Радиометрия. 
Неразрушающий контроль сварных соединений в машиностроении

Радиометрическая дефектоскопия представляет собой группу методов, в которых информация о качестве изделия получается по результатам регистрации изменения интенсивности излучения с помощью ионизационных приборов. Все системы радиометрического контроля содержат источник излучения, детектор, электронную систему обработки информации и регистрирующий или показывающий прибор (рис. 3.39).

Рис. 3.39. Обобщенная схема радиометрической дефектоскопии:

• 1 — источник излучения; 2 — контролируемый объект; 3 — детектор;
• 4 — система обработки информации; 5 — регистрирующий прибор

В качестве источников излучения применяют, в основном, радиоизотопные источники у-излучсния и ускорители, реже — рентгеновские аппараты и источники нейтронов. В качестве детекторов — сцинтилляционные кристаллы с фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), газоразрядные и полупроводниковые счетчики.

Таблица 3.19

Детекторы в зависимости от вида выходного сигнала разделяются на аналоговые и дискретные. При дискретном измерении определяется число импульсов на выходе детектора и могут возникнуть погрешности измерений двух видов: статистические и аппаратурно-статистические. При аналоговом измерении можно определить суммарный сигнал и возможные погрешности трех видов: аппаратурные погрешности, статистические погрешности и аппаратурно-статистические погрешности.

Аппаратурная погрешность обусловлена в основном случайными изменениями параметров элементов, включенных в схему регистрации (дрейф коэффициента усиления). Ее можно характеризовать среднеквадратическим отклонением а_а выходного сигнала. Статистическая радиационная погрешность определяется флуктуациями потока фотонов или частиц ионизирующих излучений и характеризуется средним квадратичным отклонением о_р.

В счетной схеме регистрации измеряемой величиной является показание пересчетного устройства за время /_и. В стационарном режиме работы, когда фиксируется установившееся эффективное число статистически независимых импульсов N. = Q₀N, где А—число ионизирующих частиц, поступающих на детектор за время 1_и, а_р = (N_)ф)⁰-⁵. В аналоговой схеме регистрации измеряемой величиной является напряжение u (t) на интегрирующей цепочке RC, возникающее при поступлении на нее от формирователя дозируемых импульсов заряда ДQ со средней частотой v. При условии, что t = 0 соответствует началу поступления импульсов зарядов, справедливы соотношения:

а для установившегося процесса (при / —> оо):

и₀ = vAQR, о_и0² = у (Д0Л)²/2т, 5₀ = l/(2vr)4 Для схем без формирователя дозируемых импульсов заряда эти выражения нужно умножить на коэффициент к, который изменяется в пределах 1—1,5.

Аппаратурно-статистическая погрешность обусловлена наличием «мертвого» времени детектора, пересчетного устройства или счетчика, так как эти элементы после поступления на них импульсов тока или напряжения не регистрируют следующий импульс, пока не пройдет определенное время. Эта погрешность учитывается соотношениями между скоростью счета на выходе п и средней частотой v поступления импульсов на вход детектора: п = vexp (-vt_n); v = w (l — лт_в), где т_п и т _ «мертвое» время элементов-регистраторов электрических импульсов.

Важным аспектом радиометрического контроля является связь между входными параметрами рабочей схемы детектора-регистратора сигналов и параметрами контролируемого объекта. Источник излучения создает на поверхности КО плотность потока фотонов (р_по. Коллиматор дефектоскопа имеет прямоугольное окно с размерами ?>_в (высота) и b (ширина). КО, выполненный из материала с коэффициентом линейного ослабления излучения источника р и имеющий дефект размером? «h, где h — толщина КО, перемещается со скоростью v (рис. 3.40). Тогда средняя скорость счета регистрируемых импульсов составит.

где v₀ = (?_o(p_n0D_|6e" ^,'^h — эффективное число импульсов при сканировании бездефектных участков КО.

Рис. 3.40. Схема радиометрического контроля движущеюся объекта с дефектом:

I — источник излучения; 2 — контролируемый объект; 2 — коллиматор; 4 — блок детектирования

Для счетных схем регистрации с учетом обобщенного квантового выхода системы регистрации (детектора), определяемого соотношением Q_d = (^ /^)*, при времени накопления сигнала / = DJv отношение сигнал/шум составляет где V_g = s³, П = bv — производительность контроля по площади; к = 0,5—1 — коэффициент, учитывающий, что в момент окончания и начала отсчета в канал регистрации поступает информация не от всего дефекта.

Критерием выявления дефекта считается условие q> к, где, например, к = 3. Тогда

где А_к = Db — площадь коллиматора.

Для токовых схем регистрации при т = 0,8D_b/v и t = DJv

При дифференциальном методе измерения (рис. 3.41) за КО симметрично оси рабочего пучка излучения размещают блок с двумя детекторами. При идентичных параметрах каналов измерения с использованием вычитающих схем детерминированные погрешности взаимно уничтожаются.

Рис. 3.41. Схема дифференциального контроля:

• 1 — источник излучения; 2 — контролируемый объект; 3— дефект;
• 4 — коллиматоры; 5 — преобразователь рентгеновских фотонов в кванты света; б — преобразователь квантов света в электрический сигнал;
• 7 — схема сравнения

К достоинствам радиометрии относятся: высокая чувствительность к выявлению дефектов; возможность бесконтактного контроля движущихся объектов при их поточном производстве с организацией обратной связи в технологическом процессе их изготовления; высокое быстродействие электронной аппаратуры, обусловленное электрической природой выходного сигнала.

К недостаткам следует огнести: интегральность получаемой информации (наряду с сигналами о наличии дефектов приходят сигналы об изменениях геометрии контролируемого объекта, например, шероховатости и др.); влияние рассеянного излучения в контролируемом объекте; связь чувствительности метода с производительностью (резкое снижение последней при стремлении получить высокую чувствительность).