BADANIA RADIOGRAFICZNE - RENTGEN SPOINY

1. Wstęp teoretyczny.

Badania radiograficzne opierają się na zjawisku przenikania przez materię bardzo krótkich fal elektromagnetycznych. Ze względu na źródło tych fal rozróżniamy dwie metody:

• badanie za pomocą promieni Roentgena (X),

• badanie za pomocą promieni γ,

Promienie rentgenowskie i promienie γ przenikają łatwo przez materią. W trakcie przenikania następuje jednak osłabienie i rozproszenie promieni.

Dla określonej długości fali promieni X lub γ osłabienie będzie zależało od rodzaju prześwietlanego materiału i jego grubości. Na tym zjawisku opiera się metoda wykrywania wad w metalach. Jeżeli na płytę stalową, w której znajduje się pęcherz lub wtrącenie niemetaliczne pada wiązka promieni, to po przejściu przez warstwę (płytę stalową) promienie te ulegną osłabieniu.

Jeżeli umieścimy pod płytą kliszę fotograficzną, to promienie, działając na emulsję światłoczułą, spowodują jej zaczernienie. Ponieważ zaczernienie to jest proporcjonalne do czasu ekspozycji i natężenia promieni, w miejscu występowania wady będzie ono zatem silniejsze. Pęcherz ujawni się jako ciemniejsza plama na tle mniej więcej równomiernie zaczernionego radiogramu.

Metody rentgenowskie pozwalają badać wiele innych zjawisk w metalu np.:

• dokładne określenie wielkości ziarna metalu,

• stopień zgodności ich orientacji przestrzennej, czyli tzw. teksturę,

• wielkość naprężeń wewnętrznych,

• gęstość zaburzeń sieciowych, takich jak dyslokacje, wakanse itp.

Każda plamka na radiogramie stanowi refleks przechodzący od określonej grupy płaszczyzn. Powstanie refleksów rentgenogramach jest ściśle związane ze zjawiskiem dyfrakcji i interferencji fal elektromagnetycznych. Zachodzi tu analogiczne zjawisko do występującego przy przejściu wiązki światła widzialnego przez siatkę dyfrakcyjną. Kryształ, w którym odległości między płaszczyznowe są tego samego rzędu co długość fali rentgenowskiej, odgrywa właściwie taką rolę jak siatka dyfrakcyjna w stosunku do światła widzialnego.

2. Spoina doczołowa.

Rozkład naprężeń w spoinie czołowej o pełnym przetopie przyjmuje się identycznie jak w łączonych elementach. Wobec tego, przy spawanie większości stali stosuje się takie materiały (elektrody), które zapewniają powstawanie spoiwa o własnościach wytrzymałościowych i plastycznych nieco większych niż ma materiał rodzimy. Pęknięcie spoiny czołowej następuję przeważnie, gdy istniejące wady spawalnicze (np. pęcherze, braki przetopu, podtopienia itp.) zmniejszają znacząco pole p[przekroju spoiny.

3. Materiał elementów spawanych.

Elementy połączone spoiną doczołową wykonane zostały ze stali S355J2G3. Jest to materiał z grupy stali niskostopowych o podwyższonej wytrzymałości, trudno rdzewiejący oraz odznaczający się wysoka spawalnością i drobnoziarnistością.

Pełne oznaczenie (wg. PN-EN 10027-1:1994) stali obejmuje:

literę S - oznaczającą wg. zastosowania stal konstrukcyjną (structural), przy czym jest to pojęcie zdecydowanie "węższe" od terminu "stale konstrukcyjne" stosowanego powszechnie w Polsce (również i w tej bazie) i odnosi się w zasadzie wyłącznie do stalowych konstrukcji budowli (nie obejmuje np. części maszyn);

3 cyfry - liczba określająca minimalną wartość granicy plastyczności Re MPa dla najmniejszego przedziału wymiarowego;

litera J lub K - oznacza wymaganą udarność-pracę łamania (J=27 J), (K=40 J) i cyfra 0 lub 2 w temperaturze badania (0 w zero st C); (2 w -20 st C);

litera G - oznacza inne cechy i cyfra tu wyróżnia warunki dostawy;

cyfra 1 lub 2 G1 - jak podano w normie; G2 - do uznania wytwórcy;

litera W - oznacza (Weathering..) odporność na korozję atmosferyczną;

litera P - oznacza podwyższoną zawartość fosforu.

3. Obliczenia dotyczące wykonanego ćwiczenia.

3.1. Maksymalne napięcie lampy.

U_max = 175 kV

3.2. Z Tablicy 2 wg PN-EN1435 ustalamy klasę błony i grubość okładek wzmacniających,

dla U = 155 kV

- klasa błony C4
D5

- okładki wzmacniające Pb = 0,05 mm

3.3. Z wykresu ekspozycji dla lampy i następujących parametrów SFD = 700 mm, błony D7 …. i gęstości optycznej zaciemnienia D = 2,0, określamy napięcie lampy i wielkość …….ekspansji dla grubości:

t = 5 mm + nadlew lica 2 mm

t = 12 mm

U = 155 kV

Wielkość ekspozycji = 3 min x mA

3.4. Ustalamy wielkość ekspozycji dla błony D7.

3 min x mA · 2 = 6 min x mA

3.5. Określamy gęstość optyczną zaciemnienia dla klasy B gdzie D ≥ 2,3

6 min x mA ·
= 6 min x mA · 1,2 = 7,2 min x mA

3.6. Określamy czas ekspozycji.

mA = 4

t =1,8 min = 108 s

3.7. Parametry.

U = 155 kV

I = 4 mA

t = 108 s

3.8. Dobór wskaźników jakości obrazu dla grubości w = 10 mm wg PN - EN1435, …….prześwietlenie przeż 1 ściankę, wskaźniki od strony źród ła dla klasy badania b z tablicy … B3 dla grubości nominalnej w = 10 mm muszą być widoczny na radiogramie pręciki . …….W14.

3.9. Z normy PN - EN462-1 ustalamy nr wskaźników jakości obrazu. Z tablicy 2 wybieramy

ENW10FE.

4. Wnioski.

Metoda badań radiograficznych polega na prześwietleniu przedmiotów promieniami X lub γ. Źródłem promieniu X jest lampa rentgenowska. Promienie rentgenowskie i promienie γ na swej brodzę w mniejszym lub większym stopniu pochłaniane przez substancję, przez którą przechodzą. Metale o mniejszej masie atomowej absorbują w mniejszym stopniu energię promieniowania niż metale o większej masie atomowej. Jeżeli na drodze promieni X lub γ znajdzie się przedmiot o nierównomiernej grubości, to promieniowanie, po przejściu na drugą stronę przedmiotów, będzie miało większe natężenie w obszarach znajdujących się za cieńszymi ściankami przedmiotów niż w obszarach położonych za ściankami grubszymi.

Wady w spoinach stanowiące dla przenikających promieni środowisko o innym stopniu absorpcji niż materiał przedmiotu uwidocznią się na kliszy w postaci plan. Na podstawie ich kształtu i stopnia zaciemnienia kliszy można wnioskować o wielkości i położeniu wady. Podczas wykonywania ćwiczenia wykryliśmy następujące wady w spoinach:

• podtopienie: nazwa wady na sytuację, kiedy bruzda nie jest zupełnie wypełniona wzdłuż brzegu ściegu spawalniczego,

• niepełne stopienie: stan, w którym spawane powierzchnie nie stopiły się ze sobą wystarczająco dobrze,

• wypukły ścieg spawalniczy: fragment wyokrąglenia ma spęczniała powierzchnię ściegu spawalniczego,

• wklęsły ścieg spawalniczy: fragment wyokrąglenia ma wgniecioną powierzchnię ściegu spawalniczego,

• występowanie pęcherzy, wgłębień itp.

---