ЗАО "Сварочные технологии"

Свариваемость - способность стали в определенных технологических и конструктивных условиях подвергаться воздействию термического цикла сварки без заметного ухудшения механических свойств сварного соединения и без образования трещин.

Свариваемость является относительной технологической характеристикой, которая определяется с помощью различных испытаний, предусмотренных специальными инструкциями. По мере совершенствования методов сварки несвариваемые или трудносвариваемые стали и другие сплавы становятся легкосвариваемыми.

Перечисленные методы разрушающего контроля применяются не только на стадии приемо-сдаточного, но также предварительного и текущего контроля.

К неразрушающим методам контроля относятся: визуальный, испытания на прочность и непроницаемость, цветной, магнитный, просвечивание рентгеновским и гамма-излучением, ультразвуковой и др.

В зависимости от требований, предъявляемых к сварному изделию, и характера дефектов, которые необходимо обнаружить, применяют соответствующие методы контроля.

Качество сварных соединений и конструкции в целом обычно определяют несколькими методами. Универсального метода контроля не существует. Перед контролем сварные соединения должны быть тщательно очищены от шлака и других загрязнений.

Визуальный (внешний осмотр) является обязательным при контроле качества сварки любым методом. Сварные соединения рассматривают невооруженным глазом или через лупу при хорошем (не бьющем в глаза) освещении; замеряют швы с помощью инструментов и шаблонов. Этим методом можно определить выходящие на поверхность поры и трещины, незаделанные кратеры, подрезы, неравномерность ширины и высоты шва, наплывы, отступление размеров шва от требований чертежа и другие внешние дефекты. Обнаруженные в результате визуального контроля дефекты следует устранить.

Прочность и непроницаемость готового изделия проверяют проведением следующих испытаний. Специальными механическими испытаниями с приложением статической или динамической нагрузки определяют разрушающие нагрузки или усилия, не вызывающие разрушения сварных изделий; гидравлическими испытаниями (чаще всего водой) определяют прочность и непроницаемость сосудов (котлов различного назначения, баллонов для жидкостей и газов), трубопроводов, судовых конструкций, резервуаров для хранения нефтепродуктов и т. п. Сосуды и трубопроводы, работающие при избыточном давлении, испытывают давлением, обычно превышающим величину рабочего давления в 1,5-2 раза. Контроль прочности должен проводиться с соблюдением установленных правил техники безопасности.

Гидравлические испытания громоздки и непроизводительны, способствуют возникновению коррозии, их нельзя проводить при отрицательных температурах. Использование воды не позволяет обнаружить мельчайшие неплотности в шве. Это объясняется тем, что вода является одной из наиболее полярных жидкостей. Молекулы ее несут значительный электрический (дипольный) момент, что вызывает повышение вязкости и плотности воды в слоях, контактирующих со стенками неплотности.

Толщина слоя адсорбционно связанной воды составляет, по данным академика Б. В. Дерягина, около 1,5 · 10^-4 мм.

Жидкость в адсорбированных слоях приобретает упругость, близкую к упругости твердых тел. Так, например, по данным С. А. Рейтлингера и Ю. В. Чеховского, адсорбированная вода при толщине слоя в 0,9 · 10^-4 мм обладает модулем сдвига 1,9×10^-8 дин/см², что только в 300 раз меньше модуля сдвига свинца.

Таким образом, чем меньше поперечное сечение неплотности, тем значительнее влияет адсорбированный слой воды на движение жидкости в неплотностях. В очень малых неплотностях (например, диаметром 3 · 10^-4 мм) пристенные слои жидкости способны заполнить все их сечение и исключить или сильно ограничить движение воды. По данным В. Ф. Соколова, с помощью воды под давлением 1,4 кГ/см² можно обнаружить неплотности диаметром до 10^-3 мм. Поэтому в последние годы гидравлические испытания стали заменять пневматическими (например, при испытании отсеков судов и трубопроводов).

Непроницаемость соединения определяется еще и следующими методами: вакуумным, керосиновым, цветным, газоэлектрическим.

Пневматический метод испытания предусматривает подачу сжатого воздуха в изделие с заглушёнными отверстиями. Давление воздуха при испытаниях устанавливают исходя из условий безопасности и требований, предъявляемых к изделию. Сварные соединения смачивают мыльным раствором или опускают в воду. Неплотности определяют по образующимся мыльным пузырькам или пузырькам воздуха. Смачивать сварные соединения мыльной водой или опускать сварное изделие в ванну с водой следует после создания необходимого давления воздуха в контролируемом сосуде.

При испытании обдувом сжатый воздух под давлением 4-5 кГ/см² подводится к сварному соединению по гибкому шлангу с наконечником. Расстояние между концом наконечника и швом должно быть не более 50 мм. Во время обдува противоположную сторону шва смачивают мыльным раствором и тщательно осматривают, чтобы обнаружить мыльные пузырьки, появляющиеся в неплотностях.

По данным И. И. Жукова, при давлении воздуха 1 кГ/см² можно обнаружить неплотности (поры) диаметром около 3 · 10^-3 мм.

Вакуумный метод является разновидностью пневматического и заключатся в следующем (рис. 181).

Проверяемый участок сварного соединения, наиболее удобный для контроля, смачивают мыльным раствором и на него устанавливают вакуум-камеру. Верх камеры сделан из плексигласа, поэтому прозрачен, а по контуру нижней части прикреплена прокладка из мягкой резины. С помощью вакуум-насоса или эжектора в камере создается разрежение, вследствие чего она плотно по контуру резиновой прокладки прижимается атмосферным давлением к данному участку изделия. Благодаря созданной разности давлений по обе стороны сварного соединения атмосферный воздух проникает через неплотности шва в вакуум-камеру, при этом появляются мыльные пузырьки, видимые через прозрачную верхнюю часть камеры. Места неплотностей отмечают мелом на металле рядом с камерой. С помощью трехходового крана в камеру впускают атмосферный воздух и затем убирают ее с проверенного участка сварного соединения. Отметки мела с основного металла переносят на неплотные места шва, после чего устраняют дефекты и повторно проверяют эти места на непроницаемость.

(рис. 181) Схема вакуумного и керосино-вакуумного метода контроля непроницаемости сварных соединений: 1 - губчатая резина, 2 - плексиглас, 3 - трехходовой кран, 4 - к вакуум-насосу, 5 - керосин, 6 - вакуумируемое пространство, 7 - мыльный пузырек

Вакуумный метод приемлем для контроля непроницаемости стыковых, нахлесточных, тавровых и трехгранных соединений во всех положениях в пространстве. Производительность вакуумного метода в среднем 50-60 м шва в 1 ч. Этот метод контроля позволяет обнаружить неплотности диаметром до 4,2 · 10^-3 мм (при перепаде давлений до 0,84 кГ/см²).

Вакуумным методом можно проверять сварные соединения в конструкциях, имеющих форму незамкнутого объема, а также при одностороннем доступе к ним; контроль можно применять вслед за сваркой, не дожидаясь окончания изготовления конструкции в целом; испытания можно проводить при перепаде давлений до 1 кГ/см², не опасаясь разрушения конструкции.

Вакуумный метод контроля нашел широкое применение при проверке непроницаемости сварных соединений днищ, стенок и перекрытий резервуаров (рис. 182), сварных стыков трубопроводов.

(рис. 182) Контроль непроницаемости сварных соединений

Этот метод внедряется также в судостроении и других отраслях промышленности.

Испытание керосином заключается в следующем. Сторону сварного соединения, доступную для осмотра, окрашивают водной суспензией мела или каолина. Для быстрого высыхания суспензию рекомендуется наносить на не остывший после сварки шов, когда температура его снизится примерно до 50-70°С. После высыхания суспензии противоположную сторону соединения два-три раза тщательно смачивают керосином. При контроле нахлесточных соединений керосин подается в зазор нахлестки под избыточным давлением не менее 1,5 кГ/см². Если в соединении имеются неплотности, то на окрашенной мелом поверхности появляются темные или слегка желтоватые жирные пятна керосина. Продолжительность испытания от 15 мин до нескольких часов, в зависимости от толщины шва, вида сварного соединения и расположения его в пространстве.

Если доступ к сварным соединениям открыт только с одной стороны, керосин наносят на эту сторону два-три раза подряд. Через 15-20 мин швы тщательно протирают насухо тряпками.

Чтобы керосин, впитавшийся в дефектные места, быстрее вышел на поверхность шва, металл в районе сварного соединения обстукивают легкими ударами молотка с закругленным бойком. Еще лучше изделие подвергать вибрации, например, с помощью виброуплотнителя бетона. При таком способе контроля можно обнаружить не только сквозные, но и несквозные дефекты, выходящие на поверхность.

Способность керосина проникать через мельчайшие неплотности швов объясняется его неполярностью, высокой смачивающей способностью, малой вязкостью, а также способностью растворять масляные пленки и пробки, могущие закупорить неплотности. При взаимодействии неполярных жидкостей (керосина и других углеводородов) со стенками неплотности вязкость пристенных и центральных слоев жидкости одинакова. Поэтому, несмотря на то что вязкость воды в два раза меньше вязкости керосина, последний вследствие своей неполярности лучше проникает в микронеплотности.

С помощью керосина можно обнаружить неплотности диаметром до нескольких десятитысячных долей миллиметра.

Чувствительность и производительность метода испытания керосином можно повысить, используя его в комбинации с вакуумным методом. Сущность такого керосино-вакуумного испытания (см. рис. 181) заключается в следующем. После смачивания шва керосином устанавливается вакуум-камера, с помощью которой создается перепад давлений воздуха. Разность давлений воздуха вместе с капиллярным давлением керосина повышает эффективность контроля.

Контроль цветным методом выполняют с помощью красящих и люминесцирующих жидкостей, обладающих высокими проникающими свойствами, и веществ, вступающих в химические реакции.

В первом случае на очищенную поверхность сварного соединения 2-3 раза подряд наносят кисточкой или погружением красящую пробную жидкость, состоящую, например, из 80% керосина, 15% трансформаторного масла, 5% скипидара и 10 г красной краски судан III или IV на 1 л жидкости. Жидкость проникает в сквозные и поверхностные дефекты.

Через 16-15 мин красящая жидкость с контролируемой поверхности смывается 5%-ным водным раствором кальцинированной соды, и шов протирается насухо. Затем на поверхность шва пневматическим краскораспылителем наносят тонкий слой проявителя - каолиновой или меловой суспензии.

Чтобы проявитель быстрее высох, а пробная жидкость интенсивнее выходила из дефектных мест, шов рекомендуется подогреть горячим воздухом. В местах с дефектами проявитель окрашивается в красный цвет. Легкое простукивание металла в районе швов или вибрация сварной конструкции также ускоряет процесс проявления мест с дефектами. Указанным способом можно обнаружить трещины, поры и другие дефекты шириной 0,01 мм и глубиной от 0,3-0,4 мм и более.

При контроле люминесцирующей жидкостью на шов наносят жидкость такого, например, состава: 50% трансформаторного масла или масла волосит, 50% керосина, 5% антраценового масла (сверх 100%) по массе. Рекомендуется применять жидкость ЛЖ, разработанную ВНИИмонокристаллов (г. Харьков).

В остальном методика выполнения контроля аналогична методике контроля красящей жидкостью. Швы рассматриваются при освещении их ультрафиолетовым светом. Пятна, образующиеся в местах с дефектами, флуоресцируют ярким желто-зеленым светом (рис. 183).

(рис. 183) Обнаружение дефектов, выходящих на поверхность, цветным (люминесцентным) методом

Контроль химически реагирующими веществами основан на взаимодействии в местах с дефектами пробных и индикаторных веществ, в результате чего образуется новое вещество с резко выраженным цветом. Например, по способу, разработанному проф. С. Т. Назаровым, внутрь испытываемого на непроницаемость сосуда подается 1% аммиака от объема воздуха, содержащегося в сосуде при нормальном давлении. В изделие нагнетается воздух до давления, принятого при пневматическом испытании. Над швом сосуда перемещают небольшую рамку с марлей, пропитанной 5%-ным водным раствором азотнокислой ртути. Аммиачно-воздушная смесь, проникая через неплотности, вступает в химическое взаимодействие с азотнокислой ртутью на марле рамки, образуя на ней черные с металлическим отливом пятна окиси ртути.

При контроле небольших сосудов швы покрывают бумажной лентой или бинтом, пропитанным 5%-ным водным раствором азотнокислой ртути или спиртоводным раствором фенолфталеина. В местах, имеющих неплотности, на бумаге или бинте появляются черные или фиолетовые пятна.

Применяя сухой аммиак под давлением 2 ат и индикаторную желтую ленту, можно обнаружить неплотности: при выдержке 5 мин с утечкой 4,7 · 10^-4 мм³/ч, при выдержке до 12 ч с утечкой (4,74÷2,3)×10^-4 мм³/ч.

Из газоэлектрических методов обнаружения неплотностей наиболее широко применяют галоидный и гелиевый. Приборы, с помощью которых обнаруживают неплотности этими и некоторыми другими методами, называют течеискателями. Гелиевый и галоидный течеискатели позволяют обнаружить неплотности, дающие утечку воздуха соответственно 0,00024 мм³/ч и 11 мм³ /ч при нормальном давлении. Течеискатели применяют для проверки непроницаемости сварных соединений трубопроводов, холодильников, вакуумных установок, атомных реакторов, сосудов для хранения жидкого кислорода токсичных веществ и т. д. (рис. 184).

(рис. 184) Галоидный течеискатель

Магнитная дефектоскопия использует явление рассеяния магнитного потока в местах несплошностей и изменений структуры металла.

В зависимости от способа обнаружения магнитных потоков рассеяния различают два основных метода магнитной дефектоскопии: магнитного порошка и индукционный. При каждом методе контролируемое место намагничивается.

Применяются следующие способы намагничивания: циркулярное, полюсное и комбинированное.

При циркулярном намагничивании ток большой силы пропускают по изделию или кабелю, помещенному внутри или снаружи изделия. Образующийся при этом магнитный поток располагается концентрически к оси, что позволяет обнаружить дефекты, расположенные вдоль оси изделия.

При полюсном намагничивании изделие помещают между полюсами электромагнита или внутри намагничивающей катушки. Этим способом обнаруживают дефекты, расположенные поперек оси изделия.

Комбинированное намагничивание сочетает циркулярное и полюсное (рис. 185) и позволяет обнаружить дефекты, расположенные в различных направлениях.

(рис. 185.) Схема комбинированного намагничивания сварного шва: 1 - продольное магнитное поле, 2 - циркулярное магнитное поле

Рассеяния магнитного потока над дефектами фиксируются в случае применения магнитного порошка скоплением его в месте расположения дефекта. Порошок скапливается над дефектом, залегающим на глубине до 5-8 мм. Лучше всего этим методом обнаруживаются дефекты типа трещин и непроваров, расположенные перпендикулярно потоку намагничивания.

Поверхностные и подповерхностные дефекты лучше всего обнаруживаются при намагничивании переменным током, глубинные дефекты - намагничиванием постоянным или пульсирующим током.

Магнитный порошок наносят на швы в сухом виде или в виде суспензии (состоящей из магнитного порошка и жидкости — чаще всего трансформаторного масла). Для повышения чувствительности контроля применяют цветные магнитные порошки и магнитнолюминесцентные суспензии. В последнем случае места скопления порошка отыскивают при ультрафиолетовом освещении поверхности контролируемого сварного соединения.

При индукционном методе потоки рассеяния обнаруживают с помощью индукционной катушки, помещаемой вдоль контролируемой поверхности. В дефектном месте потоки рассеяния, воздействуя на обмотки индукционной катушки, наводят в ней; электродвижущую силу, которая после усиления подается на соответствующий индикатор.

Намагничивается изделие переменным током. Индукционным методом контролируют стыковые сварные соединения. Достоинством индукционного метода является мобильность контроля и возможность обнаружения глубинных, дефектов.

Магнитные потоки рассеяния обнаруживают с помощью ферромагнитной ленты (магнитографический метод), накладываемой на данный участок шва. Ферромагнитная лента состоит из целлюлозной или ацетатной основы толщиной 0,05-0,06 мм, на одну из сторон которой нанесен слой магнитной эмульсии толщиной 0,02-0,025 мм. Ширина ленты 35 мм.

В результате намагничивания шва в местах с дефектами образуются потоки рассеяния, которые намагничивают данные участки ферромагнитной ленты. Намагниченные участки ленты, снятой со шва, находят с помощью воспроизводящей магнитной головки. При протягивании ленты мимо щели воспроизводящей головки магнитные поля намагниченных участков ленты ответвляются в сердечник головки, индуктируя в обмотках сердечника э. д. с. Усиленная э. д. с. вызывает на флуоресцирующем экране электроннолучевой трубки импульсное (рис. 186) либо реальное изображение самого дефекта (дефектоскопы МД-11, МДУ).

(рис. 186) Дефектоскоп МД-9А для магнитографического контроля сварных стыковых соединений

Намагниченные места ферромагнитной ленты отмечают и по ним на шве фиксируют места расположения дефектов. Ферромагнитную ленту можно использовать многократно, так как с нее стираются «записанные» поля рассеяния.

Магнитографическим методом контролируют стыковые сварные соединения стали толщиной 4-15 мм, выполненные автоматической сваркой под флюсом. Швы, выполненные вручную, могут контролироваться этим методом только при отсутствии на их поверхности грубой чешуйчатости и значительных наплывов. Лучше всего магнитографическим методом обнаруживаются тонкие продольные трещины и узкие непровары глубиной 10% и более толщины шва. Значительно хуже определяются широкие непровары, одиночные поры и шлаковые включения округлой формы.

За 7 ч опытный магнитограф с подручным может проверить до 50-60 стыков труб 720×9 мм. Стоимость такого контроля в 7-8 раз меньше стоимости контроля гаммапросвечиванием.

Предприятия Главгаза СССР и другие организации выпускают магнитографические дефектоскопы МД-11 и МДУ.

Рентгено- и гаммадефектоскопия сварных соединений основана на различном поглощении проникающего излучения участками шва с дефектами и без них.

Дефектные места - трещины, поры, непровары, шлаковые и газовые включения и другие - заполнены воздухом или шлаком и оказывают прохождению лучей значительно меньшее сопротивление, чем участки металла без дефектов.

Рентгеновское и гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение с весьма малой длиной волны, но с большой энергией.

Диапазон длин волн рентгеновского излучения равен 3,1Å-0,006Å, гамма-излучения - 0,25Å-0,005Å. Видимый свет имеет длину волн 7500Å-4000Å.

Проникающая способность излучения зависит от длины волны. Чем короче волна, тем выше проникающая способность.

Качество сварных швов на толстом металле проверяют жестким излучением, т. е. излучением с малой длиной волны.

Швы на тонком металле просвечивают мягким излучением, т. е. лучами с большей длиной волны.

Мощность источника излучения выбирают с учетом возможности регистрирования разницы в интенсивности излучения, прошедшего через доброкачественный и дефектный участки металла.

В табл. 115 приведены практические рекомендации по применению источником рентгеновского и гамма-излучения для обнаружения дефектов в стали и алюминии.

Таблица 115. Выбор источников рентгеновского и гамма-излучения для контроля сварных соединений

Дефекты (трещины, непровары, поры, шлаковые и газовые включения) обнаруживают рентгеновским и гамма-излучением следующими методами: фотографическим, ионизационным и электронно-оптическим.

При фотографическом методе (рис. 187), получившем наибольшее применение, излучение, пройдя через шов, попадает на специальную (рентгеновскую) фотопленку и действует на нее аналогично видимому свету. Интенсивность воздействия излучения на пленку определяется качеством просвечиваемого участка шва. В местах с дефектами излучение ослабляется в меньшей степени, чем на участках шва без дефектов. Поэтому участки пленки, расположенные против дефектов шва, будут засвечены больше, чем участки пленки, находящиеся против мест без дефектов. После проявления пленки получается снимок (рентгено- или гаммаграмма) сварного соединения (рис. 188). Дефекты на негативе имеют вид местных почернений различной формы в зависимости от их характера. Дефекты фиксируются на пленке в натуральную величину.

(рис. 187) Схема просвечивания шва: а - рентгеновскими лучами: 1 - рентгеновская трубка; 2 - рентгеновские лучи; 3 - сварная деталь; 4 - фотопленка; 5 - усиливающий экран; 6 - кассета; б - гамма-лучами: 1 - свинцовый кожух; 2 - ампула; 3 - сварная деталь; 4 - кассета; 5 - усиливающий экран; 6 - пленка

(рис. 188) Рентгенограммы стыковых сварных соединений: а - непровар корня шва, б - шлаковые включения (видны отпечатки дефектометров)

Чувствительность снимка, т. е. наименьший размер обнаруженных дефектов (в направлении просвечивания), оценивается по эталону чувствительности - дефектометру, который представляет собой пластинку с канавками различной глубины, изготовленную из того же материала, что и контролируемый шов.

Перед просвечиванием сварного соединения дефектометр помещают в средней части снимаемого участка соединения параллельно шву, на стороне, обращенной к источнику излучения. При просвечивании на пленке получается отпечаток эталона. Чувствительность снимка определяется по формуле

K = (x · 100)/T %, (42)

где К - чувствительность снимка, % от толщины шва; х - глубина наименьшей видимой на снимке канавки эталона, мм; Т - толщина шва, мм.

По каждому рентгено- и гамма-снимку составляется заключение, в котором указываются характер, размеры, количество внутренних дефектов и длина участка сварного соединения, зафиксированная на снимке.

ГОСТ 7512-69 «Швы сварных соединений. Методы контроля просвечиванием проникающими излучениями» предусматривает следующие сокращенные обозначения дефектов, выявленных просвечиванием: Т - трещины; Н - непровар; П - поры; Ш - шлаковые включения; В - вольфрамовые включения; Пд - подрез; См - смещение кромок; Р - разностенность; О - ослабление корня шва.

В зависимости от характера распределения дефектов их объединяют в следующие группы: А - отдельные; Б - цепочка дефектов; В - скопление дефектов.

Результаты контроля изделий просвечиванием должны регистрироваться в специальном журнале, в который заносятся следующие сведения: 1) дата контроля; 2) условное обозначение сварного шва; 3) маркировка рентгено- и гамма-снимков; 4) условия рентгено- и гаммаграфирования; 5) дефекты, обнаруженные с помощью снимка (заключение о качестве).

Аппараты для контроля сварных соединений и материалов просвечиванием выпускают завод «Актюбрентген» и некоторые другие организации.

Недостатком фотографического метода контроля является его низкая производительность и дороговизна. Достоинства этого метода заключаются в возможности видеть на снимке внутренние дефекты швов и объективно оценивать качество сварного соединения; снимок является документом, характеризующим качество шва.

При ионизационном методе рентгено- или гамма-излучение, прошедшее через шов, регистрируется специальными ионизационными приборами или люминесцентными (сцинтилляционными) счетчиками. Ионизационные приборы обладают большей чувствительностью. Так, например, если в качестве источника гамма-излучения используется кобальт 60. а для регистрации - сцинтилляционный счетчик, фиксируемая разница в толщине металла составляет 0,02%. Ионизационным дефектоскопом нельзя определить характер дефекта, что является недостатком данного метода.

Большое значение приобретает электронно-оптический метод контроля, осуществляемый с помощью электронно-оптических преобразователей (рис. 189). Пучок проникающих лучей проходит через сварное соединение, стеклянную стенку преобразователя с вакуумированным объемом и попадает на флуоресцентный слой тонкого алюминиевого экрана. Яркость свечения участков экрана обратно пропорциональна плотности участков исследуемого шва. Под действием этого свечения с фотокатода (диаметром 125 мм), нанесенного непосредственно на флуоресцентный экран, выбиваются электроны.

Количество выбиваемых электронов в каждой точке фотокатода пропорционально яркости флуоресцентного экрана и интенсивности прошедшего через шов рентгеновского или гамма-излучения. Таким образом, флуоресцирующее изображение превращается в электронное изображение.

(рис. 189) Схема контроля сварного шва с помощью электронно-оптического преобразователя: 1 - сварной шов, 2 - алюминиевый экран, 3 - флуоресцентный слой, 4 - фотокатод, 5 - экран наблюдения, 6 - оптическая линза, 7 - наблюдатель

Электроны фотокатода ускоряются высоким напряжением, подводимым от внешнего источника питания, попадают на анодфлуоресцентный экран (диаметром 14 мм), вызывают его свечение и воспроизводят в уменьшенном масштабе просвечиваемый шов.

Изображение на аноде рассматривается через оптическую систему, увеличивающую в 7-9 раз, либо передается на телевизионный экран.

С помощью установки для электронно-оптического контроля качества шва, разработанной в МВТУ им. Баумана (изображение дефектов передается на экран телевизора), можно проверять, например, сварные соединения алюминия толщиной 5 мм со скоростью до 5 м/мин.

Для контроля сварных соединений стали толщиной 100-900 мм применяют бетатроны - индукционные ускорители электронов. Бетатрон представляет собой трансформатор, первичная обмотка которого питается током высокого напряжения частотой 50 Гц или выше.

Вторичной высоковольтной обмоткой служит вакуумная стеклянная или фарфоровая трубка-тороид (вид полого бублика). Источником электронов в тороиде является накаляемая спираль с ускоряющим электродом, к которому подводится напряжение 15-30 кВ для придания электронам начальной скорости. Электроны выводятся магнитным полем на равновесную орбиту, а электрическое поле вокруг магнитного потока, параллельное горизонтальной оси тороида, заставляет электроны двигаться по кругу.

После того как электроны приобретают необходимую кинетическую энергию (например, в бетатроне мощностью 25 МэВ после каждого оборота электронов энергия их увеличивается на 70 эВ. Мощность 25 МэВ достигается за 350 000 оборотов электронов), их направляют на мишень - металлическую пластинку, установленную в тороиде. При этом возникает жесткое проникающее излучение, которое дает фокусное пятно 0,01-0,1 мм², что позволяет контролировать сварные соединения больших толщин.

Проведение рентгено- и гамма-дефектоскопии должно сопровождаться строгим соблюдением правил, обеспечивающих безопасность работы.

Ультразвуковой метод контроля основан на применении ультразвуковых упругих колебаний материальной среды, частота которых лежит выше предела слышимых звуков, т. е. более 20 тысяч колебаний в секунду. При ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений обычно применяются частоты, достигающие миллионов колебаний в секунду (1,2÷5,0 МГц).Физические свойства ультразвуковых волн высокой частоты близки физическим свойствам электромагнитных световых волн.

Проходя через толщу металла, волны вызывают колебания его частиц и отражаются при встрече с несплошностью.

В том случае, когда направление распространения ультразвуковой волны совпадает с направлением колебания частиц, волна называется продольной, или волной сжатия. Если колебания частиц перпендикулярны направлению распространения ультразвуковой волны, она называется поперечной. Скорость распространения продольных волн больше, чем поперечных, в два раза. При движении ультразвука в стали скорость распространения его продольной волны равна 5860 м/с, а длина волны при частоте ультразвуковых колебаний 2,5 МГц составляет 2,34 мм. Для обнаружения дефектов в контролируемом материале длина ультразвуковой волны должна быть меньше размера дефекта, который необходимо обнаружить.

Ультразвуковые колебания получают чаще всего магнитострикционным и пьезоэлектрическим способами. Для ультразвуковой дефектоскопии применяется в основном пьезоэлектрический способ, заключающийся в следующем.

Если, например, к пластинке кварца, вырезанной так, что две ее грани перпендикулярны электрической оси кристалла, подвести переменное напряжение высокой частоты, то пластинка будет колебаться с той же частотой. При сжатии или растяжении пластинки на ее гранях образуются электрические заряды. Кроме кварца такими свойствами обладают, например, титанат бария и сегнетовая соль.

Для ввода ультразвука в исследуемый металл поверхность его предварительно покрывают тонким слоем трансформаторного, машинного или турбинного масла. Затем на эту поверхность ставят пьезоэлектрический щуп ультразвукового дефектоскопа, который посылает в металл ультразвуковые колебания. Распространяющиеся в металле упругие колебания его частиц при встрече с дефектами частично отражаются и, возвращаясь обратно к пьезоэлектрическому щупу, давят на него. Образовавшиеся электрические заряды пьезоэлемента усиливаются и подаются в электронно-лучевую трубку, на экране которой возникает всплеск (отклонение от горизонтали) электронного луча.

Чтобы ультразвуковые колебания не накладывались на отраженные, их посылают с паузами. Продолжительность пауз превышает время посылки колебаний в материал.

С помощью ультразвука проверяют качество основного металла и сварных соединений толщиной от миллиметров до нескольких метров.

В контролируемый шов ультразвук вводится под углом к поверхности, через основной металл с помощью призматических щупов.

В настоящее время изготавливаются и применяются разнообразные ультразвуковые дефектоскопы, например дефектоскоп УДМ-1М (рис. 190) и специализированные установки для контроля ультразвуком.

(рис. 190) Ультразвуковой дефектоскоп УДМ-1М

Контроль сварных соединений ультразвуком регламентирован ГОСТ 14782-69 «Швы сварных соединений. Методы ультразвуковой дефектоскопии».