Способ радиоизотопной дефектоскопии и схема устройства динамической щелевой радиографии надмолекулярной структуры металла кольцевых сварных стыков вварных трубчатых элементов Российский патент 2019 года по МПК G01N23/18 

Изобретение относится к радиационным методам контроля, а именно к радиографическому, и может быть использовано, при контроле макроструктуры материалов при радиоизотопной дефектоскопии, например, сварных соединений труба-трубная доска теплообменных аппаратов.

Известны технологии, алгоритмы и средства панорамного просвечивания и регистрации макроструктуры герметизирующих торцевых сварных соединений, например, автоматизированный радиографический комплекс аппаратуры, радиационная головка которого подвижно укреплена на приводе штатива и содержит подпружиненный компенсатор, детектор в виде кольцеобразной кассеты, аксиально-подвижный стержневой держатель источника, заключенный в блок защиты, и средства перемещений оснащенного излучателем стержневого держателя и детектора в зону контроля кольцевых сварных швов для экспонирования и возврат в исходные состояния [1, 2].

Известен способ радиографии кольцевых сварных соединений тел вращения, аппаратура и аналитические зависимости управления процессом контроля кольцевых сварных соединений тонкостенных оболочек с использованием метода динамической щелевой радиографии посредством щелевого сканирования подвижным узконаправленным пучком ионизирующего излучения подвижного объекта контроля переменной радиационной толщины и профиля и регистрации макроструктуры объекта контроля на подвижный детектор [3, 4].

Также известны системы и способ радиографического контроля кольцевых (круговых) сварных стыков трубчатых элементов направленным пучком излучения в заданном телесном угле [5, 6, 7, 8].

Наиболее близким по технологии и конструктивному исполнению является способ радиоизотопной дефектоскопии сварных стыков теплообменных аппаратов и аппаратура, реализующая просвечивание кольцевого сварного стыка радиоизотопным излучателем изнутри и регистрацию макроструктуры сварного стыка пленочным детектором в светозащитной кассете, укрепленной к внешней торцевой поверхности блока защиты облучателя, оснащенного дискретно-подвижным из положения хранения в зону контроля вдоль оси объекта через сквозное отверстие светозащитной кассеты с центрирующей втулкой пеналом, содержащим заключенный между стержневых блоков защиты радиоизотопный источник излучения, а регистрацию потока излучения, несущего информацию о макроструктуре объекта, осуществляют на пленочный детектор сканированием через выполненный из радиационно-непрозрачного материала толщиной 3 мм с возможностью крутильных колебаний либо вращения относительно оси кольцевого сварного стыка с угловой скоростью от 1 до 2 с^-1, экструдированный пластикатом на основе радиационно-прозрачного высокомолекулярного износостойкого полимера с низким коэффициентом трения диск, концентрично и регулярно относительно его геометрической оси перфорированный по торцу сквозными шестигранными отверстиями, оси которых пересекаются с геометрической осью диска в фокальной точке, удаленной на 40 мм от его внешнего торца во внутренней полости объекта контроля.. [9]

Недостатками прототипа является снижение качества получаемых радиографических снимков, т.к. интеграция (с соблюдением необходимых конструктивных зазоров) поворотно-подвижного, экструдированного пластикатом решетчатого диска непосредственно к торцу контролируемого вварного трубчатого элемента с одновременным дистанционированием пленочного детектора от указанного объекта контроля увеличивает параметр масштаба регистрации системы контроля и искажает регистрируемую геометрию в зоне интереса.

Целью настоящего изобретения является оптимизация качества получаемых снимков в том числе в условиях генерации рассеянного излучения конструктивными элементами сложной системы контроля.

Указанный технический результат способа радиоизотопной дефектоскопии кольцевых соединений вварных трубчатых элементов, включающий их просвечивание из определенной фокальной точки внутренней полости, отстоящей от внешнего торца, острофокусным радиоизотопным излучателем, строго по оси заключенным в соответствующем ему гнезде между выполненных из радиационно-непрозрачного материала конструктивно сопряженных базовыми конусообразными поверхностями стержневых блоков, размещенных в выполненном с возможностью поворота вокруг своей оси пенале из вольфрама, дискретно-перемещаемом в зону контроля вдоль оси объекта через сквозное отверстие светозащитной кассеты, а регистрацию излучения, несущего информацию о макроструктуре объекта контроля рентгеновской пленкой в светозащитной кассете, статично укрепленной к торцевой поверхности блока облучателя, осуществляют с угловой скоростью от 1 до 2 с^-1 множественными регулярными поворотно-сканирующими пучками излучения, сформированными щелевыми пазами, перфорированными в радиационно-непрозрачных оболочке пенала и образующей поверхности усеченного конусообразного выступа стержневого блока в соответствии с телесным углом, определяющим в полярной системе координат зону контроля сварного стыка и в том числе угол конусообразного гнезда в торце замыкающего стержневого элемента в качестве отражающего конвертера излучения в направлении сварного стыка.

Указанный технический результат способа радиоизотопной дефектоскопии кольцевых соединений вварных трубчатых элементов достигается также и в том случае, когда перфорированные щелевые пазы в радиационно-непрозрачных оболочке пенала и образующей поверхности усеченного конусообразного стержневого выступа по ширине соответствуют размеру активной части излучателя.

Указанный технический результат способа радиоизотопной дефектоскопии кольцевых соединений вварных трубчатых элементов достигается вместе с этим и в том случае, когда профиль конусообразного гнезда в торце стержневого отражающего конвертера и осесимметричная узконаправленная многощелевая перфорация образующей поверхности усеченного конусообразного стержневого выступа фиксируют геометрическое положение острофокусного радиоизотопного излучателя и формируют равномерно концентрированное клиновидно-осевое рассеивание потока гамма-излучения от острофокусного радиоизотопного излучателя в направлении объекта контроля.

Указанный технический результат способа радиоизотопной дефектоскопии кольцевых соединений вварных трубчатых элементов достигается также и в случае, когда цилиндрическая радиационно-непрозрачная оболочка пенала оснащена подшипниками скольжения из пластиката на основе радиационно-прозрачного высокомолекулярного износостойкого полимера с низким коэффициентом трения, например, фторопласта для обеспечения крутильных колебаний с амплитудой не менее 90° либо вращения относительно оси сварного стыка.

Для реализации способа представлена схема устройства, содержащего скрепленную с корпусом блока облучателя перфорированную в центре светозащитную кассету, снабженную рентгеновской пленкой соответствующей формы, а блок облучателя, включающий в себя блок биологической защиты с острофокусным радиоизотопным излучателем, строго по оси заключенным в соответствующем ему гнезде между выполненных из радиационно-непрозрачного материала конструктивно сопряженных базовыми конусообразными поверхностями стержневых блоков, размещенных в выполненном из вольфрама пенале, дискретно-перемещаемом в зону контроля и обратно в положение хранения вдоль оси объекта через сквозное отверстие светозащитной кассеты и оснащенном подшипниками скольжения из пластиката, например, фторопласта для обеспечения крутильных колебаний либо вращения в полости вварных трубчатых элементов, причем оболочка пенала, конструктивно сопрягается с приводом его поворота, например, фрикционно-пневматическим, а сканирующие пучки излучения, несущего информацию о макроструктуре объекта контроля, формируются щелевыми пазами, перфорированными в радиационно-непрозрачных оболочке пенала и образующей поверхности усеченного конусообразного выступа стержневого блока в соответствии с телесным углом, определяющим в полярной системе координат зону контроля сварного стыка и в том числе угол конусообразного сопряжения замыкающего защитного стержневого элемента в качестве отражающего конвертера излучения в направлении сварного стыка.

Предлагаемое устройство схематично показано на фиг. 1 и 2.

Устройство включает в себя: светозащитную кассету 1 с рентгеновской пленкой 2; блок биологической защиты облучателя 3; профилированный щелевыми пазами аксиально-подвижный пенал из вольфрама 4 с подшипниками скольжения 5, содержащий острофокусный радиоизотопный излучатель 8, строго по оси заключенный в соответствующем ему гнезде между выполненных из радиационно-непрозрачного материала конструктивно сопряженных конусообразными поверхностями комбинации стержневых блоков 6 и 7, перфорированной щелевыми пазами адаптивно профилированной оболочке пенала 4 и ручным приводом осевого перемещения держателя 9, кинематически сопряженного через шкив 10 с фрикционной муфтой 11 пневмопривода крутильных колебаний либо поворота 12. Пенал из вольфрама 4, содержащий стержневые держатели источника 6 и 7 и источник излучения 8 имеет два фиксированных положения («хранение» и «просвечивание») в блоке биологической защиты облучателя 3 и может быть переведен оператором, например, ручным приводом 9 в рабочее положение исключительно при условии фиксированной установки укомплектованного светозащитной кассетой с рентгеновской пленкой устройства на объект контроля с выпуском сканирующих щелевых пучков излучения после деблокировании пневмопривода поворота пенала.

Устройство работает следующим образом. Устройство доставляют к объекту контроля и производят его монтаж относительно контролируемого сварного стыка и при этом деблокируют пенал 4. Приводом 9 аксиально-подвижный картридж, включающий в себя пенал 4 с источником излучения 8, заключенным между стержневых держателей 6 и 7, доставляют в зону контроля, определяемую величиной фокусного расстояния F. Потоки γ-квантов от источника излучения 8 узконаправленно формируются в необходимый телесный угол множественными щелевыми осесимметричными коллиматорами и в том числе частично за счет обратно-рассеянного излучения отражающего конвертера. При включении фрикционной муфты 11 привод 12 на период экспонирования рентгеновской пленки 2 обеспечивает крутильные колебания или вращение сканирующих пучков излучения относительно сварного стыка объекта контроля. В устройстве пенал 4 и стержневые держатели источника 6 и 7 выполнены из вольфрама. В отличие от прототипа [9] (тупиковый вариант осевого базирования источника между торцами стержневых блоков из вольфрама) создание подвижной осесимметричной узконаправленной многощелевой системы коллимации с клиновидно-осевым рассеивателем и отражающим конвертером поток излучения концентрируется в направлении объекта контроля и контактирующего с ним непосредственно детектора (кассета с рентгеновской пленкой) без дополнительных искажений системы регистрации за счет промежуточного решетчатого диска, в результате чего оптимизируется контрастность изображения, что предопределяет качество радиографического метода контроля

После завершения времени экспонирования рентгеновской пленки 2 обеспечивается гарантированная возможность фиксации привода крутильных колебаний или вращения 12 в исходном состоянии и аксиально-подвижного картриджа в виде пенала 4 с источником излучения 8, заключенным между стержневых держателей 6 и 7.

Список использованной литературы

1. Авторское свидетельство. №401218, Установка для радиоизотопной дефектоскопии., А.Н. Майоров, А.С. Декопов и др., 1973.

2. Декопов А.С. "Особенности контроля качества сварных соединений «в ус» технологических каналов с трактами ядерных реакторов РБМК-1000 радиографическим методом", ВАНТ, Серия: Техническая физика и автоматизация, Вып. 63, 2008, с. 29-40.

3. Авторское свидетельство №1122102, Способ радиографического контроля изделий в виде тел вращения., А.С. Декопов, В.И. Петухов, Цобенко В.В., Шиленко И.Н., 1983.

4. Декопов А.С. «Контроль сварных соединений тонкостенных оболочек тангенциальными пучками излучения», ВАНТ, Серия: Техническая физика и автоматизация, Вып. 62, 2007, с. 183-198.

5. Е.Ю. Усачев, В.Е. Усачев, В.Н. Твердохлебов, М.М. Гнедин, Д.И. Галкин, "Рентгенографический контроль кольцевых сварных швов в системе труба-трубная доска", Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2011, №11, стр. 41-43

6. Твердохлебов В.Н. Патент РФ №2493557: Способ радиационной дефектоскопии круговых сварных швов трубчатых элементов и устройство для реализации способа.

7. Радиационный контроль сварных соединений теплообменных аппаратов ядерных энергетических установок. Э.А. Катюшин, Ф.М. Митенков, Ю.Д. Кондраненков, А.К. Фадеев, В.Г. Фирстов, А.В. Шилин., М: Энергоатомиздат, 1985, 80 с.

8. U. Zscherpel, О. Alekseychuk, P. Rost, М. Schmid, К. Spartiotis, A. Warrikhoff, "A new fully digital system for RT inspection of metal tube to tube sheet joints of heat exchangers", 17th World conference on nondestructive testing, 25-28 oct 2 008, Shanghai, China

9. Декопов А.С. Злобин H.H. и др. Патент РФ №2530452 Способ и устройство для радиоизотопной дефектоскопии кольцевых сварных соединений

Использование: для радиоизотопной дефектоскопии кольцевых соединений вварных трубчатых элементов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют просвечивание кольцевых соединений вварных трубчатых элементов из определенной фокальной точки внутренней полости, отстоящей от внешнего торца, острофокусным радиоизотопным излучателем, строго по оси заключенным в соответствующем ему гнезде между выполненных из радиационно-непрозрачного материала конструктивно сопряженных базовыми конусообразными поверхностями стержневых блоков, размещенных в выполненном с возможностью поворота вокруг своей оси пенале из вольфрама, дискретно перемещаемом в зону контроля вдоль оси объекта через сквозное отверстие светозащитной кассеты, при этом регистрацию излучения, несущего информацию о макроструктуре объекта контроля рентгеновской пленкой в светозащитной кассете, статично укрепленной к торцевой поверхности блока облучателя, осуществляют с угловой скоростью от 1 до 2 с^-1 множественными регулярными поворотно-сканирующими пучками излучения, сформированными щелевыми пазами, перфорированными в радиационно-непрозрачных оболочке пенала и образующей поверхности усеченного конусообразного выступа стержневого блока в соответствии с телесным углом, определяющим в полярной системе координат зону контроля сварного стыка и в том числе угол конусообразного гнезда в торце замыкающего стержневого элемента в качестве отражающего конвертера излучения в направлении сварного стыка. Технический результат: обеспечение возможности оптимизации качества получаемых снимков, в том числе в условиях генерации рассеянного излучения конструктивными элементами сложной системы контроля. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ радиоизотопной дефектоскопии кольцевых соединений вварных трубчатых элементов, включающий их просвечивание из определенной фокальной точки внутренней полости, отстоящей от внешнего торца, острофокусным радиоизотопным излучателем, строго по оси заключенным в соответствующем ему гнезде между выполненных из радиационно-непрозрачного материала конструктивно сопряженных базовыми конусообразными поверхностями стержневых блоков, размещенных в выполненном с возможностью поворота вокруг своей оси пенале из вольфрама, дискретно перемещаемом в зону контроля вдоль оси объекта через сквозное отверстие светозащитной кассеты, отличающийся тем, что регистрацию излучения, несущего информацию о макроструктуре объекта контроля рентгеновской пленкой в светозащитной кассете, статично укрепленной к торцевой поверхности блока облучателя, осуществляют с угловой скоростью от 1 до 2 с^-1 множественными регулярными поворотно-сканирующими пучками излучения, сформированными щелевыми пазами, перфорированными в радиационно-непрозрачных оболочке пенала и образующей поверхности усеченного конусообразного выступа стержневого блока в соответствии с телесным углом, определяющим в полярной системе координат зону контроля сварного стыка и в том числе угол конусообразного гнезда в торце замыкающего стержневого элемента в качестве отражающего конвертера излучения в направлении сварного стыка.

2. Способ радиоизотопной дефектоскопии кольцевых соединений вварных трубчатых элементов по п. 1, отличающийся тем, что профиль конусообразного гнезда в торце стержневого отражающего конвертера и осесимметричная узконаправленная многощелевая перфорация образующей поверхности усеченного конусообразного стержневого выступа фиксируют геометрическое положение острофокусного радиоизотопного излучателя и формируют равномерную щелевую диффузию потока гамма-излучения от острофокусного радиоизотопного излучателя в направлении объекта контроля.

3. Способ радиоизотопной дефектоскопии кольцевых соединений вварных трубчатых элементов по п. 1, отличающийся тем, что перфорированные щелевые пазы в радиационно-непрозрачных оболочке пенала и образующей поверхности усеченного конусообразного стержневого выступа по ширине соответствуют размеру активной части излучателя.

4. Устройство для осуществления способа по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрическая радиационно-непрозрачная оболочка пенала оснащена подшипниками скольжения из пластиката на основе радиационно-прозрачного высокомолекулярного износостойкого полимера с низким коэффициентом трения для обеспечения крутильных колебаний с амплитудой не менее 90° либо вращения относительно оси сварного стыка.