Радиационный контроль сварных соединений при контактной сварке

Радиационный контроль с использованием рентгеновского излучения — один из наиболее распространенных методов неразрушающего контроля соединений при контактной сварке. Этим способом хорошо выявляются несплошности (трещины, раковины, скопление оксидов, поры, выплески и другие подобные дефекты), но в общем случае не выявляются непровары, при которых, как правило, несплошность отсутствует.

Тем не менее, иногда при точечной, шовной и рельефной сварке можно, используя рентгеноконтрастность границы шва, по рентгенограмме определять размеры зоны взаимного расплавления деталей и, таким образом, объективно диагностировать наличие и отсутствие непроваров.

Рентгеноконтрастность границ может в некоторых случаях возникать «естественным» путем, однако в большинстве случаев это достигается «искусственно».

В первом случае (для ограниченного числа металлов) образование рентгеноконтрастных границ является результатом перераспределения элементов, входящих в состав данного сплава, в стадии плавления и кристаллизации. Так, например, при точечной сварке сплава Д16 за счет дендритной ликвации при быстром охлаждении и кристаллизации основания столбчатых кристаллов оказываются обогащенными алюминием 2 (рис. а). Таким образом, граница литого ядра оказывается рентгеноконтрастной — меньше поглощает энергию рентгеновского излучения, чем основной металл, и на рентгенограмме выявляется в виде темного кольца 4 границы зоны взаимного расплавления деталей. Темные кольца с внешней стороны в связи с образованием пояска и скопления более плотных легирующих элементов сплава окружены светлым кольцом. Характер распределения энергии 3 излучения за просвечиваемым объектом зависит от локальной толщины деталей и плотности металла сварного соединения.

Рис. Контроль размеров литого ядра по теневой картине на рентгенограмме:

а — при просвечивании соединения из сплава Д16;

б — при просвечивании соединения с введением тугоплавкого рентгеноконтрастного порошка;

в — при просвечивании соединения с введением расплавляемой рентгеноконтрастной ленты;

1 — сечение сварного шва; 2 — рентгенограмма, негатив; 3 — диаграмма распределения энергии излучения за просвечиваемым объектом; 4 — темная граница литого ядра — скопление алюминия; 5 — светлая граница литого ядра — скопление частиц порошка; 6 — светлая граница литого ядра — край оплавленной ленты

Аналогичный механизм формирования границ отмечается при сварке сплавов В95, Д20 и некоторых других. Если в процессе сварки расплавление отсутствует, то естественно нет темных индикаторных колец на рентгенограмме.

При сварке сплавов, не плакированных алюминием, контрастность темного индикаторного кольца несколько снижается. Для большинства металлов применяется методика искусственного образования рентгеноконтрастных границ за счет введения перед сваркой на внутреннюю поверхность нахлестки деталей рентгеноконтрастных материалов (РКМ), в состав которых входят преимущественно более плотные элементы, чем основной металл.

В процессе сварки РКМ частично или полностью расплавляются и замешиваются в литом металле шва. Частично расплавляемые тугоплавкие РКМ обычно состоят из мелкогранулированного порошка. При сварке под действием электродинамических сил нерастворившиеся частицы тугоплавкого порошка замешиваются в расплаве и отбрасываются к периферии ядра. По их расположению на рентгенограмме можно судить о размерах зоны взаимного расплавления (рис. б). При отсутствии расплавления частицы РКМ остаются в исходном состоянии — равномерно распределенными на поверхности под нахлесткой.

Расплавляемые РКМ обычно выполняют в виде тонких лент, состоящих из сплава, близкого по составу к свариваемым металлам и легированного небольшим количеством рентгеноконтрастных элементов; перед сваркой ленту размещают между деталями. Во время сварки она расплавляется и перемешивается с металлом шва. Граница оплавления ленты обычно совпадает с зоной взаимного расплавления и отчетливо видна на негативе рентгенограммы в виде светлого кольца. Контрастность изображения кольца увеличивается за счет некоторого утолщения оплавленных краев ленты в результате общей пластической деформации периферийных участков сварного соединения (рис. в).

Для увеличения разрешающей способности метода контроля стремятся к тому, чтобы коэффициент контрастности  как можно больше отличался от единицы; этот коэффициент определяется отношением коэффициентов ослабления излучения в РКМ () и свариваемом металле ()

.

В табл. для некоторых сплавов приведены рекомендуемые тугоплавкие и расплавляемые РКМ.

Таблица. Состав и назначение рентгеноконтрастных материалов при рентгенодефектоскопии соединений

Рассмотренный метод позволяет определять размеры зоны взаимного расплавления при сварке деталей одинаковой и разной толщины, а также при сварке соединений более чем из двух деталей. В последнем случае целесообразно при просвечивании располагать сварной шов под углом 20…30° к оси рентгеновского излучения. В некоторых случаях при контроле сварки разноименных металлов границы литой зоны можно выявлять без РКМ, используя различия в их коэффициентах ослабления излучения.

Радиография указанных соединений может быть выполнена с использованием не только дорогостоящей рентгеновской пленки, но также фотобумаги и фотокальки.

Возможности механизации и автоматизации процесса контроля, снижения его трудоемкости и стоимости при сохранении высокой контрастности изображения дефекта открываются при использовании радиоскопии, в частности рентгеновидиконов в сочетании с дистанционным телевизионным экраном. Так, рентгеновидиконовую установку ЛИ-417 успешно используют для контроля соединений из сплава АМг6 толщиной 2+2 мм с РКМ в виде ленты. В связи с возможностью увеличения изображения () чувствительность контроля сохраняется достаточно высокой. Скорость контроля при этом удается увеличить в 10 раз по сравнению с радиографией, так как можно анализировать изображение не менее 30 точек в минуту. Весьма перспективен для указанных целей радиометрический сканирующий контроль и ксерорадиография.

Для выявления несплошностей в соединениях, выполненных стыковой сваркой, иногда наряду с рентгеновским используют и гамма-излучение. Схемы просвечивания выбирают в зависимости конструкции узла, физических параметров и толщины свариваемых металлов. При сварке толстостенных заготовок, в том числе зубных, целесообразна схема с установкой источника излучения некоторым углом к оси шва.