Глава 3 Контроль качества без разрушения сварных соединений 3.2 Радиографическая дефектоскопия 3.2.3. Аппаратура для рентгеновского контроля
Для получения и использования рентгеновского излучения применяют рентгеновские аппараты.
Основными элементами конструкции рентгеновского аппарата являются рентгеновская трубка в защитном кожухе, высоковольтный генератор и пульт управления. Высоковольтный генератор состоит из высоковольтного трансформатора, трансформатора накала трубки и выпрямителя. Пульт управления обычно содержит автотрансформатор, регулятор напряжения и силы тока, измерительные приборы, сигнальную систему и систему управления.
В практике радиационной дефектоскопии широко распространены рентгеновские аппараты с постоянной нагрузкой (подразделяемые на аппараты-моноблоки и аппараты кабельного типа) и импульсные (табл. 3.5).
* Диаметр фокусного пятна, мм.
Аппарат-моноблок, у которого рентгеновская трубка и высоковольтный трансформатор смонтированы в единое устройство — блок-трансформатор, заполняют маслом или газом. Основное требование к таким аппаратам — минимальные габаритные размеры и масса. Для достижения этого поступаются таким важным показателем процесса контроля, как длительность непрерывной работы. В аппаратах-моноблоках (рис. 3.18) обычно применяется наиболее простая схема контроля — полуволновая безвентильная, в которой выпрямителем служит сама рентгеновская трубка.
На трубку подается ток непосредственно от трансформатора высокого напряжения. Трубка пропускает ток только в одном направлении в течение первого полупериода, а во втором полупериоде запирается, работая как выпрямитель. Применение подобной схемы сокращает срок службы трубки.
Выпускается типовой ряд аппаратов-моноблоков, снабженных унифицированными пультами управления. Это портативные аппараты, предназначенные для работы в полевых и монтажных условиях (РУП-120-5, РАП-160-6П), и стационарные высоковольтные аппараты (РУП-400-5).
Рис. 3.18. Принципиальная (а) и структурная (б) схемы рентгеновского аппарата-моноблока: 1 — рентгеновская трубка; 2 — кожух; Т — трансформатор; РИ — рентгеновское излучение
Аппараты-моноблоки преимущественно используются, когда требуется обеспечить работу излучателя на большом расстоянии (до 30 м и более) от пульта управления, а также его маневренность. Характерным примером здесь может служить аппарат РАП-160-6П, предназначенный для контроля магистральных трубопроводов, который создает панорамное поле облучения, позволяя контролировать кольцевые стыки труб за одну операцию просвечивания при размещении его внутри трубы.
Аппараты кабельного типа включают в себя самостоятельное генераторное устройство, рентгеновскую трубку и пульт управления. В таких аппаратах, как правило, используется схема удвоения напряжения с двумя выпрямителями (рис. 3.19). В течение полупериода с отрицательным напряжением конденсаторы С1 и С2 заряжаются через выпрямители VD1 и VD2 до амплитудного значения, а с наступлением положительного полупериода они оказываются включенными последовательно с вторичной обмоткой трансформатора, и напряжение на аноде трубки повышается в два раза. Выход рентгеновского излучения происходит в течение положительного полупериода.
Рис. 3.19. Принципиальная (а) и структурная (б) схемы рентгеновского аппарата кабельного типа: 1 — рентгеновская трубка; РИ — рентгеновское излучение; VD1, VD2 — выпрямители; С1, С2 — конденсаторы; Т — трансформатор
Аппараты кабельного типа, обычно выпускаемые передвижными, используются в цеховых и лабораторных условиях. К аппаратам этого типа относится, например, рентгеновская установка РУП-100-10, рентгеновская трубка которой снабжена легким (массой 6 кг) защитным кожухом. Малая масса блока излучения и возможность установки высоковольтного генератора и пульта управления на значительном расстоянии (до 10 м) от рентгеновской трубки позволяют применять данный аппарат для контроля труднодоступных участков сварных соединений.
Импульсные аппараты конструктивно состоят из двух блоков — рентгеновского и блока управления. Конденсатор блока управления заряжается через выпрямитель от трансформатора и с помощью электронного ключа разряжается на повышающий транс форматор в цепи трубки.
Под действием импульса высокого напряжения в рентгеновской трубке с холодным катодом возникает ток автоэлектронной эмиссии. Вследствие этого катод разогревается, и с его поверхности испускаются электроны, образуя облако плазмы, которое движется к аноду трубки с постоянной скоростью. В результате высокое напряжение (250 … 300 кВ) на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора оказывается приложенным между передним фронтом движущейся плазмы и анодом рентгеновской трубки, что приводит к росту силы анодного тока, а, следовательно, к генерации рентгеновского излучения.
Анодом двухэлектродной трубки служит массивный вольфрамовый стержень с наконечником в форме конуса (с углом при вершине 30°), а катодом — вольфрамовый цилиндр с заостренной торцовой кромкой. В начальный период работы рентгеновской трубки эмиссия электронов начинается не со всей торцовой поверхности катода, а только из точки с наибольшей напряженностью электрического поля, поэтому интенсивность излучения распределяется неравномерно.
С ростом числа включений трубки изменяется микроструктура катода и сглаживаются особо острые зубцы на его поверхности. Вследствие этого увеличивается начальное напряжение автоэлектронной эмиссии, что приводит к возрастанию нестабильности интенсивности и спектрального состава рентгеновского излучения от включения к включению.
Импульсные трубки имеют большую мгновенную мощность, но длительность генерируемых ими импульсов очень мала (2 … 100 нс), а достигаемая частота их повторения не превышает 50 Гц.
Следует отметить, что небольшие габаритные размеры и малая масса импульсных аппаратов обусловили их широкое применение в промышленности, но главным образом они используются при контроле магистральных трубопроводов, судостроительных конструкций и монтаже для проверки сварных соединений толщиной до 30 мм.
Основными недостатками импульсных рентгеновских аппаратов являются малый срок службы трубки и более низкая чувствительность, чем у ранее рассмотренных аппаратов. К их достоинствам относятся малая масса, портативность и возможность работы от низковольтных (12 В) источников питания.