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.

4. Metoda spawania.

W próbkach wykorzystanych podczas ćwiczenia użyto metody spawania o numerze 135. Według normy PN-EN ISO 4063 jest to spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego, elektrodą topliwą, które oznacza się MAG (czyli Metal active gas welding). Aktualnie jedna z najczęściej stosowanych metod. W czasie procesu spawania metodą MAG metal topi się wraz z elektrodą topliwą, podawaną w sposób ciągły przez specjalne urządzenie. Łuk elektryczny jarzy się między elektrodą a spawanym przedmiotem w otoczeniu gazu aktywnego. W metodzie tej jest to głównie argon połączony z dwutlenkiem węgla lub sam dwutlenek węgla.

Zastosowanie metody:

• w liniach technologicznych i pracach montażowych,

• do spawania automatycznego i półautomatycznego.

Zalety metody:

• dobra jakość spoin,

• duża wydajność,

• możliwość zrobotyzowania metody,

• możliwość spawania elementów o szerokim zakresie grubości,

• możliwość spawania we wszystkich pozycjach.

Wady metody:

• przeznaczona jest wyłącznie do spawania stali niestopowych,

• w czasie spawania przy osłonie dwutlenku węgla występuje duży rozprysk metalu,

• konieczność stosowania osłony przed wiatrem w czasie spawania na przestrzeni otwartej.

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.

---