автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Оптимизация процесса радиографии на базе импульсного рентгеновского аппарата МИРА-2Д

РГ6 од

! |

ТСХЮЬ. Л^ДПГЁЭййГЧЕСКИЛ У1ШЕРСЙТЕТ

На пра ах рукописи

Зяткин Игорь Владп;«;ро~ич

оптимизация процесса рддаогрдгш

на базе 1&1пулбсного рентгеновского аппарата шра-2д

Специальность 65.11.13 - приборы и методы контроля природной среды,всасстз,материалов и изделий

Апторе-?ерат диссертации на соискание ученой стелони кандидата технических наук

Тогск 1993

Работа выполнено на Сибирском Химическом Комбинате

Научные руководители: доктор технических наук,профессор Кулешоз Валерий Константинович, кандидат технических наук.старши! научный сотрудник Бердоносов Валерий Александрович

Официальные оппонент«: доктор технических наук.профессс Горбунов Владимир Иванович, кандидат технических наук Кононов Михаил Ючьегич

Ведущая организация: Институт '.ильноточной электроники ( г.Томск >

Эацлта диссертации состоится " 17 "_няня__ 1993г

п часов н? заседании специализированного совета

Д~СЩ. 60705 пр:; ИЛИ интроскопии ( 634028,г.Томск, ул.Саьшшх 3).

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан__С^сгл 1993г.

Ученый секретарь - —

специализированного совета Б, Б.Винокур

■ I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКГУАЛЬНОСТЬ_РАБОТЫ_. Рекение проблем) повышения каче-а выпускаемой продукция, и а первую очередь изделий для мной энергетики,вызывает необходимость дальнейшего совер-ствования традиционных ;,;етодсв нерезрулакщего контроля, ор метода контроля определяется технической пелесообрасность;) конокической эффективностью

Надежность к безопасность работы атомшх электростанция нччителымй коре обеспечивается элективным и регуляр-обследопанисм состояния металла и сварннх итзов обору-тния первого контура , почтой для атомной энергетики на разработка г^Лектирнк* нерэзрусаюяих методов и средств гродя.

Внедрения яти--: методов уделяется большое мпманио на' ареком Хжичасксм Кх-'бнчате ( СХК ),п особенности прэс-лванкю ре!!тг«:ог>сккм и гагя'а-излучсниси,которое как зателъму;: вид обту-ыюго контроля иапелий предусмотрен чияпки Госго ртехна язорэ. В общем оо'ъехе контроля радиографический метод на АЭС составляет 60-70

Практика производственной деятельности на СХК показала при организации работ по радиографии на базе ичпульс-рентгеновских аппаратов возникают трудности при опре-л-ши экспозмшЛ просвечивания по рекокендуег--'/.! нокограм-завода-нзготовителя,составленных для усрецкеш-гах зна-ь1 5НхзцЯ1х гар'ч'строз используемых рентгеновских тру-,средних характеристик применяемых рентгеновских пленок. '.е того на когбннят стала поступать пленка РТ-1В,РТ-К, :ания и характеристик которых в современной справочной :ратуре пока нет. На СХК нет методик или рекомендаций штимизацни производительности контроля,по учету воз-:твия внешнего радиационного фона со- стороны оборудования на качество получаемых рентгекограгаг.

Определение приемлемых зкспокггяЯ проводится по проб-снимкам-кетодо:! проб и ошибок,влекущем за собой допол-:льшй расход фотоматериалов и рост доли непроизводя-

тельных затрат рабочего времени.Стала очевидной необходимость разработки мероприятий,обеспечивающих использование потенциальных возможностей радиогрзфии оптимальным образом.

Основной задачей практики радиографии является выявление внутренних дефектов с определенной чувствительностью и фиксирование их с учстои необходимой производительности.Дпя этого необходимо оптимизировать процесс радиографии с учетом параметров применяемого источника излучения,характеристик используемого детектора и свойств canoro объекта контроля. Эти параметру нельзя рассматривать отдельно,только комплексный учет их совокупного воздействия позволит реализовать все потенциальные возможности метода радиографии,

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Разработка мероприятий,обеспечивают использование потенциальных возможностей радиографии,когда в качестве источника излучения используется импульсный рентгеновский аппарат,с учетом выходных параметров самого аппарата свойств объекта контроля и характеристик применяемого детектора для оптимального сочетания требований производительности и качества радиографии.

ЫЕТОда ИССЛЕДОВАНИЯ» Возможности метода радиографии могут быть раскрыты при теоретическом анализе и сравнении расчетных данных с экспериментом поэтому методами исследования в настоящей работе явлввдел расчетный и экспериментальный методы.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной раб ты состоит в том,что разработана методика оптимизации параметров радиографии на базе импульсных рентгеновских аппаратов,позволившая улучшить качество получаемых рентгенограмм по оптической плотности почернения , в 2 + 3 раза повысить производительность контроля и достоверность получаемой информации,получить экономию фотоматериалов и рентгеновской пленки,увеличить срок службы применяемых рентгеновских аппаратов.

Основные положения разработпнкой методики состоят в следующем:

I.B результате теоретических и экспериментальных исследований установлено,что значение эффективной энергии импульсного рентгеновского излучения аппарата МИРА-2Д следует принимать равным 90 кэв при рентгенографии изделий из стали толщиной

| до 20 мм и 60 1MB при рентгенографии алюминевых изделий апозоне толщин от 10 до 60 мм.

Определены параметры взаимодействия импульсного 'рс-нтго-кого излучения с барьерными поглотителями из келеза и ;иния в геометрии сиро ко г о пучка с аффективной энергией 0,120 кэб.

РЛКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в том,что со ре-таты использованы на практике,в производственных условиях :луатационного контроля на АЭС СХК:

. Обобщена и систематизирована информация о Параметра* рактеристиках различных рентгеновских аппаратов с неггро-' ык и импульсным излучением отечественного пройЗ&оДсТВа -промышленной радиографии.

. Разработаны дополнительные меры защиты Перетекала пр!1 ографии от облучения неиспользуемой ¿гайтьв' ДкйграЬмь! эвленности излучения аппарата к!!1РА-2Д«-

. Составлен;.! рекомендации по учету ciiVjleHiTri чувствиТель-и радиографии при проведении контроля^ в условиях доПол-льного внешнего радиационного облуЧен^т со' с1''огонУ обо-вания АЭС.

. Расчитаны оптимальные толцины: усилйвак'т.п? й зйцитшх ллических экранов.

. Разработаны специальные дефектометры' напра'Влй^ЛЯ излу-я для контроля геометрии радиографии- с регистрацией рмации о положении источника излучения' относительно кта контроля на рентгеновском сНимКК»

. Создан алгоритм рассчета и оптимального

они экспозиции яри радиографии сГуЧйтой' параметров источ-излучения.сиоПсги объекта контроле if' Характеристик ктора.

ft. ЭЛИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

. Принцип расчета оптимальных пэраг^ров радиорафии па импульсных рентгеновских аппаратов' на основе данних о чине эффективной он;.,tiki излучения}пначение которой из-вления фильтрации мягкой компоненты'спектра в метериале этителя,зависит от вида этого материала.

2. Способ определения эффективных параметров взаимодейстз;: импульсного рентгеновского излучения с веществом поглотителя в геометрии иирокого пучка.

РЕАЛИЗАЦИЯ В ПРй\!ШЛШНОСта. Результаты диссертационной работы использованы на Сибирском Химическом Комбинате в виде утвержденных действующих методик и методических указаний.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации изложено в девяти печатных работг.х , виентральной и местной печати.

АПРОБАЩЯ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Основные полоквния диссертационной работы докладывались на У1 + УН Всесоюзных совещаниях по применении ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве ( Ленинград,19£8г.,1992г. ), на III Облает ной научно-технической конференции по неразрушающим методам контроля, Томск,1989г.

Разработаны методические пособия по курсу "Контроль неразрушаюций. Методы радиационные.".действующие в системе производственно-технического обучения на СХК и методические к производственной практике студентов специальности ISQ2 " Физические методы и приборы интроскопии".

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав,заключения,списка используемых источников, и содержит 170-страниц печатного текста,из них 52 рисунка я 22 таблицы,список литературы включает 179 наименований.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении показана актуальность выполненных исследований, сформулирована цель исследования,определены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрены вопросы о месте и роли неразру-шаодего контроля на АЭС, проведен анализ современного состояния служб неразрушащего контроля АЭС, в частности анализ методов и объемов контроля на АХ СХК. Показано,вдо проведения контроля любого вида оборудования в процессе эксплуатации невозможно без учета специфических факторов,влияющих на чувст-

гельность я производительность контроля: ювышенная температура металла,

вхождение контролируемых участков в напряженном состоянии, жбрания,

шешшй радиационный фон.

Внешний радиационный фон создает дополнительную фотографирую вуаль на рентгеновском снимке, сниг:згачуи контраст браяения дефектов и их вкявляемость. Практически не удается трализовать воздействие внесшего радиационного фона на нку, поэтому этот фактор следует учитывать перед проведем радиографии,определяя его вклад в суммарную плотность ернения рентгеновских снимков.

Предложена методика прогнозирования ожидаемого ухудсения стг.ительиости радиографии с учетом значений радиационных амстрэп вис-йнбго фона и характеристик применяемой рентге-ской пленки.

¡¡л основе лрэдлохенкэй методики получен прогноз, уменьпения ствнтсльнссти радиографии з условиях дополнительного рационного фо;п для различных типов рентгеновской пленки ровней внеаисгэ облучения.

Зо вреия -проведения радиографии узлов и оборудования АЭС зстсует возможность облучения персонала неиспользуемой гыо панорамной диаграммы направленности излучения аппарата 1-2Д,снижения качества изображения на пленке за счет рас-5Ного излучения. Для повышения радиационной безопасности просвечивании,исключения влияния части вторичного рас-1кого излучения на персонал и качество рентгеновского ■ка разработана коллимационная насадка для аппарата ¡.МРА-2Д. [рог)е;;енныс испытания показали,что предложенная конструк-насадки позволяет снизить мощность экспозиционной дозы пользуемой части рентгеновского излучения до'безопасных• 'ормпм радиационной безопасности уровней.

Во второй главе обобщена к систематизирована разрознен-ии^оркаиия о параметрах и ••чрактеристиках отечественных геновеккх аппаратов непрорюгого и импульсного действия, родения содертгатся в таблишх 3,4. Разбивка аппаратов

внутри таблиц осуществлена по сериям и значения анодного напряжения,что значительно облегчит процесс выбора наиболее приемлемого типа аппарата для целей неразрудэющего контроля данного вида изделий.

В трофей /'ласе проводится теоретическое исследование особеидоеуй ё&ячрздьноро состава импульсного рентгеновског излучения сдпарата ГЛРА-2Д. Показано,что среди исследователей ,оандадо^дася радиографией нет-единого мнения о значении &1х1:окт^£;.1о|) вдоргик импульсного излучения аппарата 1МРА-2Д, адкнеЯгда яокаоауелсм -при определении времени

Оптимальное время оксдо.зицкк предлагается определять по ?;ро;.;ел;.: .накопления детектором (рентгеновской пленкой) ч^ок.уаладой доои рентгеновского излучения из выражения

// Г

Т - ,х" /|1 и)

{/р

где Т - оптимальное время экспозиции; Д-^ - оптимальная доза излучения,необходимая для формирования скрытого изображения на.рентгеновской пленке с заданной плотностью почернения ( 1,5 3,0 ед.опт.пл.) Р - модность экспозиционной дозы,создаваемой источником йзлучения ка заданном рсстоянип ; К - коэффициент ослабления дозы излучения материалом объект:; 1:оитроля * Г - коэффициент,учитывающий изменение фокусного расстояния " У - коэффициент усиления рентгеновских экранов.

Определявшей величиной здесь является коэффициент К, зависящий от параметров взаимодействия импульсного ронтгено с:;ого излучения с веществом таких,как линейный аффективный коэффициент ослабления № ^ и аффективного доэошй фактор накопления В0,,.Г1. • ' "

Показано, что из-за немонохроматичности рентгеновского излучения аппарата МЛРА-2Д линейный эффективный коэффициент ослабления и эффективный дозовый фактор накопления зависят не только от значения эффективной энергии ( Е ) исходного

спектра излучения, но и от толщины просвечиваемого поглотителя.

3 "сирском " пучке импульсного рентгеновского излучения для случая барьерной геометрии коэффициент К определится из выражения:

Л =-----— .>

( £э<р?> , с/)

(2)

где Е,-,.^ - эффективная энергия импульсного рентгеновского излучения" с/ - толщина барьерного поглотителя.

мости (.

Автором получены теоретические зазисиг. для различных значений Е « .равных 60,50,120 кэв при просвечивании образной из алюминия и стали, расчетным при этом являлось выражение:

ш у /Л а У

£э9>ср , (5)

У

где у^эрр -эффективный линейный коэффициент ослабления излучения в геометрии "узкого" пучка; уи^¿р - эффективный линейный, коэффициент ослабления в геометрии, "широкого" пучка ; - эффективный дозовый фактор накопления

в геометрии "узкого" пучка. ш

отличие расчет:их значений эерр и аналогичных экспериментальных данных ди. рентгеновских аппаратов непрерывного действия находится :, пределах 10-15,

Получены зависимости В^ ( Е,,^ , ¿г/ ) для различны' значений Ег/Ы),равных 60,90,120 кэв'при просвечивании образцов из алюминия и стали. Расчетным выражением являлась формула Тейлора:

- о §,; м

где Л , ~,, , - коэффициенты,зависящие от энергии излу-

п "

чения ; д - ксо$$ ь.,иент, учитывали;;;"! о'арьорность геометрии.

Расчетные данкго т.о в пределах 10 % совпадают с

исходными данным:; по ;.л-;;езу и алюминию, рассчитанными для бесконечно.'! однородной среды.

Таким образом, получена формула для расчета оптимального времени экспозиции по известным'параметрам взаимодействия импульсного рентгеновского излучения с веществом:

В четверти'. главе рассмотрены вопросы оптимизации параметров радиографии на базе импульсных рентгеновских аппаратов. Полученные результаты позволяет сделать вывод, что в расчетах оптимального времени экспозиции при радиографии образцов из стали значение; эффективной энергии импульсного рентгеновского аппарата ¡.ГЛРА-2Д следует принимать равным 90 кэв , а при радиографии алюминевых образцов - 60 ков.

Необходимость такого положения обусловлена изменением спектра рентгеновского излучения при прохождении его через вещество поглотителя. Происходит фильтрация мягкой, компоненты спектра, максимум распределения энергии смещается в сторону коротко г, олновои часть, спектр "ужесточается". Особенно заметен этот офЪект при просвечивании издс;:;,".й из сток;»

По расчитанным значениям параметров взаимодействия импульсного рентгеновского излучения аппарата кИРА-2Д с веществом <'-' (Еэфр,

составлены номограммы экспозиций при контроле алетлиневых и стальных образцов, проведена опенка ожидаемой чувствительности радиографии. П:лученные экспериментальные снимки соответствуют требования?/, к качеству изображения, предъявляемого ГОСТ 7512-82. ■

Используя зависимости Узухр определены

минимальнодопустимые.с точки зрения выявляемостн дефектов значения фокусних расстоягой при радиографии с аппаратом !/.НРА-2Д. Анализ полутени."-: зависимостей производительности хацнографии от значения фогтеного рпсстоетил показывает:

- на малы?: толщинах нйбг.эдги'.тоя резкий рост.производительности, что объясняется снижением на этих толщинах грсмени экспозиции,

- с ростом фокусного расстояния наблюдается стремление производительности -к насыщенна,

- при проведении радиографии аппаратом г;!ИРА-2Д минимально допустимо фокусные расстояния лвляптся одновременно оптимальными с точки зрения производительности контроля.

Используя зависимости уУ, Л) получйны шачения оптимальных толщин переднего,и заднего рентгеновских усиливающих экранов. Расчитаны коэффициенты усиления винцо шх и оловянных усиливающих экранов оптимальной тол-ины. Показано, что при радиографии аляминевых образцоз аиболее "эффективно применение оловянных экранов, а при онтроле образцов из стали эффективны экраны из свинца.

Проведен анализзыявлясмости протяженных дефектов с 1лым раскрытием. Радиографический метод неразрукакхцего. ?нтроля с определенной степенью вероятности гарантирует ютветствие данного ссарного соединения требованиям >рматипно-техничоской документации. Эта т.н. вероятность ^ества зависит от многих случайных величин, но определяющим ктором является пространственная ориентация дефекта в

металле сварного шва относительно направления просвечивания.

Задача обеспечения наибольшего значения вероятности совпадения направления излучения с максимальным пространственным размером дефекта является одной из важнейших среди вопросов обеспечения оптимальных параметров радиографии.

Ни один из существующих способов ( р.з».1--л1дуекые схемы, визиры ) не дает возможности оценить направление излучения по полученному радиографическому снимку с иелыо проведения необходимей коррекции геометрии просвечивания.

Для контроля г-, направлением излучения в процессе радиографии с регистрацией этой информации на рентгеновской пленке разработаны специальные дофектометры направления излучения, содержащие в себе имитаторы протяженных дефектов с малым раскрытием (типа .трещин)'. Разработана методика радиографии .сварных соединений с использованием дефектомет-ров направления, определены критерии оценки правильности выбранной геометрии контроля»

Применение дефектометров направления излучения при просвечивании позволит провести необходимую корректировку источника излучения относительно предполагаемой плоскости раскрытия протяженных дефектов,, позволит с достаточной точностью определить границы развития протяженных дефектов с малым раскрытиемк например трепан..

Используя разработанные методики по оптимизации процесса радиографик проведен анализ' использования в качестве детектора излучения различных тапов рентгеновских пленок при просвечивании изделий из алмминия и стали.. Анализ проведен для пленок РТ-1,- РГ-1В,. РТ-2,- РГ-5, И-6 с использованием свинцовых усиливающих экранов. Для каждого типа пленок составлены номограммы просвечивания.

Результаты анализа показывают,- что при радиографии аппаратом ШРА-2Д' образцов из стали толщиной от 10 до 20 мм наиболее приемлемыми, с точки зрения производительности, являются безэкранные пленки со значением чувствительности

в десятки обратных рентген, например РТ-1, РТ-1Д, РТ-1В, РТ—6М. При толщинах менее 10 мм лучшие результаты даст применение пленок менее чувствительных: РГ-5, РТ-4М, РТ-СЗ,

При радиографии алюминевых образцоз наиболее приемлемы низкочувствительные пленки гТ-5, РТ-5Д, РГ-4М, Для толщин более 60 мм возможно использование пленок РТ-1, РТ-1В, РТ-6М.

В заключении перечислены основные результаты работы. Кратко их момгно сформулировать следующим образом:

1. Обобщена и систематизирована информация о характеристиках отечественных рентгеновских аппаратов и установок непрерывного и импульсного действия.

2. Разработаны дополнительные меру запиты персонала при радиографии от облуч'-плг' неиспользуемой частью диаграммы направленности излучения аппарата лГЛ?А-2Д,

3. Составлены рекомендации по учету енплення чувствительности радиографии в условиях вне-.инего радиационного фена со

ггорони оборудования АЗС.

4. Показано, что значение эффективной энергии икпульс-юго рентгеновского излучения аппарата !."1РА-2Д следует принимать равным 90 кэв при рентгенографии изделий из стали 'олщкной от 5 до 20 мм и 50 ков при рентгенограмм;; алюминевых [эделий в дианозоне толдин от 10 до СО мм.

5. Определены параметр?,; взаимодействия импульсного рентгеновского ^излучения с барьерными поглотителями из железа и люминия в геометрии "строгого" пучка с элективной знер-ией 60,90,120 кэв.

5. Показано,что при радиографии на базе аппарата ЩРА-2Д, ннимлльно допустимые фокусные расстояния являются одно,'ре-енно оптимальными с точки зрения производит'чьности.

7. Расчитаны оптимальные толщины усиливающих и защитннх металлических экранов с учетом изменения спектра импульсного рентгеновского излучения за объектом контроля.

8. Разработаны специальные дефектометры направления излучения.

9. Созданы алгоритм расчета и методические пособия по расчету времени экспозиции и оптимизации процесса радиографии на базе импульсных рентгеновских аппаратов.

Материалы диссертации изложены в следующих работах:

I. Бердоносов Б.Я..Кулэшов В.К.,Вяткин И.З., Защитная коллимационная насадка для импульсного рентгеновского аппа-• рата ЮТА-ЗД.-Дефектаслопия, 8,1991,с.93.

■ 2. Бердоносов В.А.,Кулешов В„К.,Вяткин И.В. .Рентгеновские аппараты для промышленной радиографии.-Дефектоскопия,)" 7, I9S2.C.48-59.

3. Бердоносов В.А.,Кулесзв В.К.,Вяткин И.В. Дефектометры направления просвечивания.- Дефектоскопия,'." 12,I992,c.53-S6.

4. Бердоносов В Л. ,Вя'тш Й.В.,Кулешов В.К. Оптимизация режимов работы аппарата ¡Ж&-2Д,«- Дефектоскопия,per.'Г 166, 1990г.

5. Бердоносов В.А. .Вят-кш-е И.В»,Кулешов В.К. Импульсные рентгеновские аппараты для промышленной радиографии.-

- Дефектоскопия,per.." 231,1990г.

6.Кулеиов В.К..Бердоносов В.А.,Вяткин И.В. К вопросу об эффективности использования аппарата МИРА-2Д.-

- Дефектоскопия,per.Г 139,1990г.

7. Вяткин И.В. Методика по расчету времени экспозиции.:

Томск, СХК, per.!" 30-12/468, 1990, 12с.

/

8. Вяткин И.В. Проведение радиографии импульсным, рентгеновским ^ппаратоы ШРА-2Д.Методические пособия по курсу

" Контроль неразрушающий»Методы радиационные.":Томск,СЙ1, per.Ji 30/132,1992", 15с.

9. Вяткин И.В. Проведение рентгеновского неразрушающего контроля качества изделий аппаратом ЫИРА-2Д. Методические пособия к производственной практике студентов специальности 1902 " Физические методы и приборы интроскопии": Томск, СХК.рег.."' 30/654,1990г. ,13с.

Подписано к печати 14.05.93. Заказ й'Л. Тирэч 100 лкз. То'!ск-^,лр.Лвпшш,30, ТПУ.Ротапринт.