается в раздражении верхних дыхательных путей и слизистой
оболочки глаз. В более тяжелой степени поражения парами ам-
миака вызывают кашель, чихание и т. п. до отека легких, а также
слезотечение до конъюктивита и более серьезных поражений
глаз.
В соответствии с нормами СН 245-71 предельно допустимая
концентрация паров аммимака в воздухе рабочей зоны составляет
20 мг/м3, а в атмосферном воздухе населенных пунктов 0,2 мг/м3.
Поэтому при проведении работ по контролю герметичности изде-
лий химическим методом с использованием аммиака производ-
ственное помещение или участок должны быть оборудованы при-
точно-вытяжной вентиляцией. Специальная дренажная система
должна обеспечивать надежное удаление аммиака из контролируе-
мых объектов без попадания его в производственное помещение.
Содержание паров аммиака в воздухе производственного поме-
щения необходимо контролировать с помощью фильтровальной
бумаги, пропитанной в 1%-ном растворе фенолфталеина или
с помощью специальных газоанализаторов, устанавливаемых у по-
толка производственного помещения.
Во избежание повреждений кожи при попадании в струю газо-
образного аммиака, например при аварии, работу проводить сле-
дует в спецодежде и спецобуви.
Содержание фреона в воздухе рабочих помещений и атмосфер-
ном воздухе населенных пунктов не лимитируется, но при работе
с ним должны быть исключены высокие его концентрации в воз-
духе.
При попадании паров и капель некоторых рабочих жидкостей,
например жидкости АМГ-10, внутрь организма возможно его
отравление. Поэтому при работе с такими жидкостями в производ-
ственном помещении должна быть оборудована приточно-вытяж-
ная вентиляция, а также умывальники с горячей и холодной водой
для мытья рук перед курением и употреблением пищи.
Оборудование для работы с горючими веществами должно ис-
ключать возможность их загорания. Оборудование для приготовле-
ния смеси аммиака с воздухом должно быть во взрывобезопасном
исполнении. Производственные помещения и участки должны
320
иметь запасные выходы и быть оборудованы противопожарным
инвентарем.
Требования радиационной безопасности. При проведении работ
по контролю герметичности радиационным методом применяют
радиоактивные вещества. При работе с ними должны строго соблю-
даться «Нормы радиационной безопасности» (НРБ-69) и «Основ-
ные санитарные правила работы с радиоактивными веществами
и источниками ионизирующих излучений» (ОСП-72).
В частности, к производственным помещениям, в которых дол-
жны проводиться работы по контролю герметичности, предъяв-
ляются повышенные требования по их отделке, вентиляции, водо-
снабжению, канализации, защите от излучений и т. п.
Исключение составляют лаборатории для работы с радиоактив-
ным газом — криптон-85. Этот элемент имеет период полураспада
10,76 года. Концентрация криптона-85 в воздухе производствен-
ных помещений и атмосфере не лимитируется по причине инерт-
ности этого газа. Криптон-85 можно в настоящее время рассматри-
вать лишь как источник внешнего излучения и применять к нему
правила работы с закрытыми радиоактивными источниками [73].
chipmaker.ru
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Афанасьев В. Н., Латышев В. К-. Лыидин В. В. Радиоизотопные приборы
в металлургии. М., «Металлургия», 1966.
2.	Банцаревич В. Г., Беляев Н. М., Ляпкало И. Л. Люминесцентный метод
контроля герметичности изделий. М., ГОСИНТИ, 1967. Сер. Передовой
научно-технический и производственный опыт, вып. 9-67-1502/82.
3.	БаштаТ. М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. Изд. 2-е,
перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1971.
4.	Белокур И. П. Методы неразрушающего контроля качества сварных соеди-
нений тонкостенных трубчатых конструкций. — В кн.: Комплексная де-
фектоскопия сварных и паяных соединений. МДНТП, 1975, с. 45—-48.
5.	Березовский Л. В., Шевченко Л. Б. Комплексная дефектоскопия сварной
аппаратуры химических производств. — В кн.: Комплексная дефектоско-
пия сварных и паяных соединений. МДНТП, 1975, с. 37—41.
6.	Блохин М. А. Физика рентгеновских лучей. М., Гостехиздат, 1957.
7.	Бои ди и И. Н. Контроль качества 'сварных соединений и конструкций.
М.—Л., Машгиз, 1962.
8.	Вакуумная техника. Справочные материалы. М., «Реклама», 1975.
9.	Викторов И. А. Физические основы применения воли Релея и Лэмба в тех-
нике. М., «Наука», 1966.
10.	Влияние некоторых дефектов при точечной сварке алюминиевых сплавов
на усталостную прочность соединений. — «Сварочное производство», 1970,
№ 10, с. 45—46. Авт.: Фельдман Л. С., Бурченкова Л. М., Орышич И. В.,
Гречиха А. В.
11.	Воробьев В. А., Горбунов В. И., Покровский А. В. Бетатроны в дефекто-
скопии. М., Атомиздат, 1973.
12.	Глозман И. А. Пьезокерамика. М., «Энергия», 1972.
13.	Голосовский С. И. Экономическая эффективность исследований и разрабо-
ток. М., «Московский рабочий», 1973.
14.	Гоиоровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М., «Радио», 1966.
15.	Горбачев В. И. Ксерорадиографический метод дефектоскопии. М., Атом-
йздат, 1973.
16.	Гудмен Д. Введение в Фурье-оптику. Пер. с англ. М., «Мир», 1970.
17.	Гурвич А. К-, Ермолов И. Н. Ультразвуковой контроль сварных швов.
Киев, «Техника», 1972.
18.	Дефектоскоп УВФД-1 для контроля многослойных конструкций и изделий
из неметаллов. — «Дефектоскопия», .1965, № 6, с. 61—68. Авт.: Ланге Ю. В.,
Филимонов С. А., Шишкина Н. В., Пахомов В. В., Веремеенко С. В., Пыр-
ков Б. Е.
19.	Денель А. К- Дефектоскопия металлов. М., «Металлургия», 1972.
20.	Добромыслов В. А., Румянцев С. В. Радиационная интроскопия. М., Атом-
издат, 1972.
21.	Дорофеев А. П. Электроипдуктивная (индукционная) дефектоскопия. М.,
«Машиностроение», 1967.
322
22.	Евлампиев А. И., Карпов В. И., Левина Л. Е. Влияние некоторых факторов
на чувствительность контроля герметичности галогенным течеискателем. —
«Сварочное производство», 1974, № 2, с. 37—38.
23.	Использование эмиссии волн напряжения для неразрушающего контроля
материалов и изделий. — «Дефектоскопия», 1971, № 6, с. 5—20. Авт.: Боло-
тин Ю. И., Грешников В. А., Гусаков А. А., Дробот Ю. Б., Ченцов В. П.
24.	Карякин А. В., Боровиков А. С, Люминесцентная и цветная дефектоскопия.
М., «Машиностроение», 1972.
25.	Кейгл Ч. Клеевые соединения. Пер. с англ, М., «Мир», 1971.
26.	Китаев А. М., Губин А. И. Сварка и пайка тонкостенных трубопроводов.
М., «Машиностроение», 1972.
27.	Клеесварные соединения в машиностроении. Киев, Гостехиздат УССР,
1964. Авт.: Кантер Г. Г., Шавырин В. Н., Андреев Н. X., Фельдман Л. С.
28.	Козлов В. С. Физика магнитографической дефектоскопии. Минск, «Наука
и техника», 1968.
29.	Комяк Н. И., Пеликс Е. А. Импульсный рентгеновский наносекундный
аппарат типа РИНА-1Д для неразрушающего контроля материалов в не-
стационарных условиях. — «Дефектоскопия», 1967, № 5, с. 91—96.
30.	Контроль качества сварки. Под ред. В. Н. Волченко. М., «Машинострое-
ние», 1975. Авт.: Волченко В. Н., Гурвич А. К., Майоров А. Н. и др.
31.	Кремнев Н. Д., Копалов А. Н. Контроль сварных швов с помощью теле-
установки с рентгеновским видиконом. — «Дефектоскопия», 1968, № 4,
с. 73—77.
32.	Ланге Ю. В. Акустические методы неразрушающего контроля соединений
в многослойных конструкциях. — «Дефектоскопия», 1974, № 3, с. 70.
33.	Ланге Ю. В., Шварцман С. М. Амплитудно-фазовый импедансный дефекто-
скоп ИАД-3.—«Дефектоскопия», 1971, № 5, с. 96—102.
34.	Ланис В. А., Левина Л. Е. Техника вакуумных испытаний. М.—Л., Гос-
энергоиздат,v1963.
35.	Лакедемонский А. В., Хряпин В. Е. Справочник паяльщика. М., «Машино-
строение», 1967.
36.	Лейпунский О. И., Новожилов Б. В., Сахаров В. Н. Распространение гамма-
кцантов в веществе. М., Физматгиз, 1960.
37.	Лоцманов С. Н., Петрунин И. Е. Пайка металлов. М., «Машиностроение», 1966.
38.	Луизов А. В. Инерция зрения. М., Оборонгиз, 1961.
39.	Макаров И. И. Дефекты сварки и прочность. — В кн.: Проектирование
сварных конструкций в машиностроении. М., «Машиностроение», 1975.
40.	Машкович В. П. Номограммы для расчета защиты от излучения электронных
ускорителей с максимальной энергией ускоренных электронов до 30 МэВ. —
В кн.: Вопросы дозиметрии и защиты от излучений. Под ред. В. И. Иванова.
М., Госатомиздат, 1963, вып. 2, с. 109—116.
41.	Назаров С. Т. Методы контроля качества сварных соединений. М., «Машино-
строение», 1964.
42.	Неразрушающие испытания. Справочник под ред. Мак-Мастера. Пер. с англ.
Кн. 1 и 2, М.—Л., «Энергия», 1965.
43.	Николаев Г. А. Расчет сварных конструкций и соединений. М., «Высшая
школа», 1965.
44.	Нейфельд И. Е., Фалькевич А. С., Лифшиц Л. С. Контроль качества сварных
соединений в строительстве. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., изд-во литера-
туры по строительству, 1968.
45.	Основные положения по планированию, учету и калькулированию себе-
стоимости продукции на промышленных предприятиях. М., Прейскурант-
гиз, 1970.
46.	Паллер А. М., Соколов В. Ф. Непроницаемость и герметичность металличе-
ских судов. Л., «Судостроение», 1967.
47.	Патон Б. Е. Новые рубежи сварочной техники. — «Сварочное производ-
ство», 1970, № 4, с. 3—6.
48.	Покровский А. В., Рипп А. Г. О выборе энергии и активности источника при
радиометрическом методе изотопной дефектоскопии. — «Дефектоскопия»,
1971, № 2, с. 108—111.
323
chipmaker.ru
40. Полонии В. С. Телевизионные автоматические устройства. М., «Связь», 1974.
50.	Полупроводниковые детекторы в дозиметрии ионизирующих излучений.
Под ред. В. К- Ляпидевского. М., Атомиздат, 1973. Авт.: Кронгауз А. Н.,
Ляпидевский В. К., Мендельцвайг Ю. Б., Подгорный В. Н.
51.	Постников В. А. Контроль непроницаемости сварных и паяных конструк-
ций. М., «Информэлектро», 1969.
52.	Радиоизотопные и рентгеноспектральные методы. М.-—Л., «Энергия», 1965.
Авт.: Шумиловский Н. Н., Бетин Ю. П., Верховский Б. И. и др.
53.	Райхман А. 3., Чистяков С. Н. Ультразвуковой контроль сварных соеди-
нений котельных труб из аустенитной стали. — «Дефектоскопия», 1972,
№ 3, с. 58—67.
54.	Результаты просвечивания некоторых сталей при помощи рентгеновской
установки.—«Дефектоскопия», 1971, №4, с. 140—141. Авт.: Альбертин-
ский Б. И., Круглов Н. А., Орлова Г. Г. и др.
55.	Рети П. Неразрушающие методы контроля металлов. Пер. с венгер., М.,
«Машиностроение», 1972.
56.	Руководство по оценке влияния дефектов металла на прочность деталей.
М., Оборонгиз, 1955.
57.	Румянцев С. В. Влияние непроваров на работоспособность сварных соеди-
нений. М., ВИНИТИ АН СССР, 1957.
58.	Румянцев С. В. О перспективах применения радиоактивных изотопов и ис-
точников ионизирующих излучений в радиационной дефектоскопии. — «Изо-
топы в СССР», 1970, 16 с.
59.	Румянцев С. В. Применение радиоактивных изотопов в дефектоскопии.
М., Госатомиздат, 1960.
60.	Румянцев С. В. Радиационная дефектоскопия. М., Атомиздат, 1968.
61.	Румянцев С. В. Радиационная дефектоскопия. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.,
Атомиздат, 1974.
62.	Румянцеве. В., Григорович Ю. А. Контроль качества металлов гамма-лучами.
М., Металлургиздат, 1954.
63.	Румянцев С. В., Кулиш Е. Е., Борисов О. И. Источники низкоэнергетиче-
ского излучения для неразрушающего контроля. М., Атомиздат, 1976.
64.	Румянцев С. В., Фурман К. С. Газосорбционпая радиоизотопная дефекто-
скопия. — «Изотопы в СССР», 1976, № 44.
65.	Сборник правил и руководящих материалов по котлонадзору. М., «Недра»,
1972.
66.	Строук Д. Введение в когерентную оптику и голографию. Пер. с англ. М.,
«Мир», 1967.
67.	Телевидение (общий курс). Под ред. П. В. Шмакова. Изд. 3-е, перераб. и
доп. М., «Связь», 1970.
68.	Телешевский В. И., Азаров Н. Т. Оптическое исследование полей ультра-
звуковых излучателей методом дифракции света. — «Дефектоскопия», 1974,
№ 1, с. 49—61.
69.	Технологические методы и средства контроля качества в самолетостроении.
М., «Машиностроение», 1973. Авт.: Сапожников В. М., Дунаев И. М., Журав-
лев А. II., Смоленцев В. П.
70.	Типовая методика определения экономической эффективности капитальных
вложений. М., «Экономика», 1969.
71.	Трапезников А. К- Рентгенодефектоскопия. М., Машгиз, 1948.
72.	Труфяков В. И. Усталость сварных соединений. Киев, «Наукова думка»,
1973.
73.	Туркин А. Д. Дозиметрия радиоактивных газов. М., Атомиздат, 1973.
74.	Фельдман Л. С. Неразрушающий контроль качества клеесварных соедине-
ний. Киев, «Техника», 1973.
75.	Хренов К- К. Сварка, резка и пайка металлов. М., «Машиностроение», 1973.
76.	Химченко Н. В., Сушкова Т. А., Подлесная Л. И. Комплексный неразру-
шающий контроль сварных соединений в химическом машиностроении. —
В кн.: Комплексная дефектоскопия сварных и паяных соединений. МДНТП,
1975, с. 49—57.
324
77.	Шавырин В. Н., Андреев Н. X., Ицкович А. А. Клеемеханические соедниёийй
в технике. М., «Машиностроение», 1968.
78.	Шебеко Л. П., Яковлев А. П. Контроль качества сварных соединений. М.,
Изд-во литературы по строительству, 1972.
79.	Шель М. М., Этингов В. И. Комплексная дефектоскопия сварных соединений
многослойных рулонированных сосудов высокого давления. — В кн.: Ком-
плексная дефектоскопия сварных и паяных соединений. МДНТП, 1975,
с. 15—19.
80.	Шрайбер Д. С. Ультразвуковая дефектоскопия. М., «Металлургия», 1965.
81.	Электрорадиография. М., Атомиздат, 1974. Авт.: Варанецкас И. П., Кава-
ляускас Р. А., Каминскас А. И., Ракаускас Ю. К-
82.	VII Всесоюзная научно-техническая конференция. Неразрушающий контроль
материалов, изделий и сварных соединений. — «Дефектоскопия», 1974,
№ 6, с. 128—132. Авт.: Клюев В. В., Ермолов И. Н., Румянцев С. В. и др.
83.	Alcatel Presents the First Leak Detector Light Enough to be Transported Any-
where. — «Vacuum», 1968 v. 18, N 7, p. 1.
84.	Automated Leak Detector Speeds Tests on Survival Support Device for Navy. —
«Materials Evalution», 1974, v. 32, N 7, p. 48A.
85.	Bantz W. For Inspection Bonded Materials. — «Materials Evaluation», 1973,
v. 31, N 9, p. 62A.
86.	Botsco R. J. High Resolution Ultrasonics. — «Materials Evaluation», 1967,
v. 25, N 4, p. 71.
87.	Brengen В. B. Acoustical Holography as a Tool for NDT. — «Materials Eva-
luation», 1969, v. 27, N 6, p. 140.
88.	Brown G. M., Grant R. M., Stroke G. W. Theory of Holographic Interfero-
metry. — «Journal Acoustical Society of America», 1969, v. 45, p. 1166—1179,
89.	Cohen H. J. Using Mirrors to Do the Impossible. — «Materials Evaluation».
1973, v. 31, N 5, p. 48A.
90.	Corbly D. M., Packman P. F., Pearson H. S. The Accuracy and Precision of
Ultrasonic Shear Wave Flow Measurements as a Function of Stress on the Flow.—
«Materials Evaluation», 1970, v. 28, N 5, p. 103—110.
91.	Dinsdai W., Joung I. Tungsten Inclusions in 1/4 in Thick ALMg-Mn Alloy
NP8.—«British Welding Journal», 1964, v. 5, N 11, p. 238—243.
92.	Gerrard M. Leak Detection with Radioisotope Tracers.—«The British Journal
of the British Nuclear Energy Society», 1969, v. 8, N 3, p. 197—206.
93.	Gorski B., Langrock E.-J. Die Anwendung von Radionucliden zur Lecksuche
an einem Kuhlkreislauf im Betriebs Lustund. — «Chem. Techn», 1973, Bd 25,
H, 1 s. 45—47.
94.	Grant R. M., Brown G. Holographic Nondestructive Testing. •— «Materials
Evaluation», 1969, v. 24, N 4, p. 79.
95.	Korpel A. Optical Imaging of Ultrasonic Fiels by Acoustic Bragg Diffraction.
Rotterdam, «Bronder—Offset N. V.» 1969.
96.	Korpel A. Visualisation of the (Toss-section of a Sound Beam by Bragg DifF
raction of Light. — «Applied Physical Letters», 1966, v. 14, p. 139.
97.	Leith E. M., Upatnieks J Wavefront Reconstruction with Continuous—tone
Objects. —«Journal Optical Society of America», 1963, v. 53, Dec., p. 1377—
1381.
98.	Mass Spectrometer Leak Detector Model 8A. — «Vacuum», 1968, v. 18, N 3,
p. 170.
99.	Marom E., Frietzler D., Muller K. Electronic Stimulation of a Variable Inc-
lination Reference for Acoustic Holography with the Ultrasonic Camera. —
«Appl. Phys. Letters», 1968, v. 12, June, p. 394.
100.	The Measurement of Leak Rate. — «Instrum. India», 1973, v. 7, N 3, p. 16—17.
101.	Myer W. G. Energy Portition of Ultrasonics, Waves of Flat Boundaries. —
«Ultrasonics». 1965, v. 3, N 2, p. 62—68.
102.	Myer M. W., Gray D. H. Expanding the Capability of a Laboratory Ultraso-
nic Facility. —«Materials Evaluation», 1973, v. 31, N 10, p. 193.
103.	New Intrinsically Safe Leak Detector. — «Dave Digest», 1970, v. 13, N 2,
p. 9—10.
325
chipmaker.ru
104.	Powell К. L., Stetson К. A. Interferometric Vibration Analysis by Wave-
front Reconstruction. — «Journal Optical Society of America», 1965, v. 55,
N 12, p. 1593.
105.	Renius 0. Laser Illumination for Infrared Nondestructive Testing. — «Mate-
rials Evaluation», 1973, v. 31, N 5, p. 80.
106.	Roehrs, Robert J. Leak Testing Welded Vessels. — «Materials Evaluation»,
1969, v. 27. N 10, p. 205—219.
107.	Sugg F. E., Kammerer С. C. On-Board Ultrasonic Structural Surveillance. —
«Materials Evaluation», 1974, v. 32, N 8, p. 157—162.
108.	Ultrasonic Leak Detection Safeguards Production.—«Dave Digest», 1970,
v. 13, N 3, p. 26—27.
109.	Ultratest Helium Leak Detector.—«Vacuum», 1968, v. 18, N 3, p. 174.
110.	Waite E. V., Parry D. L. Field Evaluation of Heavy—Walled Pressure Vessels
Using Acoustic Emisson Analisis. — «Materials Evaluation», 1971, v. 29,
N 6, p. 117—124.
111.	Weels, Frederic E. A Survey of Leak Detection for Aerospace Hardware. —
«Materials Evaluation», 1969, v. 27, N 5, p. 97—101.
ОСНОВНЫЕ ГОСТы В ОБЛАСТИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
КАЧЕСТВА СВАРНЫХ И ДРУГИХ СОЕДИНЕНИЙ
ГОСТ 4.27—71. Система показателей качества продукции. При-
боры электромагнитного неразрушающего кон-
троля. Номенклатура показателей
ГОСТ 4.28—71. Система показателей качества продукции. При-
боры ультразвуковые неразрушающего кон-
троля. Номенклатура показателей
ГОСТ 5.1080—72. Аппараты рентгеновские импульсные перенос-
ГОСТ 3242—69.
ГОСТ 7248—54.
ГОСТ 7512—69.
ГОСТ 8848—63.
ГОСТ 13377—75.
ГОСТ 14782—69.
ГОСТ 15467—70.
ГОСТ 15484—74.
ГОСТ 15843—70.
ГОСТ 16001—70.
ГОСТ 16002—70.
ГОСТ 16003—70.
ные ИРА-1Д и ИРА-2Д. Требования к качеству
аттестованной продукции
Швы сварных соединений. Методы контроля
качества
Аппараты рентгеновские. Общие технические
условия
Швы сварных соединений. Методы контроля
просвечиванием проникающими излучениями
Единицы радиоактивности и ионизирующих
излучений
Надежность в технике. Термины и определения
Швы сварных соединений. Методы ультразву-
ковой дефектоскопии
Качество продукции. Термины
Ионизирующие излучения. Термины и опреде-
ления
Принадлежности для промышленной радио-
графии
Источники излучения с изотопом кобальт-60
для гамма-дефектоскопии. Типы. Основные па-
раметры и размеры
Источники излучения с изотопом цезий-137
для гамма-дефектоскопии. Типы. Основные
параметры и размеры
Источники излучения с изотопом иридий-192
для гамма-дефектоскопии. Типы. Основные па-
раметры и размеры
327
chipmaker, ru
ГОСТ 16004—70.	Источники излучения для гамма-дефектоскопии. Технические требования и методы испытаний
ГОСТ 16504—74.	Качество продукции. Контроль и испытания. Основные термины и определения
ГОСТ 16759—71. ГОСТ 18177—72.	Гамма-дефектоскопы. Термины и определения Детекторы ионизирующих излучений полупро- водниковые. Термины и определения
ГОСТ 18242—72.	Качество продукции. Статистический приемоч- ный контроль по альтернативному признаку. Одноступенчатые и двухступенчатые корректи-
ГОСТ 18324—73.	руемые планы контроля Блоки источников ионизирующих излучений для различных радиоизотопных приборов. Об- щие технические условия
ГОСТ 18353—73.	Контроль неразрушающий. Классификация методов
ГОСТ 18442—73.	Качество продукции. Неразрушающий кон- троль. Капиллярные методы
ГОСТ 18445—73.	Источники излучения радиоизотопные закры- тые. Термины и определения
ГОСТ 18576—73.	Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуко-
ГОСТ 19189—73.	вой дефектоскопии Детекторы ионизирующих излучений газовые ионизационные. Термины и определения
ГОСТ 19232—73.	Сварка металлов плавлением. Дефекты сварных соединений. Термины и определения
ГОСТ 19521—74. ГОСТ 19793—72.	Сварка металлов. Классификация Контроль неразрушающий. Дефектоскопы маг- нитографические и устройства намагничиваю- щие. Общие технические требования
ГОСТ 19849—74. ГОСТ 20426—75.	Нейтронное излучение. Термины и определения Контроль неразрушающий. Радиационные методы дефектоскопии. Область применения
ГОСТ 21104—75.	Контроль неразрушающий. Магнито-феррозон- довый метод
ГОСТ 21105—75.	Контроль неразрушающий. Магнитопорошко- вый метод
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автомат для контроля герметичности
278
Адаптация 123
Акустическое сопротивление удель-
ное 145
Аппарат рентгеновский:
общие сведения 86, 87
технические характеристики 90
Б
Безотказность изделия, машины 6
Бетатрон 99, 286
Больцмана постоянная 230
Брак исправимый и неисправимый 7
Бэр 309
В
Вещество контрольное 224
—	пенообразующее 245
—	пробное 223
— рабочее 224
Включения, влияние на прочность 64
Воздействие на человека ионизирую-
щего излучения 309
-------ультрафиолетового излуче-
ния 317
------- электрического тока 308
Волны упругие 142, 143
Время просвечивания излучением ра-
диоизотопных источников 112
---— рентгеновских аппаратов 110,
111, 139
-------ускорителей ПО, 112
Выносливость сварных соединений 45,
61, 67
-------качественных 47
-------с непроваром 45, 47
-------с окисным, шлаковым и воль-
фрамовыми включениями 63, 65
------- с порами 61
-------со снятым усилением шва 46,
48, 67
-------с усилением шва 48, 67
-------со смещением стыкуемых кро-
мок 70
-------точечных 71
Вязкость 196, 228
Г
Газ радиоактивный 207, 321
Гамма-дефектоскоп 89, 298, 299
---- радиометрический 133
Гамма-излучение 77
Герметик 226
Герметичность 223
Гидростенды 235
Гистерезиса кривая 181
Голография 209
ГОСТ 3242—69 224, 235, 247
5197—70 256
7512—69 105, 106, 107
18353—73 223
18442—73 196
19521—74 226
20426—75 101
Градиент рентгеновской пленки 102
— потенциала полупроводникового
слоя 136
Д
Датчик атмосферный 256
— вакуумный 267
Дефектоскоп магнитный 185, 189
— люминесцентный 187
—	ударно-акустический 174
—	ультразвуковой: мертвая зона 149
полоса пропускания 157
разрешающая способность 156, 158,
159
типы 156, 158, 159
чувствительность 153, 154
Дефекты сварки, пайки, склеивания 6
—	внутренние 21
—	сквозные 20
—	наружные 19
Деформации пластические в сварном
шве с непроваром 44, 54, 58
----при статических нагрузках 44
----при ударных нагрузках 53, 58
Децибел 144
Дисперсия скорости звука 143
Дифракции теория 146
Долговечность сварных соединений 5
Доза излучения 80
----предельно-допустимая 310
---- эквивалентная 309
329
chipmaker.ru
Ж
Жгуты волоконно-оптические 295
3
Защита от ионизирующего излуче-
ния 313, 314, 315
•---ультрафиолетового излучения
317
Затраты на контроль 304
И
Излучение инфракрасное 208
— ионизирующее 76, 78, 79, 81, 83
— ультрафиолетовое 199, 200
Изотопы радиоактивные:
период полураспада 78
превращения 77
Индукция магнитная 180
Интерферометрия голографическая
222
Искатели ультразвуковые:
диаграмма направленности 146, 147,
148
добротность механическая 158
задержка акустическая 149
зона Фраунгофера 146
зона Френеля 147, 148
смазки контактные 151
типы 148, 149, 150, 167, 173, 175, 178
Источник радиоизотопный:
активность 78
характеристики 94
К
Капиллярность 197
Капиллярный способ контроля те-
чеисканием 240
Качество продукции 5
Кнудсена уравнение 230
Колебания ультразвуковые:
акустическое давление 144
визуализация 210
длина волны 142
интенсивность 144
коэффициент затухания 157, 158
коэффициенты отражения, прохожде-
ния, преломления 145
скорость распространения 142
спектр 156
углы критические 145
частота 142
энергия 144
Коллиматор в радиометрии 130
Контраст радиационный 120
— яркостный 120
Контроль входной 8
330
—	выборочный 302
—	заготовок 12
—	комплексный 280, 288
—	квалификации сварщиков 15
—	носителей энергии 14
—	операционный 8, 15
—	основного и присадочного мате-
риала 12
—	пайки 119, 125, 150, 159, 193, 206,
208, 209, 226, 235, 245, 247, 252
—	приборов и инструментов 14
—	приемочный 8
—	приспособлений 13
— сборки 13
— сварки 114—119; 128; 133, 139,
154, 156, 159, 178, 180, 181, 187,
191, 204, 225, 226, 235—279, 282, 292
сварочного оборудования 13
— склеивания ПО, 139, 140, 168,
173, 175, 226, 227, 294
—	статистический 301
—	флюса, припоя и клея 12
Коэрцитивная сила 181
Коэффициент качества излучения 309
—	контрастности рентгеновской
пленки 102
—	нормативный 303
—	ослабления (поглощения) излу-
чения 81
—	эквивалентности 306
Краски для цветной дефектоскопии
. 194, 201, 202
Кратность ослабления излучения 315
Кристалл сцинтилляционный 121
Л
Лазер 209
Лаборатория неразрушающего кон-
троля 296, 297, 298
Ламинарное течение 229
Лента ферромагнитная 187
Люминесценция 120, 199, 200
Люминофоры 240
М
Масс-спектрометр 261
Метод контроля:
акустико-топографический 175
акустический для течеискания 272
акустической эмиссии 176, 296
вакуумный 249
велосимметрический 171
газоаналитический 241
газосорбционный радиоизотопный 207
галоидный, способом вакуумирования
257, 260
— — щупа 257
гидравлический давлением 235
— наливом воды 235, 237
— поливом воды 235, 237
голографической интерферометрии 219
импедансно-акустический 168
искровой 273
капиллярный люминесцентный 199
— цветной 201
— люминесцентно-цветной 202
керосином вакуумный 238, 239
— вибрационный 238, 239
— пневматический 238, 239
комплексное применение 280
ксерорадиографический 133
люминесцентный для течеискания 239
магнитного отпечатка 188
магнитографический 187
динамический 188
магнито-люминесцентный 184
магпитопорошковый 181
манометрический, способом падения
давления 253
----дифференциального манометра
253, 254
масс-спектрометрический, способом ва-
куумирования 266, 268
------- накопления при атмосфер-
ном давлении 266
-------щупа 266
пневматический, сжатым воздухом
с обмазкой 245
— струей сжатого воздуха 245, 246
пневмогидравлический, способом аква-
риума 247
---- бароаквариума 247
радиационный для течеискания 270
радиографический 101
радиометрический 130
радиоскопический 119
свободных колебаний 173
тепловой 208
ультразвуковой голографии 209
химический 251
электромагнитный (вихревых токов)
189
эхо-импульсный дельта метод 148, 166
------ зеркально-теневой 150
----иммерсионный 150
----импульсно-резонансный 161
----контактный 150
---- теневой 149
----фазовый 168
------ щелевым способом 150
Микротрон 95, 286
Мощность дозы источников 80, 84
---- проектная 311
Н
Надежность изделия, машины 5, 235
Намагничивание 181, 182, 183
Натекание газа для жидкости 232
Напряженность магнитная 180
Неплотность 224
Непровар, влияние на прочность 38
41, 45, 50, 51, 71
Нерезкость геометрическая 85
—	преобразователей 121
—	собственная 104
Ньютона закон вязкого течения 228
О
Облитерация 231
Окисная пленка, влияние на проч-
ность 63
Опрессовка на прочность 235, 247
253, 257
П
Планка постоянная 77
Пластина ксерорадиографическая 135,
137
Пленка рентгеновская:
коэффициент контрастности 102
оптическая плотность 102
чувствительность к излучению 102
Пористость, влияние на прочность 60,
66
Порошки магнитные 184
Преобразователь излучения электрон-
но-оптический (РЭОП) 122
Прочность
----статическая 41, 60, 67, 70
----при переменных нагрузках 45,
61, 64, 67, 71
----при повторно-статических на-
грузках 50
Проявитель
— пенетрантов 193, 194
— рентгеновской пленки 113
Пуазейля уравнение 196, 230
Пуассона коэффициент 143
Пьезоматериалы 146, 158
Пятно фокусное рентгеновской трубки
86
Р
Радиоактивность 77
Размагничивание 186
Разрешающая способность преобра-
зователей 121, 137
Рассеяние комптоновское 81
Рейнольдса число 229
Рентген (единица измерения) 80
Рентгеновидикон 123
С
Свет ультрафиолетовый 195, 201, 240
Сечение взаимодействия 80
Сигнал—шум, отношение 131
Системы газовые 235, 239, 251, 254,
261
331
chipmaker.ru
— гидравлические 227, 235, 237, 239,
251, 254, 261
— рентгенотелевизионные 123, 124,
290
Смещение кромок, влияние на проч-
ность сварного соединения 70
Снеллиуса закон 145
Степень герметичности 231
Суспензии магнитные 187
Т
Тепловизор 208
Течеискатель акустический 272
— галогенный 226, 256, 258, 288
— катарометрический 242, 244
— масс-спектрометрический (гелие-
вый) 261, 263, 276
Течения режимы 230, 233, 234
•— виды 229, 239
Течь 223, 228, 230, 231, 232
— гелиевая калиброванная 264, 265
Транзистор лавинный 156
Трещины, влияние на прочность 41
— скорость распространения 73
Трубки рентгеновские 92, 93
У
Ударная вязкость, сопротивление свар-
ных соединений с дефектами удар-
ным нагрузкам 51, 53, 54, 63
Усиление шва, влияние на прочность
67
Ускорители линейные 93, 286
Установка для капиллярной дефекто-
скопии 203, 205
— для контроля герметичности 278
— ксерорадиографическая 138
— оптико-акустическая 216, 217
— радиоскопическая 125, 126, 127
— пеногенераторная 245, 275
Утечки газа или жидкости:
суммарные 223, 276
локальные 223, 227, 271, 276
Ф
Фактор накопления 83
Ферромагнетики 181
Фиксаж 113
Фотон:
взаимодействие с веществом 80
плотность потока 79
энергия 77
Фотообработка рентгеновской пленки
113
Фотополупроводник 133, 134
Фотоэффект внешний 120
— внутренний 120, 134
Френеля интеграл 147
Функциональная система 224
332
X
Характеристика цикла напряжений
45, 50
Холодильная техника 224
ц
Цвет 201
Цветовой порог 201
Ч
Чувствительность дефектоскопиче-
ская магнитных методов 182, 188,
192
----радиационных методов 107, 108,
124, 133, 141
— — капиллярных методов 195, 206,
207
---- методов контроля течеиска-
нием 223, 231, 263, 284
— — ультразвуковых методов 154,
155
Чувствительность металла сварного
шва к дефектам:
статические нагрузки 41, 60, 67, 70
переменные нагрузки 45, 50, 61, 64,
67, 71, 70
ударные нагрузки 51, 63
Ш
Шумы фрикционные 169
Э
Экраны усиливающие металлические
105
---флуоресцирующие 106, 107
Электронвольт 77
Эндоскоп 187
Эталоны чувствительности для капил-
лярных методов 206
----— радиационных методов 107
— — — ультразвуковых методов 151,
152, 154
Эффект дифракционный 146
— краевой в ксерорадиографии 140
— образования пар электрон—пози-
трон 82
— подтравливания в ксерорадиогра-
фии 140
	— пьезоэлектрический 146
—	ультразвуковой капиллярный 198
—	фотоэлектрический 81
Эффективность экономическая 303
Ю
Юнга модуль 143
Я
Яркость свечения экранов преобразо-
вателей 121, 122
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.......................................................... 3
Глава I. Общие сведения по контролю соединений ...................... 5
1.	Качество продукции, понятия и термины......................... 5
2.	Этапы и методы контроля качества, применяемые в производстве
сварных, паяных и клееных соединений...........................  8
3.	Контроль в технологическом процессе производства............. 9
Глава П. Методы сварки, пайки, склеивания и технологические
дефекты соединений.................................................  16
1.	Методы сварки, пайки и склеивания ........................... 16
2.	Наружные и сквозные дефекты сварных соединений............... 23
3.	Внутренние дефекты, образующиеся при сварке плавлением 25
4.	Дефекты точечной сварки .................................... 32
5.	Дефекты клееных и клессварных соединений	.	.34
6.	Дефекты паяных соединений.................................... 35
Глава III. Влияние дефектов на механические свойства сварных
соединений........................................................   38
1.	Общие соображения .	.	38
2.	Влияние трещин . .	.	.	41
3.	Влияние непроваров .	. .	41
4,	Влияние пор................................................. 60
5.	Влияние окисных пленок, шлаковых и вольфрамовых вклю-
чений	.................................................... 63
6.	Влияние пор и шлаковых включений на сопротивление свар-
ных соединений	удару	...	  66
7.	Влияние	формы	шва......................................... .67
8.	Влияние смещения кромок ...	.	69
9.	Влияние	дефектов точечной	сварки .......................... 70
10.	К вопросу оценки качества сварных соединений с использова-
нием методов неразрушающего контроля . .	....	74
Глава IV. Радиационные методы....................................... 76
1.	Физические основы радиационных методов контроля.............. 76
2.	Источники ионизирующего электромагнитного излучения .	.	86
3.	Радиографический метод.......... .................. 101
4.	Радиоскопический метод................................   .	П9
5.	Радиометрический метод.................................. .	.	130
6.	Ксерорадиографический метод................................. 133
333
chipmaker.ru	— — — — — — — ____ _ __ _
Глава V. Акустические (ультразвуковые) методы	142
1.	Физико-технические основы методов контроля	142
2.	Эхо-импульсный метод........................................ 148
3.	Импедансно-акустический метод............................... 168
4.	Ультразвуковой велосиметрический метод	171
5.	Метод свободных колебаний ....	173
6.	Акустико-топографический метод.............................. 175
7.	Метод эмиссии воли напряжения — акустической эмиссии . .	176
Глава VI. Магнитные и электромагнитные методы	180
1.	Физико-технические основы методов контроля	180
2.	Магнитопорошковый метод	. .	181
3.	Магнитографический метод.................................... 187
4.	Электромагнитный метод — метод вихревых токов	189
Глава VII. Капиллярные методы	...	193
1.	Физико-технические основы капиллярных	методов	контроля . .	193
2.	Пропитка поверхностных дефектов	индикаторным	пенетрантом	196
3.	Люминесцентный метод.......... ...	199
4.	Цветной метод............................................... 201
5.	Люминесцентно-цветной метод . .	202
6.	Установки и технология контроля	...	203
7.	Газосорбционный радиоизотопный метод . .	.	207
Глава VIII. Тепловые методы неразрушающего контроля, гультра-
звуковая голография и голографическая интерферометрия 208
1.	Тепловой метод................. ......	208
2.	Ультразвуковая голография.............................. .	.	209
3.	Метод голографической интерферометрии.................. .	.	219
Глава IX. Контроль течеисканием (контроль герметичности изделий)	223
1.	Особенности сварных и других изделий, подвергаемых кон-
тролю течеисканием............................................. 224
2.	Основные физические явления, используемые для контроля
течеисканием .................................................. 228
3.	Расчет степени герметичности изделий для контрольного вещества
и определение требуемой чувствительности метода контроля
течеисканием................................................... 231
4.	Гидравлический метод .	.	.	235
5.	Метод испытания керосином	237
6.	Люминесцентный метод	.	239
7.	Газоаналитический метод	.'	241
8.	Пузырьковый метод..................................... .	.	245
9.	Химический метод . .	251
10.	Манометрический метод ..................................... 252
11.	Галоидный метод............................................ 256
12.	Масс-спектрометрический метод .	261
13.	Радиационный метод.................................. ...	270
14.	Другие методы контроля течеисканием........................ 272
15.	Механизация и автоматизация методов контроля течеисканием 273
Глава X. Комплексное применение методов неразрушающего кон-
троля ........................................................   280
1.	Сравнительные особенности и область рационального применения
методов неразрушающего контроля............................ 280
2.	Комплексное применение методов	неразрушающего контроля	281
334
3.	Статистический контроль...................................... 301
4.	Технико-экономическая эффективность внедрения методов не-
разрушающего контроля .......................................... 302
Глава XI. Техника безопасности при контроле качества соединений 307
1.	Правила электробезопасности при контроле качества соединений	307
2.	Защита от излучений при радиационных методах	контроля . . ,	309
3.	Вопросы безопасности при капиллярных методах	контроля ...	317
4.	Техника безопасности при проведении работ по	контролю гер-
метичности изделий	 318
Список литературы.................................................    322
Основные ГОСТы в области неразрушающего контроля качества
сварных и других соединений.................................    .	.	327
Предметный указатель................................................. 329
335
chipmaker.ru
Степан Васильевич Румянцев, Валентин Александрович Добромыслов,
Олег Иванович Борисов, Николай Тихонович Азаров
НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Редактор издательства Т. Е. Черешнева
Технический редактор Т. И. Андреева Корректор А. М. Усачева
Переплет художника Л. С. Вендрова
Сдано в набор 13/1 1976 г.	Подписано к печати 26/IV 1976 г. Т-08924.
Формат 60Х901/!» Бумага типографская № 2	Усл. печ. л. 21
Уч.-изд. л. 22,85	Тираж 15 000 экз. 'Заказ 762 Цена 1 р. 28 к.
Издательство «Машиностроение», 107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3
Ленинградская типография № 6 Союзполнграфпрома при Государственном комитете
Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
193144, Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10