МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Северный (Арктический) федеральный университет
имени М.В. Ломоносова»
Институт судостроения и морской арктической техники (Севмашвтуз)
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине - Метрология
На тему: Радиационный контроль качества. Дефектоскопия
Выполнил обучающийся:
Направление подготовки / специальность:
15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение
машиностроительных производств
Курс: 2, группа: 523027
Руководитель: Гальцов И.А.
Северодвинск 2022
ЗАДАНИЕ
1) Назначить технологию проведения радиационного контроля качества сварного соединения. Стык с одной стороны , 45 мм
2) Ответить на вопросы
1) Назначить технологию проведения радиационного контроля качества сварного соединения. Стык с одной стороны , 45 мм.(2 стр.)
1. Радиационный контроль стыкового сварного сварного соединения стальных листов в условиях заводской лаборатории. Возможные варианты:
а) для соединений высокой ответственности - требования выявляемости мелких объектов;
б) требования наименьшей экспозиции ( высокой производительности).
2. Выбор источника излучения.
Рисунок 1 Схема контроля
По схеме с учетом технологического припуска устанавливаем просвечиваемую толщину
По заданному материалу и дпр согласно ГОСТ 20426-82 выбираем подходящий источник. Пригодны рентгеновские аппараты с Ua = 250-300 кВ и источники с нуклидами Zr 192, Cs 135, Co 60. Выбираем передвижной рентгеновский аппарат РАП-150/300-10.
3. Пленка и экраны.
Для варианта (а) используем пленку РТ-5 без усиливающих экранов, для варианта (б) выбираем пленку РТ-2 с усиливающим экраном.
4. Фокусное расстояние.
Фокусное расстояние не должно быть менее 50 см. Принимаем F = 75 см.
5. Время просвечивания.
а) Для пленки РТ-5 без экранов, время просвечивания составит:
б) Для пленки РТ-2 используем две пары экранов: два металлических (K=0,8) и два флуаресцентных (K=0,04).
2) Ответить на вопросы
1.Рентгеноструктурный метод.
Рассмотрим еще один метод анализа твердых тел, также связанный с квантовым излучением, но лежащим в более коротковолновой части спектра. Рентгеноструктурный анализ (РСА) является методом исследования строения тел, использующим явление дифракции рентгеновских лучей. Этот метод предусматривает изучение структуры вещества на основании оценки пространственного распределения интенсивности рассеянного рентгеновского излучения.
Поскольку длина волны рентгеновского излучения сопоставима с размерами атома и постоянной решетки кристаллического тела, при облучении кристалла рентгеновским излучением будет наблюдаться дифракционная картина, которая зависит от длины волны используемых рентгеновских лучей и строения объекта. Для исследования атомной структуры применяют излучение с длиной волны порядка единиц ангстрем.
Методами рентгеноструктурного анализа изучают металлы, сплавы, минералы, неорганические и органические соединения, полимеры, аморфные материалы, жидкости и газы, молекулы белков, нуклеиновых кислот и т. д. Это основной метод определения структуры кристаллов. При их исследовании РСА дает наиболее достоверную информацию. При этом анализе могут быть подвергнуты не только регулярные монокристаллические объекты, но и менее упорядоченные структуры, такие как жидкости, аморфные тела, жидкие кристаллы, поликристаллы и др.
На основе многочисленных уже расшифрованных атомных структур решается и обратная задача: по рентгенограмме поликристаллического вещества, например, легированной стали, сплава, руды, лунного грунта, устанавливается кристаллическое строение этого вещества, т. е. выполняется фазовый анализ.
В ходе РСА исследуемый образец помещают на пуги рентгеновских лучей и регистрируют дифракционную картину, возникающую в результате взаимодействия лучей с веществом. На следующем этапе анализируют дифракционную картину и расчетным путем устанавливают взаимное расположение частиц в пространстве, вызвавшее появление данной картины. На рисунке 2 приведена фотография аналитической установки, реализующей способ РСА.
Рентгеноструктурный анализ кристаллических веществ выполняется в два этапа. Первый -- это определение размеров элементарной ячейки кристалла, числа частиц (атомов, молекул) в элементарной ячейке и симметрии расположения частиц (так называемой пространственной группы). Эти данные получают путем анализа геометрии расположения дифракционных максимумов.
Рисунок 2 Установка для рентгеноструктурного анализа
сварное соединение качество дефектоскопия
Второй этап -- расчет электронной плотности внутри элементарной ячейки и определение координат атомов, которые отождествляются с положением максимумов электронной плотности. Такие данные получают, измеряя интенсивности дифракционных максимумов.
Существуют различные экспериментальные методы получения и регистрации дифракционной картины. При любом методе имеется источник рентгеновского излучения, система для выделения узкого пучка рентгеновских лучей, устройство для закрепления и ориентирования образца относительно оси пучка и приемник рассеянного образцом излучения. Приемником служит фотопленка, или ионизационные либо сцинтилляционные счетчики рентгеновских квантов, или другое устройство фиксации информации. Метод регистрации с помощью счетчиков (дифрактомегрический) обеспечивает наиболее высокую точность определения интенсивности регистрируемого излучения.
Основными методами рентгеновской съемки кристаллов являются:
* метод Лауэ;
* метод порошка (метод дебаеграмм);
* метод вращения и его разновидность -- метод качания.
МЕТОД ЛАУЭ. При съемке методом Лауэ на монокристаллический образец падает пучок немонохроматического излучения (рис. 3, а). Дифрагируют лишь те лучи, длины волн которых удовлетворяют условию Вульфа--Брэгга. Они образуют дифракционные пятна на лауэграмме (рис. 3, б), которые располагаются по эллипсам, гиперболам и прямым, обязательно проходящим через пятно от первичного пучка. Важное свойство лауэграммы состоит в том, что при соответствующей ориентировке кристалла симметрия расположения этих кривых отражает симметрию кристалла.
Рисунок 3 Рентгеновская съемка по методу Лауэ: а -- схема облучения: б -- типичная лауэграмма; / -- пучок рентгеновских лучей; 2 -- коллиматор; 3 -- образец; 4 -- дифрагированные лучи; 5 -- плоская фотопленка
По характеру пятен на лауэграммах можно выявить внутренние напряжения и другие дефекты кристаллической структуры. Индицирование же отдельных пятен затруднительно. Поэтому метод Лауэ применяют исключительно для нахождения нужной ориентировки кристалла и определения его элементов симметрии. Этим методом проверяют качество монокристаллов при выборе образца для более полного структурного исследования.
МЕТОД ПОРОШКА. При использовании метода порошка (рис. 4, а), так же как и в описываемых далее методах рентгеновской съемки, применяется монохроматическое излучение. Переменным параметром является угол падения 0, так как в поликристаллическом порошковом образце всегда присутствуют кристаллики любой ориентации по отношению к направлению первичного пучка.
Рисунок 4. Рентгеновская съемка методом порошка: а -- схема метода; б -- типичные порошковые рентгенограммы (дебаеграммы); 1 -- первичный пучок; 2-- порошковый или поликристаллический образец; 3 -- дифракционные конусы
Лучи от всех кристалликов, у которых плоскости с некоторым межплоскостным расстоянием dhkj находятся в «отражающем положении», т. е. удовлетворяют условию Вульфа--Брэгга, образуют вокруг первичного луча конус с углом растра 40°.
Каждому dukt соответствует свой дифракционный конус. Пересечение каждого конуса дифрагированных рентгеновских лучей с полоской фотопленки, свернутой в виде цилиндра, ось которого проходит через образец, приводит к появлению на ней следов, имеющих вид дужек, расположенных симметрично относительно первичного пучка (рис. 4, б). Зная расстояния между симметричными «дугами», можно вычислить соответствующие им межплоскостные расстояния d в кристалле.
В современных приборах вместо свернутой по цилиндрической поверхности фотопленки используют датчик с малой апертурой и площадью приемного окна, который дискретно перемещают по цилиндрической поверхности, снимая дифрактограмму.
Метод порошка наиболее прост и удобен с точки зрения техники эксперимента, однако единственная поставляемая им информация -- выбор межплоскостных расстояний -- позволяет расшифровывать только самые простые структуры.
МЕТОД ВРАЩЕНИЯ. В методе вращения переменным параметром является угол 0. Съемка производится на цилиндрическую фотопленку. В течение всего времени экспозиции кристалл равномерно вращается вокруг оси, совпадающей с каким-либо важным кристаллографическим направлением и осью образуемого пленкой цилиндра. Дифракционные лучи идут по образующим конусов, которые при пересечении с пленкой дают линии, состоящие из пятен (слоевые линии).
Метод вращения дает больше информации, чем метод порошка. По расстояниям между слоевыми линиями можно рассчитать период решетки в направлении оси вращения кристалла.
В этом методе упрощается идентификация пятен рентгенограммы. Так, если кристалл вращается вокруг оси решетки, то все пятна на линии, проходящей через след первичного луча, имеют индексы (А, к, О), на соседних с ней слоевых линиях -- соответственно (А, к, I) и (А, А, I) и т. д. Однако и метод вращения не предоставляет всей возможной информации, поскольку неизвестно, при каком угле поворота кристалла вокруг оси вращения образовалось то или иное дифракционное пятно.
МЕТОД КАЧАНИЯ. При исследовании методом качания, который является разновидностью метода вращения, образец не совершает полного вращения, а «качается» вокруг той же оси в небольшом угловом интервале. Эго облегчает индицирование пятен, так как позволяет получать рентгенограмму вращения по частям и определять с точностью до величины интервала качания, под каким углом поворота кристалла к первичному пучку возникло каждое дифракционное пятно.
Еще более полную информацию дают методы рентгеногониометра. Рентгеновский гониометр -- это прибор, с помощью которого одновременно регистрируют направление дифрагированных на исследуемом образце рентгеновских лучей и положение образца в момент возникновения дифракции.
Один из таких методов -- метод Вайссенберга -- является дальнейшим развитием метода вращения. В отличие от последнего в рентгеногониометре Вайссенберга все дифракционные конусы, кроме одного, закрываются цилиндрической ширмой, а пятна оставшегося дифракционного конуса «разворачиваются» на всю площадь фотопленки путем ее возвратно-поступательного осевого перемещения синхронно с вращением кристалла. Это позволяет определить, при какой ориентации кристалла возникло каждое пятно вайссенбергограммы.
Существуют и другие методы съемки, в которых применяется одновременное синхронное движение образца и фотопленки. Важнейшими из них являются метод фотографирования обратной решетки и прецессионный метод Бюргера. При этом используется фотографическая регистрация дифракционной картины. В рентгеновском дифрактометре можно непосредственно измерять интенсивность дифракционных отражений с помощью пропорциональных, сцинтилляционных и других счетчиков рентгеновских квантов.
Рентгеноструктурный анализ дает возможность устанавливать структуру кристаллических веществ, в том числе таких сложных, как биологические объекты, координационные соединения и т. д. Полное структурное исследование кристалла часто позволяет решать и чисто химические задачи, например, установление или уточнение химической формулы, типа связи, молекулярной массы при известной плотности или плотности при известной молекулярной массе, симметрии и конфигурации молекул и молекулярных ионов.
Применяется РСА и для изучения кристаллического состояния полимеров, аморфных и жидких тел. Рентгенограммы таких образцов содержат несколько размытых дифракционных колец, интенсивность которых резко снижается с увеличением угла падения 0. По ширине, форме и интенсивности этих колец делают заключение об особенностях ближнего порядка в жидкой или аморфной структуре.
Важной областью применения рентгеновских лучей является рентгенография металлов и сплавов, которая стала отдельной отраслью науки. Рентгенография включает наряду с полным или частичным РСА также и другие приемы использования рентгеновских лучей: рентгеновскую дефектоскопию (просвечивание), рентгеноспектральный анализ, рентгеновскую микроскопию и др.
Определение структуры чистых металлов и многих сплавов, основанное на РСА (кристаллохимия сплавов) -- один из ведущих разделов металловедения. Ни одна диаграмма состояния металлических сплавов не может считаться надежно установленной, если данные сплавы не исследованы методами РСА. Благодаря РСА оказалось возможным глубокое изучение структурных изменений, протекающих в металлах и сплавах при их пластической и термической обработке.