Uvod Radiografska metoda ispitivanja bez razaranja nalazi veliku primenu u skoro svim industriskim sektorima.Standardizovana je kao metoda bez razaranja i za njenu primenu potrebni su kadrovi koji su edukovani po zahtevima odgovarajućih standarda i zakona. Zbog specifičnosti radiografske metode ( rukovanje izvorima jonizujucih zrač enja enja ) zahtevaju se i posebna znanja vezana za primenu i korišćenje izvora jonizujućih zračenja u skladu sa ZAKONOM o o zaštiti od jonizujućih zračenja i pratećim pravilnicima, što je neophodno za podnošenje zahteva za rad sa izvorima jonizujućih zračenja u cilju dobijanja odgovarajućeg ovlašćenja za rad. Primena radiografske metode u određenim industriskim sektorima definisana je posebnim standardima za svaki sektor i prikaz nekih od njih biće dat u ovom materijalu. Primena X zračenja i gama zračenja koje emituju radioizotopi postala je rutinska. Zbog toga ove metode nisu predmet ovog rada.I druge vrste jonizujućeg zračenja mogu da se koriste za IBR.Među njima najznačajnije mesto otpada na neutrone i brze protone. Njihova primena još uvek nije na nivou gama i X radiografije. Gama i X radiografija počela je da se razvija posle Roentgenovih otkrića 1895. godine. Neutron je otkriven tek 1932. godine.Međutim prva primena za radiografiju ostvarena je već 1935 godine.Ova metoda postala je značajna tek pojavom nuklearnih reaktora u drugoj polovini 50-tih godina.Značaj joj je porastao 60-tih godina kada počinju da se koriste laki materijali. Za donošenje odluke o prihvatljivosti predmeta kontrole sa otkrivenom greškom određivanje njene veličine predstavlja osnovni preduslov. Određivanje veličine projekcije greške u jednoj ravni-ravni radiograma ne predstavlja veći problem,međutim određivanje dubine greške zahteva prinemu posebnih tehnika. Većina greške otkrivenih u predmetu kontrole radiografskom metodom su trodimenzionalne,za njihovo vrednovanje nužno je utvrditi sve tri dimenzije. U opštem slučaju određivanje dimenzija grešaka u ravni filma ne predstavlja složeniji problem,međutim određivanje dubine greške predstavlja teškoću. Gustina zračenja kao mera dubine greške moze se koristiti za njeno definisanje i u svetu je razvijeno niz metoda za njeno vrednovanje.Pored vredn ovanje.Pored merenja zra zr ačenjem moguće je definisati veličinu greške i steroradiografijom. U tekstu će biti prikazane neke od poznatijih metoda i date ocene njihove prihvatljivosti. Pored njih ukazano je i na jednostavnu metodu procene dubine greške pomoću defektometra. Kao što je poznato izvori jonizujućeg zračenja danas su našli masovnu primenu u energetici,medicini,industriji i drugim oblastima.Me đutim takođe je poznato da ovo zračenje moze da ima štetno dejstvo na ljude,ali i na čovekovu okolinu,predmete i stvari. Zbog toga se izvori zračenja koriste samo ako se konvencionalna sredstva i metode ne mogu koristiti,ili je odnos cena/korist vrlo nepovoljna.Čak i u takvim uslovima,primena izvora jonizujućeg zračenja moguća je samo ako se preduzmu sve zakonske mere koje imaju za cilj smanjenje nivoja ozračenosti ljudi koji rade sa ovim izvorima i okolnog stanovništva na najmanju moguću meru. Jedan od bitnijih načina za to samnjenje je primena lične doziometriske kontrole.
1. RADIOGRAFSKO ISPITIVANJE MATERIJALA 1.1 Opšti principi Radiografsko ispitivanje materijala se zasniva na prozračavanju materijala i registraciji promena u intenzitetu jonizujućih zračenja pri prolasku kroz materijal i analizi promena koje daju informaciju o homogenosti prozračenog materijala. Za radiografsko ispitivanje se koriste različite vrste jonizujućih zračenja a to su: X,gama,neutronsko i protonsko zračenje. Pri prolasku jonizujućeg zračenja kroz materijal određene debljine dolazi do pomena u intenzitetu zračenja usled interakcije zračenja i materijala što se registruje detekcionim sistemom.Radiografska metoda koristi rendgen radiogram kao detekcioni sistem koji beleži površinsku raspodelu intenziteta zračenja koje prolazi kroz ispitivani materijali pada na radiogram.Posle hemijske obrade eksponiranog radiograma razlika u vrednostima intenziteta zračenja manifestuje se kao razlika u gustini zacrnjenja na radiogramu,definišući oblik diskontinuiteta. Gustina zacrnjenja radiograma zavisi od niza faktora kao sto su: energecki spektar i intenzitet zračenja koje pada na radiogram, vreme eksponiranja , vrste i debljine materijala koji se ispituje, karakteristika rendgen radiograma , karakterisika pojačavajućih folija heijske obrade i td. Promena intenziteta snopa zračenja pri prolasku kroz materijal debljine d opisuje se relacijom • • • • •
Id=Io B e-µd gde su: Io- intenzitet zračenja na ulasku u materijal, Id- intenzitet zračenja na izlasku iz materijala, B- faktor nagomilavanja µ- linearni koeficijent slabljenja zračenja za prozračavani materijal Intenzitet jonizujućeg zračenja na izlasku iz materijala iza diskontinuiteta Ig određen je relacijom: Ig=Io Be-µ(d-∆d)-µg∆d gde je ∆d dimenzija diskontinuiteta u pravcu snopa zračenja,a µg linearni koeficijent slabljenja zračenja greške.Odnos intenziteta jonizujućeg zračenja pri izlasku iz materijala na mestima bez greške Id i sa greškom Ig je: K=Ig / Id=e∆d(µ-µg) i definiše mogućnost otkrivanja diskontinuiteta radiografskom metodom,i zavisi najviše od veličine greške i razlike linearnih koeficijenata apsorcije materijala na mestu bez diskontinuiteta i mestu diskontinuiteta u materijalu.Šemacki prikaz radiografskog ispitivanja dat je na sl.1. Na osnovu slike može se zaključiti da: ukoliko je linearni koeficijent slabljenja zračenja na mestu diskontinuiteta u materijalu manji od linearnog 1
1. RADIOGRAFSKO ISPITIVANJE MATERIJALA 1.1 Opšti principi Radiografsko ispitivanje materijala se zasniva na prozračavanju materijala i registraciji promena u intenzitetu jonizujućih zračenja pri prolasku kroz materijal i analizi promena koje daju informaciju o homogenosti prozračenog materijala. Za radiografsko ispitivanje se koriste različite vrste jonizujućih zračenja a to su: X,gama,neutronsko i protonsko zračenje. Pri prolasku jonizujućeg zračenja kroz materijal određene debljine dolazi do pomena u intenzitetu zračenja usled interakcije zračenja i materijala što se registruje detekcionim sistemom.Radiografska metoda koristi rendgen radiogram kao detekcioni sistem koji beleži površinsku raspodelu intenziteta zračenja koje prolazi kroz ispitivani materijali pada na radiogram.Posle hemijske obrade eksponiranog radiograma razlika u vrednostima intenziteta zračenja manifestuje se kao razlika u gustini zacrnjenja na radiogramu,definišući oblik diskontinuiteta. Gustina zacrnjenja radiograma zavisi od niza faktora kao sto su: energecki spektar i intenzitet zračenja koje pada na radiogram, vreme eksponiranja , vrste i debljine materijala koji se ispituje, karakteristika rendgen radiograma , karakterisika pojačavajućih folija heijske obrade i td. Promena intenziteta snopa zračenja pri prolasku kroz materijal debljine d opisuje se relacijom • • • • •
Id=Io B e-µd gde su: Io- intenzitet zračenja na ulasku u materijal, Id- intenzitet zračenja na izlasku iz materijala, B- faktor nagomilavanja µ- linearni koeficijent slabljenja zračenja za prozračavani materijal Intenzitet jonizujućeg zračenja na izlasku iz materijala iza diskontinuiteta Ig određen je relacijom: Ig=Io Be-µ(d-∆d)-µg∆d gde je ∆d dimenzija diskontinuiteta u pravcu snopa zračenja,a µg linearni koeficijent slabljenja zračenja greške.Odnos intenziteta jonizujućeg zračenja pri izlasku iz materijala na mestima bez greške Id i sa greškom Ig je: K=Ig / Id=e∆d(µ-µg) i definiše mogućnost otkrivanja diskontinuiteta radiografskom metodom,i zavisi najviše od veličine greške i razlike linearnih koeficijenata apsorcije materijala na mestu bez diskontinuiteta i mestu diskontinuiteta u materijalu.Šemacki prikaz radiografskog ispitivanja dat je na sl.1. Na osnovu slike može se zaključiti da: ukoliko je linearni koeficijent slabljenja zračenja na mestu diskontinuiteta u materijalu manji od linearnog 1
apsorcionog koeficijenta na mestu bez diskontinuiteta,tada se manje zračenja apsorbuje u materijal,odnosno,više pada na radiogram tj. veći je intenzitet zračenja na radiogramu,što ima za posledicu veće zacrnjenje eksponiranog i hemijski odrađenog radiograma. Ukoliko je pak linearni apsorcioni koeficijent slabljenja zra čenja na mestu diskontinuiteta veći od linearnog apsorpcionog koeficijenta na mestu bez diskontinuiteta,tada je više zračenja apsorbovano u materijalu,pa je intenzitet zračenja na radiogramu manji,a time i zračenje radiograma manje. Linearni apsorcioni koeficijenat koeficijenat slabljenja zračenja zavisi od gustine prozračavanog materijala i obrnuto je prporcionalan gustini materijala.Na osnovu ovoga može se konstatovati da će i diskontinuitet različite gustine u odnosu na mesta bez diskontinuiteta u prozračavanom materijalu imati različite gustine zacrnjenja na radiogramu što olakšava njihovu analizu.
1 2
3
d
4 Ig Io
Id
∆I=I -Io
intenziteta Sl.1. Dijagram promene intenziteta
Sl.1.Šemacki prikaz radiografskog ispitivanja 1-izvora zračenja,2-diskontinuitet,3-predmet ispitivanja,4-rendgen radiograma Na sl.2. prikazani su dijagrami gustine zacrnjenja radiograma pri prozračavanju predmeta različitog oblika i sa različitim odnosom linearnih koeficijenata slabljenja zračenja na mestu diskontinuiteta i mestima bez diskontinuiteta. Kao što se moze videti sa slike kada je razlika linearnih apsorcionih koeficijenata zanemarljiva,tada gustina zacrnjenja radigrama u prvom redu zavisi od veličine greške.Treba znati da maksimalna gustina zacrnjenja se dobija ukoliko je najveća dimenzija diskontinuiteta orijentisana u pravcu snopa zračenja.Ukoliko se ne prostiru u pravcu snopa zračenja,ravanske greške tipa prsline,nalepljivanje i druge zbog male debljine u pravcu prozračavanja ∆d teško se otkrivaju radiografskom metodom ispitivanja.
2
Raspodela gustine zacrnjenja pri prozrač avanju predmeta sa diskontinuitetom sl.2.
µg = 0: ∆d > 0: K > 1;
µ > µg: ∆d > 0: K > 1;
µ > µg
µ g< µ
µ > µg
µ = µg
µ g> µ
µ = µg
µg > µ: ∆d > 0: K < 1; 3
1.2 Oprema i pribor za radiografsko ispitivanje Za proučavanje materijala koji se ispituje koriste se jonizuju ća zračenja.U zavisnosti od vrste jonizujućih zračenja,koriste se i različiti uređaji za proizvodnju jonizujićih zračenja. U industriskim sektorima se najviše koriste X i γ jonizujuća zračenja,a samim tim moraju se poznavati vrste i karakteristike uređaja koji proizvode ova zračenja. Izvori γ zrač enja za radiografska ispitivanja se koriste izotopski izvori.Nestabilni izotopi emisijom alfa ili beta čestica i spontanom fisijom se transformišu u poznate stabilne izototope.Najveći broj novonastalih jezgara su u energecki nestabilnom stanju,iz kojeg,u vrlo kratkom vremenskom intervalu posle procesa transformacije,prelaze u stabilno stanje,oslobađajuci se viška energije emisijom elektromagnetnog gama zarčenja linijskog,za dati izotop karakterističnog spektra. Izotopski izvori gama zračenja koji se koriste za radiografska ispitivanja se uglavnom izrađuju od beta nestabilnih veštačkih radionuklida,hermetički upakovanih u nosače od čistog aluminijuma ili ner đajućeg čelika.Ako se radionuklid dobije ozračivanjem u neutronskom fluksu,u nosač se stavlja stabilni izotop u elementarnom stanju ili pogodnog hemijskog sastava.Nosač se zatim zatvara poklopcem od istog materijala i ozračava u nuklearnom reaktoru.Posle ozračivanja nosač se hermetički zatvara.Izvori zračenja radionuklidi hermetički zatvoreni u nosače,pričvršćuju se na držače izvora standardnih dimenzija i oblika i zajedno sa držačem stavljaju u kontejner ili defektoskop. Aktivni deo izvora zračenja određuje njegove karakteristike bitne za radiografsko ispitivanje.Prečnik cilindrične površine aktivnog dela,uz izabranu geometriju prozračavanja,definiše geometrijsku neoštrinu slike.Visina aktivnog dela izvor pri zadatom prečniku bira se iz uslova postizanja maksimalne aktivnosti izvora,uz uračunavanje efekta samo apsorcije zračenja.
Osnovne karakteristike izotopskih izvora gama zaračenja su: energija zračenja ( E ),koja određuje prodornost zračenja i kontrasnost slike,odnosno vidljivost diskontinuiteta u materijalu koji se ispituje, aktivnost izvora zračenja,od koje zavisi vreme prozračavanja, jačina ekspozicione doze zračenja ( X ),koja zavisi od aktivnosti izvora,a koja određuje produktivnost ispitivanja i tehničke mere zaštite za bezbedno korišćenje izvora, specifična aktivnost ( količina jezgara radionuklida po jedinici mase aktivnog dela izvora ) koja odrđuje dimenzije aktivnog dela izvora,pa prema tome i geometriju prozračavanja odnosno neoštrinu slike, vreme poluraspada ( T1/2 ) koje utiče na period zamene izvora zračenja. •
• •
•
•
Kod izotopskih izvora jonizujućih zračenja energija zračenja i vreme poluraspada su konstantne veličine aktivnost izvora se menja tj. opada sa vremenom.Izvori gama zračenja koji se najčešće koriste za radiografsko ispitivanje metalnih materijala su: iridijum ( Ir-192 ) terbijum ( Yb-169 ) kobalt ( Co-60 ) selen (Se-75 ) tulijum ( Tm-170 ) • • •
4
Izbor izvora zračenja u zavisnosti od vrste i debljine materijala definisan je standardima primene i dat je u prilogu materijala. Uređ aji za proizvodnju X zra č enja –za prozračavanje materijala se koristi zakočno X zračenje koje se proizvodi u rendgen uređajima napona od 100 – 500 KV i uređajima kao sto su: Vande Grafov generator,linearni akcelerator i betatron, u kojima se dobija X zračenje energija od 1 MeV do 30 MeV. Svaki rendgenski uređaj se sastoji uglavnom od tri komponente:
1. rendgenske cevi 2. izvora visokog napona 3. komande i kontrolne jedinice Rendgenska cev je visoko vakumirana cev od materijala otpornog na mehanička i temička naprezanja ( staklo ili konbinacija metala i keramike ) u koju su smeštene katoda sa zagrevnim vlaknom i sistemom za usmeravanje elektorna i anoda sa metom. Katoda sadrži zagrevno vlakno koje se zagreva do usijanja i emituje termalne elektrone. Vlakno se napaja naizmeničnom strujom ( 50 – 60 Hz ) preko posebnog transvormatora kojim se može menjati intenzitet struje u njemu,čime se menja intenzitet emisije elektrona,pa intenzitet struje rendgen cevi. Vrednosti struje u zagrevnom vlaknu su između 1-10 A.Struja cevi koja se uspostavlja protokom elektrona između katode i anode je najčešće u intervalu 0,1-20 mA. Kako se najveći deo energije elektrona u procesu njihovog naglog usporavanja ( kočenjem ) pretvara u toplotu,meta mora biti od materijala koji ima visoku temperaturu topljenja.Da bi se poboljšala efikasnost konverzije kinetičke energije elektrona u zakočno zračenje,materijal mete mora imati visok atomski broj Z i mali pritisak pare ( zbog održavanja visokog vakuma ).Najčešće je meta od volframa,a ređe od zlata i platine,i nekih legura koje sdrže bakar,gvožđe i kobalt. Orijentacija mete u odnosu na snop brzih elektrona jako utiče na oblik i dimenzije fokusa i na ugaonu raspodelu emitovanog zakočnog zračenja. Fokus je projekcija površine mete na koju pada snop elektrona na ravan normalnu na osu snopa zakočnog zračenja. Fokus je projekcija površine mete na koju pada snop elektrona na ravan normalnu na osu snopa zakočnog zračenja.Kod cevi sa stacionarnom anodom i linijskim fokusiranjem snopa elektrona dimenzije fokusa su obično od 1 do 3 mm.Meta se postavlja pod uglom u odnosu na osu elektroskog snopa.taj ugao je u opsegu 0 i 30◦,najčešce 20◦ a za panoramsko prozračavanje je ugao 0◦. Stacionarne anode rendgenskih cevi su oklopljene oblogom od bakra sa primesama teških metala.Oklop smanjuje intezitet rendgenskog zračenja van centralnog snopa i niže nivoje zračenja u blizini cevi.Da bi se pojačao efekat zaštite,često se preko otvora u oklopu kroz koji prolazi snop zakočnog zračenja stavlja berilijumsko staklo ( berilijumski prozor ) debljine nekoliko milimetara,koje zaustavlja elektrone rasejane u meti ili oslobo đene fotoefektom,a neznatno apsorbuje rengensko zračenje. Zbog velike količine tolote mora se hladiti meta što se rešava konstruktivno izborom posebnih anoda sa metom ( obrtne anode ). Električna kola sa visokonaponskim transformatorima koji se napajaju mrežnim naponom Obezbeđuju razliku potencijala između katode i anode.
5
Kontrola i podešavanje intenziteta emitovanog rendgenskog zračenja vrši se promenom struje rendgen cevi koja jako zavisi od intenziteta struje zagrevnog vlakna. Energija zakočnog X zračenja bira se podešavanjem napona primarnog visokonaponskog transformatora, kojim se podešava ubrzavajuća razlika potencijala odnosno energija elektrona koji interragujući u meti emituju zakočno zračenje. Od energije X zračenja ( odnosno visokog napona ) zavisi i mogućnost prozračavanja određene debljine različitih materijala.Visoko naponski X zraci se uopštem sličaju koriste za prozračavanje debljih i teških materijala ( povećanje napona uzrokuje pad talasne dužine ). 1.3 Rengen radiogrami Sastoje se id savitljive folije od acetatne celuloze ( podloge ) na koju je u tankom sloju preko tankih vezivnih slojeva naneta sa obe strane fotografska emulzija od halogenida srbra.Pri prozračavanju materijala zračenje koje prolazi kroz ispitivani materijal,interaguje sa emulzijom radiograma i daje latentnu sliku koja se hemijski obrađuje i dobija radiogram.Rendgen radiogram je osetljiv i na druga elektromagnetna zračenja,kao i na niz drugih faktora koji mogu delovati u procesu pripreme,eksponiranjem i hemijske obrade i izazvati lažne diskontinuitete. Izbor rendgen filmova i hemijska obrada zavise od senziometriskih karakteristika radiograma,odnosno fotgrafske emulzije.Najznačajnije od tih karakteristika su brzina radiograma kontrastnost (gradijent ) radiograma i spektralna osetljivost. Brzina radiograma je veličina koja karakteriše osetljivost radiograma na dejstvo zračenja. Ona je obrnuto srazmerna vremenu izlaganja zračenja definisanog spektra,potrebnom za postizanje određene gustine zacrnjenja radiograma. Gustina zacrnjenja radiograma ili optička gustina zacrnjenja D je logaritamski odnos inteziteta svetlosti koja pada na radiogram Io i intenziteta svetlosti koja prolazi kroz radiogram I. D = Lg Io / I Zavisnost gustine zacrnjenja od primenjene ekspozicije jonizujućeg X ili gama zračenja definisanog spektra pri tačno definisanim uslovima hemijske obrade predstavlja karakterističnu krivu radiograma. Ekspozicija ( E ) je intenzitet zračenja ( broj fotona koji u toku izlaganja padne na radiogram ) pomnozen sa vrmenom izlaganja zračenja.Kod izotopskih izvora ekspozicija je aktivnost puta vreme ( Bq s ) a kod rendgena,struja puta vreme ( mA min ). Zbog lakšeg poređenja brzina različitih radiograma u praksi se koristi relativna brzina radiograma.Ona pokazuje koliko je puta brzina posmatranog filma veća ili manja od brzine nekog referentnog radiograma,čija je relativna brzina proglašena jediničnom.U praksi se za proračun vremena eksponiranja češće koristi veličina recipročna relativnoj brzini radiograma,faktor radiograma ( Ks ).Brzina radiograma uglavnom zavisi od veličine zrna Ag Br u emulziji. Ukoliko su zrna krupnija,radiogrami su brzi i obrnuto,radiogramisu sporiji ako su zrna sitnija .Od rendgen radiograma se zahteva da registruje diskontinuitete određenih dimenzi ja u predmetu koji se ispituje,a da vreme prozračavanja i hemijska obrada budu što kraći za optimalnu gustinu zacrnjenja radiograma.Pri izboru radiograma treba znati da zrno
6
treba da bude utoliko sitnije ukoliko je manja veličina greške,što znači za prozračavanje manjih debljina treba upotrbljavati radiograme sa sitnijim zrnima i obrnuto. Na osnovu veličine zrna izvršene su i mnoge klasifikacije radiograma kao na pr : vrlo spori,spori,brzi,veoma brzi i td. Klasifikacija radiografskih radiograma za date energije zračenja i tipove folija data je u standardu – EN 584-1/94: Classification of film sistems for industrial radiography, čiji je prikaz dat u prilogu. Gradijent radiograma u linearnom delu ( oblast normale ekspozicije ) karakteristične krive radiograma se obično naziva gama. Kontrast (gradujent) filma je veoma bitna karakteristika jer definiše i kontrast radiograma (pored kontrasti predmeta koji se ispituje i uslova hemijske obrade ). Spektralna osetljivost rendgen radiograma jako zavisi od energije zračenja,odnosno vrste izotopskog izvora gama zračenja i visokog napona rendgen cevi.Razlike spektralnih osetljivosti radiograma se uzimaju u obzir pri izradi ekspozicionih dijagrama i tablica relativnih brzina i faktora radiograma.Krive spektralnih osetljivosti,koje se obično predstavljaju kao ekspoziciona doza zračenja na površini radiograma potrebna da se dobije određena gustina zacrnjenja vrlo su slične za sve tipove radiograma. 1.4 Pojačavajuće folije Pojačavaju dejstvo zračenja na radiogram pri eksponiranju.One se stavljaju – ispred i iza radiograma i zadatak ima je da X ili gama zračenja ( na koje emulzija rendgen radiograma malo osetljiva ) prevedu u elektronsko ili svetlosno,na koje je fotografska emulzija znatno osetljiva.Prema materijalima od kojih se izrađuju razlikuju se: • •
folije od teških metala ( najčešće olova ), fluorescentne folije.
Pojačavajuće dejstvo folije od teških metala,zasniva se na porastu apsorpcije zračenja sa porastom atomskog broja Z materijala folija,koja je praćena emisijom elektrona. Kod nižih energija apsorpcije X i gama zračenja se vrši fotoefektom.Upadni kvant elektromagnetnog zračenja apsorpcije se u atomu materijala folije i izbacuje iz njega elektrone određene kinetičke energije.Izbačeni elektron interaguje sa emulzijom radiograma sa mnogo većom verovatnoćom od upadnog kvanta elektromagnetnog zračenja ( stvarajući latentnu sliku diskontinuiteta ) i tako pojačava fotografsko dejstvo zračenja na radiogram, skraćujući vreme prozračavanja. Dalja prednost folija od teških metala je njihovo filtraciono dejstvo tj. one apsorbuju rasejano zračenje manjih energija nastalo Komptonovim efektom i sekundarno zračenje nastalo deeksitacijom atoma u predmetu koji se ispituje. Na pojačavačko dejstvo folija od teških metala utiče i debljina folija. Najčešće se koriste folije odlegura olova i antimona, a čistoolovo se izbegava zbog male tvrdoće imogućnosti da ostavi na radiogramu otisak (mrlju). Često se koriste i folije od tantala i ako im je mala elastičnost. Folije od bakra imaju izraženiji filtracioni efekat od olova. Primenjuju se pri radiografiji sa izvorima X zračenja većih energija i 60◦.Koriste se i foli je od čelika,aluminijuma ili konbinacija ovih metala.Izbor folija od teških metala se vrši na osnovu energije zračenja i klase radiograma i obično se taj izbor vrši prema zahtevima
7
odgovarajućih standarda. Na sl.3. prikazana je aluminijumska folija.
Sl.3. Aluminijumska folija za zaštitu radiograma
Pojačavajući dejstvo fluorescentnih folija se zasniva na osobini nekih soli da pod dejstvom X ili gama zračenja fluoresciraju-emituju vidljivu svetlosta na koju je foto emulzija veoma osetljiva.Efekat pojačanja je veći ukoliko se koriste radiogr-ami posebo osetljivi na svetlost.Koeficijenat pojačanja ovih folija je različit i zavisi od klase filma,enrgija zračenja gustine i debljine materijala koji se ispituje. Pojačavajuće dejstvo ovih folija je veće u odnosu na olovne ali one nemaju filtraciono de jstvo pa je manja oštrina projekcije greške,jer pojačavaju i rasejano zračenje kao i primarno.One se koriste u glavnom kada je pottrebno skratiti vreme prozračavanja a traži se visoki kvalitet radiograma. U praksi se koriste i kombinacije folija od teških metala i fluorescentnih materijala. 1.5 Kasete za radiograme Mogu biti savitljive i krute.Izrađuju se od neprozirne plastike,gume i tankog aluminijumskog lima različitih standardnih dimenzija zavisno od dimenzija filma. Kasete štite radiogram od svetlosti,nečistoće i stetnih gasova.Mogu se i vakumirati što obezbeđuje dobro naleganje na radiogram.Pri iyboru kaseta mora se voditi računa da nisu oštećene i da ukoliko se prozračavaju zakrivljene površine budu dovoljno elastične kako bi dobro nalegale na površinu. Na sl.4. prikazana ja kruta kaseta za zaštitu radiograma.
Sl.4. Kaseta za zaštitu radiograma
8
1.6 Identifikacione oznake Obično su to slova i brojevi standardnih dimenzija,a izrađuju se od olova ili osiromašenog uranijuma utisnutog u plastične folije.Postavljaju se na kasete sa radiogramom kako bi se dobijeni radiogram doveo u vezu sa mestom ispitivanja.Na S.l. 5 prikazane su olovna slova zajedno sa načinom postavljanja na kasetama za zaštitu radiograma.
Sl.5. Olovna slova standardnih dimenzija
1.7 Indikatori kvaliteta slike Osnovni cilj radiografskog ispitivanja je otkrivanje unutrašnjih diskontinuiteta što se postize,pre svega,izradom kvalitetnog radiograma.Ostvarivanje ovog cilja zavisi od niza parametara povezanih sa karakteristikama izvora jonizujućih zračenja,predmeta ispitivanja, radiografskog radiograma i hemijske obrade eksponiranog radiograma,koji neposredno određuju osetljivost radiografske metode. Za određivanje kvaliteta radiograma koriste se specijalni etaloni,koji se prozračavaju zajedno sa predmetom ispitivanja.Na radiogramu se ovi etaloni registruju i na osnovu određivanja najmanje veličine etalona ( prečnik zice,debljine stepenika,prečnik rupe i td. ) koji je na radiogramu registrovan,moguće je na osnovu utvrđenih zahteva standarda,normi,specifikacija,dogovora i td. odrediti kvalitet radiograma.Ovi etaloni se nazivaju indikatori kvaliteta slike ( IKS ),odnosno,penetrometri. Indikatori kvaliteta se izrađuju od materijala identičnih sa materijalima koji se ispituju. Svi indikatori su standardizovani i oznaka standarda mora da je vidljiva na indikatoru. Standardom se definiše izgled,opis,dimenzije,materijali i način obeležavanja.Izbor indikatoravrši se na osnovu vrste i debljine materijala u cilju postizanja kvalitetnog radiograma.Za radiografsko ispitivanje koriste se indikatori različitih konstrukcija kao što su: • • •
žičani indikatori stepenasti sa otvorima pločasti i td.
Standardima EN 462-1,2,3,4/94-96 definisani su zahtevi za primenu odgovarajućih IKS pri radiografskom ispitivanju.
9
1.8 Oprema za pregled radiograma ( iluminatori ) Koriste se za prosvetljavanje radiograma radi otkrivanja nehomogenosti u predmetima koji se ispituju.Iluminator predstavlja izvor difuzne svetlosti određenog ili kontinualnog promenjljivog intenziteta,koji se emituje kroz površinu standardnog oblika i dimenzija. Kod novijih iluminatora intezivna osvetljenost ekrana se uspostavlja nožnom komandom. Za analizu detalja radiograma koriste se i reflektori sa blendom,lupe za uveličavanje ( do 10 puta ) i druga pomagala. Minimalni zahtevi za industriske iluminatore definisani su standardom ISO 5580.
10
2. PRIMENA RADIOGRAFIJE U RAZLIČITIM INDUSTRISKIM SEKTORIMA 2.1 Tehnike ispitivanja Da bi se dobio kvalitetan radiogram koji daje odgovarajuće informacije o predmetu ispitivanja moraju biti,pre ispitivanja,raspoloživi precizni podaci neophodni za definisanje najoptimalnije tehnike ispitivanja.Ovi podaci uključuju pored informacija vezanih za karakteristike izvora zračenja,radiograma,folije,hemijske obrade i informacije o vrsti ( tipu ) grešaka koje se žele otkriti,mogućim lokacijama i dimenzijama grešaka,i slično,čime se upotpunjuje skup elemenata potrebnih za definisanje procedure za ispitivanje. Ovaj skup podataka zavisi od vrste i oblika proizvoda koji se ispituje ( odlivci,otkivci,zavareni spojevi,cevi i slično ). Najjednostavnije tehnike prozračavanja su kod uniformnih debljina uzoraka,ravnih površina,kada primarni snop zračenja pada normalno na materijal i prozračavanje je ravnomerno,čime se postiže najveća osetljivost. U slučaju složene geometrije odlivka ili otkivka,isto se dele na više jednostavnijih sektora ( oblika ) koji se snimaju pojedinačno,što omogućuje optimalni izbor parametara prozračavanja i efikasno otkrivanje tipičnih grešaka ( uključci,poraznost,prsline i slično ). Na slici 7 je dat primer najjednostavnijeg slučaja uniformne debljine uzorka kada primarni snop zračenja prolazi kroz najmanju debljinu uzorka, tj. jednom ekspozicijom se prozračava jedna debljina uzorka,čime se postiže najveća osetljivost.
Slika 7 : Prozrač avanje proizvoda u obliku ravne ploč e
Na slici 8 je dat šemacki prikaz za uzorak složenije geometriske konfiguracije čvorno mesto – kada se prozračavanje vrši iz više pravaca sa više ekspozicija.Pravci a,b,c pokrivaju pojedinačne uniformne debljine uzorka,ali je potreban i dodatni pravac d radi otkrivanja greške u samom čvornom mestu.
11
a
b d
c
Slika 8: Prozrač avanje č vornog mesta
Kada postoje znatne razlike u debljini pojedinih zona uzorka,postoje dve mogućnosti videti sliku 9 i to: •
•
istovremeno eksponiranje ( jedna ekspozicija ) dva radiograma različite osetljivosti radiograma istih osetljivosti sa različitim kombinacijama folija (pakovanih u istoj kaseti- sendvič tehnika ). dve ekspozicije sa različitim vrednostima napona ( jačine izvora ).
a
b
Radiogram
Radiogram Slika 9: Prozrač avanje uzoraka različ itih debljina
Predmeti sa zakrivljenim površinamaradiografski se ispituju na isti način kao i predmeti sa ravnim površinama.Uvek nastoji da prozračavanje bude kroz jednu uniformnu debljinu uzorka i jednom ekspozicijom,a ukoliko je to nemoguće primenjuje se neka druga tehnika najoptimalnijih pravaca prozračavanja i drugih parametara prozračavanja. Kod čvrstih tela u obliku cilindra izbor pravaca prozračavanja zavisi od odnosa prečnika i dužine uzorka.Kada je prečnik jednak ili veći od dužine uzorka,pravac prozračavanja treba da bude u podužnom pravcu,ako je to moguće,da bi se obezbedilo jednoliko prodiranje 12
zraka po preseku.Pravac prozračavanja se poklapa sa produžnim diskontinuitetima čime se postiže i dobra osetljivost.Kod malih prečnika odlivka ili otkivka ( prečnici manji od 50 mm za lake legure,odnos prečnika i dužine manji od 25 mm za teške metale ) primenjuje se pravac prozračavanja,koji je manji od normalnog ,na uzorak,pri čemu je u većini slučajeva dovoljna jedna ekspozicija u tom pravcu ( videti slike 10 i 11 ).
Radio ram
Radio ram
Slika 10: Prozrač avanje kratkog cilindra
Slika 11: Prozrač avanje dugog uzorka ( cilindra )
Za veće prečnike mogu se koristiti sledeće tri tehnike: •
•
•
Jednom isovremenom ekspozicijom,u jednom pravcu prozračava se uzorak pri čemu se koriste dva radiograma različitih osetljivosti postavljnih u zoni A- brži radiogram i zoni B- sporiji radiogram ( sl.12a. ). Sa dve ekspozicije u jednom pravcu prozračava se uzorak,sa vi šim i nižim naponom ( jačinom izvora zračenja ).Zona A se prozračava višim,a zona B nižim naponom (sl.12b. ). Sa dve ekspozicije u dva međusobno upravna pravca prozračava se uzorak pri čemu se zona A prozračava dva puta ( sl.12 c ).
Slika 12 a
Slika 12 b
13
Slika 12: prozrač ivanje odlivaka i otkivaka već eg preč nika: a) jednom ekspozicijom upot rebom bržeg i sporijeg radiograma; b) sa dve ekspozicije u istom pravcu,upotrebom višeg i nižeg napona; c) sa dve ekspozicije u dva pravca prozrač avanja
Slika 12 c
Pri ispitivanju odlivaka i otkivaka cilindričnog oblika radi otkrivanja poprečnih prslina treba primeniti najmanje četiri ekspozicije pod uglom od 45◦. Takođe,naročito kod uzoraka šipke ili cilindra,može se primeniti princip izjedna čavanja gustine zacrnjenja ( izjednačavanjem debljine ) primeno materijala sličnih apsorcionih karakteristik kao i materijali koji se ispituju tzv. kompenzatora debljina. Sa povećanjem složenosti geometriske konfiguracije odlivka i otkivka mora se povećati i broj ekspozicija.Izbor pravca prozračavanja za svaku ekspoziciju zavisi od oblika dela uzorka koji se ispituje ( videti primer na slici 13 ).
Slika 13: Ispitivanje uzoraka složene geometrije
Opšti zahtevi izvođenja radiografskog ispitivanja čeličnih odlivaka „ X “ i „ γ “ zracima definisani su standardima. 2.2 Zavareni spojevi U opštem slučaju pravac prozračavanja treba da bude usmeren na sredinu sekcije koja se ispituje i treba da je upravna na površinu te sekcije.Ovo važi i za ispitivanje sučeono zavarenih spojeva. Od ovog pravila se odstupa u posebnim slučajevima, tj. za otkrivanje pojedinih grešaka kao što su na primer nehomogeno vezivanje ili prsline,kada se pravac prozračavanja poklapa sa očekivanim pravcem prostiranja tih grešaka (videti sliku 14 ). 14
B
A
B
Slika 14: Radiografsko ispitivanje zavarenog spoja
Za kružne zavarene i lemljene spojeve primenjuju se tehnike prikazane na slikam od 15 do 18.
Slika 15: Ispitivanje uzoraka malih preč nika; tehnika dvostruki zid-dvostruka slika
Slika 16: Tehnika jednostruki zid-jednostruka slika,izvor zrač enja unutar cilindra
15
Slika 17 : Tehikajednosiruki zid-jednostruka slika, iz\'or zrač enja izvan cilindra
Slika 18: Tehnika dvostruki zidjednostnikaslika
2.3 Određivanje polozaja greške Radiografskom metodom je u odredenim uslovima moguće odrediti položaj greške direktno sa radiograma. Preduslov za ovo je poznavanje staikture objekta koji se ispituje, tipova grešaka koje se mogu pojaviti kao i korektna interpretacija radiograma. Ove preduslove često u praksi nije mogu će obezbediti te je precizno odre đivanje Iokacije nemogu će ili nepouzdano. Ovde dajemo dva tipi čna primera određivanja Iokacije greške: slučaj određivanja položaja (Iokacije) korozivnih ošte ćenja dat je na slici 19. Ovde se koriste dve ekspozicije, svaka sa svojim filmom, a položaj ošte ćenja se određuje na radiogramu, u odnosu na referentni položaj okolnih profila.
Slika 19: Određ ivanje Iokacije korozivnih ošleć enja
16
Stereo radiografija: slučaj sa dve ekspozicije na jednom filmu, pri čemu se koristi isti izvor zračenja, na dva različita polozaja sa tačno poznatim razmakom ( videti sliku 20 ). Lokacija defekta u ovom slučajuodređuje formulom: d = s · a / s + t Pri ovome se moravoditi računa,da bi se obezbedila zadovoljavajuće ukupno zacrnjenje ( pošto je ovo tehnika sa dve ekspanzije istog filma ),da se za svaku ekspanziju koristi samo polovina ukupne vrednosti jačine struje ( mA ). Najčešća primena stereo radiografije je za određivanje dubine uključaka i drugih zapreminskih grešaka kod odlivaka,otkivaka i zavarenih spojeva.
Slika 20: Stereo radiografija
17
2.4 Određivanje dužine i širine greške Na radiografu se trodimenzionalna greška projektuje u dvodimenzionalnu projekciju, veoma se lako može odrediti dužina i širina greške. Pri ovome treba voditi računa o pojavi uveličanja projekcije. Uvećanje projekcije (slika 1. ) u opštem slu čaju se može utvrditi relacijom:
g' = gde su: g'- projekcija greške u ravni filma, g- stvarna veličina greška, f- rastojanje izvorfilm i x- udaljenost greške od filma.
Slika 1. Šematski prikaz uvećanja greške U opštem slučaju, sem kod velikih debljina predmeta kontrole, linearno uvećanje projekcije greške je retko veće od 5%, mada ima slučajeva, zbog orjentacije greške u odnosu na ravan filma, da je projekcija greške manja od stvarne veličine greške ( slika 2.)
18
Slika 2. Šematski prikaz uticaja orijentacije greške na veličinu projekcije ( G1=G2, P1 > P2 )
Slika 3. Šematski prikaz primene indikatora kvaliteta slike u oceni visine greške a- Stepenasti indikator sa rupama, b- žičani indikator Veličinu greške po dubini radiografski je teže odrediti. Postupak se sastoji u merenju gustine zacrnjenja na mestu greške i poređenje promene gustine zacrnjenja na mestu greške ∆Dx sa vrednošću promene gustine zacrnjenja odgovarajućeg stepenika odnosno
19
žice indikatora kvaliteta ∆Diks . prečnik odgovarajuće žice, odnosno stepenika IKS približno odgovara dimenziji greške ( ∆d=da) prozračavanja, ako je ispunjen uslov:
|∆Dx| = |∆DIKSi| Pri ovome je:
∆Dx = Dx – D0
i
∆DIKS = Do - DIKSi
D D D
Gde su: 0, x, IKS gustine zacrnjenja na mestu bez gresške, na mestu greške i – tog stepenika ili žice indikatora respektivno. Proverom ovog jednostavnog načina određivanja visine greške ustanovili smo da se velićina greške može određivati sa odstupanjem ± 30%. Vrednosti odstupanja se smanjuju ( ±20%) ako se indikator postavi u neposrednu blizinu greške. a) Uptreba defektometra Defektometar predstavlja tanku metalnu pločicusa kanalima različite dubine (slika 4a). Postavljaju se na predmet kontrole u neposrednoj blizini greške i prozračavaju se zajedno. Nakon hemijske obrade radiografskog filma na radiogramu ( slika 4b) se mogu izmeriti različite gustine zacrnjenja ne mestu defektometra koje odgovaraju različitim dubinama kanala (b). Merenjem gustine zacrnjenja na mestu greške i na pojedinim kanalima defektometra može se, kao u prethodnom slučaju oceniti visina (dubina) greške. Na slici 4 prikazan je princip korišćenja defektometra (a) i primeri odredjivanja dubine greškeradiogramima (b,c), pri čemu su korišćeni etaloni sa greškama neprovarenog korena (d) i poroznosti (e).
20
Slika 4. Korišćenje defektometra za određivanje dimenzije greške u pravcu prozračavanja a- Šematski prikaz, b i c – radiograma etalona sa greškom d i e – etaloni U primeni defektometra za određivannje veličine grešaka u zavarenim spojevima razlikuju se dva slučaja: - Ako je debljina defektometra ( s) jednaka nadvišenju zavara (h) veličina greške po dubini (∆d) određena je relacijom:
∆d = bi za D∆d = Dbi pri s=h
–
Gde je: bi dubina odgovarajućeg kanala ne defektometru iza kojeg je gustina zacrnjenja na radiogramu jednaka gustini zacrnjenja iza greške. - Ako se debljina defektometra razlikuje od nadvišenja zavara (s≠h) , veličina greške po dubini određuje se relacijom:
∆d = Gde je : h – nadvišenje zavara, a µ i µ g – linearni koeficijenti apsorpcije za osnovni materijal i materijal greške. S obzirom da je ova metoda odredjivanja veličine greške uglavnom namenjena određivanju veličine grešaka ispunjenih gasom (poroznost, neprovareni koren) , to je iz uslova µ g 0:
∆d = h – s + b i U primeni se često koriste i defektometri sa kanalima punjenim troskom, čime se pruža mogućnost bržeg određivanja veličine grešaka tipa uključaka troske direktnim merenjem zacrnjenja, uz poštovanje prethodno navedenih uslova. Tačnost određivanja dubine greške zavisi od tačnosti merenja gustine zacrnjenja i korektno određenih uslova radiografije i obrade radiografskog filma. Tačnost određivanja je utoliko veća što je razlika između uzastopnih kanala manja. Po literaturnim podacima u seriji ispitivanja na etalonima postignuta je ralativno zadovoljavajuća osetljivost određivanja velličine greške. (npr. Odstupanja u granicama ±15%) 2.5 Metode merenja gustine zračenja Određivanje dubine greške direktinm merenjem gustine zacrnjenja je metoda koja je veoma jednostavna ali iziskuje dobru opremu za mernje zacrnjenja. To se odnosi pre 21
svega na širinu merne tačke, obzirom da je veoma često potrebno izmeriti dubinu tzv.ravanskih grešaka (prslina, nalepljivnje...), čija je širina veoma mala. Stoga se merenje i najčešćžce obavlja sa preciznim denzitometrima sa korakom od 5µm i mernim mestom 2*5µm. Korsite se često i uređaji za uveličanje radiograma, što još pooštrava zahtev u pogledu sitnog zrna radiografskog filma. Određivanje veličine greške ovom metodom sastoje se u merenju gustine zacrnjenja u niz grešaka, sa nizom mernih tačaka po mernoj trasi. Određivanje dubine greške se sastoji u povezivanju izmerenih vrednosti gustine zacrnjenja sa promenom debljine materijala. To se najčesšćce radi preko kolibracionih krivih za svaki film, dobijenih iz karakteristika radiografskog filma i krive ekspozicije. Sve češćce je korišćenje stepenastog klina snimljenog zajendno sa predmetom kontrole na istom filmu, jer se na taj način eliminiše greška u obradi filma i nije potrebno poznavati karateristike filma ali to uslovljava dobro poznavanje krive gustine zacrnjenja – debljine materijala da bi se omogućila korektna ekstrapulacija. Ova metoda omogućavao određivanje dubine greške sa odstupanjima ±10%. Uočeno je da se kod zavarenih spojeva greške u osi šava preciznije određuju od onih ka periferiji, a što se pripisuje neujednačenoj debljini iznad greške (neujednačeno nadvišenje). Mnogi istraživači upozoravaju na probleme koje pri primeni ove metode izaziva neoštrina projekcije greške , koja je posebno izražena kod veoma uskih grešaka. Polazeći od izraza za promenu intenziteta zračenja širokog snopa pri prolasku kroz materijal bez greške:
Id = Io B I sa greškom:
Ig= Io B I relacije koja daje vezu između gustine zacrnjenja radiografskog filma (D) i intenziteta zračenja : D = k Id tP + Do formulisana je zavisnost između veličine greške (dubine) i promene guustine zacrnjenja:
∆d = gde su: Io i Ig – intenziteti zračenja pri prolasku kroz materijal bez i sa greškom respetivno , B-faktor nagomilavanja, µ i µ g – linearni koeficijetn apsorpcije zračenja materijala predmeta kontrole i materijala kojim je ispunjena greška u predmetu kontrole, ∆d – dubina greške u predmetu kontrole, D, Dg i Do – gustine zacrnjenja radiograma na mestu bez greške sa greškom zacrenjenje ne eksponiranog filma respektivno, t-vreme 22
prozračavanja (ekspozicije), k – konstanta koja karakteriše energetski spektar i karakteristike filma i p-konstanta koja karakteriše zacrnjenje izazvano folijama. Data ralacija se može primeniti samo pri geometriji kod koje je osa snopa zračenja upravna na ravan filma. U slučaju ozračavanja pod uglom α nužna je korekcija. Autor izraza predlaže da se korekcija vrši samo na dalu promene zacrnjenja ( ∆D = Dg – Do) i to:
D* = (Dg – Do) * = ( Dg – Do)[1 – cos2 eµ d(1 -
)
]
Tačnost ovakvog načina određivanja dubine greške nije veća, prema navodima autora, ±10%, a zahteva daleko više priprema i podataka u startu od predhodnog načina. Jedan od preoblema koji se javljaju pri određivanju dubine uskih grešaka (npr.prslina) je i njihov, najčešće, zakošeni položaj u odnosu na osu zavarenog spoja odnosno na osu snopa izvora zračenja (slika 6). Japanski autori stoga predlažu varijantu ove metode koja se sastoju u snimanju sa dve ekspozicije pod uglovima ±10º i merenju širine projekcija prslina. Na taj način oni omogućuju određivanje dubine prslina bez obzira da li je prslina pod uglom u odnosu na površinu predmeta kontrole ili upravna na nju, preko relacije:
h= gde su l1 i l2 širine prslina merene na osnovu dve ekspozicije a izvršeno prozračavanje.
ugao pod kojim je
Slika 6 Shematski prikaz prostiranja prsline u zavarenom spoju Za razliku od predhodnih razmatranja userenih pre svega u određivanju dubine prsline, jedan broj autora usmerio je istrazivanja is trazivanja ka određivanju dubine neprovara. Merenjem
23
gustine zacrnjenja moguće je iz odnosa pikova sa slike 7 odrediti dubinu neprovara preko relacije:
h= A gde su A,B i C koeficijenti koji se mogu eksperimentalno odrediti d- nadvišenje zavara, a l i L – visine pikova sa dijagramom dobijenog merenjem gustine zacrnjenja po trasi poprečnoj na pravac prostiranja neprovara ( vidi sliku 7).
Slika 7 Kriva merenja gustine zacrnjenja radiograma poprečno na prostiranje ne provara. Na slici 8 prikazan je etalon kriva koja omogućuje direktno odredjivanje dubine neprovara u zavisnosti od
.
24
Slika 8 Zavisnost dubine neprovara (h) od odnosa Za greške svernih oblika (npr. Poroznosti) i izvore zračenja niskih energija predložena je relacija:
dx= gde su dx - dubina greške, do – prečnk projekcije greške svernog oblika u ravni filma, ρx – i ρo – gustine materijala koju ispunjava grešku i materijala od koga je načinjen predmet kontrole. Ax i Ao – koeficijenti koji zavise od linearnih koeficijenata apsorpcije zračenja u materijalu greške i materijalu predmeta kontrole. Zbog zahteva za poznavanjem prirode materijala kojim je greška ispunjena i ograničenja u pogledu oblika greške i energije izvora zračenja ova metoda nije našla širu primenu i pored relativno visoke osetljivosti ( ispod 10%). U literaturi se sre će i relacija 2 za određivanje dubine greške u obliku:
Gde su : dx- dubina greške, do- debljina predmeta kontrole u pravcu prozračavanja, Dx i Do- gustina zacrnjenja radiograma na mestu greške i mestu bez greške i K – koeficijent proporcionalnosti, koji se može eksperimentalno odrediti.
25
Rezultatu ispitivanja serije etalona sa veštačkim greškama, pravilnog oblika prikazani su na slici 9. Očigledno je relativno uska oblast linearne zavisnosti između dx /do i (1 – Dx /Do), što sužava mogućnost šire primene ove metode. Provera metode na određivanju veštačkih i prirodnih grešaka pokazalo je osetljivost u granicama do ±10%.
Slika 9 Zavisnosti veličine dx /do od merenih veličina gustina zacrnjenja (1-Dx /Do) Karakteristično za sve napred izložene metode odredjivanja dubine grešaka merenjem gustine zacrnjenja je ograničenost na određene vrste grešaka ili ograničenu oblasti važenja. Sve one zahtevaju studiozna istraživanja radi utvrđivanja etalona krivih koeficijenata srazmernosti ili oblasti važenja za odredjene vrste grešaka što umanjuje njihovu masovniju primenu u praksi. 2.6 Stereografska metoda Dubina greške moguće je oceniti i primenom stereoradiografije. Stereoradiografija predstavlja metodu određivanja položaja greške u predmetu kontrole primenom dvostruke eksppozicije na jednom radiografskom filmu, pri čemu se za svaku ekspoziciju koristi drugi položaj izvora zračenja (slika 10). Preciznim određivanjem geometrije prozračavanja (s, l1) i merenje veličina sa stereoradiograma (l2, l3) moguće je pored položaja greške (h) određenog relacijom
h= odrediti i dubinu greške (∆x) preko relacije :
26
∆x=
Slika 10 Sematski prikaz korišćenja stereoradiografije za određivanje dubine greške Na slici 11 prikazan je primer stereoradiograma uzorka sa cilindričnom greškom 11a) sa koga je određen položaj (odstupanje +5%) i dubina greške ( odstupanje +7%).
27
Slika 11 Stereoradiogram (c) i normalni radiogram (b) etalon (a) 2.7 Neutronska i protonska radiografija Princip rada neutronske radiografije isti je kao i kod drugih tipova radiografije sa jonizujućim zračenjem. Razlika je samo u verovatnoći interakcije primarnog snopa sa različitim materijalima. Mera za ovu verovatnoću je koeficijent slabljenja primarnog snopa. Na sl.1 prikazana je zavisnost ovog koeficijenta od rednog broja materijala za termičke neutrone i X zrake (125 kV). Dobijena kriva za X zrake je glatka i monotono rastuća sa Z, a za termičke neutrone diskretna i nepravilna. I u slučaju istog hemijskog elementa, ali za dva različita izotopa, razlika može biti primetna. Povećani koeficijent slabljenja imaju laki materijali ( vodonikm voda, azot....) kao i neki srednji i teški elementi (kadmijum, indijum, europijum, gadolinijum, živa, plutonijum...) što ukazuje na moguću primenu neutronske radiografije.
28
Sl.1. Zavisnost koeficijenta slabljenja primarnog snopa od rednog broja materijala, za termičke neutrone i X zrake ( 125 kV). Za neutronsku radiografiju potrebno je obezbediti dovoljno snažan izvor neutrona. Zbog visokog preseka najpogodniji su termički neutroni. Najznačajniji izvor takvih neutrona je nuklearni reaktor. Međutim primena neutronske radiografije je skupa i vezana za lokaciju reaktora. S toga su se javili i mali, namenski reaktori za neutronsku radiografiju. Zbog potrebe izvođenja radiografije na licu mesta primenu su našli i radioizotopi neutronski generatori. Najznačajnije osobine svih pomenutih izvora dati su tabeli 1.
Tabela 1. Poređenje karakteristika različitih postrojenja za neutronsku radiografiju. 29
Iz tabela se vidi da primena akceleratora u neutronskoj radiografiji nije česta. Međutim ona je sasvim realna. To mogu biti i namenski mali akceleratori, ali i istraživa čki akceleratori sa posebnima kanalom za neutronsku radiografiju. Pošto se na akceleratorima dobijaju brzi neutroni, neophodna je njihoava moderacija i kolimaciija, čime se gubi na efikasnosti. Potrebno je dakle precizno utvrditi ekonomičnost neutronske radiografije na akceleratorima. Akceleratorska instalacija ,,Tesla'' u INN ,, Vinča ''pored ostalih mogućnosti, moći će da generiše snopove deuterona energije 60-73 MeV i struje 10-20µA. Nuklearne reakcije koje daju neutrone najnižih energija su najpogodnije za korišćenje a to su: 9 2 10 1 4 Be + 1d → 5B + 0n + 4.3 MeV 7 2 7 1 3Li + 1 p→ 4Be + 0n + 2.1 MeV
Dobio bi se prinos neutrona od oko 2.5 * 109 n/s za reakciju sa berilijumom. Time neutronska radiografija postaje moguća . Za prenosnu neutronsku radiografiju najznačajniji je izvor kalifornijum - 252(2). Najvecći nedostaci su mu: realtivno visoka cena, kratak period poluživota (2.65 god), mali neutronski fluks na mestu detektora i slaba rezolucija. Sve se to može kompenzovati mogućnošću primene na licu mesta. U sklopu svakog postrojenja za neutronsku radiografiju bitnu ulogu igra kolimator. Njegova uloga je da neutrone usmeri na metu. Idealno bi bilo da svi neutroni padaju na metu paralelno. Međutim tada bi se smanjio fluks neutrona na meti. Stoga se pravi kompromis. Kao mera za paralelnos neutrona služi tzv. Kolimatorski odnos L/D gde je L- udaljenost od izvora do mete, a D- prečnik otvora izvora. Što je veći kolimatorski odnos, snop neutrona je paralelniji. Time se postiže veća oštrina slike. Međutim, time se produžuje vreme eksponiranja. Kod snažnih izvora neutrona kao što su reaktori, u praksi se može ići na vrednosti L/D i preko 250. Kod slabih izvora, kao što je npr kalifornijum treba usmeriti što više neutrona na metu. To znači da treba ići na najmanji mogući kolimatorski odnos do granice podnošljivosti rezolucije. U praksi se koriste i vrednosti do 10. Za neutronsku radiografiju kao metodu može se reći da je jedinstvena i komplementarna sa gama (X) radiografijom. Jedinstvena je npr u slučajevima da treba ustanoviti prisustvo dva različita izotopa istog elementa što je značajno u neuklearnoj tehnici. Kompatibilnost sa gama radiografijom ogleda se u sledećem. Gama radiografija je efikasnija ukoliko je redni broj Z materijala veću u odnosu na kontrast. To znači da je pogodna za ispitivanje metalnih sklopova. Pri ispitivanju lakih materijala daje loše rezultate. Nasuprot tome neutronska radiografija je efikasnija pri ispitivanju lakih materijala. Dakle, neutronska radiografija je dobra tako gde je gama (X) radiografija loša i obrnuto. Tek ispitivanje nepoznatog uzorka sa obe metode daje njegovu kompletnu sliku – neutronska i gama radiografija su kompatibilne. Neutronska radiografija se danas sve više koristi kao metoda ne destruktivnog ispitivanja materijala. Njene najznačajnije primene su u: nuklearnoh tehnici, ispitivanje plastičnih materijala, pirotehnici, metalurgiji, biologiji medicini pa i arheologiji. U nuklearnoj tehnici koristi se za ispitivanje karakteristika gorivih elemenata naročito u
30
eksperimentalnoj fazi. Primena u industriji je vrlo široka. Pošto guma i plasti čni materijali imaju dosta vodonika oni se lako detektuju neutronskom radiografijom. Vareni i lemljeni spojevi se tako đe lako prepoznaju jer obično sadrže srebro i bor. Protonska radiografija Protonska radiografija bazirana je na obasjavanju objekta koji se ispituje brzim protonima, otklanjanju protona iz primarnog snopa i registraciji na filmu ili drugom detektoru. U zavisnosti od dimenzije objekta potrebno je obezbediti odgovarajuću energiju protona. Zavisnost specifičnog gubitka energije protona i njihovog dometa u vodi od energije prokazana je na sl.2 i sl.3 (3).
Sl.3 Zavisnost dometa brzih gubitaka enrgije brzih protona od energije u vodi
SL.2 Zavisnost dometa brzih protona od energije u vodi
Specifični gubitak naelektrisanja opada sa porastom energije protona sve do energija 9001000 MeV, kada počinje ponovo da raste. To znači da su energije 800-900 MeV najpogodnije za protonsku radiografiju. Sva povećanjem energije domet protona slabo raste pa ekonomičnost dolazi u prvi plan. Radiografijom sa brzim protonima nižih energija je moguća ali se smanjuju dimenzije objekta koji se ispituje. Za ispitivanje brzih hidrodinamičkih procesa najčesće se koriste energije od oko 800 MeV. Sa njima se mogu radiografisati predmeti gustine kao voda dimenzija reda 1m. Za materijale veće gustine te dimenzije se srazmerno smanjuju. Interesantno je videti kolike su dimenzije predmeta koji bi se mogli radiografisati na akceleratorskoj instalaciji ,,Tesla'' u Vinči. Maksimalne energije protona bile bi oko 70MeV. Prema sl.3 proizilazi da su maksimalne dimenzije reda nekoliko centimetara. Ovim je primena znatno sužena ali ne i isključena.
31
3. VRSTE GREŠAKA,NJIHOV IZGLED NA RADIOGRAMU I KRITERIJUMI PRIHVATLJIVOSTI 3.1 Klasifikacija grešaka Moguće su različite klasifikacije grešaka, a jedna od najčešćih je prikazana na slici:
Osim navedene podele grešaka, postoji i podela po vrsti koja zavisi pd vrste proizvoda tj objekta koji se ispituje, što će biti obrađeno u poglaljima koji slede. Često je u upotrebi i podela greške u odnosu na period nastanka, greške u datom proizvodu ili materijalu koji se ispituje: Prvobitne (početne) greške Ovde spadaju skupljanje, vruće suze, gasni mehur, nemetalni uključci, segregacije. One nastaju u prvobitnoj fazi oblikovanja izlivenog metala, i obično ostaju u istom obliku kroz sve naredne faze obrade. Greške nastale prilikom obrade To su uglavnom prsline kao najtipičniji predstavnik. One nastaju kao rezultat termičke obrade, brušenja, i mašinske obrade tj prilikom dovodjenja metala u završni oblik i stanje. Greške nastale tokom eksplotacije •
•
•
32
Tipičan predstavnik ovih grešaka su prsline koje je javljaju i razvijaju tokom upotrebe proizvoda, usled dejstva nekog opterećenja. U opštem slučaju postoje dve vrste ovih prslina, i to zamorne prsline nastale uzastopnim delovanjem visoko cilindričnog opterećenja, ili prsline nastale uzastopnim delovanjem visoko cilindričnog opterećenja, ili prsline nastale usled delovanja pojedinačnog ili niskocilindričnog opterećenja. Prsline u eksploatacij objekta često nastaju i razvijaju se usled postojanja grešaka iz ranijih faza izrade i obrade. Pored prslina za eksploataciju je karakteristično i pojava korozivnih, erozivnih i drugih tipova oštećenja. •
3.2 Najopštiji opis karakterističnih grešaka u metalnim materijalima Uključ ci su obično nemetalnog karaktera ( šljaka, vatrostalni materijali i hemijska jedinjenja-sulfidi, oksidi, silikati), koji bivaju zarobljeni u o čvršćavajućem ingotu. Oni su obično izduženog oblika i pojavljuju se u ingotu, saglasno pojedinim fazama izrade. Različitih su dimenzija i kod finalnog proizvoda se mogu pojaviti kao površinski ili podpovršinski diskontinaiteti. Gasni mehur i šupljine se formiraju zbog prisustva gasa, nerastvorljivog metalu, i koji biva zarobljen kada metal očvršćava. Ako se ingot podvrgne nekim od postupaka fabrikacije, gasni mehuri dobijaju izdužen oblik. Kod finalnih proizvoda se obično pojavljuju u obliku šavova i laminantnosti, zavisno od lokacije. Skupljanja sastoje se od velikih šupljina nastalih skušljanjem na površini pre izvođenja postupka obrade, mogu imati vrlo štetna uticaj na izvodjenje istih. Ukoliko postoje u delovima nakon njihove izrade obično se nalaze na nekom rastojanju ispod površine. Segragacija kada ingot očvršćava, raspodela različitih elemenata i sastojaka u opštem slučaju nije jednaka po celom preseku ingota, tj pojavljuju se segragacije pojedinih sastojaka. Ako je ingot kovan a zatim valjan, ove segragacije su izdužene i umanjuju poprečni presek proizvoda. Često se pojavljuju i kao vrlo tanke paralelne linije ili linijske grupacije nečistoća. Nespojena mesta predstavljaju nedovoljna spajanja iizmedju dva toka metala i kalupa. Predhodno je izazvano prisustvom tokova metala koji se hladi tako brzo da fuziju čini nekompletnom. Vruće suze su lokalna koncentracija koja nastaju, oblikovane za vreme očvršćavanja. Nastaju dok je metal još u toplom stanju i kada lokalne nehomogenosti u sastavu legura obrazuju kapljice koje teku kao suze. Prsline su najtipičniji slučaj greške nastale u toku izrade. Mogu nastati praktično kod svih postupaka fabrikacije Preklopi su tipične vrste grešaka nastalih u pojedinim postupcima fabrikacije i prestavljaju nabore na površini i/ili nedovoljnim pritiskom u završnoj fazi fabrikacije.
33
Zarezi diskontinuiteti, obično podužne orijentacije, slične površinskim prslinama. Najčešće se javljaju kod otkivaka. Greške obrade pri mehaničkoj obradi i obično nastaju površinske prsline, najčešće kao rezultat pregrevanja. Neadekvatna termička obrada takodje može izazvati pojavu prslina. Greške nastale toko eksploatacije U opštem slučaju svode se nagreške tipa prsline ili odnošenje čestica metala. S obzirom na uzrok nastanka, dele se na: Greške nastale mehaničkim opterećenjem Greške nastale termičkim opterećenjem Greške nastale erozivnim delovanjem Greške nastale hemijskim delovanjem tj koroziona oštećenja. • • • •
3.3 Greške kod odlivaka i njihove greške na radiogramu Po vrsti, greške u odlivcima svrstane su u 7 grupa: • • • • • • •
A – gasni mehuri i šupljine, B – preščana gnezda i uključci C – unutrašnja skupljanja D – vruće suze, E – prslin F – nespojena mesta i G – unutrašnje zamrzline
3.3.1 Gasni mehuri i šupljine Gasni mehuri I šupljine u odlivcima predstavljaju šupljine gasom ili vazduhom. To su česte greške kod odlivaka, aposledica su loše tehnike livenja. Nastaju usled: - Zahvatanje vazduha - Zadržavanja gasa u metalu od koga su izrađeni kalupi za livenje i - Skupljanja metala. Najčešći uzrok nastajanja gasnih mehura je vazduh koji se nalazi u kalupima pre livenja. Ukoliko vazduh nije uspeo u procesu da u potpunosti napusti kalup i izađe kroz otvore, biće zahvaćen strujom tečnog metala i ostati zarobljen u odlivku mehura ili malih gasnih pora. Gasni mehuri često nastaju zarobljavanjem gasova nastalih u reakcijama koje se odvijaju tokom livenja. Rastvorljivost gasova u tečnom metajlu je velika i naglo se menja sa promenom temperature. Pri očvršćavanju metala rastvorljivost gasova u metalu se usled smenjenja temperature smanjuje. Suvišni gas se odvija iz metala i skuplja u mehuriće koji se kreći kroz metal ka površini i nastoje da napuste odlivak. Ukoliko je proces hlađenja ubrzan ili neravnomeran, zbog neodgovarajuće tehnologije livenja ili odstupanja od propisanje tehnologije, gasni mehuri će ostati zarobljeni u očvrslom metalu. Obično su ovi gasni mehuri mali i raspoređeni u čitavom odlivku ili pojedinim zonama. Veoma često uzrok nastajanja ovih grešaka je i materijal koji se upotrebljava za formiranje kalupa. Gasovi se izdvajaju pri dodiru tečnog metala i kalupa i prdiru u tečni metal odlivka. Ovako nastale greške obično se nalaze neposredno ispod površine odlivka. 34
Gasni mehuri nastaju i usled nepravilnog ulivanja tečnog metala u kalupe. Ukoliko tečni metal pada sa velike visinem mogu se pri dnu kalupa formirati metalne kapi koje brzo očvršćavaju i na čijim se površinama formira sloj oksida. U reakciji oksida sa te čnim metalom obraazuje se gas koji u obliku mehura može ostati zarobljen oko očvrsle kapi metala. Gasni mehuri su loptastog oblika i na radiogramu se manifestuje u obliku polja znatno veće gustine zacrnjenja, okruglog ili ovalnog oblika.
Slika 2. Gasni mehur u odlivku. a – šemtaski prikaz greške ; b – radiogram Pored loptastog oblika , gasni mehuri mogu biti i izduženog oblika. Gasni mehuri mogu biti međusobno povezani u sistem malih šupljina, nešto krupnijih od mikroporoznosti i mikro skupljanja. Ta forma se naziva sunđerastom poroznošću. Na radiogramima odlivka male debljine u pravcu prozračavanja ove greške se lako uočavaju, jer se oblici šupljina jasno ocrtavaju, međutim, na radiogramima debljih odlivaka ove se greške taško identifikuju, jer se manifestuju samo kao tamne mrlje. Šupljine u odlivcima nastaju usled smanjenja zapremine odlivaka pri očvršćavanju. Koeficijent istezanja metala se menja sa promenom temperature. Metali imaju veći koeficijent istezanja u tečnom stanju i on se umanjuje pri prelasku metala iz tečnog u čvrsto stanje, usled čega će se obrazovati usahline ( lunkeri ), na površini odlivaka šupljine usled stezanja , u unutrašnjost odlivka, na mestima koja očvršćavaju ubrzano, pa prestane dotok istopljenog metala iz hranitelja ili nalivka, dešava se da lunker iz glave oduška ili hranitelja produži u dubini, pri čemu nastaje sekundarni lunker . Ova greška, vezana su za lošu tehniku livenja ili nepravilno postavljene ulivne sisteme, može izazvati greške koje se protežu i po celoj dubini odlivka. Na radiogramu se šupljine manifestuju kao povećane gustine zacrnjenja napravilnog oblika. Oblik ovih grešaka, karakterističnih za srednje i velike odlivke, zavisi od debljine odlivka i brzine hlađenja u procesu očršćavanja. Kod vlaknastih skupljanja greške se na radiogramu prikazuje u obliku drveta sa većim i manjim. Greške tipa gasni mehuri i šupljine obično se pojavljuju zajedno u odlivcima.
3.3.2 Peščana gnezda i uključci Peščana gnezda i uključci predstavljaju strana tela zarobljena u odlivku, koja se po svojim osobinama razlikuje od metala odlivka. Na radiogramu se ove greške manifestuju u obliku senki različitog oblika (slika 3). Kako je gustina preščanih i drugih ukuljačaka 35
obično manja od gustine metala odlivka, projekcije grašaka radiogramu veće gustine zarnjenja od dela radiograma koji odgovara homogenom delu odlivka.
Slika 3: Peščana gnezda i uključci u odlivku a – šematski prikaz; b – radiogram Peščana gnezda (slika 4) u odlivcima nastaju pri ulivanju tečnog metala u kalupe i rasipanju peska u tečni metal, pri udaru i oštećenju zidova kalupa mlazom tečnog metala. Uzrok nastajanja ove greške može biti: Neosušena peščana forma Slabo formiran peščani kalup i Nepravilan dovod metala u peščanu formu Peščani uključci mogu biti skoncentrisani na jednom mestu ili razbacani po celom odlivku. • • •
Uključ ci ci nastaju kao zaostali i zaribljeni produkti dezoksidacije u procesu livenja, ili kao zahvaćene ili zarobljene čvste čestice. Projekcije uključaka produkta dezoksidacije na radiogramu obično imaju blaže konture od prejekcije uključaka peska i drugih čvrstih uključaka.
Slika 4: Presek odlivka na mestu peščanih gnezda
36
3.3.3 Unutrašnja skupljanja Unutrašnja skupljanja su praznine u odlivcima koje nastaju kao poslediva neravnomernog očvršćavanja odlivka. Za rasliku od šupljina i sekindarnih lunkera, skupljanje se obrazuje na mestima nagle promene dimenzija odlivka, na mestima hranitelja ili oduška i drugim mestima koje posle prekidanja hranjenja poslednja očvršćavaju. Unutrašnja skupljanja se mogu javiti u obliku jedinstvenih praznina. Karakteristična su za odlivke velikih zapremina i odlivke izradjene od metala i legura koje očvršćavaju u širokom temperaturskom intervalu. Oblik unutrašnjih skupljanja zavisi od oblika odlivka i brzine hlađenja, a položaj, od redosleda očvršćavanja. Na radiogramu se manifestuju u obliku oštro ocrtanih polja velike gustina zacrnjenja napravilnih konutra (slika 5). Često su oblika zrakaste linije, koja se obično račva iz jednog centra u više pravaca.
Slika 5: Unutršnja supljanja u odlivku debljine 45mm. a- šematki prikaz greške; bradiogram 3.3.4 Vruće suze Vruće suze su lokalna koncentrisanja lako topivih elemenata u odlivcima. Ove nehomogenosti nastaju usled idavanja pojedinih elemenata u odlivcima. Segregacija, lokalna nehomogenost u sastavu legura, poslednje očvršćavanju, najčešće obrazujući greške u obilku kapljica koje teku kao suze (slika 6), dok je odlivak još u toplom stanju, po čemu je greška i dobila ime.
37
Slika 6: Vruće suze u odlivku. a- šematski prikaz greške; b- radiogram Vruće suze se mogu pojaviti u celom odlivku ili kao lokalizovane ili trakaste greške. Slična greška se može pojavit u slučajevima kada je onemogućena slobodna dilatacija odlivka za vreme hlađenja. 3.3.5 Prsline Prsline su diskontinuiteti usled lokalnog (razdvajanja) metala odlivka. Na radiogramu se razlikuje od vrućih suza i unutrašnjih skupljanja po karakterističnom obiku: nepravilno izlomljenim linijama ve će gustine zacrnjenja (slika 7).
Slika 7: Hladna prslina u odlivku. a- šematski prikaz; b- radiogram Razlikuju se dve vrste prslina: topla i hladne : Tople prsline nastaju pri višim temperaturama (npr. Kod čeličnih odlivka u intervalu 1250ºC-1400ºC) i polsedica su toplotnih naprezanja. Tople prsline imaju nepravilan oblik i zidovi su im prekriveni slojem oksida. Nastaju oko hranitelja na mestima velikih promena debljine, na mestima spajanja više zidova odlivaka velike mase i sl. 38
Hladne prsline nastaju na nižim temperaturama, npr. kod čeličnih odlivaka ispod 650ºC. One imaju sjajnu povšinu i od toplih se razlikuju manjom širinom i većom izvijenošću (talasnost). Orijentacija prislina u odlivcima se teško predviđa. Posledica toga je da će pri radiografiji projekcija prsline na radiogramu biti kontrastna i oštra samo u delu gde je osa primarnog snopa zračenja ravni prostiranja greške. Tamo gde osa primarnog snopa zračenja zaklapa sa ravni prostiranja prsline veći ugao, projekcija prsline na radiogramu će biti manje kontrastna i prostiraće se u obliku nejasne široke linije, zadržavajući karakterističan talasasti igled na osnovu koga se može prepoznati. 3.3.6 Nespojena mesta-venci Nespojena mesta u odivcima nastaju kao posledica oksidnih i drugih uključaka, naročito na mestima sastava hranitelja i odušaka. Pojavu ovog defekta ne prate i koncetracije poroznosti, ali se u kocentričnim geometrijskim oblicima (slika 8.) redovno mogu pronaci znatni oksidni uključci. Na radiogramu se ova vrsta greške u odlivcima manifestuje kružnom linijom, u obilku venca, povećane gustine zacrnjenja. Po obodu venca jasno se primećuju tragovi unutrašnjih skupljanja, nedovoljnih da dovedu do pojave prslina.
Slika 8: Nespojena mesta u odlivku. a- šematski prikaz greške, b- radigram 3.3.7 Unutrašnje zamrzline Unutrašnje zamrzline (slika 9), poznate su još kao hladni spojevi nastaju kada deo čeličnog odlivka, obično uz zid kalupa, koji je naglo počeo da očvršćava, zalije nova količina istopljenog metala. Nespojena mesta nastaju na ovakav način na radiogramu se manifestuju kao linije veće gustine zacrnjenja, koje je ponekad teško razlikovati od prslina. 39
Ova grupa grešaka javlja se kod umirenih čelika, a naročito legiranih sa aluminijumom, manganom, silicijumom i hromom. Pojava ove vrste grešaka je česta pri livenju u kokilama, ako je kokila slabo lakirana. Oksidni slojevi,koji se stvaraju na površini istopljenog metala mogu se lako prilepiti uz slabo lakiranje zid kokile. Čelik koji se uliva, zarobiće ove oksidne filmove, usled čega će doći do pojave unutrašnjih zamrzlina. Ovu greška obično prate gasni mehuri i nemetalni uključci.
Slika 9: Unutrašnje zamrzline u odlivku. a- šematski prikaz greške, b- radiogram Izloženi prikaz grešaka odnosi se uglavnom na čelične odlivke. Većinu grešaka koje se javljaju u odlivcima od lakih metala lako je uočiti na radiogramu, ukoliko se primeni korektna radigrafska tehnika. Izvesni problemi se javljaju kod interpretacije. Male greške (mikroporoznost, mikroskupljanja, vruće suze) su česte i teško ih je mešusobno razlikovati. Površinski premazi odlivaka od lakih metala, koji sadže komponente od gušćih materijala, mogu otežati pravilnu interpretaciju. Boja može da popuni povšinske greške i da na radiogramu proizvede zone manjih gustina zacrnjenja. Slično tome, i peščani uključci kod odlivaka od legura magnezijuma prikazuju se na radiogramu znatno razlikama gustina zacrnjenja. Složen presek odlivka često je smetnja interpretaciji radiograma. Najveći broj grešaka pri interpretaciji odlivaka nastaje u pokušaju da se interpretira radiogram nepoznatog odlivka, rekonstrukcijom trodimenzionalnog lika predmeta kontrole, na osnovu dvodimenzionalnog prikaza u ravni radiogram. Na većini radiograma odlivaka, usled složene geometrije, raspon zacrnjenja je veliki, što ometa, ili, čak, onemogućuje korektnu interpretaciju. Veliku pomoć u interpretaciji u ovakvim slučajevima mogu da pruže iluminatori sa promenjivim intezitetom osvetljenja i promenljivom veličinom osvetljene povšine.
40
3.4 Greške kod zavarenih spojeva i njihov izgled na radiogramu Po vrsti, greške u zavarenim spojevima se dele, prema preporukama Međunarodnog instituta za zavarivanje (MIZ, International Institute of Welding-11W) na šest grupa. Grupe grešaka se označavaju brojčanim simbolima prema JUS C.T3.020, koji je ekvivalentan ISO 6520 tj. EN 26520: 100- prsline 200- gasni mehurovi 300- uključci u čvrstom stanju nedostatak provara 400- nalepljivanja i nedostatak provara 500- greške oblika 600- ostale greške Dodatnim brojevima definisani su položaji grešaka i učestalost 3.4.1 Gasni uključci Gasni uključci i šupljine zavarenim spojevima su mehurići ispunjeni gasom. Greške ovog tipa mogu se na osnovu najznačajnijih (5) kriterijuma i potpunije definisati kao: prema načinu rastojanja- gasni mehuri zarobljeni u zavaru i šupljine nastale pri očvršćavanju zavara; prema obliku- gasni mehuri i šupljine loptastog i izduženog oblika; prema učestalosti- pojedinačne, u nizu i u gnezdu; prema veličini- mikro i makro mehuri i šupljine (do veličine od nekoliko milimetara); prema mestu nastajanja- gasni mehuri i šupljine u zavaru i na površini zavara (otvorene pore). • • •
•
Gasni mehuri su posledica obrazovanja šupljina fazi očvršćavanja kupatila. Za vreme očvršćavanja rastopljenog metala pri zavarivanju dolazi do oslobađanja gasova rastvorenih u metalu, jer se njihova rastvorljivost u metalu menja sa promenom temperature. Pri smanjenju temperature, počev od temperature topljenja metala, rastvorljivost gasova se smanjuje, a mehurići gasa postepeno izlaze na površinu. Pri većin brzinama hlađenja mehuri gasa ne stignu da isplivaju na površinu i da odu u atmosferu, već ostaju ,,zarobljeni’’ u etalu šava (MŠ). Tri su najčešća uzroka nastajanja gasnih mehura: •
•
•
nečistoća na mestu zavarivanja:osnovnog metala( vlaga, masnoća, razni premaz i oksidi na poršini), dodatnog (vaga, masnoća, premazi) i pomoćnog materijala (vlaga, nečistoća) za zavarivanje, slaba zaštita kupatila u procesu zavarivanja, usled neodgovarajuće tehinke rada, odnosno,neodgovarajućih parametara zavarivanja ( duži električni luk, prejaka struja zavarivanja, nepravilan nagib loše vođenje električnog luka, ubrzano hlađenje). Nepravilno džanje gorionika pri MIG/MAG zavarivanju (preveliki nagib) može dovesti do pojave gasnih mehura usled uvlačenja gasova iz atmosfere jer slabi 41
zaštita metalnog kupatila. Nasuprot tome prevelika količina zaštitnog gasa (MIG,TIG) prouzrukuje prejaka strujanja i nekontrlisano vrtloženje gasa,što ima za posledicu usisavanje štetnih gasova iz atmosfere. Sličan efekat ima i nečista mlaznica gorionika jer metalne kapljice nalepljene na unurašnjoj stani izazivaju vrtloženje gasa. Šupljine u zavaru mogu nastati kao posledica stezanja metala za vreme očvršćenja. Mogu biti u metalu šava ili na površini zavara, najčešće završnom krateru. Na radiogramu se gasni mehuri i šupljine manifestuju kao oštro definisane tamne senke. S ozirom da su mehuri i šupljine ispunjeni gasom čiji je linearni koeficijent apsorpcije zanemarljiv, gustina zacrnjenja na radiogramu, na mestu koje odgovara grešci zavisiće od veličine greške. Projekcije gasnih mehura i šupljina su okruglog ili izduženog oblika ( slika 10 i 11). Greške su raspoređene po osi zavarenog spoja (slika 12) ili upravno na osu (slika 13), a ređe pogranici rastapanja. Pojavljaju se u skupinama, obično na početaku ili na kraju zavara (slika 13), ili rastresito duž celog zavara (slika 12), ili u nizovima. Retko se gasni mehuri pojavljuju kao pojedinačni, u tom slučaju su po pravilu veliki (slika 10).
Slika 10: Pojedinačni gasni mehuri loptastog oblika. a-poprečni presek šava; bradiogram Slika 11: Izduženi gasni mehuri i šupljine. a-poprečni presek šava; b-radiogram Slika 12: Gasni mehuri u nizu. a-porečni presek šava; b-radiogram Slika 13: Gnezda gasnih mehura. a-poprečni presek šava; b-radiogram 42
3.4.2 Uključci u čvrstom stanju Uključci u čvrstom stanju predstavljaju strana tela (nemetale i metale) zarobljene u masi metala šava, koji se po svojstvima razlikuju od metala šava. U ovu grupu gresaka spadaju: -
uključci troske (u liniji-nizu, izolovani, ostali) uključci praha uključci oksida, sulfida, fosfata, i silikata, kao i uključci metala (npr. volfram i aluminijum)
Uključci troske su ostaci očvrsle troske zarobljeni u masi metala šava koji nisu uspeli da isplivaju na površinu pri očvršćavanju. Na radiogramu se uključci troske prikazuju kao tamna polja nepravilnog oblika.Gustina zacrnjenja na delu radiograma koji odgovara mestu sa greškama moye da varira u širokom opsegu i da, veoma često, bude približno jednaka gustini zacrnjenja koji odgovara osnovnom materijalu, jer gustina zacrnjenja zavisi od veličine greške u pravcu prozračavanja i razlike u linearnim koeficijentima apsorpcije za osnovni materijal i materijal kojim je ispunjena greška. Uključci troske mogu biti pojedinačni (slika 14), u nizu (slika 15) i gnezdima. Raznovrsnog su oblika i projekcije na radiogramima su im najčešće površine zatvorene pravim linijama. Raspored u šavovima im je različit, nepravilan po celoj dužini i širini šava. Uključci po veličini mogu biti različiti, od nekoliko desetih delova do nekoliko milimetara (slika16).
43
Ukljućci praha u metalu šava su nečistoće nastale od zaštitnog praha koji nije istopljen i koji nije isplivao na površinu zavara, prizavarivanju pod zaštitom praška (EPP). Uključci praha u zavaru mogu zaostati mestimično ili po celoj dužini, a na radiogramu se prikazuju na sličan način kao i uključci troske. Uključci oksida u zavaru su spojevi metala sa kiseonkom. Mogu nastati pri zavarivanju, ukoliko na povrsini osnovnog materijala ima produkata korozije, pa se u procesu zavarivanja unose u šav, ili kad usled slabe zaštite kupatila zavara ili nedostatka dezoksidanata u zaštitnim sredstvima dolazi do oksidacije metala šava. Uključci sulfida, nitrida, fosfata i silikata u metalu šava su legure sumpora, azota, fosfora i silicijuma sa metalom, koje su u obliku finih čestica nečistoća raspršene u zavaru ili, ponekad, koncentrisane u velike skupine. Uključci metala u zavarenim spojevima predstavljaju prisustvo onih metala čija se svojstva bitno razlikuju od metala šava. Najčešće su to sitni uključci volframa u zavarenim spojevima aluminijuma i njegovih legura, magnezijuma, titana itd. Volfram dospeva u metal šava obično usled primene struja zavarivanja velike jačine u odnosu na prečnik volframove elektrode. Pregrejan vrh volframove elektrode u dodiru sa osnovnim materijalom izaziva kapljice volframa i njihovo raspršivanje po celom preseku šava. Volframovi uključci u zavarenim spojevima aluminijuma i njegovih legura manifestuje se u obliku okruglih i nepravilnihsvetlih polja (slika 17). Manaja gustina zacrnjenja na delu radiograma koji odgovara mestu sa volframovim uključkom je posledica većeg linearnog koeficijenta slabljenja zračenja u volframu nego u osnovnom materijalu.
44
3.4.3 Nalepljivanje Nalepljivanje (greške u vezivanju) predstavlja nepostojanje veze izmedju istopljenog materijala ili izmedju dva susedna sloja zavara. Greska nalepljivanja može se pojaviti kao: -
bočno nalepljivanje na stranicama žljeba, nalepljivanje između slojeva i nalepljivanje u korenu.
Nalepljivanje nastaje ako istopljeni metal naleže na površinu osnovnog metala ili zavara na kojoj je već završena faza kristalizacije, a toplota kupatila zavara nije dovoljna da taj površinski sloj istopi, usled čega će doći do slabe veze između osnovnog metala i metala šava, odnosno, između dva sloja zavara. Uzroci nastajanja nalepljivanja su najčešće: -
mala jačina struje zavarivanja, nepravilno usmeravanje električnog luka, nečistoća na mestu zavarivanja, prevelika, preslaba ili neujednačena brzina zavarivanja, preširoko njihanje električnog luka i sl.
Greške nalepljivanja se na radiogramu prikazuju u vidu podužnih, često isprekidanih, tamnih linija, oštro definisanih i lociranih paralelno osi šava ili u blizini ivica šava (slika 18).
Greške nalepljivanja se relativno teško otkrivaju radiografskim metodama. Ako greška leži u kosoj ravni stranice žljeba, teško će se registrovati na radiogramu, jer će pri prozračavanju, sa osom primarnog snopa zračenja upravnom na ravan filma, prouzrokovati na radiogramu malu promenu gustine zacrnjenja usled male veličine greške u pravcu prozračavanja.
45
3.4.4 Nedostatak provara Nedostatak provara predstavlja delimično odsustvo rastapanja stranice žljeba, tako da ostaje praznina između stranica (slika 19).
Kod ove greske se razlikuju dva slučaja. U prvom slučaju stranice osnovnog materijala su dobro rastopljene, ali dodatni materijal nije u potpunosti ispunio prostor izme đu stranica žljeba (slika 20). Ovo je čest slučaj pri zavarivanju u nadglavnom položaju ili kod pojedinih postupaka zavarivanja, kao što su gasno ili zavarivanje netopivom elektrodom u zaštiti inertnih gasova (TIG). U drugom slučaju žljeb takođe nije ispunjen, ali stranice nisu rastopljene i postoje nezavarena mesta i zarezi (slika 21). Ova vrsta nedostatka provara je znatno opasnija jer, pored oslabljenog nosivog preseka predmeta kontrole , deluje kao oštar i dubok zarez, zbog čega će nastati velike koncentracije napona u predmetu kontrole.
3.4.5 Prsline 46
Prsline u zavarenim spojevima su delimični ili potpuni lomovi metala, nastali kao posledica zavarivanja ili eksplotacije. Prsline se javljaju u materijalu šava (MŠ) ili u zoni uticaja toplote (ZUT) , pa čak i u osnovnom materijalu (OM) zavarenog spoja. Prsline se mogu deliti: -
po temperaturnoj oblasti njihovog nastajanja na: tople, hladne, prsline usled naknadne termičke obrade, i na lamelarni lom; po mestu nastajanja na: prsline u MŠ, ZUT, OM; po prostiranju u odnosu na osu šava na: podužne, poprečne, i zrakaste; po veličini na: mikro i makro prsline.
Tople prsline Za sad egzistiraju dve hipoteze o obrazovanju vrućih prslina: -
Uzroci pojave toplih prslina u zavarenim spojevima su zaostajanje žitkih i polužitkih međukristalnih slojeva do onog momenta dok zatežući naponi ne dostignu veličinu koja je dovoljna za razdvajanje kristala. Uzrok nastajanja toplih prslina je nedovoljna jačina i deformaciona sposobnost (plastičnost) metala pri visokim temperaturama. Povećanjem temperaturnog intervala krtosti, smanjenjem jačine i plastičnosti metala u međukristalnim zonama, verovatnoća obrazovanja toplih prslina raste.
Tople prsline predstavljaju mesta razdvajanja materijala u MŠ i u ZUT na temperaturi očvršćavanja ili nešto ispod nje. Kao donja granična temperatura za njihovo nastajanje, uzima se 0,5 Tt (Tt-temperatura topljenja). Nastaju u temperaturnom intervalu iznad i ispod solidusa, pa se stoga dele u dve grupe: -
kristalizacione i podsolidusne ili likvacijske prsline.
Kristalizacione prsline nastaju u procesu kristalizacije, dok je metal u čvrsto-tečnom stanju a likvicijske se formiraju u metalu kada je on vec očvrsnuo. Najčešće se prostiru kao uzdužne, paralelne osi šava, na mestu spoja stubičastih kristala ili između susednih zrna. Prostiru se i kao poprečne, upravno na osu šava, ali uvek po granicama kristalita. Oblik prsline je obično vijugav-tipa zareza, a površina preloma kristalno zrnasta. Kristalizacione prsline su posledica skupljanja metala šava u poslednjem stadijumu očvršćavanja. U procesu očvršćavanja metal šava prolazi kroz temperaturni interval krtosti (TIK) koji predstavlja deo intervala kristalizacije. U tom intervalu metal šava se nalazi u čvrstom stanju. Pri prelasku kroz TIK u kome je deformaciona sposobnost metala manja od nastalih deformacija, mogu se obrazovati tople prsline. Na obrazovanje podsolidusnih prslina veliki uticaj ima temperaturni interval smanjenje plastičnosti metala koji se javlja ispod temperature solidusa. Pri utvrđivanju tehnologije zavarivanja treba voditi računa o najvažnijim elementima koji utiču na otpornost metala šava prema toplim prslinama:
47
-
o veličini i brzini porasta zatežućih napona, koji deluju u periodu kristalizacije, o hemiskom sastavu metala šava, koji mu određuje svojstva u periodu kristalizacije, o obliku rastopljenog metala, koji određuje pravac rasta stubičastih kristala , karakter njihovog međusobnog dodira i raspored međukristalnih delova na zatežuće napone, kao karakter i o velićini primarnih kristala.
Prsline u krateru šava su poseban vid prslina, koje nastaju usled nepravilnog završetka zavarivanja. Naglim prekidom električnog luka podizanjem elektrode u vis slabi zaštita metalnog kupatila, usled čega se krater, koji nastaje usled smanjenja zapremine, obogatiti nečistoćama. Ova mesta, koja su zbog neravnomernog zagrevanja i hlađenja izložena dejstvu napona zatezanja, imaju povećanu sklonost prema nastajanju prslina. Hladne prsline su mikroskopska i makroskopska razdvajanja materijala u MŠ i ZUT, koja se obrazuje u niskotemperaturnom područ ju zavarivačkog ciklusa, obično ispod temperature 200250ºC. Ove greške se javljaju pri zavarivanju nisko i srednje legiranih čelika feritnoperlitne i martenzitne klase. Javljaju se po pravilu nekoliko časova posle zavarivanja, a zatim se razvijaju tokom nekoliko narednih časova ili čak dana. Kod zavarivanja nisko i srednje legiranih čelika hladne prsline nastaju kao posledica delovanja tri činioca, od kojih nijedan sam nije dovoljan da izazove prsline. Ti osnovni činioci su: - mikrostruktura, - sadržaj difundovanog vodonika, - naponi koji prate proces zavarivanja. Pri zavarivanju čelika, pod uticajem zavarivačkog termičkog ciklusa, MŠ i ZUT prolaze kroz određene strukturne transformacije. Sklonost čelika prema pojavi hladnh prslina zavise od njegove prokaljivosti, odnosno krtosti usled transformacije. Većina legirajućih elemenata ima direktan uticaj na zakaljivost ZUT, tako da za dati sadržaj ugljenika oni utiču na osetljivost prema pojavi hladnih prslina. Uobičajeno je da se čelici međusobno porede i da se određuje njihova sklonost prema krtosti usled transformacije. Jedan od pokazitelja krutosti je tvrdoća ZUT. Pri vrednostima tvrdoće ZUT iznad HV = 350-400 već se stvara smeša tvrdih proizvoda raspada, koji su skloni pojavi hladnh prslina. Prisustvo vodonika je jedan od bitnh činilaca za pojavu hladnih prslina. Vodonik dospeva u MŠ iz obloge elektroda, praška, iz okoline vlažne sredine, iz nečistih gasova zaštitne atmosfere ili nedovoljno očišćenih (odmašćenih) elektrodnih žica i stranica elemenata spoja koji se zavaruje. On se koncentriše na mestima sitnih grešaka u strukturi. Pri njegovom prelasku iz atomskog u molekularno stanje, kao posledica promene zapremine, nastaju pritisci na mestima intenzivnog skupljanja. Ako su ova naprezanja veća od zatezne čvrstoće metala, doći će do pojave prsline. Odlučujući činilac za pojavu hladnih prslina je napon zatezanja i posle završenog zavarivanja. Veličina ovog napona zavisi od debljine zavarenog spoja, vrste zavarenog spoja a pre svega od krutosti zavarenog dela konstrukcije.
48
Prsline u krateru zavara (podužne, poprečne zrakaste) su poseban vid prslina koje, pored već opisanih razloga, nastaju i usled nepravilnog završetka zavarivanja. Naglim prekidom električnog luka, podizanjem elektrode u vis, slabi zaštita metalnog kupatila, usled čega se krater koji nastaje usled smanjenja zapremine obogatiti nečistoćama. Ova mesta koja su zbog neravnomernog zagrevanja i hlađenja izložena dejstvu napona zatezanja, imaju povećanu sklonost ka nastajanju prslina. Prsline se na radiogramu prikazuju kao tanke, tamne linije, karakterističnog ili izlomljenog izgleda, promenljive širine. Promena širine je najčešća posledica promene pravca prostiranja prsline, kao što su ravni radiograma, usled projektovanja iz jedne tačke (izvor zračenja) prikazuje kao promena širine greške. Prsline mogu biti paralelne osi šava (podužne prsline slika 22) ili upravne na osu ( poprečne prsline slika 23), mogu se račvati iz jedne tačke (zrakaste), ili biti međusobno (razgranate), sa počecima u različitim tačkama. Mogućnost regisracije prsline na radiogramu zavisi od širine prsline i orijentacije otvora prsline prema osi primarnog snopa. Kod zavarenih spojeva na manjim debljinama (ispod10 mm), pri primenjenoj rdiografskoj tehnici sa relativnom osetljivošću ispod 2%, osetljivost na otkrivanje prslina je visoka. Pri većim debljinama osnovnog materijala, gde je potrebno radi prozračavanja primeniti izvore zračenja viših energija, verovatnoća otkrivanje malih prslina je zbog velike ukupne neoštrine mala.
Treba znati da ako se prslina prostire u ravni koja sa osom primarnog snopa zaklapa izvestan ugao, njena projekcija u ravni radiograma neće biti uzana i kontrastna, već široka i manje gustine zacrnjenja. Poteškoće u interpretaciji nastaju i pri pojavi prsline u
49
korenu, posebno ako je preveliki provar. Preveliki provar prourokuje veliku razliku u gustini zacrnjenja, dajući oštru sliku rubova (slika29). Ukoliko se indikacija prsline nalazi u ovoj zoni, nužno je izvršiti brušenje pre velikog provara i naknadno prozračiti taj deo zavara. 3.4.6 Greške oblika Greške oblika su nedostaci sličnosti oblika spoljnih površina zavara sa profilom pravilnog zavara. Greške ove grupe svrstane su u više skupina: zajedi, brazde u korenu, preveliko nadvišene, preveliki provar, prokapljine, greške prelaza, prelivanje, smaknuće, odstupanje od pravca, utonulost, rupe, nedovoljna debljina, šupljina u korenu, rohavost, loš nastavak i druge greške. Zajedi (zarezi od pregrevanja) su nedostatak materijala u obliku zareza (slika 24), koji se proteže na izvesnoj dužini linija rastapanja. Zajedi se na radiogramu manifestuju kao pojačana gustina zacrnjenja na granici rastapanja. Brazda u korenu je nedostatak metala na bočnim stranicama korena šava (slika 25) nastao usled skupljanja metala šava. Iz istih razloga nastaje i šupljina usled skupljanja u korenu (slika 26), koja predstavlja smanjenje debljine šava u korenu. Na radiogramu se brazda korenu manifestuje kao pojačana gustina zacrnjenja-tamna linija paralelna osi šava, a šupljina u korenu, kao tamna senka nepravilnog oblika na osi šava. Preveliko nadvišenje (slika 27) predstavlja višak dodatnog materijala na licu zavarenog spoja, a posledica je neodgovarajuće tehnike rada i neodgovarajućih parametara zavarivanja. Ova greška se na radiogramu manifestuje pojavom svetlih polja na celoj širini projekcije zavara, usled povećanja debljine u pravcu prozračavanja. Nedovoljna debljina (slika28) predstavlja podužni lokalni ili kontinualni kanal na licu šava, nastao usld nedovoljne količine nanetog materijala. Ova greška se na radiogramu prikazuje kao veća gustina zacrnjenja od zacrnjenja projekcije pravilnog zavara ili zacrnjenja iza osnovnog materijala. Utonulost ima sličnu indikaciju na radiogramu kao i prethodna greška, koja predstavlja slegnuće nanetog dodatnog materijala usled velikog rastapanja, što ima za rezultat (zbog sile gravitacije) višak i/ili manjak materijala. Ova se greška može pojaviti kod horizontalnog šava u vertikalnoj ravni, kod položenog i nadglavno izvedenog šava i ugaonog šava. Utonulost može biti i lokalna, pri čemu se u šavu ili po ivici šava stvaraju rupe, koje se na radiogramu prikazuju slično šupljini u korenu (slika25), samo su zatamnjenja pravilnog oblika. Preveliki provar ( slika 29) je višak materijala u korenu. Mestimičan višak metala u korenu nazivamo prokapljinom (slika 30). Ove greške se, usled povećane debljine materijala u pravcu prozračavanja, manifestuju na radiogramu u vidu zona malih gustina zacrnjenja (svetlija mesta od okoline). Preveliki provar se na radiogramu prikazuje dužim zonama manje gustine zacrnjenja (slika 29), prokapljine kao svetla polja kružnog oblika. Ove greške su često praćene pojavom gasnih mehura, koji nastaju u samim prokapljinama ili na njima (otvorene pore).
50
51
Smanjenje debljine na mestu mehura izazvaće povećanu gustinu zacrnjenja na delovima radiograma koji odgovaraju mestu nastanka mehura u prokapljini (slika 30).
52
Šupljine usled skupljanja u krateru (krater) predstavljaju nedovoljno ispunjen završetak zavara. Ova greška se manifestuje na radiogramu na sličan način kao i šupljina u korenu (slika25) ali je zbog postepene promene debljine materijala od periferije ka centru, promena gustine zacrnjenja blaža. Smaknuće (slika 31) predstavlja odstupanje od predvidjenog nivoa površina dva zavarena dela, koja je posledica neadekvatne pripreme zavarivanja. Na radiogramu se ova greška manifestuje kontinualnom promenom zacrnjenja (manja ili veća gustina zacrnjenja) po dužini zavarenog spoja, izazvanom promenjenom geometrijom predmeta kontrole zavarenog spoja. Ova greška veoma često je praćena i nedostatkom provara (slika 32), i u tom slu čaju se na radiogramu, pored indikacije smaknuća, javlja i indikacija nastanka provara, u obliku oštre promene gustine zacrnjenja. Često je smaknuće izazvano spajanjem elemenata različitih debljina neprilagođenih na mestu spoja. Pored vć navedenih indikacija, na radiogramu će se pojaviti i različite gustine zacrnjenja iza osnovnog materijala, pri čemu će veća gustina zacrnjenja odgovarati manjoj debljini elemenata.
3.4.7 Ostale greške
53
Prema standardu JUS C.T3.020 u grupu 600 svrstane su ostale greške, odnosno sve greške koje se ne mogu svrstati u već pomenute. Tipični predstavnici tih grešaka su: Trag uspostavljanja električnog luka, mestimično oštećenje na površini osnovnog materijala zbog slučajnog uspostavljanja električnog luka u blizini, prskanje (brizganje)raspršene kapljice rastopljenog metala koji se izbacuje tokom izvršenja zavarivanja i koji prianja na osnovni materijal ili na prethodno očvrsnut materijal šava. Na radiogramu se uočavaju svetle površine na i oko zavarenog spoja, pravilnog oblika. Gustina svetlih površina je uslovljena količinom isprskanog materijala po površini.
Prskanje (brizganje) volframa Čestice volframa prenete sa elektrode na površinu osnovnog materijala šava u toku zavarivanja. S obzirom na manju veličinu čestica na radiogramu se vrlo teško, što zavisi od prozračavane debljine, mogu uočiti svetlije površine pravilnog oblika.
Mestimično čupanje (raslojavanje metala) Mestimično oštećenje osnovnog materijala nastalog pri uklanjanju pomoćnih zavarenih elemenata. Činjenica da je došlo do lokalnog čupanja materijala znači da je prozračavana debljina smanjena pa se na radiogramu uočavaju površine nepravilnog oblika zacrnjenja većeg od prozračenog osnovnog materijala.
Trag brušenja Mestimično oštećenje usled neodgovarajućeg izvedenog brušenja.
Trag sekača Mestimično oštećenje usled neodgovarajuće obrade sekačem ili drugim alatima. Zatamljene površine nepravilnog oblika sa kontinualnim prelaskom zatamnjenja i najčešće bar jednom pravom linijom na radiogramu ove greške.
Preterano brušenje Smanjenje debljine zbog preteranog brušenja. Ova greška kao i greška od traga brušenja na radiogramu se uočava kao niz lukova pravilnog oblika različitog zacrnjenja što zavisi od dubine ibrušenih brazdi u osnovnom materijalu i šavu. 3.4.8 Kriterijumi prihvatljivosti Pri vrednovanju nalaza sa radiograma, tj. Donošenju odluke da li se predmet kontrole sa grškom registrovanom na radiogramu prihvata ili ne, moraju se uzeti u obzir ne samo informacije koje pruža radiogram: -
vrsta greške, veličina greške, rasprostranjenost greške i položaj greške,
već i niz drugih podataka (naponsko stanje, uslovi eksploatacije itd.) bitnih za donošenje odluke o prihvatljivosti. Dozvoljena odstupanja od homogenosti, tj. Dozvoljene vrste, veličine i rasprostranjenosti grešaka, određuju se standardima i propisima za određenu opremu na kojo je zavareni spoj izveden ili u koju je ugrađen odlivak.
54
Poslednjih godina sve izraženija je tendencija da se jednoznačno odredi granica prihvatljivosti (vrsta, veličina i učestanost) za određenu klasu zavarenog spoja ili odlivka koju definiše projektant ili konstruktor, što doprinosi objektivnosti interpretacije radiograma. Karakterističan primer kriterijuma prihvatljivosti za odlivke dat je standardom ISO 9915:1992, koji se odnosi na radiografsko ispitivanje aluminijumskih odlivaka. Izvod iz ovog standarda dat je u dodatku G. Prema kvalitetu zavareni spojevi izvedeni topljenjem razvrstani su u tri nivoa kvaliteta i to: -
prema JUSC.T3.010 (tehnički uslovi za zavarene spojeve izvedene topljenjem na čeliku, nivoi kvaliteta) nivoi kvaliteta B, C i D. prema JUS U.E7.150 (zavarene noseće čelične konstrukcije, tehnički uslovi) nivoi kvaliteta S, I i II.
Nivo kvaliteta zavarenog spoja određuje projektant zavarene konstrukcije u zavisnosti od sledećih elemenata: -
klase posude, vrste zavarenog spoja, osnovnog, dodatnog i pomoćnog materijala, priprema za zavarivanje, stepena osposobljenosti zavarivača, uslova u kojima se izvodi zavarivanje, zahteva za izradu i obima kontrole.
Za obezbeđenje kvaliteta zavarenih spojeva zavisno od nivoa kvaliteta definisani su tehnički uslovi u odnosu na žljebove, uključivanje pripojnih zavara u šav kao i vrste i obim IBR u standardu JUS C.T3.010. Oni se mogu podeliti na: -
opšte zahteve i posebne zahteve.
Kriterijumi prihvatljivosti za greške tipa prslina su veoma strogi jer se prsline veoma ozbiljnim i opasnim greškama. Standard JUS ISO 5817, za nivo kvaliteta D prihvata preporuku ISO da se za najniži nivo kvaliteta (D po JUS C.T3.010) mogu tolerisati prsline u krateru. Maksimalna veličina za ovaj slučaj je h1<1 mm². Prihvatljivost gasnih mehura i šupljina, zavisi od njihove veličine i koncentracije u metalu šava. Za utvrđeni nivo kvaliteta zavarenih spojeva granične vrednosti su date u tabeli 1.
3.5 Vrste grešaka u zavarenim spojevima aluminijuma i aluminijumskih legura i njihova klasifikacija
55
Iako se početkom nove aluminijumske industrije smatra 1866. godina, tek u zadnjih 3540 godina, uvođenjem i razvojem postupaka zavarivanja u zaštiti inertnih gasova područ je zavarivanja aluminijuma i njegovih legura doživljava intenzivan razvoj, što omogućava ekspanziju primene aluminijuma i njegovih brojnih legura. Aluminijum i njegove legure spadaju u grupu lakih metala. Oni su pogodni za izradu različitih konstrukcija zahvaljujući maloj zareminskoj masi, koja je približno tri puta manja u odnosu na čelik, relativno velikoj čvrstoći, dobroj obradivosti i sposopbnosti deformisanja, povišenoj postojanosti na niskim temperaturama, kao i korizonoj postojanosti prema vazduhu u različitim oksidirajućim sredinama. Zahvaljujući nabrojanim osobinama, poluproizvodi od aluminijuma i njegovih legura primenjuje se u mnogim granama industrije (mašinogradnja, brodogradnja, avioindustrija, građevinarstvo, saobraćaj, hemijska industrija, industrija prehrane, industriju prehrane i druge.) Sam aluminijum ima u poređenju sa drugim materijalima,l izrazito nižu čvrstoću (oko 70 MPa), što donekle ograničava njegovu primenu. Danas međutim, postoji čitav niz tipova legura aluminijuma koje uz dobre mehaničke osobine i zavarljivosti omogućavaju široku primenu aluminijuma i njegovih legura. Zbog brojnosti aluminijumskih legura i specifićnosti njihove primene prikazaćemo njihovu najuopšteniju podelu. Prema načinu tehnološke prerade aluminijumske legure se dele na: - gnječenje legure (platično obrađene) - livene legure. U legure koje se preradjuju deformaciom spadaju: - legure tipa Al-Mn; - legure tipa Al-Mg, Al-Mg3, Al-Mg5, Al-Mg7; - legure tipa Al-Mg-Al-Mn, Al-Mg-Si; - legure tipa Al-Zn-Mg, Al-Cu-Mg; I od njih se izrađuju limovi, profili, cevi žice i dr. Livene legure se primenjuju za složena mehanička naprezanja i često sadrže veći procenat legirajućih elementa. U ovu grupu spadaju: - legure tipa Al-Si, Al-Si-Mg, Al-Si-Cu; - legure tipa Al-Cu, Al-Cu-Si; - Legure tipa Al-Mg; - Legure tipa Al-Zn-Mg.
56
57
3.5.3 Klasifikacija grešaka U cilju bolje preglednosti mogucih gresaka u zavarenim spojevimaaluminijumskih legura u donjoj tabeli sistematizovane su sve nabrojane vrste gresaka I klasifikovane prema oznakama za vrste gresaka prema standardu ISO 6520, a kao osnov za ovakvu klasifikaciju uzet je standard JUS ISO 10042:1995, Elektrolucno zavarivanje aluminijuma I negovih zavarljivih legura, Kriterijumi prihvatljivosti gresaka zavarenih spojeva.
TEHNOLOSKE GRESKE Broj 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
Greska PRSLINA PRSLINA U KRATERU UKLJUCCI GASA LOPTASTI GASNI MEHUR LOPTASTI GASNI MEHUROVI, JEDNOLIKO RASPOREDJENI GNEZDO GASNIH MEHUROVA POPRECNI GASNI MEHUROVI UKLJUCCI U CVRSTOM STANJU (OSIM Cu i W) METALNI UKLJUCAK (VOLFRAM) METALNI UKLJUCAK (BAKAR) NALEPLJIVANJE
Oznaka 100 104 201 2011 2012 2013 2017 300 3041 3042 401
TEHNICKE GRESKE Broj 12. 12.1 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.
Greska NEDOSTATAK PROVARA NEDOSTATAK PROVARA (UGAONI SPOJ) LOSE NALEGANJE UGAONOG SPOJA ZAJED PREVELIKO NADVISENJE PREVELIKA ISPUPCENOST UGAONI SAV SA PREVELIKOM DEBLJINOM SAVA UGAONI SAV SA PREMALOM DEBLJINOM SAVA PREVELIKA ISPUPCENOSTKORENA SAVA SMAKNUCE NEDOVOLJNA DEBLJINA GRESKA SIMETRICNOSTI UGAONOG SAVA SUPLJINA USLED SPAJANJA U KORENU VISESTRUKE GRESKE U POPRECNOM PRESEKU
Oznaka 402 / / 5011, 5012 502 503 / / 504 507 511 512 515, 5013 /
58
3.5.2 Uzroci nastajanja grešaka Poznavanje uzrocnika nastajanja gresaka u zavarenim spojevima aluminijuma I njegovih legura omogucava nam da izaberemo adekvatan postupak zavarivanja za svaku leguru Ialuminijuma I obezbedimo izvodjenje zavarivanja kojim cemo dobiti kvalitetan zavareni spoj. Iako svaka legura aluminijuma ima svoje specificnosti koje otezavaju zavarivanje, postoje neki opsti uzrocnici nastajanja gresaka u zavarenim spojevima aluminijuma I njegovih legura I njih bi trebalo dobro poznavati. 3.5.3 Pojava toplih i hladnih prslina Jedan od glavnih uzroka pojave toplih (kristalizacionih) prslina su zapreminske promene u procesu kristalizacije, zbog kojih dolazi do pojave naprezanja u metalu. Kkoeficijent zapreminskog sirenja se na prelazu iz cvrstog u tecno stanje kod aluminijuma naglo manja, a tada mogu da nastanu prsline. Prsline se javljaju u intervalu hladjenja rastopljenog metala I ako je on dug postoji veca mogucnost da do pojave prslina dodje. Sklonost ka pojavi toplih prslina zavisi od karaktera tecne faze u savu, koja poslednja ocvrscava. Ako je nanos te lakotopljive faze (eutektikum) tanak I presirok do pojave prslina dolazi lakse. Pri preobrazaju tecne faze medju zrnima metala postoji otpor prema pojavi prslina I to dok je temperatura visa. Sklonost legura ka pojavi toplih prslina zavisi od kolicine eutektikuma u leguri. Eutektikum sprecava porast dendrita pri visokim temperaturama, cime se suzava interval efektivne kristalizacije, te se eutektikumu pripisuje svojstvo “zaceljenja” prslina koje nastaju pri ocvrscavanju. Minimalna kolicina eutekticke faze koja obezbedjuje “zaceljenje” prslina iznosi 15% do 25%. Sadrzaj eutekticke faze zavisi od kolicine legirajucih elemenata u leguri. Utvrdjene su kriticne kolicine legirajucih elemenata u dvokomponentnim legurama pri kojima su te legure sklone pojavi prslina. Tako u leguri Al-Mg I Al-Mn, ako se zavarivanje vrsi gasnim plamenom, a pojava prslina se eliminise pri zavarivanju TIG postupkom. Medjutim, kod legura Al-Si I Al-Cu tople prsline nastaju I pri zavarivanju TIG postupkom, ali u znatno manjoj meri dok su kod gasnog zavarivanja vrlo izrazene. Pri zavarivanju gasnim plamenom unosi se znatno veca kolicina toplote cime se povecava interval kristalizacije, sto pogoduje pojavi toplih prslina. Kod legura sa vise legirajucih elemenata povecava se kolicina lakotopljivog eutektikuma cime se smanjuje broj zacetaka rasta dendritnih zrna, sto utice na skracenje intervala efektivne kristalizacije I na smanjenje sklonosti ka pojavi prslina. Jasno je da je pri zavarivanju osnovnog metala koji je sklon prema pojavi toplih prslina,moguce ovu sklonos umanjiti povecanjem lakog topljivog eutektikuma.Ovo se postize primenom dodatnog materijala koji ima veci sadrzaj legirajucih elemenata od osnovnog metala. Pojava hladnih prsina Nastajenje pukotina ispod solidusa(hladnih prslina)kod aluminijumskih legura je retko.Ove prsline mogu nastati kod visoko legirani legura tipa Al-Cu-Mg, Al-Cu-Si, Al-
59
Zn-Mg kada se zavarivanje izvodi na ukrucenim konstrukcijama pri temperaturama od 200°C do 400°C. Ove prsline se javljuju, po pravilu,u sredini zavara poduzno. Pojava hladnih prslina zavise od sirine toplotnog uticaja.Sto je toplotni uticaj manji manja su I naprezanja I deformacije.Pravilnim izborom postupka zavarivanja, kojim se obezbedjuje malo unosenje toplote u osnovni metal, hladne prstine moguce svesti na minimum. Hladne prsline mogu se eleminisati I pregrevanjem u itervalu temperatura 200°C do 250°C pri cemu se smanjuju naponi zavarivanja I strukturni naponi, tj.uklanjaju se uzrocnici nastajanja hladnih prslina. 3.5.4 Pojava pora Jedan od najvecih problema pri zavarivanju aluminijuma I njegovih legura je pojava pora.Pore nastaju kao posledica asorpcije, defuzije I rastvaranja gasova na povrsini I unutar ocvrslog metala sava.Osnovni uzrocnik pojave pora u savovima na aluminijumu je vodonik koji se rastvara u aluminijumu. Deo vodonika pri zavarivanju moze biti na povrsini osnovnog metala, deo na povrsini dodatnog materijala.Takodje, zastitni gas koji se primenjuje moze biti vlazan.Vodonik rastvoren u tevnom metalu(rastopu)obavezno se, u kolicini 90% do 95 % svoje zapremine, izdvaja iz metala u momentu njegovog ocvrscavanja.To izdvajanje otezava oksidna skrama I mali koeficijent difuzije vodonika u aluminijumu, pa vodonik ostaje zarobljen u ocvrslom metalu, sto dovodi do poroznosti. Borba protiv poroznosti pri zavarivanju aluminijuma I njegovih legura je osnovni zadatak koji stoji pred tehnolozima.Naravno da poroznos zavisi od tehnologije zavarivanja, osnovnog I dodtnog materijala I zastitnog gasa. Pri zavarivanju ne topljivom voframovom eletrodom(TIG) bitno je da povrsina osnovnog I dodatnog materijala bude sto cistija tako da nema ni oksida Al2O3 , da bi se dobili kvalitetni zavari. Kod legura tipa Al-Mg javlja se velika poroznost zavara.Kolicina pora raste sa povecanje sadrzaja magnezijuma u leguri.Uzrocnik pojave pora u ovim legurama pripisuje se β-fazi (Al3Mg2), koja se pojavljuje pri brzom hladjenju I sadrzi oko 36,5% Mg.Ova faza se topi na priblizno 448°C.Utvrdjeno je da vlaga reaguje najintenzivnije sa Mg iz β-faze, a ova reakcija se desava na temperaturama od 550°C do 620°C.Pri razlaganju vodene pare, vec oko 550°C I β-faza je u tecnom stanju kada dolazi do njene intenzivne oksidacije I do rastvaranja vodonika koji stvara porodnost unutar metala. Pri zavarivanju legura tipa Al-Mg treba strogo voditi racuna o cistoci pvovrsine metala, pri cemu je oksidna prevlaka glavni nosilac vlage I trebalo bi je potpuno odstraniti. Kao efikasno sredstvo za smanjenje poroznosti pri zavarivanju legura aluminijuma koristi se predgrevanje pri cemu je vazno odrzavati temperature predgrevanja u toku zavarivanja u interval od 100°C do 400°C(zavisno od tipa legure).Predgrevanjem se usporava
60
kristalizacija metala rastopa I potpomaze brze odstranjivanje gasova (u prvom redu vodonika), te se tako smanjuje poroznost. 3.5.5 Uključci u čvrstom stanju Ukljucci u cvrstom stanju su oksidni ukljucci koji se u zavarenim spojevima aluminijumskih legura javljaju kao posledice postojanja tesko topljivog oksida Al 2 O3.Kako je zapreminska masa Al2O3 veca od zapreminske mase aluminijuma, oksid otezava rastapanje stranica zljeba I potpomaze prljanje metala sava cesticama oksidne skrame u obliku nemetalnih ukljucaka.Zbog toga je neophodno je ocistiti stranice zljeba I ostale povrsine u zoni zavarivanja od oksidne skrame. Pri zavarivanju TIG postupkom moze doci do otkrivanja vrha volframove electrode usled nepreciznog podesavanja parametara zavarivalja ili nepravilne upotrebe volframove electrode sto dovodi do toga da se delici volframa mogu naci u rastopu I ostati zarobljenim kao okljucci. Generalno, ukljucci u cvrstom stanju javljaju se u savu kada je velika brzina zavarivanja pa bi brzinu zavarivanja trebalo striktno propisivati u tehnologijei zavarivanja za svaki primenjeni postupak zavarivanja. Greske u zvarenim spojevima aluminijumskim legura koje mogu nastati kao rezultat tehnickih ogranicenja primenjenog postupka zavarivanja I obucenosti zavarivaca specificne su za svaki izabrani postupak zavarivanja I leguru koja se zavaruje tako da se u ovom materijalu nece detaljno obradjivati, jer se mogu naci u raspolozivoj literature iz zavarivacke problematike. 3.5.6 Ocena prihvatljivosti grešaka Prakticno najvazniji deo posla u analizi I vrednovanju gresaka koje nastaju u zavarenim spojevima aluminijuma I njegovih legura jeste ispravno oceniti prihvatljivost registrovane greske u zavarenom spoju. Jasno je da ovo nije ni malo jednostavno, uzimajuci u obzir brojnost legura aluminijuma koje se danas u praksi primenjuju I industrijske grane koje ih koriste. Svaka zavarena konstrukcija pa I svaki zavareni spoj problem je za sebe I tako se I treba razmatrati. Za ocenu prihvatljivosti gresaka u zavarenim spojevima aluminijuma I njegovih legura pomaze nam standard JUS ISO 10042:1995, Elektrolucno zavarivanje aluminijuma I njegovih zavarljivih legura, KRITERIJUMI PRIHVATLJIVOSTI GRESAKA ZAVARENIH SPOJEVA. Standardom su predvidjene tri grupe nivoa kvaliteta (B, C, D) iz kojih se moze izabrati odgovarajuci nivo kvaliteta za svaki konkretan slucaj, odnosno za svaku zavarenu konstrukciju. Nivo kvaliteta za svaki konkretan slucaj mora biti definisan standardom ili na neki drugi nacin I on se mora utvrditi pre pocetka proizvodnje zavarene konstrukcije. U posebnom slucajevima moze biti potrebno da se utvrde I dodatni detalji koji nisu predvidjeni ovim standardom.
61
Greske u zavarenim spojevima aluminijuma I njegovih legura mogu se otkriti ispitivanjem razlicitim metodama bez razaranja, a jedna od najrasprostranijenijih metoda je radiografska kontrola. Uglavnom se zavareni spojevi na aluminijuma I njegovim legurama kontrolisu primenom X zraka odnosno snimanjem snimanjem zavarenih spojeva pomocu roentgen aparata. 2ocekivanjem snimljenih I hemijski obradjenih radiograma registruju se eventualne greske u kontrolisanim zavarenim spojevima. Kvalifikovanjem gresaka I njihovim uporedjivanjem sa postavljenim kriterijumima prihvatljivosti, definisanim u standard, vrsi se konacna ocean prihvatljivosti registrovanih gresaka u zavarenom spoju.
4. IZVODI IZ STANDARDA Dodatak A: Izvod iz standard EN 584/1994-1996: Filmovi za industrijsku radiografiju Deo 1: Zicani IKS-odredjivanje vrednosti kvaliteta slika Deo 2: Stepepenasti IKS sa otvorima-odredjivanje vrednosti kvaliteta slike Deo 3: Klase kvaliteta slike za zelezne materijale Deo 4: Eksperimentalno odredjivanje vrednosti kvaliteta slike I tabele kvaliteta slike Deo 5: IKS sa duplim zicama-odredjivanje vrednosti neostrine slike • • • •
•
Dodatak C: Izvodi iz standard JUS C.A7.010/1979 (ISO 3999/1977). Zahtevi za uredjaje za γ-radijografiju Dodatak D: Izvodi iz standard EN 444/1994 . Opsti principi za radiografsko ispitivanje metalnih materijala “x” I “γ”-zracima. Dodatak E: Izvoda iz standard en 1435/1997: Radiografsko ispitivanje zavarenih spojeva (eqv. ISO/DIS 17636:2000) Dodatak G: Izvod iz standard ISO 9915/1992: Odlivci od aluminijumskih leguraRAdiografsko ispitivanje Dodatak H: Izvod iz standard EN 12517/1998: Radiogrfsko ispitivanje zavarenih spojeva – Nivoi prihvatljivosti Dodatak I: izvodi iz standard ISO 12096/1996: CEvi zavarene EPP postupkom za rad pod pritiskom – Radiografsko ispitivanje savova radi otkrivanja nedostataka Dodatak J: Izvod iz standard ISO 5580/1985: Industrijski illuminatori u radiografskiMinimalni zahtevi (eqv. EN 25580) DODATAK A- Izvod iz standard EN 584-1 I 2/1994-1996: 4.1 Radiogrami za industrisku radiografiju 4.1.1 Klasifikacija sistema radiograma Ovaj standard osim uobicajnih polaganja (polje primene, normativne reference I definicije ), sadrzi jos poglavlja o klasama sistema filmova, rukovanju I skladistenju filmova, ispitivanju-proveri karakteristika (merenje gradijenata, granulacije-zrnatosti I brzine filma) kao I poglavlje o granicnim vrednostima karakteristicnih parametara (min. gradijent, min. odnos gradijent/granulacija kao I max. vrednost granulacije), za svaku klasu filma uz fiksirane parameter: tip folija I energija zracenja. 62
Na osnovu granicnih vrednosti spomenutih parametara filmovi se dele na 6 (sest) klase C1 do C6. Ova klasifikacija vazi za kompletne sisteme filmova I folija I energije prozracavanja. Nаmena standard je da uspostavi kriterijume za razvrstavanje filmova po klasama na osnovu slicnosti ili istovetnosti osobina pojedina grupa filmova. Primenljiv je samo za industrijsku radiografiju za kombinaciju sistema filmova sa odgovarajucim olovnim folijama (tj. Ne vazi za kombinacije filmova sa fluoroscentnim folijama). Primenom ovog standard se obezbedjuje podobnost zahteva za sisteme filmova sa zahevima stanrda EN 444 (videti prilog D), u cilju dobijanja kvalitetne slike (radiograma). Proizvodjac filmova u isporuci mora dati certifikat sa podacima o: Izmerenim velicinama gradijenata, granulacije I brzine filma Dozi zracenja potrebnoj za postizanje odgovarajuceg zacrnjenja Uslovima izvodjenja hemijske obrade (rucno/automatski, vrsta hemikalija,vreme I temperature razvijanja) • • •
4.1.2 Provra sistema obrade radiograma određivanjem referentnih vrednosti Ovaj standard opisuje procedure provere kvaliteta sredstava za hemijsku obradu filmova koju vrsi korisnik pomocu trake filmova, koja je predeksponirana I kalibrisana, od strane proizvodjaca. Trake je predeksponirana x-zracima sa najmanje 10 razlicitih zacrnjenja, od strane proizvodjaca filma, I daje se korisniku zajedno sa certifikatom u kojem su podaci: opis postupka hemijske obrade (rucno/automatski); vrst razvijaca I fiksira,vreme I temperature razvijanja I fiksiranja; vrsta I tip test-trake filma, indeks brzine (srednja vrednost gustine zacrnjenja postignuta na odredjenom stepenu “x” test bloka ) I indeks kontrasta (srednja vrednost gustine zacrnjenja na “x+4” stepenicka test bloka). Korisnik sredstva za hemijsku obradu, obradjuje predeksponiranu traku filma sa svojim sredstavima, po posebno propisanoj procedure u jednom od poglavlja standard, dokumentuje svoje rezultate, uporedjuje ih sa rezultatima proizvodjaca datim u cetifikatu I time potvrdjuje ili ne podobnost klasifikovanom sistemu hemijske obrade. DODATAK B- Izvod iz standard EN 462-1 do 5/1994-1996: 4.1.3 Obrada radiograma Filmovi se obradjuju u skladu sa uslovima koje preporucuje proizvodjac filma I hemikalija da bi se dobile odabrane klase sistema filma. Posebnu paznju treba obratiti na temperature, vreme razvijanja I vreme pranja. Obrada filma se mora kontrolisati redovno u skladu sa EN 584-2. Radiogrami treba da budu bez gresaka od obrade ili drugih uzroka koji bi mogli uticati na intrepretaciju.(tumacenje) 4.1.4 Uslovi pregleda radiograma Radiograme treba ispitivati u zamracenoj prostoriji na povrsini ekrana za pregled, sa osvetljenjem koje se moze podesavati u skladu sa EN 25580. Ekran za pregled treba da bude maskiran do podrucja koje je znacajno za ispitivanje..
63
4.2 Indikatori kvaliteta slike radiograma Ovaj standard osim uobicajnih poglavlja (polje primene, normativna referenca I definicije), sadrzi I sledece; 4.2.1 Zičani IKS-određivanje vrednosti kvaliteta slike Prvi deo standard definise izgled, opis, dimenzije, materijale I nacin obelezavanja zicanih indikatora kvaliteta slike (IKS). Sistem je zanovan na 19 zica razlicitog precnika (kako je dato u tabeli 1), zajedno sa odgovarajucim tolerancijama I brojevima zica. Puna oznaka zicanog IKS se sastoji od: simbola IKS-a, oznake materijala IKS-a I duzine zica u setu (npr. IQI EN 462-W10 FE-25). Skracena oznaka zicanog IKS (npr. W10 FE) sugerise samo broj najdeblje zice u setu I material IKS-a. Materijali od kojih se izradjuju zice, dati su u tabeli 2. Svaki IKS mora imati deklaraciju o usaglasenosti sa EN 45014, ili od strane akreditovane laborato9rije koja potvrdjuje das u kod predmetnog IKS-a u potpunosti zadovoljeni zahtevi ovog standard. Interesantno je daq ovaj standard odredjuje krajnji rok (kraj 1995. Godine), za koriscenje zicanih IKS koji ne zadovoljava dimenzije propisane pvim standardom. W1 x
IKS set W6 W10
W13
Zice Rastojanje izmedju zica Brijevi zica Precnik zica Odstupanje , +1 W1 3,20 0
x
W2
2,50
x
W3
2,00
x x x x
W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10 W11 W12 W13 W14 W15 W16 W17 W18 W19
1,60 1,25 1,00 0,80 0,63 0.50 0,40 0,32 0,25 0,20 0,16 0,125 0,100 0,080 0,063 0,050
x x x x x x x
x x x x x x x
x x x x x x x
, +1
±0,03
0 + 0
±0,02
±0,01
5+1 0
±0,005
64
Tabela 1:Brojevi,precnici I dozvoljena odstupanja zice(u “mm”)
IKS set W 1 CU W 6 CU W 10 CU W 13 CU W 1 FE W 6 FE W 10 FE W 13 FE W 1 TI W6 TI W 10 TI W 13 TI W 1 AL W 6 AL W 10 AL W 13 AL
Brojevi zica W 1 to W 7 W 6 to W 12 W 10 to W 16 W 13 to W 19 W 1 to W 7 W 6 to W 12 W 10 to W 16 W 13 to W 19 W 1 to W 7 W 6 to W 12 W 10 to W 16 W 13 to W 19 W 1 to W 7 W 6 to W 12 W 10 to W 16 W 13 to W 19
Materijal zica
Bakar
Odgovara za ispitivanje sledecih materijala Bakar, Cink, Kalaj I njihove legure
(Celik) Nisko legirani
Zelezni materijali
Titan
Titan I njegove legure
Aluminijum
Aluminijum I njegove legure
Tabela 2: Vrste IKS koji se koriste za ispitivanje pojedinih grupa materijala
Izbor IKS se vrsi na osnovu vrste materijala koji se ispituje I vrednosti kvaliteta slike koja se zahteva.Ukoliko se ispituje neki od materijala koji nije naveden u tabeli dva vaze odredbe EN 462-4.U takvim slucajevima material zice mora imati sledeci manji koeficijent apsorpcije u odnosu na material koji se ispituje.Ukoliko ni predhodno nije moguce(tj. Razlika izmedju dva koeficujenta apsorpcije je suvise velika), mora se upotrebiti isti kvalitet materijala. Pri odredjivanju vrednosti kvaliteta slike, uslovi osmatranja moraju biti saglasno odredbama EN 25580 (eqv. ISO 5580).Za vrednost kvaliteta slike uzima se broj duzine zice u zoni osmatranja sa jednakom optickom gustinom zacrnjenja. U opstem slucaju kvalitet slike se odredjuje za svaki radiogram za koji se zahteva verifikacija kvaliteta slike.Specificni slucajevi su definisani standardima primene ili ugovorom zainteresovanim strana. 4.2.2 Stepenasti IKS sa otvorima-određivanje kvaliteta slike Prvi deo ovog standard definise izgled, nacin izrade, dimenzije, materijale I nacin obelezavanja IKS-A sa stepenicama/otvorima.Sistem se sastoji od 18 stepenika I otvora, razlicite debljine, odnosno precnika, datih(zajedno sa brojevima otvora I odgovarajucim tolerancijama izrade), u posebnoj tabeli standard.Stepenice I otvori su sistemu u 4 grupe od po 6 brojeva otvora(H1 do H6,H5 do H10,H9do H14 I H13 do H18). Stepenice debljine manje od 0,8mm sadrze dva otvora istog precnika, zbog boljeg uocavanja,Oznacavanjem (npr. IQI EN 462-H5 FE)podrazumeva oznaku IKS,broj ovog 65
standarda, broj najmanjeg otvora I oznake vrste materijala stepenika IKS-a.Pristup izboru materijala ovog IKS je isti kao kod zicanog IKS-a(videti tabelu 2 u ovom dodatku A). Pri odredjivanju vrednosti kvaliteta slike pristup je isti kao kod zicanog IKS, s tom razlikom sto se kao vrednost kvaliteta slike uzima broj najmanjeg otvora, vidljivog na radiogramu.Kada stepenik sadrzi 2 otvora, oba moraju biti vidljiva. Opseg indikatora kvaliteta H1 H5 H9 H13 Broj rupe x x x x x x
X X X X X X
x x x x x x
(1) (1) (1) (1) (1) (1)
Rupa/stepenik Nominalni precnik I debljina stepenika 0,125 0,160 0,200 0,250 0,320 0,400 0,500 0,630 0,800 1,000 1.250 1,600 2,000 2,500 3,200 4,000 5,000 6,300
tolerancije +0,015 0
+0.020 0 +0,025 0 +0,030 0 +0,036 0
4.2.3 Klase kvaliteta slike za železne materijale Ovaj standard specifira minimalne vrednosti kvaliteta slike. Vazi za dva tipa IKS-a (zicani I stepenasti sa otvorima), dve klase tehnika definisane standardom EN 444 (klasa A-osnovne ehnike I klasa B-poboljsane tehnike; videti dodatak D) I dve tehnike izvodjenja. Spomenute vrednosti kvalite6ta slike su date u tabeli 1 do 12. Pri ovome vazi princip da A-osnovne tehnike odgovara A-klasa kvaliteta slike, a B-klasi tehnike odgovara B-klasa kvaliteta slike. Kada se koristi tehnika prozracavanja kroz tehnike odgovara B-klasa kvaliteta slike. Kada se koristi tehnika prozracavanja kroz tehnike odgovara B-klasa kvaliteta slike. Kada se koristi tehnika prozracavanja kroz dva zida, debljinom prozracavanja se smatra zbir dve debljine zida. Za odredjivanje vrednosti kvaliteta slike vaze odredbe ovog standard date za zicani IKS (deo 1 ovog Dodatak B) I za stepenasti IKS sa otvorima (Deo 2 ovog Dodatka B).
66
Tehnika prozracavanja kroz jedan zid; IKS sa strane izvora zracenja
Klasa A kvaliteta slike Nominalna IKS1 debljina (mm) vrednosti Do 1,2 W18 Iznad 1,2 do 2 W17 Iznad 2 do 3,5 W16 Iznad 3,5 do 5 W15 Iznad 5 do 7 W14 Iznad 7 do 10 W13 Iznad 10 do 15 W12 Iznad 15 do 25 W11 Iznad 25 do 32 W10 Iznad 32 do 40 W9 Iznad 40 do 55 W8 Iznad 55 do 85 W7 Iznad 85 do 150 W6 Iznad 150 do 250 W5 Iznad 250 W4 1 Kada se koristi izvor Ir-192 mogu se prihvatiti IKS vrednosti losije od specificiranih 10mm do 24mm:najvise 2 vrednosti iznad 24mm do 30mm:najvise 1 vrednost Tabela 1: Zicani IKS
Klasa A kvaliteta slike Nominalna IKS1 debljina (mm) vrednosti Do 2 H3 Iznad 2 do 3,5 H4 Iznad 3,5 do 6 H5 Iznad 6 do 10 H6 Iznad 10 do 15 H7 Iznad 15 do 24 H8 Iznad 24 do 30 H9 Iznad 30 do 40 H10 Iznad 40 do 60 H11 Iznad 60 do 100 H12 Iznad 100 do 150 H13 Iznad 150 do 200 H14 Iznad 200 do 250 H15 Iznad 250 do 320 H16 Iznad 320 do 400 H17 Iznad 400 H18 1 Kada se koristi izvor Ir-192 mogu se prihvatiti IKS vrednosti losije od specificiranih 10mm do 24mm:najvise 2 vrednosti iznad 24mm do 30mm:najvise 1 vrednost Tabela 2: Stepenasti IKS sa otvorim
67
Klasa B kvaliteta slike Nominalna IKS1 debljina (mm) vrednosti Do 1,5 W19 Iznad 1,5 do 2,5 W18 Iznad 2,5 do 4 W17 Iznad 4 do 6 W16 Iznad 6 do 8 W15 Iznad 8 do 12 W14 Iznad 12 do 20 W13 Iznad 20 do 30 W12 Iznad 30 do 35 W11 Iznad 35 do 45 W10 Iznad 45 do 65 W9 Iznad 65 do 120 W8 Iznad 120 do W7 200 W6 Iznad 200 do 350 W5 Iznad 350 1 Kada se koristi izvor Ir-192 mogu se prihvatiti IKS vrednosti losije od specificiranih 12mm do 40mm:najvise 1 vrednosi
Klasa B kvaliteta slike Nominalna IKS1 debljina (mm) vrednosti Do 2,5 H2 Iznad 2,5 do 4 H3 Iznad 4 do 8 H4 Iznad 8 do 12 H5 Iznad 12 do 20 H6 Iznad 20 do 30 H7 Iznad 30 do 40 H8 Iznad 40 do 60 H9 Iznad 60 do 80 H10 Iznad 80 do 100 H11 Iznad 100 do 150 H12 Iznad 150 do 200 H13 Iznad 200 do 250 H14 1 Kada se koristi izvor Ir-192 mogu se prihvatiti IKS vrednosti losije od specificiranih 12mm do 40mm:najvise 1 vrednost
Tabela 3: Zicani IKS Tabela 4: Stepenasti IKS sa otvorima -Tehnika dvostruki zid-dvostruka slika; IKS sa strane izvora zracenja
68
Klasa A kvaliteta slike Nominalna debljina (mm) Do 1,2 Iznad 1,2 do 2 Iznad 2 do 3,5 Iznad 3,5 do 5 Iznad 5 do 7 Iznad 7 do 12 Iznad 12 do 18 Iznad 18 do 30 Iznad 30 do 40 Iznad 40 do 50 Iznad 50 do 60 Iznad 60 do 85 Iznad 85 do 120 Iznad 120 do 220 Iznad 220 do 380 Iznad 380
IKS1 Vrednosti W18 W17 W16 W15 W14 W13 W12 W11 W10 W9 W8 W7 W6 W5 W4 W3
Klasa B kvaliteta slike Nominalna IKS1 debljina (mm) vrednosti Do 1,5 W19 Iznad 1,5 do 2,5 W18 Iznad 2,5 do 4 W17 Iznad 4 do 6 W16 Iznad 6 do 8 W15 Iznad 8 do 15 W14 Iznad 15 do 25 W13 Iznad 25 do 38 W12 Iznad 38 do 45 W11 Iznad 45 do 55 W10 Iznad 55 do 70 W9 Iznad 70 do 100 W8 Iznad 100 do 170 W7 Iznad 170 do 250 W6 Iznad 250 W5 Tabela 7: Zicani IKS
Klasa A kvaliteta slike Nominalna IKS debljina (mm) vrednosti Do 1 H3 Iznad 1 do 2 H4 Iznad 2 do 3,5 H5 Iznad 3,5 do 5,5 H6 Iznad 5,5 do 10 H7 Iznad 10 do 19 H8 Iznad 19 do 35 H9 Kada se koristi izvor Ir-192 mogu se prihvatiti IKS vrednosti losije od specificiranih 3,5mm::najvise 2 vrednosti iznad 3,5mm do 10mm: najvise 1 vrednost Tabela 6:stepenasti IKS sa otvorima
Klasa B kvaliteta slike Nominalna IKS1 debljina (mm) vrednosti Do 1 H2 Iznad 1 do 2,5 H3 Iznad 2,5 do 4 H4 Iznad 4 do 6 H5 Iznad 6 do 11 H6 Iznad 11 do 20 H7 Iznad 20 do 35 H8 1
Kada se koristi izvor Ir-192 mogu se prihvatiti IKS vrednosti losije od specificiranih 4mm do 11mm:najvise 1 vrednost Tabela 8:Stepenasti IKS sa otvorima
-Tehnika dvostruki zid-jednostruka ili dvostruka slika;IKS sa strane filma
69
Klasa A kvaliteta slike Nominalna IKS1 debljina (mm) vrednosti Do 1,2 W18 Iznad 1,2 do 2 W17 Iznad 2 do 3,5 W16 Iznad 3,5 do 5 W15 Iznad 5 do 10 W14 Iznad 10 do 15 W13 Iznad 15 do 22 W12 Iznad 22 do 38 W11 Iznad 38 do 48 W10 Iznad 48 do 60 W9 Iznad 60 do 85 W8 Iznad 85 do 125 W7 Iznad 125 do 225 W6 Iznad 225 do 375 W5 Iznad 375 W4 Tabela 9:Zicani IKS otvorima
Debljina prozracavanja (mm) Iznad Iznad Iznad Iznad Iznad Iznad Iznad Iznad Iznad Iznad Iznad Iznad Iznad
Do 1,5 1,5 do 2,5 2,5 do 4 4 do 6 6 do 12 12 do 18 18 do 30 30 do 45 45 do 55 55 do 70 70 do 100 100 do 180 180 do 300 300
Klasa A kvaliteta slike Nominalna IKS1 debljina (mm) vrednosti Do 2 H3 Iznad 2 do 5 H4 Iznad 5 do 9 H5 Iznad 9 do 14 H6 Iznad 14 do 22 H7 Iznad 22 do 36 H8 Iznad 36 do 50 H9 Iznad 50 do 80 H10 Kada se koristi izvor Ir-192 mogu se prihvatiti IKS vrednosti losije od specificiranih 5mm do 10mm:najvise 2 vrednosti iznad 9mm do 22mm:najvise 1 vrednost Tabela10:Stepenasti IKS sa
IKS1 vrednost W19 W18 W17 W16 W15 W14 W13 W12 W11 W10 W9 W8 W7 W6
Tabela 11:Zicani IKS
70
4.2.4 Eksperimentalno određivanje vrednosti kvaliteta slike i tabele kvaliteta slike Ovaj deo standarda se primenjuje kada Deo 3 stardanda ne moze biti primenjen(na primer kada je razlika apsorpcije ispitivanog materijala IKS-a, vece od 30 %), a kada je potrebno odredjivanje prihvatljivosti kvaliteta slike za naredna ispitivanja pri istim parametrima prozracavanja. Vrednost kvaliteta slike se u ovom slucaju odredjuje eksperimentalno pri cemu se rade dve ekspozicije sa istim parametrima prozracavanja I istim IKS-om.Ako se vrednosti kvaliteta slike u oba slucaja poklapaju, ova vrednost se moze smatrati referentnom, a ako se ove vrednosti razlikuju, postupak se ponavllja. Ako se radiografisu razlicite debljine materijala, ustanovljava se posebna tabela sa vrednostima kvaliteta slike za razlicite debljine ispitivanog materiala, po postupku opisanom u predhodnom pasusu.Vrednosti kvaliteta slike se u ovo slucaju dobijaju na osnovu stepenaste krive dobijene eksperimentalno I tabele kvaliteta slike(videti sliku 1 I tabelu 1).
Sl.1Primer odredjivanja kvaliteta slike
Debljina prozracavanja Najvise 2 Iznad 2 do 3 Iznad 3 do 5 Iznad 5 do 10 Iznad 10 do 20 Iznad 20 do 40 Iznad 40
Vrednost kvaliteta Slike A B C D E F G
Tabela 1:Primer odredjivanja kvaliteta slike
4.2.5 IKS sa duplim zicama-određivanje vrednosti neoštrine slike Ovaj deo standarda opisuje metodu za odredjivanje neostrine slike, pri cemu se pod vrednoscu neostrine smatra broj najveceg elementa.Pod najvecem vidljivim elementom se podrazumeva prvi vidljiv par zica IKS-a kod koji je doslo do “stapanja” slika dve zice
71
u jednu, bez vidljivog medju prostora izmedju njih.Posmatranje se moze vrsiti sa lupom najveceg uvecanja 4x. Neostrina slike se tada se definise kao “2d”gde je d-sirina zice tj.rastojanje(medju proctor) izmedju njih(videti sliku I tabelu 1).Treba napomenuti da IKS sa duplim zicama sluzi za odredjivanje neostrine slike tj.da ih ne treba mesati sa zicama/stepenastim IKSima.IKS sa duplim zicama sadrzi seriju od 13pari zica volframa, a ostali parovi od platine (videti sliku 1 I tabelu 1).Na objekat se postavljaju zajedno sa klasicnim IKS(zicani ili stepenasti sa otvorima), na stranu objekta okrenutu izvoru zracenja I sto upravnije na osu snopa zracenja. Oznacavaju se oznakom EN 462-5 I svaki IKS sa duplim zicama mora imati certifikat o usaglasenosti sa zahtevima ovog standarda.
Slika 1: IKS sa duplim zicama (dimenzije u “mm”)
Broj
Odgovarajuc a
13D 12D 11D 10D 9D 8D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D
neostrina 0,10 0,13 0,16 0,20 0,26 0,32 0,40 0,50 0,64 0,80 1,00 1,26 1,60
Precnik zice I Rastojanje (d) 0,050 0,063 0,080 0,100 0,130 0,160 0,200 0,250 0,320 0,400 0,500 0,630 0,800
Odstupanja
±0,005
±0,01
±0,02
72
Tabela 1: Broj elemenata, odgovarajuca vrednost neostrine I precnici zica (dimenzije u “mm”)
Dodatak C: Izvod iz standard JUS c.a7.010/1979 (ISO 3999/1977/: Uredjaji za x-radiografiju – Tehnicki uslovi za izradu I isporuku Posto je ovaj (JUS) standard dostupan kandidatima ( Savezni zavod za standardizaciju – Beograd ), ovde cemo samo naglasiti da su njime definisani: dizajn, konstrukcija, klasifikacija uredjaja, nacin njihovog ispitivanja, oznacavanje I identifikacija izvora zracenja (x – izvora), za koji je x – uredjaj (x – defektoskop) namenjen. Napomenucemo jos da po ovom standardu postoji podela x – kontejnera, po pokretljivosti: Klasa P: Prenosni kontejneri namenjeni za nosenje od strane samo jednog operatera. Klasa M: Pokretni – mobilni ( iskljucujuci prenosne – portabl ) kontejneri konstruisani za lako pokretanje saglasno potrebama terenske upotrebe Klasa F: stacionarni kontejneri koji imaju ogranicenu mogucnost pomeranja ( samo za prilaz uzoj zoni ispitivanja). •
•
•
DODATAK D – Izvod iz standarda EN 444/1994: Opsti principi za radiografsko ispitivanje metalnih materijala x I x-zracima Bavi se istom problematikom kao standard JUS ISO 5579, cije poslednje izdanje (1998.g.) je u fazi usaglasavanja sa ovim standardom. Ovaj standard definise opste principe I tehnike radiografije u cilju dobijanja pouzdanjh rezultata na ekonomican nacin. Obezbedjuje I ponovljivost ( neproducibilnost) rezultata ispitivanja. Standard namece opste uslove koji se zatim razradjuju u pojedinacnim standardima EN 462/1 do 5, EN 473, EN 484-1 I EN 25580 ( ciji su izvodi dati u ovom Dodatku). Osim uobicajenih poglavlja ( polje primene, normativne reference I definicije), paznju treba obratiti I na poglavlja za koja dajemo kratke izvode. Klasifikacija radiografskih tehnika Klasa A: osnove tehnike Klasa B: poboljsane tehnike (poboljsana osetljivost u odnosu na klasu A) • •
Ukoliko se (Iz opravdanih razloga) klasa B nemoze primeniti, moze umesto nje da se primeni klasa A ali se zahteva veca gustina zacrnjenja radiograma (najmanje 3) birajuci odgovarajuci system film-folija, cime sa postize veca osetljivost. Zainteresovane strane uglavnom mogu definisati I vecu osetljivost (bolju klasu) od klase B.
Opsti zahtevi Za zastitu od zracenja, pripremu povrsine za ispitivanje, indentifikaciju I obelezavanje vaze isti zahtevi kao u standard ISO 5579. Preklapanje filmova nije definisano vec se preklapanje vrsi tako da se obuhvati zona koja se ispituje. •
•
73
•
Naglasava potrebu da je radiografsko ispitivanje obavezno nakon zav rsene faze izrade tj. Obrade (npr. Posle brusenja, posle termicke obrade…).
4.2.6 Postavljanje IKS-a −
−
−
−
−
kada se koristi zicani IKS, zice treba da budu upravne na zavareni spoj, a lokacije IKS-a mora omoguciti da bar 10 mm duzine zice bude vidljivo na delu sa jednakim zaacrnjenjem (obicno na osnovnom materijalu) uz zavareni spoj. Kod tehnike elipse, IKS se moze postaviti upravno na osu cevi, pri cemu se zice ne projektuju na sliku zavarenog spoja. kada se koristi stepenasti IKS sa otvorima, on se postavlja tako da se trazeno broj otvora postavljau blizini zavarenog spoja. Ako IKS ne moze da se postavi sa strane izvora zracenja na predmet ispitivanja ( sto je opste pravilo), IKS se postavlja sa strane filma, a kvalitet slike se potvrdjuje uporedjenjem sa bar jednom ekspozicijoim nacinjenom kada je IKS postavljen sa strane izvora zracenja na predmet koji se ispituje. Kod tehnicke elipse, korisceni IKS se moze postaviiti ili na stranu izvora ili na stanu filma-tada se postavlja oznaka “F”. Za ekpozicije na cevima precnika veceg ili jednakog 200mm I izvora u centru cevi (panoraska tehnika), postavljaju se najmanje 3 IKS-a, na jednakom razmaku po obimu. Minimalne vrednosti kvaliteta slike iste su kao u standard EN462-3 (videti tabelu u dodatku D, deo 3).
4.3 Opšti principi za radiografsko ispitivanje metalnih materijala x i γ -zracima 4.3.1 Preporučene tehnike radiografije •
•
•
Tehnike prozracavanja odredjene su standardima primene (za zavarene spojeve, EN 1435, odlivke…). Izbor izvora I energije zracenja, filmova I folija,rastojanja izvor-objekat I zacrnjenja vrsi se prema slikama 1 do 2, I tabelama 1do 4. Za odredjivanje pravca zracenja, smanjenje rasipnog zracenja, hemijsku obradu filmova I uslove tj. Vaze ista pravila data u standard koji se vec koriste.
ZA sadrzaj radiografskog izvestaja videti poglavlje “dokumentacija…”, u prirucniku
74
Slika 1: MAksimalni napon RÖ cevi za uredjaje sa x-zracenjem do 500kV, kao funkcija debljine materijala koji se prozracuje
Slika 2: Nomogram za odredjivanje minimalnog rastojanja, izvor-objekat (f min) u zavisnosti od rastojanja objekat-film I velicine izvora zracenja Napomena: Za klasu A, ako se zeli otkriti planirana nepravilnost f min je isto kao za klasu B, u cilju smanjenja geometrijske neostrine,sa faktorom 2. Za kriticne tehnicke primene (npr. Kod materijala koji su osetljivi na stvaranje prslina), moze se primeniti tehnika koja daje vecu osetljivost za otkrivanje gresaka od tehnike B.
Izvor zracenja
Debljina prozracavanja (W) u mm Klasa A Klasa B Tm 170 W≤5 W≤5 Yb 169 1≤W≤15 2≤W≤12 IR 192 20≤W≤100 20≤W≤90 Co 60 40≤W≤200 60≤W≤150 Oprema za x-zracenje sa energijom 1 30≤W≤200 50≤W≤180 do 4 MeV Oprema za x-zracenje sa energijom 4 W≥50 W≥80 do 12 MeV Oprema za x-zracenje sa energijom W≥80 W≥100 iznad 12 MeV 1)Za Al I Ti debljina prozracavanja je 10
75
Izvor zracenja
Debljina prozracavanja
x-zracenja napona ≤ 100kV x-zracenje napona veceg od 100kV do 150kV x-zracenja napona veceg od 150kV do 250kV Yb 169 Tm 170
Klasa filmova A B
Vrsta I debljina metalnih folija A B Bez ili 0,03mm prednja I zadnja folija od olova (Pb)
C3 C5
Do 0,0,15mm prednja I zadnja folija od olova (Pb) C4
W<5mm
C5
0,02 do 0,15mm prednja I zadnja folija od olova (Pb)
C3
Bez ili do 0,03 mm prednja I zadnja folija od olova (Pb) W≥5mm C 4 0,02 do 0,15 mm prednja I zadnja folija od olova (Pb) x- zracenje >250kV w≤50mm C 5 C 4 0,02 do 0,2 mm prednja I zadnja folija od do 500kV olova (Pb) w>50mm C 5 0,1 do 0,2 mm prednja I zadnja folija od olova (Pb) Ir 192 C 5 C 4 0,02 do 0,2 mm prednja, 0,1 do o,2mm prednja, 0,02 do 0,2mm zadnja folija od olova (Pb) Co 60 w≤100mm C 5 C 4 0,25 do 0,7 mm prednja I zadnja folija od w>100mm C 5 celika ili Cu3 x-zracenje oprema 1 W≤100mm C 5 C 4 0,25 do 0,7 mm prednja I zadnja folija od MeV do 12MeV w>100mm C 5 celika ili Cu3 x-zracenje oprema 4 w≤100mm C 4 C 4 Do 1 mm prednja folija od Cu celika ilui MeV do 12 MeV 100mm300mm C5 0,5mm x-zracenje oprema w≤100mm C4 Do 1 mm prednja folija odTa bez zadnje iznad 12 MeV 100mm300mm C 5 Do 1 mm prednja folija od Ta, do 0,5mm zadnje folije od Ta 1. Mogu se koristiti I osetljivije klase sistema filmova 2. Pripremljeno pakovanje filmova sa prednjom folijom do 0,03mm debljine se moze koristiti ukoliko se dodatno postavi Pb-folije debljine 0,1 do 0,5mm 3. U klasi A se takodje mogu koristiti Pb-folije debljine od 0,1 do 0,5mm 4. U klasi A se mogu koristiti Pb-folije debljine 0,5 do 1,0mm, na osnovu ugovora zainteresovanih strana. 5. Ugovorom zainteresovanih strana moze biti predvidjeno I koriscenje Wo-folija.
76
Tabela 2: Sistemi filmova I metalnih folija za radiografiju celika, Cu I Ni I njihovih legura
Izvor zracenja
Klasa sistema filmova A B
Tip I debljina pjacavajucih folija
x-zracenje napona Bez ili do 0,03mm prednja I do 0,15 zadnja folija Pb (max) ≤150kV C3 x-zracenje napona C 5 0,02 do 0,15 prednja I zadnja folija od Pb >150kV do 250kV x-zracenje napona 0,1 do 0,2mm prednja I zadnja folija od Pb >250kV do 500kV Yb 169 0,02 do 0,15mm prednja I zadnja folija od Pb Mogu se koristiti I klase filmova vece osetljivosti TAbela 3: Klase sistema filmova I metalnih folija za Al I Ti (aluminijuma I titana)
Klasa Zacrnjenje1 A ≥2,0 B ≥2,3 Dozvoljeno je odstupanje u merenju za ±0,1 Tabela 4: Gustina zacrnjenja radiograma Napomene: Navedene vrednosti ukljucuju I osnovno zacrnjenje filma I mrenu. Gustine zacrnjenja mrene ne sme preci vrednost 0,3 o proverava se periodicno na neeksponiranom filmu. Dodatak E – Izvod iz standard JUS ISO 4993/1997: Celicni odlivci –radiografsko ispitivanje Posto je ovaj JUS standard dostupan kandidatima (Savezni Zavod za standardizacijuBeograd), ovde cemo samo naglasiti das u njime definisani: osnove za narucavanje (zahtev za ispitivanje), vreme ispitivanja, osposobljenosti osoblja koje vrsi ispitivanja, semu prozracavanja I zapise. Karakteristicno je sto se ovaj standard bavi I kriterijumima prihvatljivosti(preporuceni su inostrani standardi za odlivke: ASTM E 446, E-186, E-280 I E-192) Spomenuta sema prozracavanja (tacka 6 standarda) se moze smatrati “mini” uputstvom sa preciznim opisom-klasicnog sadrzaja jednog uputstva: Korisceni izvor zracenja (x ili y) Mesto izvora zracenja u odnosu na podrucje ispitivanja I filma Mesto izvora zracenja Podrucje prekriveno filmom Polozaj filma I pozicija indetifikacionih oznaka (markera) Rastojanje izvor-film Polozaj IKS-a I stepen razaznavanja • • • • • • •
77
• • • • • •
Debljina preseka koji se ispituje Broj I tipovi upotrebljenih filmova Indentifikacija filmova Debljina I tip pojacavajucih folija Vrednosti zahtevanog zacrnjenja I geom.. neostrine Uslovi razvijanja filma
Ovaj standard se ne bavi samim tehnikama radiogravskog ispitivanja odlivaka tj. Vaze klasicni opisi tehnika za odlivke iz prvog dela Prirucnika.
Dodatak F - Izvod iz standard EN 1435/1997: Radiografsko ispitivanja zavarenih spojeva Ovaj standard predsavlja tipican standard primene (za zavarene spojeve) I uvodi specificne zahteve ovog proizvoda (monosektora) u opste zahteve radiografskog ispitivanja definisane standardom EN 444 (videti dodatak D). njegovim izdavanjem povucena je rupa standarda (JUS ISO 1106-1, 2 I 3; JUS ISO 2437…) koji su ranije parcijalni obradjivali ovu oblast. Medjunarodni standard ISO/DIN 17636 : 2000 je u toku uskladjivanja sa ovim standardom. Najvaznije razlike u odnosu na EN444 (koji definife opste principe za ispitivanje metalnih materijala) su sledece. Saglasno ovom standard,koriste se tehnike prikazane na slikama 1 do 19. Tehniku elipse (dvostruki zid/dvostruka slika) u skladu sa slikom 11, ne treba koristiti za spoljasni precnik (De) veci od 100nm, deljinu zida (t) vecu od 8mm I sirini zavara De/4. Dve ekpozicije pod uglom od 90° su dovoljne ako te t/De manje od 0,12. Rastojanje izmedju dve slike zavara jednako jednoj sirini zavara. Ispitivanje zavarenih spojeva metodama bez razaranja - Radiografsko ispitivanje materijala 1. Predmet i podrucje primene Ovim evropskim standardom se utvrdjuju osnovne tehnike radiografskog ispitivanja u cilju ekonomicnog dobijanja zadovolajvajucih I ponovljivih rezultata. Te tehnoke se zasnivaju na opse prihvacenoj praksi I osnovnoj teoriji o predmetu ispitivnja. Ovaj standard se primenjuje za radiografsko ispitivanje zavarenih spojeva na metalnim materijalima. Primenjuje san a spojeve ploca (limova) ili cevi. Pored uobicajenmog znacenja, “cev”, koje se koristi u ovom standardu, podrazumevaju se I druga cilindricna tela kao sto su kotlovski bubnjevii posude pod pritiskom. Ovaj standard je uskladjen sa EN 444. Ovim standardom nisu utvrdjeni (specificirani) nivoi prihvatljivosti indikacija. Ako su specifikacijom odobreni nizi kriterijumi ispitivnja, postignuti kvalitet moze biti znatno nizi od kvaliteta dobijenom striktnom ptimenom ovog standard. Nrmativne reference
78
U ovaj evropski standard ugradjene su, putem pozivanja, odredbe iz drugih datiranih ili nedatiranih standard. Ovaj normativna pozivanja su na odgovarajucim mestima citirana, a publikacije su navedene u daljem tekstu za datirane reference, kasnije izmene I dopune ili revizije tih standarda primenjuju se na ovaj evrospki standard samo kada se u njega unesu putem izmena I dopuna ili revizije. Za nedatirana pozivanja, priimenjuje se najnovije izdanje navedene publikacije. EN 444 Ispitivanje bez razaranja - Opsti principi za radiografsko ispitivanje metalnih materijala X I gama zracima EN 462-1 Ispitivanje bez razaranja – Indikatori kvaliteata slike – Deo 1: zicani IKS – odredjivanje vrednosti kvaliteta slike. EN 462-2 Ispitivanje bez razaranja – Indikatori kvaliteta slike – Deo 2: stepenasti IKS sa otvorima – odredjivanje vrednosti kvaliteta slike. EN 462-3 Ispitivanje bez razaranja – Indikatori kvaliteta slike – Deo 3: klase kvaliteta slike za (zelezne) material na bazi zeleza. EN 462-4 Ispitivanje bez razaranja – Indikatori kvaliteta slike – Deo 4: ekperimentalno odredjivanje vrednosti kvaliteta slike I tabele za kvalitet slike. EN 473 Kvalifikacija I sertifikacija osoblja za ispitivanje bez razaranja EN 584 -1 Ispitivanje bez razaranja – Filmovi za industrijsku radiografiju – Deo 1: Klasifikacija sistema filmova ( kombinacija film-folija) za industrijsku radiografiju. EN 584-2 Ispitivanje bez razaranja – Filmvi za industrijsku radiografiju – Deo 2: Provera sistema obrade filmova pomocu referentnih vrednosti. EN 25580 Ispitivanje bez razaranja – Filmvi za industrijsku radiografiju – Minimalni zahtevi (ISO 5580:1985) Definicije Za potrebe ovog standard koriste se sledece definicije: Nazivna debljina, t Debljina osnovnog materijala. Tolerancije izrade se ne menjaju uzeti u obzir. Debljina prozracavanja, w Debljina materijala u pravcu snopa zracenja izracunata na osnovu nazivne debljine. Za tehnike prozracavanja kroz vise zidova debljina prozracavanja se izracunava iz nazivne debljine. Rastojanje izmedju predmeta I filma, b Rastojanje izmedju povtsine predmeta okrenute izvoru zracenja I povrsine filma merena duz sredisne ose snopa zracenja. velicina izvora,d Velicina izvora zracenja. Rastojanje izmidju izvora I filma (SFD) Rastojanje izmedju izvora zracenja I filma mereno u pravcu snopa. Rastojanje izmedju izvora I predmeta, f Rastojanje izmedju izvora zracenja I povrsine predmeta ispitivanja okrenute izvoru zracenja, merena duz sredisnje ose snopa zracenja. recnik (dijametar), De Nazivni spoljasni precnik cevi. Klasifikacija radiografskih tehnika Radiografske tehnike su podeljene u dve klase: Klasa A:osnovne tehnike; −
79
−
Klasa B:poboljsane tehnike.
Tehnike klase B se koriste kada tehnika klase A nije dovoljno osetljiva. Mogu se definisati I bolje tehnike od klase B, ali se one onda definisu specifikacijom za sve odgovarajuce parameter ispitivanja. Izbor radiogrqafske tehnike mora se definisati specifikacijom. Ako iz tehnickih razloga, nije moguce zadovoljiti neki od uslova za klasu B, kao sto je vrsta izvora zracenja ili rastojanje izmedju izvora I predmeta, f, moze se definisati da se koriste uslovi specificirani za klasu A.Gubitak osetljivosti se koriguje povecanjem najmanjeg zacrnjenja na 3,0 ili izvorom sistema filma s vecim kontraksom.Zbog vece osetljivosti (primenjene tehnike) u poredjenju u klasom A, moze se smatrati kao da je uzorak ispitan u klasi B Ovo se ne primenjuje ako je smanjeno rastojanje izmedju izvora I filma, SFD, kako je opisano u t.6.6. za postupke ispitivanja data u tackama 6.1.4. I 6.1.5. Zastita od jonizujucih zracenja UPOZORENJE : Izlaganjem bilog kojeg dela ljutskog tela X ili gama zracima moze biti izuzetno stetno za zdravlje. Kad god se koriste regenska oprema ili radioaktivni izvori, mora se primeniti odgovarajuca zakonska regalutiva (ispuniti odgovarajuci zakonski zahtevi). Kada se koristi jonizujuce zracenje moraju se strikno primenjivati mere zastite definisane medjunarodnim, regionalnim I nacionalnim propisima. Priprema povrsine I faza izrade u kojoj se vrsi ispitivanje Priprema povrsine nije neophodna, ali tamo gde povrsinskie nepravilnosti ili prvlake mogu stvoriti teskoce u otkrivanju diskontinuiteta, povrsinu treba glatko izbrusiti ili ukloniti premaze. Ako nije drugacije specificirano radiografiju treba izvoditi nakon zavrsene faze proizvodnje, npr.nakon brusenje ili termicke obrade. Polozaj zavarenog spoja na radiogramu Da bi se zavareni spoj video na radiogramu potrebno je sa obe strane zavarenog spoja postaviti oznake od meterijala velike gustine (najcesce olova). Identifikacija radiograma Oznake se moraju postaviti na svakom delu predmeta koji se radiografski ispituje.Slike ovih oznaka moraju da se pojave na radiogramu, cime se obezbedjuje nednosmislena idenfikacija dela. Obelezavanje Trajno obelezavanje predmeta koji se ispituje obezbedjuju referetne tacke za pricizno odredjivanje mesta I polozaja svakog radiograma. Gde priroda materijala, odnosno, uslovi rada ne dozvoljavaju trajno obelezavanje, mesto se moze obeleziti pomocu preciznih skica. Preklapanje filmova Pri radiografskom ispitivanju neke povrsine sa dva ili vise odvojenih filmova, filmovi se proklapaju onoliko koliko je potrebno da se citavo podrucje koje nas interesuje radiografise.Ovo ce biti potvrdjeno slikom markera velike gustine na povrsini predmeta koji ce se pojaviti na svakom radogramu. Vrste I pozicije indikatora kvaliteta slike (IQI) Kvalitet slike ce biti potvrdjen koriscenjem IQI-a u skladu s EN 462-1ili EN 462-2. 80
Pozeljno je da se IQI postavi sa one strane predmeta koju se ispituje, na kojoj se nalazi izvor zracenja u sredistu povrsine koja je znacajna na osnovnom materijalu pored zavarenog spoja.IQI mora biti u neposrednom kontaktu sa povrsinu predmeta.On mora da se postavi na deo koji ima ujednacenu debljinu za koju je karakteristivno jednako (ujednaceno )zacrnjenje radiograma.Prema vrsti upotrebljenog IQI-a, razmatraju se dva slucaja: a) Kad se koristi zicani IQI, zice se moraju usmeriti upravno na zavaren spoj, a njegovo postavljanje mora da obezbedi da se bar 10 mm duzine zice pokaze na delu jednakog zacrnjenja, koji je obicno u osnovnom materijalu neposredno u zavaren spoj.Kod ekspozicija u skaladu sa 6.1.6. I 6.1.7. zicani IQI se moze postaviti tako da su zice u osi cevi I one se nece pojaviti na slici zavarenog spoja ili se zicani IQI moze postaviti upravno na osi cevi I on se nesme preklopiti sa slikom zavarenog spoja. b) Kad se koristi stepenasti IQI, odnosno, IQI sa rupama, on se postavlja tako da se trazeni broj rupe postavlja blizu zavarenog spoja.Kod ekspozicija u skladu sa 6.1.6. I 6.1.7. tip IQI-a koji se koristi, moze da se postavi ili na stranu izvora ili na stranu filma.Ako IQI ne moze da se postavi na povrsinu predemta prema izvoru zracenja, IQI se mora postaviti na kasetom sa filmom, a kvalitet slike mora se odrediti poredjenjem radiograma dobijenog bar jednim eksponiranjem pri cemu se IQI postavlja sa strane izvora sa drugim postavnjanjem IQI-a na kasetu sa filmom pod istim uslovima.Za eksponiranje dva zida, kada se IQI postavlja na stranu filma, predhodno ispitivanje nije neophodno I u tom slucaju treba se pozvati na tabele odgovarajuce veze date u prilogu B.Gde s IQI –I postavljaju na strain koji je film, u blizini IQI-a mora se staviti slovo”F” I to mora biti naznaceno u izvestaju o ispitivanju. Ako su preduzete mere kojima se garantuje das u svi radiogrami za slicne predmete ispitivanja I podrjucja mapravnjeni s indenticnimom ekspozicijom I tehnikama obrade I da nema razlike u vrednosti kvaliteta slike, kvalitet slike se ne mora potvrditi za svaki radiogram a obim proveravanje kvaliteta slike mora biti utvrdjen specifikacijom. Za eksponiranje cevi precnika 200mm I veceg, sa izvorom postavljenim u sredistem (centar)cevi, bar tri IQI-a treba da se postave na podjednakom rastojanju po obimu.Film (ovi) na kome (kojima) se vidi (e) IQI tada se smatra ((ju) reprezentativnim za citav obim. Ocena kvaliteta radiograma Filmovi se moraju pregledati u skladu sa EN 25580. Ispitivanjem slike (osmatranjem)IQI-a na radiogramu, odredjuje se broj najmanje zice ili rupe kojim se moze raspoznati.Slika zice se prihvata ako je jednakog zacrnjenja I jasno vidljiva neprekidna duzina zice najmalje 10 mm.U slucaju stepenastog IQI sa rupama, ako su dve rupe istog precnika obe moraju biti vidljive da bi se smatralo da je zadovoljen nivo kvaliteta radiograma. Dobijeni kvalitet radiograma mora se zapisati u izvestaju o radiografskom ispitivanju.U svakom slucaju tip indekatora koji je koriscen mora biti jasno iskazan onako kako je prikazano I na samom IQI etalonu. Najmanje vrednosti kvaliteta slike U tabela od B.1do B.12 u prilogu B prikzane su majmanje vrednosti kvaliteta za zelezne materijale.Za druge materijale ili odgovarajuci zahtevi moraju biti utvrdjeni ugovorom izmedju zainteresovanih stran. Zahtevi moraju da budu utvrdjeni u skladu sa EN 462-4. Klalifikacija osoblja
81
Osoblje koje vrsi ispitivanje bez razaranja u skladu sa ovim standardom mora da bude kvalifikovano u skladu sa standardim EN 473 ili ekvivalentim, za odgovarajuci nivo I odredjeni industrijski sector. 4.4 Tehnike koje se preporučuju za radiografska ispitivanja 4.4.1 Raspored radiograma pri ispitivanju Moraju se koristiti normalni rasiografske tehnike u skladu sa preporukama datim u 6.1.2 do 6.1.9 Tehnike elipse (dvostruki zid/dvostruka slika) u skladu sa slikom 11 ne treba koristiti za spoljasni precnik cevi De>100 mm, debljinu zida t>8mm I sirinu zavarenog spoja De/4.Ako je t/De<0,12 dovoljne su dve slike pod uglom od 90°.Rastojanje izmedju dve slike zavarenog spoja mora biti priblixno jednako jednoj sirini zavarenog spoja. Kada je tesko izvrsiti ispitivanje tehnikom elipse za De≤100mm, moze se koristiti tehnika u skladu sa 6.1.7 (videti sluku 12 ).U tom slucaju eksponira se iz ti pravca pomerena za ugao 120°ili 60°. Za ispitivanje u skladu sa slikama 11, 13 I 14 nagib snopa bice sto je moguce manje ali nesme doci do preklapanje dve slike. Rastojanje izmedju izvora I predmeta mora biti sto je moguce manje u skladu sa zahtevima tacke 6.6. IQI mora dobro da naleze na kasetu sa filmom oznacenim olovnim slovom “F”. Druge radiografske tahnike mogu biti tvrdjene dogovorom I definisane ugovorom zainteresovanih strana, npr.: zbog geometrijskog oblika komada ili razlike u debljini materijala. U 6.1.9 predstavljen je primer jednog takvog slucaja. Tehnike s vise filmova ne treba koristiti radi smanjenja vremena eksponiranja na ujednacenim delovima. Napomena: U prilogu A dat je najmanji broj radiograma neophodnih za prihvatljivo radiografsko ispitivanje suceono zavarenog spoja cevi. 4.5 Ostali izvori zračenja Izvor zracenja je postavljen ispred predmeta sa filmom na suprotnoj strani predmeta (videti sliku 1)
S – izvor zracenja F – film
Sl.1: Ispitivanje ravnih povrsina zidova , prozracenje kroz jedan zid ( za f, b, t videti tacku 3)
82
Izvor zracenja se postavlja izvan predmeta a film unutar predmeta ( videti slike od 2 do 4)
Sl.2:Ispitivanje predmeta sa zakrivljenim povrsinama zidova, prozracivanje kroz jedan zid ( zavareni spoj po obimu)
Sl.3: Ispitivanje predmeta sa zakrivljenim povrsinama,prozracivanje kroz jeda n zid ( zavareni spoj u plastu)
Sl.4: Prozracivanje jednog zida predmeta sa zakrivljeni zidovima ( zavareni spoj na omotacu)
83
Izvor zracenja u centru predmeta, film spolja na predmetu (videti slike 5 do 7).
Sl.5: Ispitivanje predmeta sa zakrivljenim povrsinama zidova, prozracivanje kroz jedan zid
Sl.6: Ispitivanje predmeta sa zakrivljenim povrsinama zidova, prozracavanje jednog zida ( zavareni spoj u plastu)
Sl.7: Ispitivanje predmeta sa zakrivljenim povrsinama zidova, p rozracavanje kroz jedan zid (zavareni spoj uplastu)
84
Izvor zracenja van centra u predmetu s film spolja na predmetu ( videti slike od 8 do10)
Sl.8 Ispitivanje predmeta zakrivljenih zidova, prozracavanje kroz jedan zid
Sl.9: Ispitivanje predmeta sa zakrivljenim povrsinama zidova, p rozracavanje kroz jedan zid ( zavareni spoj u plastu)
Sl.10 Prozracavanje kroz jedan zid predmeta sa zakrivljenim zidovima (zavareni spij na plastu)
85
Tehnika “elipse” (videti sliku 11)
Sl.11: Ispitivanje materijala sa zakrivljenim zidovima, prozracavanje kroz dva zida I dobijanje dve slike koje se ocenjuju ( izvor I film su van predmeta ispitivanja) Tehnika prozracavanja pri cemu je snop zracenja upravan na predmet ispitivanja (videti sliku 12)
Sl.12: Prozracavanje dva zida, dvostruka slika predmeta, ocenjivanje oba zida (izvor filma izvan predmeta ispitivanja Izvor zacenja se postavlja izvan predmeta I film spolja na predmetu (videti slike od 13 do 18)
86
Sl.13: Ispitivanje predmeta sa zakrivljenim zidovima, prozracavanje kroz dva zida I dobijanje pojedinacnih slika predmeta radi ocenjivanja zida iz filma sa IQI postavljenim na filmu
Sl.14: Prozracavanje kroz dva zida I dobijanje pojedinacnih slika (izvor postavljen na zid)
Sl.15: prozracavanje dva zida I dobijanje pojedinacnih slika poduzno zavarenih spojeva
Sl.16: Ispitivanje predmeta sa zakrivljenim zidovima, rozracavanje kroz dva zida I dobijanje pojedinacnih slika da bi se ocenjivao zid do filma
87
Sl.17: Ispitivanje ugaono zavarenih spojeva, prozracavanje ugaono zaavrenih spojeva
Sl.18: Prozracavanje ugaono zavarenih spojeva Tehnika za razlicite debljine materijala (videti sliku 19)
Rendgenski uredjaj do 500 kV Za postizanje dobre osetljivosti radi otkrivanja diskontinuiteta, potrebno je da napon rendgenske cevi bude sto nizi. Najvece vrednosti napona cevi u zavisnosti od debljine date sun a slici 20.
Na slici je: 1. Bakar/nikl i legure 2. Celik 3. Titan i legure 4. Aluminijum i legure
Sl.20: najveci napon X – zracenja za randgenske uredjaje do 500 kV kao funkcija bedljine koja se prozracava i vrste materijala Zadovoljavajući kvalitet radiograma. U slučajevima gde se radiogrami dobijaju korišćenjem gama zraka,vreme podešsavanja izvora do potrebnog položaja ne sme biti veće od 10% ukupnog vremena eksponiranja.
Kombinacije filmova i folija Za radiografsko ispitivanje moraju da se koriste klase sistema filmova i folija prema EN584-1. 88
Za različite iyvore zračenja najmanje klase sistema filmova date su u tabelama 2i 3. Kada se koriste metalne folije potreban je dobar kontakt iymedju filmova i folija.on se može postići korišćenjem vakuum pakovanih filmova ili primenom pritiska. Ostale debljine folija mogu se utvrditi ukoliko se yahteva dase postigne kvalitetna slika. Usmeravanje snopa Snop zračenja se mora usmeriti upravno na centar površine koja se ispituje i mora biit upravan na površinu predmeta u toj tački,osim kada se može pokazati da se određene nepravilnosti najbolje otkrivaju drugačijim pravcem snopa.U tom slučaju,može se dozvoliti odgovarajuće usmeravanje snopa. Mogu biti utvrđeni i drugi načini radiografskog ispitivanja. 4.6 Usmerenje rasejang zračenja 4.6.1 Filteri i kolimatori Da bi smanjili efekat rasejanog zračenja sa zadnje strane,direktno(primarano) zračenje će biit usmereno što je moguće više na deo koji se ispituje. Kod izvora zračenja 192Ir i 60 Co ili u slučaju rasejanja od rubova moze se koristiti olovni lim kao filter rasejanog zračenja male energije između predmeta i kasete.Debljina ovog lima je 0,5 mm do 2 mm,yavisno od debljine prozračavanja. 4.6.2 Zaustavljanje rasejanog zračenja sa zadnje strane Ako je neophodno film mora da se zaštiti od rasejanog zračenja sa zadnje strane olovom odgovarajuće debljine od najmanje 1 mm ili kalajem debljine od 1,5 mm,postavljenog iza kombinacije film folija. Prisustvo rasejanog zračenja sa zadnje strane proveravati za svaki novi raspored pri ispitivanju pomocu olovnog slova B (visne najmanje 10 mm i debljine najmanje 1,5 mm)postavljenog neposredno iza svake kasete. Ako se slika ovog simbola registruje kao svetlija na radiogramu,on se mora odbaciti,a ako je slovo tamnije ili nevidljivo,radiogram je prihvatiljiv i prikazuje dobru zastitu od rasejanog zracenja. 4.7 Rastojanje između izvora i predmeta Najmanje rastojanje izmedju izvora I predmeta ,fmin zavisi od velicine izvora d I rastojanja predmeta filma b. Rastojanje ,f, gde je moguce,mora se odabrati tako da odnos ovog I velicine izvora,d,tj.,f/d,nije manji od vrednosti datih sledecim jednacinama: Za klasu A: f/d ≥7,5*(b)2/3,mm (1) Za klasu B : f/d≥15 *(b)2/3,mm b je dato u milimetrima (mm).
(2)
89
Ako je rastojanje b<1,2 t velicina b u jednacinama (1) I (2) I na slici 21.mora se zameniti nazivnom debljinom t. Za utvrdjivanje rastojanja izmedju izvora I predmeta,fmin,moze se koristiti nomogram na slici 21. Nomogram se zasniva na jednacinama (1) I (2). U klasi A, ako se moraju otkriti ravanske (plamirane) nepravilnosti,najmanje rastojanje fmin, mora biti isto kao za klasu B da bi se smanjila geometrijska neostina sa faktorom 2. U kriticnim tehnickim primenama materijala osetljivih na prsline moraju se koristiti radiografske tehnike osvetljivije od tehnike klase B. Kada se koristi tehnika “elipse” opisana u 6.1.6. ili tehnika sa upravnim snopom na predmet opisana u 6.1.7, b , u jednacinama (1) I (2) I na slici 21. mora se zameniti spoljnim precnikom,cevi De. Kada je izvor izvan predmeta I film na predmetu (tehnika opisana u 6.1.8) pri prozracavanju kroz dva zida I dobijene pojedinacnih slika predmeta zakrivljenuh zidova,rastojanje izvor - predmet utvrdjeno je samo debljinom zida. Ako se izvor zracenja moze postaviti unutar predmeta koji se ispituje radiografski (tehnike pokazane na 6.1.4 I 6.1.5),cime se postize pogodniji pravac ispitivanja I izbegava tehnika ispitivanja prozracavanjem kroz dva zida (videti 6.1.6 do 6.1.8), tada ovaj metod ima prednost. Smanjenje najmanjeg rastojanja izmedju izvora I predmeta ne treba da bude vece od 20%. Kada izvor smesten unutar predmeta u centru a film spolja ( tehnika prikazana u 6.1.4) I pod uslovom da su zadovoljeni zahtevi za IQI, ovaj precenat se moze povecati.Medjutim,smanjenje najmanjeg rastojanja izmedju izvora I predmeta nesme biti vece od 50 %.
5. MINIMALNI SADRŽAJ IZVEŠTAJA O RADIOGRAFSKOM ISPITIVANJU Za svaku ekspoziciju,ili niz ekspozicija, mora se napraviti izvestaj o ispitivanju koji ce da sadrzi podatke o primenjenoj radiografskoj tehnici I o drugim uslovima koji omoguvuju bolje tumacenje rezultata. Izvestaj o ispitivanju mora da sadrzi najmanje sledece podatke: a) b) c) d) e) f) g) h)
naziv tela koje vrsi ispitivanje predmet ; mterijal ; termicka obrada geometrijski oblik zavarenog spoja debljina materijala postuoak zavarivanja specifikacija ispitivanja ukljucujuci zahteve prihvatljivost
90
i) j) k) l) m) n) o) p) q) r) s) t) u) v)
klase I radiografske tehnike,potrebna IQI osvetljivost u skladu sa standardom tehnike ispitivanja u skladu sa 6.1 korisceni system obelezavanja plan polozaja filmova izvor zracenja,vrsta I velicina fokusne tacke I indetifikacija upotrebljene opreme film,folije I filtri korisceni napon I struja ili aktivnost izvora vreme ekspozicije I rastojanja izmedju izvora I filma tehnika obrade:rucna / automatska vrsta I polozaj indikatora kvaliteta slike rezultati ispitivanja ukljucujuci podatke o gustini zacrnjenja filma,ocitavanju IQI bilo kakvo odstupanje od standarda, prema posebnom dogovoru ime ,certifikat I certifikat odgovorne osobe(a) datum I ekspozicije I izvestaja o ispitivanju.
U “IBR”-u se najcesce koriste sledeca dokumenta: - zahtevi (nalozi) za ispitivanje (obicno se vezuju za objekat a ne jednu metodu IBR) - procedure o ispitivanju, - upustva o ispitivanju, - zapisi o ispitivanju (izradjuju se nakon izvrsenog ispitivanja, za razliku od prva 3 tipa dokumenta). Zahtevi za ispitivanje je pisani document na osnovu koga se pokrece ispitivanje. On mora da sadrzi: a) naziv predmeta kontrole (I tehnicki podaci o njemu) b) koje se karakteristicne velicine, odnosno ,nehomogenosti moraju odrediti odnosno, otkriti c) u kom stadijumu proizvodnje se material ili predmet kontrole ispituje (faza u kojoj se ispituje) d) koji je nivo odstupanja od zahteva za kvalitet dozvoljen e) na koji nacin se prikazuju rezultati ispitivanja (npr.broj izvestaja cime se zakljucuje zahtev) Procedura o ispitivanju je najostrija pisana instrukcija. To je pisani document koji opisuje:
a) sta se radi (aktivnosti u sprovodjenju ispitivanja) b) ko to radi (nosioce aktivnosti) c) ko je odgovoran (nosioc odgovornosti za aktivnosti) U proceduri se svaka aktivnost opisuje od nivoa koji omogucuje odgovarajucu proveru I kontrolu. Ona ne daje opis kako se nesto radi, jer je taj sadrzaj upustva ili radnih
91
instrukcija. Procedura najcesce daje algoritam ili dijagram koji olaksava pracenje I razumevanje procedure. On obuhvata sled aktivnosti i/ili tok ispitivanja (hodogram). Radno upustvo ili postupci tj. Radne instrukcije,se smatraju dokumentima nizeg nivoa u odnosu na procedure. To su pisani dokumenti koji u opstem slucaju daju detaljne postupke I standarde kako se radi odredjena aktivnost. U radna upustva ubrajamo:
-
radna pravila standarde (interni) postupke kontrolisanja itd.
Radna upustva opisuju specijalne attribute (svojstvo,karakteristike,obelezje) mere proizvoda I rada, ili detaljno opisuju aktivnosti koje izvrsavaju u okviru zadatka. Ona mogu da sadrze pravilo rada osobe IBR nivo 1. U tipicna upustva ubrajamo: -
upustvo o pripremi predmeta za ispitivanje upustvo o podesavanju (bazdarenju) sistema zaispitivanje upustvo o merama bezbednosti pri ispitivanju odredjenog predmeta ili ispitivanju u odredjenim uslovima itd. upustvo za obelezavanje (numerisanje) ispitnih mesta defekta dnevnici rada (protokoli)
Zapisi su pisani dokumenti kojima se opisuje obavljena aktivnost. To mogu biti: - dnevnici rada (protokoli) - nalaz o ispitivanjima - izvestaj
Dnevnici ispitivanja utvrdjuju vreme I uslove ispitivanja,koriscenu opremu,pomocna sredstva I evidenciju ispitivaca koji su ispitivanja sproveli(nema nalaza). Nalaz dokumentacije daje rezultate ispitivanja. On dokumentuje (npr. fotografija) ili opisuje utvrdjeno stanje I sadrzi opis mesta(npr. skice) na kome je odstupanje otkriveno. Izvestaj sa zakljuccima o nalazu je document koji na bazi utvrdjenog kriterijuma daje sud o utvrdjenom odstupanju. Kriterijum se najcesce formira na osnovu tehnicke regulative (standardi,norme,propisi) koji vaze za predmet kontrole. U odsustvu unapred utvrdjenim kriterijumima koriste logicki prilazi: -
poredjenje nalaza sa iskustvom I ranije stecenim saznanjem izvodjenje zakljucaka na osnovu pojedinih cinjenica koje su medjusobno saglasne rednom eliminacijom predpostavki do onih koje se mogu odbaciti
Nalaz I izvestaj su najcesce jedan document. Po zahtevima standarda QS u izvestaju nema preporuka ili zakljucaka o intervencijama npr. “izvrsiti sanaciju”ili “preporucuje se periodicna kontrola” …I slicno.
92
Prilaz pri izradi PI ( Pisanih instrukcija-upustva I procedura)
Za analizu radiograma ne postoje formule vec je tokompleksna analiza vrste gresaka(ravanska ili zapreminska,plitka ili duboka,izduzena – okrugla itf.); njene rasprstranjenosti;velicine I polozaja;naponskog stanja prisutnog na objektu kontrole;svojsktva osnovnog materijala,dodatnog materijala I uopste poznavanja procesa izrade;klasa I vrsta materijala,radnih uslova objekta ispitivanja kao I stepena posledica kod eventualne havarije. Radiografija (RT) nam omogucava da dobijemo podatke ohomogenosti materijala ali se time ne dobija atest objekta, vec je potrebna primena dodatne metode,zato primenu RT ne treba posmatrati odvojeno od drugih metoda IBR jer su temetode koje se kvalitativno dopunjuju. Ovo ima I ekonomskog znacaja jer se neke greske mogu otkriti vizuelnom metodom te su dalja ulaganja u druge metodenepotrebna. Pri izradi pisanih instrukcija potrebno je poznavanje drugih svojstva materijala I procesa,I njegove obrade jer se neke greske pouzdano otkrivaju tek nakon odredjenog vremenskog perioda ,te je izvodjenje radiografije neposredno, nakon zavarivanja bezpredmetno. Pisane instrukcije moraju sadrzati najmanje sledece informacije o : -
objektu ispitivanja (projektovani zahtevi na osnovu kojih se kasnije odredjuju:obim ispitivanja I kriterijumi ispitivanja-standardi-specifikacije) izabranom postupku I tehnici RT (izvor zracenja,filmovi,folije,IKS,zacrnjenje…) izabranoj semi prozracavanja (uzajamni polozaj izvor-film-objekat) odredjenom rezimu RT (vreme eksponiranja,rastojanje izvor-film) potrebi za pripremom objekta ispitivanja izabranom nacinu oznacavanja I indefikaciji radiograma, kao I nacinu postavljanja opreme nacinu izvestavanja –izrada elaborate, potreba za prelimenarnim izvestavanjem(usmeno,dnevni izvestajui …)
PI za RT u eksplotaciji predstavljalju slozeniji problem jer treba da obuhvate siri spektar zahteva-teze je formirati kriterijume prihvatljivosti;dinamiku,tehniku I obim ispitivanja. Ovakve PI bi trebalo pored navedenog jos daobuhvate: - uticaj tehnoloskih parametara na objekat ispitivanja u smislu ublazavanja ili onemogucavanja korzionih ,erozionih I drugih ostecenja - promene konstrukcije radi smanjivanja broja kriticnih mesta - analizu ponasanja vrste materijala u datim radnim uslovima (eventualna zamena materijala kvalitetnijim) - smanjenje broja neplaniranih zastoja ili pouzdano odlaganje olaniranih zastoja na duzi vremenski period - racionalniju nabavku rezevnih delova - analizu dopunskih podataka o objektu Prilikom planiranja opsteg sadrzaja PI treba voditi racuna o sledecem: Tehnike ispitivanja I obim ispitivanja treba prilagoditi veravatnoci pojave odredjene vrste greske (diskontinuteta).
93
Za ovo je potrebno poznavanje toka procesa izrade/eksplotacije objekta ispitivanja te je propisivanje kriterijuma prihvatljivosti tj.ocene greske cesto u funkciji odgovara fabrika/konstrukcioni biro/ispitna laboratorija. >>PI<< je najsvrshodnije koncipirati prema zahtevima vazecih propisa I standarda sto narocito vazi za nove proizvode tj.izradu dela,dok je za opremu u eksplotaciji,stvar otezana zbog nedostatka odgovarajucih standarda. Standardi su obicno zasnovani na podeli na ispitne klase cime se postice odgovarajuce usaglasavanje zahteva za pojeftinjenjem ispitivanja tj.proizvodnje,zahteva za kvalitet. Ispitivac (za kojeg se pise >>PI<< ) ne sme biti opterecen reperkusijama poslednjih nalaza (to je jedan od razloga nepostojanja preporuka u obrascu izvestaja.Direktno merljive velicine odredjenog nacina ispitivanja treba da se utvrde sto je moguce tacnije. Zahtevi za izradom >>PI<< treba da budu takvi, da se na osnovu njih moze obezbediti ponovljivost (reproducibilnost,sledljivost…ispitivanja). U obavezni sadrzaj >>PI<< (narocito procedure kao document najviseg nivoa) cesto spada I : - podrucje vaznosti-veza sa drugim standardima - obim ispitivanja (kontrole) - kriterijum prihvatljivosti (nekad se ne daje posebo za svaku metodu IBR) - uslovi vidljivosti - termini I defenicije
Kao na primer klasicne procedure za RT odlivkemoze se posluziti standard JUS ISO 4993:1997 (izvod iz standarda dat u dodatku E), dok se njegova tacka 6 moze smatrati primenom uobicajenog sadrzaja upustva. Takodje standardi primene (npr. EN-1435:1997 koji se odnosi na radiografsko ispitivanje zavarenih spojeva )mogu se smatrati kao primeri najopstijih procedura ispitivanje odredjenog proizvoda,a njihov sadrzaj (videti dodatak F), se moze smatrati opstim sadrzajem tipicne procedure. Naravno spomenuti I standard/procedura u ovom slucaju vazi zavise vrsta proizvoda /zavarenih spojeva. Na osnovu svake od ovih procedura moze se izraditi sirok spektar upustva,koja u stvari prestavljaju nacinjene izbore od strane procedura ponudjenih tehnika ispitivanja,rezima prozracavanja I ostalih parametara (tj. procedura se rasclanjuje I prilagodjava za primenu u konkretnomm slucaju,pri cemu se tako nastalim upustvom dodatno razradjuju detalji I aktivnosti koje nisu obradjene procedurom). Minimalni sadrzaj izvestaja
Dajemo primer minimalnog sadrzaja izvestaja o radiografskom ispitivanju zavarenih spojeva ,shodno standardu EN 1435(dodatak F). Ovaj skup podataka treba da pruzi dovoljno informacije potrebne za bolje razumevanje rezultata ispitivanja: a) Podaci o oraganizaciji koja je izvrsila ispitivanje b) Podaci o objektu koji se ispituje c) Podaci o materijalu objekta
94
d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n) o) p) q) r) s) t) u) v)
Termicka obrada Geometrija zavarenog spoja Debljina materijala Postupak zavarivanja Specifikacija (upustvo) za ispitivanje ,ukljucujuci zahteve prihvatljivosti Radiografska tehnika I klasa, zahtevna osvetljivost (IKS) u saglasnosti sa ovim standardom Sema prozracavanja izabrana na osnovu zahteva ovog standarda Sistem oznacavanja Sistem (sema) postavljanja filmova Izvor zracenja(vrsta) I velicina fokusa;podaci o koriscenoj opremi Filmovi,folije ,filteri Napon / struja Ro uredjaja ili aktivnost izvora zracenja Vreme eksponiranja I rastojanja izvor-film Hemijska obrada filmova(rucna /automatcka) Vrsta I polozaj IKS Rezultati ispitivanja,ukljucujuci podatke o zacrnjenju I ocitavanju kvaliteta slike Odstuoanja od ovog standarda (posebni uslov definisani Ugovorom) Ime I certifikacija (nivo) odgovarajuceg osoblja Datumi (ekspozicije I izrade izvestaja)
Ovaj sadrzaj odgovara I minimalnom sadrzaju izvestaja u opstem slucaju,s tim sto za ovaj ne bi bili potrebni podaci navedeni pod e) I g), a konkretni sadrzaji ostalih stavki bi zavislili odnekog drugog standarda (koji se moze primeniti za predmetni objekat ispitivanja) ili neke druge procedure (upustva).
6. LIČNA DOZIMETRIJA Izvori jonizujućeg zračenja danas su našli masovnu primenu u energetici, medicini, industriji i drugim oblastima. Me đutim, poznato je da ovo zračenje može da ima štetno dejstvo na Ijude, ali i na čovekovu okolinu, predmete i stvari, kao što je npr. savremena elektronska instrumentacija. Zbog toga se izvori zračenja koriste samo ako se konvencionalna sredstva i metodi ne mogu koristiti, ili je odnos cena/korist vrlo nepovoljan. Čak i u takvim uslovima, primena izvora jonizujućeg zračenja moguća je samo ako se preduzmu sve zakonske mere koje imaju za cilj smanjenje nivoa ozračenosti Ijudi koji rade sa ovirn izvorima i okolnog stanovništva na najmanju moguću meru. Jedan od bitnih načina za to smanjenje je primena lične dozimetrijske kontrole. Lična dozimetrijska kontrola obezbeđuje se u okviru sistema lične dozimetrije. Nju čini: merna oprema (dozimetri i čitači), tehničko obezbeđenje (zamena dozimetara, rezervni delovi, opravke), nabavka i distribucija dozimetara, metode merenja, sakupljanje, obrada i čuvanje podataka, izveštavanje i analiza rezultata. • • • • • •
95
Veće radne organizacije raspolažu ukupnim sistemom, dok je u većini slučajeva potrebna saradnja sa specijalizovanim institucijama koje obavljaju sve navedene poslove. Mesto lične dozimetrije u celokupnom sistemu merenja koja se danas izvode u cilju zaštite Ijudi, odnosno smanjenja rizika od ozračenja, vidi se iz sledeće tabele. Tabela 1. VRSTA MERENJA
Vrsta ozračenja Spoljašnje
Preventivno
Dozimetrija polja
Kontrolno
Lična dozimetrija
Unutrašnje Određivanje kontaminacije vazduha, vode, hrane... Direktno ili indirektno određivanje interne kontaminacije
U najširem smislu reči termin "lič na dozimetrija" rnogao bi da se odnosi na sva ova merenja, jer sva ona imaju za konačan cilj zaštitu pojedinca. Međutim, češće se koristi uže značenje (kao u tabeli 1) po kojem se lična dozimetrija odnosi samo na spoljašnje ozračenje pojedinaca u cilju kontrole stepena ozračenosti, odnosno primljene ekvivalentne doze. Sa tehničke tačke gledišta od značaja su sledeće vrste zračenja: gama i x-zračenje, neutronsko, beta i alfa zračenje. S obzirom na mere zaštite koje se sprovode pri radu sa ovim izvorima zračenja, alfa i beta lična dozimetrija je manje značajna, aii ne i zanemarljiva. S druge strane, na osnovu masovnosti primene, neutronska lična dozimetrija je manje značajna od gama, ali sa tendencijom sve većeg korišćenja. Postoji još jedna značajna podela lične dozimetrije: 1. Lična dozimetrija u normalnim uslovima 2. Lična dozimetrija u akcidentalnim uslovima 3. Lična dozimetrija u ratnim uslovima Osnovni zadatak lične dozimetrije u normalnim situacijama je praćenje stepena ozračenosti pojedinaca u toku obavljanja njegove redovne delatnosti i kontrola ekstremnog prelaska unapred određene doze. Pod akcidentom se podrazumeva događaj koji dovodi do gubitka kontrole nad izvorom zračenja. U zavisnosli od vrsle udesa, a naročito od jačine izvora, može da dođe do ugrožavanja zdravlja ne samo osoblja koje radi sa dotičnim izvorom, već i ostalih radnika u datoj instituciji, pa i stanovništva u bližoj i daljoj okolini izvora.
96
Lična dozimetrija u ratnim uslovima vezana je za primenu nuklearnog oružja i zaštitu vojnih i civilnih lica od ozračenja. Iako ima svoje specifičnosti, u mnogim delovima slična je akcidentalnoj ličnoj dozimetriji. 6.1 Karakteristike ličnog dozimetra Idealan bi bio lični dozimetar koji bi merio dozu svih relevantnih vrsta nuklearnog zračenja u dovoljno širokomernom opsegu. Takav dozimetar ne postoji. Postoji više fizičkih principa na osnovu kojih se mogu napraviti dozimetri ograničenih karakteristika. Koji od takvih dozimetara će se koristiti zavisi od uslova primene (normalni, akcidentalni ili ratni), ali i od onoga što sam dozimetar nudi. Da bi se dozimetri mogli porediti, sistematizovane su njihove najvažnije karakteristike. To su: osetljivost na vrstu zračenja, merni opseg, energetska i ugaona zavisnost, feding, spoljašnji uslovi rada, dimenzije i masa, prikladnost za automatizaciju obrade podataka, i konačno, cena. Najbolje je da je dozimetar osetljiv samo na onu vrstu zračenja koju i kontroliše, a da je uticaj drugih vrsta zračenja zanemarljiv. Dozvoljeno je da uticaj drugih vrsla zračenja, ukoliko nije zanemarljiv, bude poznat. Na primer, dozimetar namenjen za x i gama zračenje treba da je slabo zavisan od neutronskog i beta zračenja. Potreban merni opseg bitno zavisi od namene. Za mirnodopske uslove donja granica iznosi 100 µSv ili više. Gornja granica vezana je uglavnom za akcidentalne uslove. Za uniformno ozračenje Ijudi sasvim je dovoljna gornja granica od 10 Gy, jer se tada smrtnost približava vrednosti od 100 %. Kod neuniformisanog ozračivanja ova vrednost može biti znatno veća. Do skora se zahtevalo da dozimetri u ovom mernom opsegu imaju linearan odziv sa dozom. Primenom savremene elektronike, a pre svega mikroprocesora, ovaj uslov se znatno uprošćava. Sada je potrebno da odziv dozimetra bude stabilna monotono rastuća funkcija. Važna karakteristika svakog dozimetra je i nezavisnost odziva od jačine doze. U većini slučajeva dovoljno je da odziv ne zavisi od jačine doze do vrednosti od 105 Gy/s. Pokazivanje dozimetra zavisi ne samo do vrste zračenja, već i od njegove energije. Kod gama i x zraka ova zavisnost je naročito izražena na energijama oko 100 keV. Poravnanje ove karakteristike postiže se ugradnjom različitih apsorbera sa i bez šupljina uz vođenje računa da ne dođe do nepotrebnog smanjenja osetljivosti. Problem energetske zavisnosti još više je izražen kod neutronskih dozimetara. Za te slučajeve važno je da se kalibracija vrši reprezentativnim spektrima. Ugaona zavisnost pokazivanja dozimetra bi trebalo da bude izotropna u celom prostornom uglu. Za manje dozimetre to je uglavnom zadovoljeno. Većina dozimetara, zbog određenih fizičkih procesa, spontano gubi deo informacije o primljenoj dozi. Ta osobina zove se feding. Ukoliko se on ne može definisati, potrebno je barem znati zakon po kojem se manifestuje kako bi se uradile potrebne korekcije.
97
Od spoljašnjih uslova rada najznačajnija je temperatura. Kod dozimetara koji se koriste van objekata tokom cele godine ovi uslovi su znatno strožiji. Traži se radni opseg od -15 do +55 ºC. Pored ovih osobina, dozimetri treba da budu mali, lagani i jednostavni za manipulisanje, moraju da imaju identifikacioni broj kako bi se izmerena doza pripisala odgovarajućoj osobi; obrada rezultata merenja mora da bude brza i pouzdana; cena treba da je razumno niska. 6.2 Vrste dozimetra Kao što je već rečeno, univerzalni dozimetar ne postoji. Osnovni razlog za to je senzor. Senzori koji se koriste u ličnoj dozimetriji mogu da se podele u dve velike grupe, kao u tabeli 2, na detektore i dozimetre. Tabela 2 DETEKTORI Gasni brojači - jonizaciona komora - proporcionalni broja či - GM brojači
Scintilacioni detektori PPD
DOZIMETRI Film dozimetri Termoluminescentni Fotoluminescentni MOS PIN Jonizaciona komora -
direktno očitavanje slepo
Senzori iz grupe detektora, prema tabeli 2, uglavnom se koriste kod preventivnih merenja. Mogu da se koriste za izradu dozimetara kao elektronskih uredaja. Tada su namenjeni isključivo za dozimetriju kontinualnih polja, dok se za impulsna polja ređe upotrebljavaju. Stoga se ovde neće razmatrati. 6.3 Film dozimetra Rad ovog dozimetra zasniva se na principu dejstva jonizujućeg zračenja na osetljivi sloj fotomaterijala analogno dejstvu svetlosti. Ovaj sloj čini emulzija (BrAg ili CIAg ravnomerno rasporeden u želatinu) nanesena sa obe strane na celuloidnu osnovu. Sve to, zbog zaštite od svetlosti, zatvoreno je u plastičnoj vrećici, kao na slici 4.1. Ova vrećica smešta se u plastično kućište (nosač) (slika 4.2). Na kućištu se 98
nalazi otvor za registraciju beta čestica, otvori za filtraciju energetske zavisnosti i kopča za pričvršćivanje dozimetra na džepu na grudima.
Slika 4.1 Presek film dozimetra Pod dejstvom jonizujućeg zračenja u fotoemulziji se generišu atomi metalnog srebra. U fazi razvijanja filma broj ovih atoma uvećava se 1010 do 1012 puta, što dovodi do zatamnjenja filma. U procesu fiksiranja filma odnosi se ostatak srebra iz emulzije (haloidno srebro). Zbog toga tako obrađen film postaje neosetljiv na ponovno dejstvo zračenja. Zacrnjenje filma je veće ukoliko ukoliko je doza zračenja na mestu filma veća.
Slika 4.2 Kućište film dozimetra Stepen razvijanja filma karakteriše se veličinom - optička gustina S, definisana kao S = log gde je: I0 - intenzitet svetlosti pre filma, i I - intenzitet svetlosti posle filma. Naprava pomoću koje se meri optička gustina naziva se denzitometar. Sastoji se od izvora svetlosti, detektora i elektronskog bloka za određivanje odnosa po prethodnom izrazu. Denzitometri namenjeni za očitavanje film dozimetara obično su graduisani u opsegu 0-3 ili 0-4 jedinice. Pokazuje se da između optičke gustine S i doze D postoji relacija S-K·
·D
gde je: K - konstanta koja ne zavisi od energije gama kvanata, - maseni koeficijent za predaju energije zračenja emulziji, - maseni koeficijent za predaju energije zračenja u vazduhu. Iz ovog izraza se vidi da je optička gustina filma linearno srazmerna sa dozom (u određenom opsegu). Međutim, konstanta proporciona|nosti ima član zavisan od energije gama zraka ( i ). Međutim, ukoliko je = , dozimetar je nezavisan od energije 99
gama kvanata. Uslov je dakle vazduhoekvivalentnost fotoemulzije (isti efektivni redni broj Z). Ovo se retko postiže zbog uticaja i kućišta. Zbog toga je energetska zavisnost film dozimetra izražena oko energije od 100 keV-a. Njeno poravnanje dosta uspešno se rešava primenom metalnih slojeva različitog Z (kao na slici 4.2). U odnosu na druge tipove dozimetara, film dozimetar ima sledeće prednosti: - u toku primene stalno akumulira dozu, - ima nisku cenu (oko 0,5 - 1,5 USD po komadu), - ne zahteva tehnička znanja za korišćenje, - jednom razvijeni film može da se čuva i po potrebi ponovo očitava.
Osnovni nedostaci su mu: -
nedovoljno širok merni opseg (10-4 - 10 Gy); međutim informacije u donjem delu opsega su samo orjentacione, nema direktno očitavanje, već je potreban relativno komplikovan čitač, osetljiv je na toplotu, osetljiv je na starenje (rok upotrebe 1 - 2 meseca).
6.4 Penkalo dozimetra Ime ovog tipa dozimetra potiže od oblika i načina nošenja (u džepu na grudima). U stvari, radi se o jonizacionoj komori., Postoje dva tipa penkala dozimetra: sa direktnim očitavanjem i "slepi" dozimetar kod koga se očitavanje obavlja na drugoj spravi (koja obično vrši i funkciju punjača). Penkalo dozimetar sa direktnim očitavanjem je jonizaciona komora sa dve centralne elektrode, od kojih je jedna fiksna, a druga pokretna. Pokretna elektroda je kvarcna nit. Primenom spoljašnje jedinice - punjača, ove elektrode se naelektrišu, što izaziva odbojnu silu izmedu elektroda. Pod dejstvom jonizujućeg zračenja kroz komoru protiže struja, što prazni naelektrisanje na elektrodama. Time se smanjuje odbojna sila, pa se pokretna elektroda približava normalnoj poziciji (centru). Ova sprava je vrlo slična elektroskopu koji služi za merenje naelektrisanja. Ovakav dozimetar je cilindričnog oblika. Na jednom kraju je staklo (ili čak lupa), a na drugom transparentna skala na kojoj se vidi položaj pokretne niti. Ovakav tip dozimetra može se koristili u opsegu 0,1 - 103 cGy. Najčešče izvedene su skale 0 - 2 mGy i 0 - 5 Gy. S obzirom na malu skalu, tačnost mu nije dovoljna, naročito na donjem delu merenja opsega. Medutim, postoji i niz prednosti; jednostavan za rukovanje, direktno čitanje izmerene doze. "Slepa" verzija ovog dozimetra predstavlja kondenzator koji ima centralnu i cilindričnu elektrodu (zid). Izolacija se postiže bakelitom (jer je lagan, tvrd, dobar izolator, 100
vazduhoekvivalentan i otporan na toplotu). Centralna elektroda se naelektriše primenom spoljašnje jedinice, kao u slučaju penkalo dozimetra sa direktnim očitavanjem. Pod dejstvom zračenja prazni se ovo naelektrisanje. Stepen ispražnjenosti je proporcionalan dozi i čita se na istoj spoljašnjoj jedinici koja služi za punjenje. Zbog svega ovoga "slepi" dozimetri su jeftiniji od penkalo dozimetra sa direktnim očitavanjem. Po dozimetrijskim karakteristikama su slični. Nemogućnost očitavanja mu je mana u posebnim slučajevima. 6.5 Fotolumenscentni dozimetri Materijali od kojih se izrađuju fotoluminenscentni (FLD) i termolumimenscentni (TLD) dozimetri često se nazivaju luminofori ili fosfori. U principu, to su čvrstotelni izolatori sa širokim opsegom optičke prozračnosti (NaCI, LiF,...). Realni kristali uvek imaju određene defekte u kristalnoj strukturi. Ako nedostaje neki od atoma osnovne kristalne rešetke, u pitanju su vakansije, a ukoliko se između osnovnih nađe neki strani atom, u pitanju su intersticije. Pod dejstvom jonizujućeg zračenja u kristalima se stvaraju ovakvi i drugi tipovi nesavršenosti. Ove pojave se najjednostavnije objašnjavaju zonalnim modelom čvrstog tela. Pored provodne i valentne zone, kao moguća stanja elektrona i šupljina javljaju se i direktni energetski nivoi u zabranjenoj zoni. Ovi centri (često se zovu i F-centri) mogu zahvatati elektrone nastale u procesu jonizacije. Takođe postoje i H-centri koji zahvataju šupljine. Neki od ovih centara su stabilni, a mogu postati centri luminenscencije ako se pobude svetlošću odredene učestanosti. Ta učestanost je znatno viša od učestanosti kvanata svetlosti koji se emituju iz pomenutih centara. Sa "čistim" kristalima na bazi ovih efekata nemoguće je napraviti dozimetar. To se postiže dodatkom aktivatora u tvrdi rastvor. Najpoznatiji aktivator je Ag+. Pod dejstvom jonizujućeg zračenja pune se centri energijom u oblasti ultraljubičastog zračenja. Zbog toga se, pri kasnijem ozračivanju ovog kristala ultraljubičastom svetlošću pobuđuju, pa se pri deekscitaciji generišu fotoni iz vidljive oblasti (nekoliko karakterističnih linija u zavisnosti od vrste kristala i aktivatora). Dakle, luminenscentni centri se ne gube pri ozračivanju kristala svetlošću, odnosno FLD dozimetri prilikom očitavanja doze ne gube informacije o dozi. Za izradu FLD dozimetara najčešće se koriste metafosfatna stakla od čijeg sastava bitno zavisi efektivni atomski broj, sopstveni fon, osetljivost i energetska zavisnost. Sopstveni fon luminenscencije, koja nije izazvana jonizujućim zračenjem, je dosta veliki. Uobičajenim postupcima izrade ovaj fon odgovara vrednosti od oko 40 cGy. Korišćenjem čistih materijala i savremenih tehnoloških postupaka može se sniziti do oko 0.3 cGy. Gornja granica mernog opsega dostiže vrednosti od nekoliko hiljada cGy. To je posledica rasta intenziteta luminenscencije do oko 104 cGy posle čega nastupa opadanje. Na karakteristike ovakvog dozimetra utiče i svetlost. Dok uticaj vidljive i ultraviolentne
101
svetlosti izaziva neznatna oštećenja, infracrvena i sunčeva svetlost mogu dovesti do gubitka radiofotoluminenscencije. 6.6 Termolumenscentni dozimetri I u ovom slučaju dolazi do predaje dela energije jonizujućeg zračenja centrima rekombinacije u zabranjenoj dozi. Pošto dubina centara nije velika, oslobađanje elektrona iz njih i prelazak u provodnu zonu može da se postigne i zagrevanjem kristala. Pri tome dolazi do trajnog uništavanja centara zahvata, pa se informacija o dozi ne može dva puta očitati. lako čisti kristali mogu da obezbede ovaj efekat, termoluminenscentni dozimetri najčešće se realizuju pomoću aktivatora. Obično se koriste Mn, Sn i dr. Od vrste ovog aktivatora bitno zavisi spektar fotona generisanih u procesu termoluminenscencije. Primenu u dozimetriji do sada je našlo desetak vrsta termoluminenscentnih tipova dozimetara. Od njih se traži da zadovolje posebne zahteve: osetljivost samo na datu vrstu zračenja, visoki prinos luminenscencije, linearnost odziva u što širem opsegu doza, zanemarljiva prigušenja luminenscencije u što širem temperaturnom opsegu, mala zavisnost odziva od jačine doze i energije jonizujućeg zračenja i mogućnost komercijalne proizvodnje. Najznačajniji su sledeći tipovi:
-
Kalcijum fluorid, CaF 2
Koristi se i kao prirodni i kao sintetički monokristal CaF2. Prirodni CaF2 ima dovoljno dobru radioluminenscenciju, ali mu reproducibilnost odziva nije zadovoljavajuća. Kriva svetljenja ima pet maksimuma od kojih je najzna čajniji onaj na 260 °C. Odziv dozimetra je linearan u opsegu od nekoliko desetina mikrogreja pa do 50-ak Gy sa greškom ±2%. Pošto je četvrti pik svetljenja najstabilniji, merenja doze se obično vrše na njemu. Primenu je našao i sintetički CaF 2 aktiviran manganom kod kojeg kriva svetljenja ima samo jedan maksimum na 260 °C i spektrom u oblasti 450-600 nm (maksimum pri 500 nm). Feding u prvih 16 časova nije veći od 100%, a kasnije je manji od 1% nedeljno. Nije osetljiv na jačinu doze do 7000 cGy/min. - Litijurn fluorif, LiF
Karakteristike ovog dozimetra bitno zavise od načina izrade. Spektar zračenja kreće se od 380 do 550 nm sa maksimumom na oko 400 nm. Donja granica mernog opsega je dosta visoka, 1-10 cGy, dok gornja dostiže vrednost od 7 Gy. Dalje se gubi linearnost, a zasićenje nastaje na oko 103 Gy. Nezavisan je od jačine doze do 10 Gy/s. 102
Feding u prvih 48 časova manji je od 5% pri temperaturi ispod 50 °C. Upotrebljiv je u temperaturnom opsegu od 0 do 60 °C.
-
Kalcijum sulfat aktiviran manganom, CaSO4(Mn)
I ovaj tip dozimetra ima jedan maksimum svetljenja (80-100 °C). Ako se realizuje kao monokristal, pik je na 80 °C, a ako je u obliku praha pik je na 100 °C. Spektar je u granicama 400-590 nm sa maksimumom oko 500 nm. Mogući opseg merenja doze može da se ostvari u granicama 10-4 - 1O2 Gy. Merenje doze jako zavisi od jačine doze.
-
Kalcijum sulfat aktiviran samarijumom, CaSO 4(Sm) ,
Kriva svetljenja ima tri pika: 560, 595 i 620 nm, pri čemu je poslednji najinteresantniji. Pošto taj pik odgovara dubokim centrima zahvata, ovaj tip dozimetra je stabilan na visokim temperaturama. Ukoliko se dozimetar prethodno ne zagreva, feding je značajan. Dozimetar je primenljiv u opsegu 0,1 - 102 Gy, pri čemu donja granica može bili i 1 mGy. 6.7 Egzoelektronski dozimetri Osnovni fizički efekat u ovom slučaju je egzoelektronska emisija. Mehanizam rada je sličan kao kod TLD. Elektroni nastali pod dejstvom jonizujućeg zračenja dolaze u provodnu zonu, a zatim bivaju zahvaćeni od strane centara zahvata u zabranjenoj zoni. Pri kasnijoj stimulaciji (termo ili opti čkoj) ovi elektroni se vraćaju u provodnu zonu, s tim što postoji verovatnoća da elektron napusti površinu kristala. Njihov broj proporcionalan je energiji jonizujućeg zračenja apsorbovanoj u kristalu, odnosno dozi. Energija emitovanih elektrona je dosta niska (do 10 eV) što zahteva specijalnu opremu za registraciju (jonizacione komore bez prozora ili fotomultiplikatore). 6.8 MOS dozimetri MOSFET (Metal-oxide-semiconductor field-efect-transistor) je elektronska komponenta kod koje se naponski kontroliše struja. Za razliku od klasičnog bipolarnog tranzistora, struja potiže od samo jedne vrste nosilaca naelektrisanja (elektroni ili šupljine). Može biti n-tipa (struja elektrona) i p-tipa (struja šupljina). Princip rada MOSFET tranzistora definisan je još 30-ih godina. Prvi praktični rezultati dobijeni su tek 1948. god. Medutim, zbog naglog razvoja bipolarnih tranzistora bili su potisnuti u drugi plan. Tek 60-ih godina razvojem planarne tehnike za potrebe bipolarnih tranzistora, zbog korišćenja Si02 slojeva, 103
pojavila se mogućnost jednostavne realizacije MOS struktura. Danas one nalaze vrlo široku primenu. Jedna od novijih primena je u dozimetriji gama zračenja.
Slika 9.1 Konfiguracija
MOS tranzistora
Na slici 9.1 prikazana je osnovna konfiguracija MOS tranzistora n i p - tipa. Podloga je od relativno slabo onečišćenog poluprovodnika n ili p tipa debljine 120-220 µm. Na njenoj površini formiran je sloj oksida, najčešće SiO2, debljine 0,02-2 µm. Kroz otvore u oksidu difuzijom su formirane oblasti suprotnog tipa od podloge (n+ ili p +) koje služe kao sours i drein. Njihova dubina je nekoliko mikrona. Udaljenost izmedu soursa i dreina kreće se od nekoliko mikrona do nekoliko desetina mikrona. U realnim MOS strukturama postoji veći broj stanja i prostornih tovara, koji bitno utiču na njihove karakteristike. Ona se mogu klasifikovati u nekoliko grupa (vidi sliku 9.2). 1. Površinska stanja na granici Si02-Si koja se manifestuju kao energetski nivoi u zabranjenoj zoni; (x) Fiksna stanja u izolatoru raspoređena blizu površine poluprovodnika (oko 2 µm); (0) 2.
3. Slika 9.2 Nesavršenosti
Pokretni joni kao što su (Na+);
u spoju SiO2-Si
Detaljna analiza ovih stanja vrlo je složena. Međutim, bitno je izvu ći zaključak da kod realnih MOS struktura u dielektriku postoji fiksno prostorno naelektrisanje, koje ima tendenciju da se nalazi u blizini površine SiO2-Si i da je pozitivno.
104
Gama zraci interaguju sa MOS struklurom u celini, uključujući i kućište. U procesima foto-efekta, Komptonovog efekta i efekta obrazovanja para nastaju sekundarni elektroni koji se dalje transportuju. Za slučaj MOS tranzistora ovo je ilustrativno prikazano na slici 9.3. Od svih sekundarnih elektrona bitni su samo oni koji prolaze kroz sloj SiO 2 i u njemu ostave deo svoje energije. Problem određivanja broja elektrona koji produ kroz sloj SiO2 i energije koju u njemu ostave nije jednostavan zbog složenosti geometrije. Metod Monte Karlo mogao bi i ovde dati značajan doprinos.
Slika 9.3 Šematski
prikaz interakcije gama zraka sa MOS tranzistorom
U svakom slučaju važi relacija _ . Eap = f(Ey, Ω, D, D, T, ...) · D gde je:
Eap - apsorbovana energija u SiO2, Ey - energija gama kvanata, Ω - ugao pod kojim kvanti padaju na MOS strukturu, D - doza gama zračenja na mestu strukture, D -jačinadoze, T - temperatura.
lako funkcija f zavisi od više promenljivih, u realnim uslovima (-30 T +50 °C, 0, 10 E 3 MeV, D < 1000 Gy), ona se može smatrati konstantnom unutar određene dopustive greške (npr. ±10%). Tada se može pisati 105
Eap = K · D Energija koju sekundarni elektroni ostave u sloju SiO2 troši se na jonizaciju atoma. Stvaraju se parovi elektron - šupljina. U izolatoru postoji električno polje. Ono je posledica spoljašnjeg napona ili, ako ga nema, kontaktne razlike potencijala. Pod dejstvom ovog polja dolazi do prebrisavanja slobodnih nosilaca (slika 9.4) Elektroni se kreću prema metalu, a šupljine se kreću prema silicijumu. Kako je proizvod pokretljivosti i vremena života u SiO2 za red veličine veći za elektrone nego za šupljine, u sloju SiO2 dolazi do ugradnje pozitivnog naelektrisanja u blizini granice prema silicijumu. Slika 9.4 Stvaranje
u
prostornog naelektrisanja SiO2 pod dejstvom gama zraka
Ovo prostorno naelektrisanje indukuje negativno pokretno naelektrisanje u silicijumu na granici prema SiO2. Ono dolazi iz dubine silicijuma. Time se menja debljina kanala između sorsa i dreina, odnosno pod dejstvom zračenja dolazi do modulacije providnosti kanala. Ugradnja fiksnog prostornog naelektrisanja u SiO2, QR, izaziva smanjenje polja u dielektriku, što znači da će efekt zahvatanja biti sve manje izražen. Stoga se očekuje saturacija dozne zavisnosti električnih karakteristika MOS tranzistora. Akumulirano prostorno naelektrisanje u oksidu MOS struktura, koje je srazmerno dozi, izaziva odgovarajuće promene svih električih karakteristika date komponente. Najčešće se radi o dve strukture: 1. MOS kondenzator, 2. MOS tranzistor. U prvom slučaju posmatra se promena C-U karakteristike, a u drugom ld-Ug. Promene ovih karakteristika sa dozom prikazane su na slici 9.5.
106
a) kondenzator
b) tranzistor
Slika 9.5 Promene
MOS struktura Prvi slučaj svodi se na merenja kapacitivnosti, što nije uvek jednostavno. Zato se kao mnogo praktičniji pokazao drugi melod. On se svodi na merenje promene napona na MOS tranzistoru (dozno promenljivi otpornik) uz uslov da kroz njega protiče konstantna struja. Najprostija šema prikazana je na slici 9.6. Nešto složenije, ali još uvek vrlo jednostavno rešenje prikazano je na slici 9.7.
Slika 9.6 Uprošćena šema za očitavanje jačine doze sa MOS tranzistorom
Slika 9.7 Jednostavna električna šema za očitavanje MOS ličnog dozimetra
Kao izvesno poboljšanje može se uzeti bolji izvor konstantne struje uz mogućnost njegove temperaturne kompenzacije. Obično se uzima da konstantna struja kroz MOS tranzistor iznosi nekoliko mikroampera. Kao MOS tranzistor mogu se koristiti i p-kanalni i n-kanalni tranzistori. U literaturi se uglavnom sreću p-kanalni. Razlog je veća osetljivost i jednostavnije elektronsko rešenje kola za očitavanje. Međutim, moguće je primeniti i druge metode očitavanja, pa ne treba unapred odbaciti n-kanalni tranzistor. O dozimetrijskim karakteristikama MOS struktura nema mnogo podataka u literaturi. Ovde će se dati pregled samo najvažnijih karakteristika. -
Osetljivost na razli č ite vrste zra č enja
MOS strukture osetljive su na različite vrste zračenja: gama zraci, peutroni i naelektrisane čestice. Osetljivost na naelektrisane čestice lako se eliminiše oklapanjem (kućište komponente), tako da su za ratnu dozimetriju interesantni samo gama i neutronsko zračenje. Ispitivanja pokazuju da odziv na elektrone iznosi samo 4% odziva na gama 107
zračenje pri istoj dozi. To znači da su MOS strukture osetljive isključivo na gama zrake, pa se mogu koristiti kao čisti gama lični dozimetar. Glavni razlog za to je vrlo mala aktivna zapremina (~10-10 cm3). - Merni opseg
Merni opseg pri merenju (ekspozicione) doze gama zračenja zavisi od vrste MOS strukture i njenih svojstava. Rezultati ispitivanja nekih tipova MOS tranzistora pokazuju da se merni opseg nalazi u oblasti visokih doza (1 -1000 Gy). Međutim, moguća su dalja usavršavanja (optimatizacija) MOS struktura u cilju proširenja mernog opsega i njegovog pomeranja u oblast manjih doza, što je od značaja u ratnoj dozimetriji. Tako se umesto silicijum dioksida može koristiti neki drugi dielektrik. Ve ć ima pokušaja korišćenja nitrid-oksida. Može se menjati i debljina samog izolatora. - Zavisnost odziva od energije gama zraka
Ispitivanja su pokazala da odziv MOS dozimetara ne zavisi od energiie x-zračenja u energetskom intervalu 2-10 keV, kao i gama zraka iz izvora 60Co i 137Cs i visokoenergetskih elektrona u dijapazonu 5-18 MeV. Ovo ukazuje na dobra dozimetrijska sredstva MOS struktura. - Zavisnost odziva od jač ine doze
U literaturi se pokazuje da odziv MOS struktura slabo zavisi od jačine doze u intervalu 37 - 3700 Gy/s. No, s obirom na prirodu ovog dozimetra i ne o čekuje se neka zavisnost odziva od jačine doze, pa se ovakav dozimetar može koristiti za trenutno i za kontinualno gama zračenje, što je važno u ratnoj dozimetriji.
-
Feding
Kao i svi dozimetri (hemijski, PIN, TLD) i MOS dozimetar gubi deo informacije o izmerenoj dozi - feding. Tipični rezultati prikazani su na slici 9.8. Vidi se da je pri ve ćem naponu polarizacije dielektrika feding manji i da nikad ne prelazi 5%, što je vrlo dobra karakteristika.
108
Slika 9.8 Feding MOS dozimetara
6.9 PIN dozimetri Silicijumska dioda sa PIN strukturom kao na slici 10.1 našla je primenu u neutronskoj dozimetriji. Primena se zasniva na izazivanju trajnih defekata u intrisičnom sloju. To se dešava samo pri energijama neutrona većim od 400 eV, kada atomi silicijuma bivaju izbačeni iz osnovnog položaja u kristalnoj rešetki. Nastale šupljine prouzrukuju stvaranje rekombinacionih centara u zabranjenoj zoni. To ima za posledicu smanjenje vremena života sporednih nosilaca naelektrisanja u funkciji neutronske doze Dn prema relaciji
Slika 10.1 Šematski prikaz PIN diode. Tipične debljine intrističnog sloja l je 0,2 - 1,2 µm, a N i P slojeva oko 10 µ m
109
Merenje vremena života je relativno komplikovano, pa se pristupa merenju električne otpornosti u propusnom smeru, a to se može svesti na merenje promene napona na diodi pri konstantnoj struji (npr. 25 mA). Početne vrednosti napona na diodi su reda 1-1,2 V. Dobija se osetljivost kao na slici 10.2. Odziv PIN dioda zavisi od više uticajnih parametara. Merenja su pokazala da napon na PIN diodi zavisi od temperature. U nekim slučajevima postoji rast sa temperaturom, a u nekim opadanje. U svakom slučaju izborom odgovarajuće tehnologije izrade PIN diode moguće je postići da greška merenja usled promene temperature bude unutar razumnih granica od ±20%. PIN dozimetri su pre svega namenjeni za dozimetriju brzih neutrona. Za energije od 0,3-14 MeV odziv se razlikuje unutar granica ±20%. Pošto je srednji slobodni put neutrona znatno veći od dimenzija aktivne zapremine dozimetra, ugaona zavisnost nije izražena.
S lika 10.2 Odziv PIN diode na neutronsku dozu Zbog mehanizma stvaranja defekata u silicijumu, odziv ovog neutrona na gama zračenja je oko hiljadu puta manja nego za brze neutrone. 6.10 Trag dozimetri Ovaj tip dozimetra koristi se u dozimetriji neutrona princip rada vidljiv je sa slike 11.1. Neutroni interaguju sa metom 1, proizvode naelektrisane čestice koje ulaze u trag detektor 1, u njemu ostavljaju tragove. Posle odgovarajućeg hemijskog tretmana ovi tragovi se mogu posmatrati optičkim mikroskopom. Broj tragova srazmeran je neutronskoj dozi.
Slika 11.1 Princip rada trag doziometra Kao meta najčešće se koristi fisiona folija (npr. metalni uran), a kao detektor koriste se različiti izolatori (npr. polikarbonat - makrofol). U zavisnosti od vrste dozimetra dobija se osetljivost od nekoliko stotina do nekoliko hiljada tragova po cm2 i po cGy. To znači da
110
je mogu će meriti dozu neutrona u granicama od 10 µGy do 104 Gy. Dobre osobine ovog tipa dozimetra su neosetljivost na beta i gama zračenje i zanemarljiv feding. 6.11 Hemijski dozimetri Pod hemijskim dozimetrom podrazumevaju se dozimetri sa tečnim hemijskim rastvorom, za razliku od čvrstih hemijskih dozimetara u koje spadaju film dozimetri. Hemijski sastav poznatih hemijskih dozimetara varira. Npr. sastav jugoslovenskog dozimetra DL-M3 je: 10% hlorbenzen, 10% etanol, 80% 2,2,4-trimetilpentan uz dodatak 1·10-5 mol · dm-3 indikatora kalijumove soli timolsulfonftaleina (sistem CET). Odredivanje doze zasniva se na promeni boje rastvora. Čitanje je moguće ili fotometrijski ili prostim posmatranjem i upoređivanjem sa etalonima. Takav je slučaj i čitača ČDL-M3. Hemijski dozimetar omogućuje merenje i gama i neutronske doze i to u približnoj razmeri 1:1. Opseg merenja iznosi 0,1-15 Gy pri čemu je greška merenja na donjoj granici izražena. U energetskom pogledu može se reći da je ovaj dozimetar tkivoekvivalentan. Gubljenje informacije - feding je relativno mali i iznosi oko 5% za 15 dana. Dobre osobine su i da čitač za ovakav dozimetar ne zahteva napajanje, a i cena je relativno niska. Međutim, ovakvi dozimetri imaju i ozbiljne nedostatke - "šetanje nule" sa vremenom, subjektivnost očitavanja i velika greška merenja u donjem delu memog opsega. 6.12 Sistem lične dozimetrije Kao što je rečeno u uvodu, lična dozimetrija može da obezbedi svoju osnovnu namenu (smanjenje nivoa ozračenosti radnika i stanovništva na razumno nisku meru), samo ukoliko funkcioniše svaki elemenat sistema lične dozimetrije. Do sada je bilo reći najviše o samim dozimetrima i čitačima. Ovde će biti analizirane ostale osobine sistema lične dozimetrije, a pre svega problemi kalibracije dozimetara, sakupljanja, obrade i čuvanja podataka, kao i izveštavanje. Pošto nijedan od analiziranih dozimetar nije apsolutan merni uređaj, javlja se stalni problem kalibracije. Pod kalibracijom se podrazumeva izlaganje dozimetara metrološkim definisanom polju zračenja i uspostavljanje korelacije sa pokazivanjem dozimetra, odnosno njegovog čitača. To se radi u odgovarajućim metrološkim laboratorijama. U serijskoj proizvodnji osetljivost dozimetara može da varira. Ukoliko je energetska zavisnost dozimetara poznata, ovo variranje može da se prati i koriguje pomoću standardnog izvora zračenja u fiksnoj geometriji merenja. Za x i gama dozimetre koriste se izvori 60Co, 137Cs ili radijum, a za neutronske dozimetre Po-Be, Pu-Be i drugi izvori.
111
Podaci dobijeni ličnim dozimetrom treba da imaju trajan karakter kako bi se pratio efekat akumuliranja i kako bi se pri eventualnim akcidentima mogla sprovesti detaljnija analiza. Stoga su za ličnu dozimetriju bitni sledeći podaci. podaci koji jednoznačno identifikuju osobu koja nosi dozimetar; podaci o organizaciji koja je obavila merenje; svi potrebni datumi (ozračivanje, očitavanje, ...); podaci o vrstama zračenja (alfa, beta, gama, neutroni), podaci o ozračenim delovima tela (celo telo ili pojedini organi); nepouzdani podaci (moraju biti posebno naznačeni). • • • • • •
Pri akcidentima bitni su i drugi podaci (izvor zračenja, metoda merenja, uslovi ozračenja, preduzete mere, ...). Zbog ovakvih zahteva i velikog broja podataka, danas se čitači dozimetara sve više realizuju kao namenski računari ili sa izlazom za direktno povezivanje sa računarom. Time se problem glomazne evidencije i obrade podataka lične dozimetrije rešava kao klasičan zadatak računarske obrade podataka.
112
SADRŽAJ: STRANA
1.RADIOGRAFSKO ISPITIVANJE MATERIJALA 1.1 Opšti principi 1.2 Oprema i pribor za radiograsko ispitivanje 1.3 Rendgen radiogrami 1.4 Pojačavajuće folije 1.5 Kasete za radiograme 1.6 Identifikacione oznake 1.7 Indikatori kvaliteta slike 1.8 Oprema za pregled radiograma ( iluminatori )
2. PRIMENA RADIOGRAFIJE U RAZLIČITIM INDUSTRISKIM SEKTORIMA 2.1 Tehnike ispitivanja 2.2 Zavareni spojevi 2.3 Određivanje polozaja greške 2.4 Određivanje dužine i širine greške 2.5 Metode merenja gustine zračenja 2.6 Stereografska metoda 2.7 Neutronska i protonska radiografija
3. VRSTE GREŠAKA,NJIHOV IZGLED NA RADIOGRAMU I KRITERIJUMI PRIHVATLJIVOSTI
3.1 Klasifikacija grešaka 3.2 Najopštiji opis karakterističnih grešaka u metalnim materijalima 3.3 Greške kod odlivaka i njihove greške na radiogramu 3.3.1 Gasni mehuri i šupljine 3.3.2 Peščana gnezda i uključci 3.3.3 Unutrašnja skupljanja 3.3.4 Vruće suze 3.3.5 Prsline 3.3.6 Nespojena mesta-venci 3.3.7 Unutrašnje zamrzline 3.4 Greške kod zavarenih spojeva i njihov izgled na radiogramu 3.4.1 Gasni uključci 3.4.2 Uključci u čvrstom stanju 3.4.3 Nalepljivanje 3.4.4 Nedostatak provara 3.4.5 Prsline 3.4.6 Greške oblika 3.4.7 Ostale greške 3.4.8 Kriterijumi prihvatljivosti 3.5 Vrste grešaka u zavarenim spojevima aluminijuma i aluminijumskih legura i njihova klasifikacija 3.5.1 Klasifikacija grešaka 113
