KIEM TRA MOI HAN BANG TIA PHONG XA Mục tiêu của bài: Sau khi học xong bài học này người học sẽ có kha năng- - Trình bày đúng nguyên lý kiểm tra mỗi hàn bằng tia phóng xạ. - Làm sạch mi hàn, kết cầu hàn trước khi kiểm tra. - Chuẩn bị dụng cụ, máy chụp tia x, tia rongen, phim đây đủ an toàn. ~ Sử dụng máy chụp tia X, tia rangen thành thạo.
- Thực hiện kiểm tra mối hàn bằng Ha phóng xạ đúng quụ trình kỹ thuật. - Phái hiện chỉnh xác các khuuết tật của mỗi hàn. - Thực hiện tỖI công tác an toàn và vệ sinh phân xướng. Nội dung của bài Thời gian: 20h (LT: 5h, TH:15k) 5.
NGUYÊN LÝ KIÊM TRA (Thời gian: 2h) 5. Cơ sở vật lý của phương pháp Phương pháp kiểm tra bằng bức xạ được dùng để xác định khuyết tật bên trong của nhiều loại vật liệu hoặc méi han có cấu trúc khác nhau. Mỗi hệ thống kiểm tra gồm ba phần chính (hình 5.1): nguồn phát ion hóa 1; vật kiểm 2 (liên kết hàn); bộ phát hiện 3 ghi nhận thông tin về khuyết tật.1: Kiểm tra bang tia phóng xạ 4) Phân loại: Trong kiểm tra liên kết hàn người ta thường sử dụng các phương pháp dò tìm thông bức tin: chụp ảnh; soi ảnh huỳnh quang (fluoroscopy); ghi do phong xa. Đối với nguồn xạ thì dùng các dạng khác nhau của bức xạ ion hóa: tỉa rơngen (X); tia gamma (7); chom neutron (n).
47 - Phương pháp chụp ảnh bằng chùm tỉa Bức xạ ion hóa tác động vào lớp nhũ tương của film tạo ra những thay đổi về mật độ quang học (dộ đen). Độ đen của film phụ thuộc vào số lượng và đặc tính của chùm bức xạ đến tương tác với film. Phương pháp này thể hiện hình ảnh tĩnh trên hệ phát hiện film về cấu trúc bên trong vật kiểm. Trong thực tế đây là phương pháp được sử dụng nhiễu nhất do thao tác đơn giản và kết quả lưu được lâu.
Trong các loại bức xa rongen, gamma, neutron, mỗi loại có phạm vi sử dụng, bổ sung và làm giàu khác nhau. Tia X có ưu điểm khi kiểm tra trong phân xưởng, còn ở ngoài công trường chỉ dùng khi yêu cầu về độ nhay cao. Tia gamma cé loi thé khi kiém tra chat lượng liên kết hàn ở những chỗ khó tiếp cận, trong điều kiện công trường hoặc khi lắp ráp. Chụp ảnh betatron được dùng khi kiểm tra liên kết có chiều đày lớn trong phân xưởng.
Còn chụp anh neutron - đó là phương pháp duy nhất đảm bảo để kiểm tra chất lượng liên kết an cứa các kim loại nặng hấp thụ được neutron nhiệt, các bình chứa chất lỏng, hoá chất và phóng xạ. Các phương pháp trên có thể kiểm tra được liên kết hàn các tim thép dày từ 1 - 500mm, với độ nhạy 1 - 2%. - Phương pháp soi ảnh huỳnh quang (fluoroscopy) Phương pháp này thể hiện hình ảnh động trên màn hình về cấu trúc bên trong vật kiểm khi chiếu chùm tia ion hoá mà không đùng film. Độ nhạy phat hiện khuyết tật của phương pháp này chỉ vào khoảng 3% - 5%, Ưu điểm là nhận được kết quả theo hình ảnh ba chiều và liên kết hàn được quan sat dưới các góc độ khác nhau với kích thước được phóng to, mặt khác kiểm tra được rất nhanh và liên tục (on line).
Chúng được dùng để kiểm tra sơ bộ nhằm phát hiện nhanh khuyết tật lớn với liều chiếu nhỏ. Phạm vi áp dụng chủ yếu là trong y tế và hải quan, trong sân xuất hản ít phát triển, Phương pháp này thường dùng thiết bị rơngen làm nguồn bức xạ, Í khi sử dụng nguôn gamma va neutron. BO ghi nhận bức xạ (detector) gôm màn hình huỳnh quang, tinh thể nhấp nháy, bộ biến đổi quang điện, vidicon rơngen. Chúng đảm bảo chuyển đối các hình bức xạ không nhìn thấy thành các hình ảnh khuất sáng hoặc tín hiệu điện tử roi t uyén đi một khoảng cách cần thiết bằng truyền hình hoặc cáp quang.
Khi cần lưu giữ sau khi kiêm tra có thẻ chụp lại ảnh (fluorography). - Phương pháp ghi đo phóng xạ Phương pháp này nhận được thông tin trong vật kiểm được chiếu bằng bức xạ ion hoá dưới dạng tín hiệu điện (độ lớn, chiều đài, số lượng khác nhau). Dây là phương pháp có khả năng tự động hoá quá trình kiểm tra tốt nhất. Việc thực hiện phản hồi (liên hệ ngược) từ kiểm tra đến | qua trình công nghệ hàn hoặc chế tạo làm cho chất lượng hản được đảm bảo một cách tốt nhất, Độ nhạy của phương pháp nảy không thua kém so với chụp ảnh.
Trong thực tếngười ta sử dụng các chất đồng vị phóng xạ và máy gia tốc làm nguồn, còn bộ dò là tỉnh thể nhấp nháy, ông đếm nap khi, detector bán dẫn, liều kế nhiệt phát quang. Cae detector nhấp nháy được sử dụng chủ yếu để ghi nhận bức xạ, nó hoạt động dựa trên nguyên lý: khí bức xạ đến tương tác với bản tỉnh thể nhấp nháy sẽ bị mất năng 48 lượng và phát ra ánh sáng nhấp nháy. Ánh sáng được truyền dén photocathode của ống nhân quang điện để giải phóng các eleetron khỏi cathodc. Số lượng electron được khuếch dai đập vào anode chuyển thành tín hiệu điện để xử lý.
Nhược điểm là khi chim bức xạ lớn thì không ghỉ được hết. b) Ban chất của bức xạ lon hoá - Bức xạ rơngen (tia X) Bức xạ tỉa X là dạng bức xạ điện từ giống như ánh sáng. Giữa tia X và ánh sáng thường chỉ khác nhau về bước sóng. Trong kiểm tra vật liệu bằng chụp ảnh bức xạ thường sử dụng bức xạ tia X có bước sóng từ 10? A dén 10A (1A = 10!” m).
Tan số đao động riêng v, bước sóng xác định tính chất đặc trưng của bức xạ lan truyền trong không gian ^. với tốc độ ánh sáng c liên hệ với nhau theo: A= cv Khi giảm bước sóng ^ thì năng lượng bức xạ E tăng lên. Do vậy tính chất hạt trội hơn tính chất sóng nên khả năng đâm xuyên mạnh hơn. Nguồn phát ra bức xạ tia X là ống rơngen (hình 5.
Đó là ống thủy tỉnh trong là chân không (1nmHg) với hai điện cực cùng đối âm cực. Anode đồng Sai đôt Võ thủy tính Cathode 2/2 1I Dây dẫn _ đến sợi đốt Cathode Anode Hình 5. Một ông phát bức xạ tia X điển hình Nguồn phát electron là cuộn dây được gọi là cathode K. Khi có dong dién tir 1 - 5(A) ở điện áp 4 - 12(V), cuộn đây được đốt nóng đến dải nhiệt độ phát ra các clectron.
Quá trình tăng tốc electron: Các electron sau khi được tạo ra từ cathode K sẽ phóng vé anode A mang dién tích dương. Để tao ra bức xạ cần thiết cho chụp ảnh thì điện áp giữa A và K phải nằm trong khoảng từ 30kV + 30MV. Bia: Bức xạ tia X được phát ra khi các electron đang phóng có năng lượng ‹ cao va đập vào tắm bia đối âm cực. Vật liệu dùng để làm bia cần phải có các tính chất cần thiết 49 lớn.
Wolfram là kim loại như: nguyên tử số Z cao, nhiệt độ nóng chảy cao, độ dẫn nhiệt có tất cả các tính chất trên. Bia được gắn với cốc anode bằng đồng. phô là nền liên tục Kết quả của va đập là phát ra bức xạ đặc trưng và bức xạ hãm có và vạch đặc trưng (hình 5. Đỉnh bức xạ tỉa X Cường độ bức xạ M đặc trưng Bước sóng ^.
Phổ bức xạ tia XY Bức xạ đặc trưng với phổ vạch chỉ xuất hiện trong trường hợp khi eleetron e` được tăng tốc tác động tương hỗ với anode có năng lượng cao, ví dụ đủ dé dam bao dich chuyển các electron thuộc lớp K của các nguyên tử lên mức năng lượng cao hơn. Như vậy xảy ra dịch chuyển ngược tức thời của electron từ ngoài vào trong, ví dụ từ lớp L vào lớp K, Điều này kéo theo bức xạ đặc trưng có tần số z, ứng với AE - chênh lệch năng lượng giữa mức ngoài và trong (ví dụ lớp K và L) (hình 5.4): AE= Eg-EL =h? trong đó: h - hằng số Plank (h = 6,625. Cầu tạo nguyên tử Bức xạ đặc trưng được sử dụng khi phân tích phd va cấu trúc rơngen trạng thái vật chất. Vì mỗi nguyên tố có năng lượng liên kết các electron trên vỏ nguyên tử hoàn toàn xác định, do đó mỗi chất ứng với phô vạch hoàn toàn xác định.
50 Bức xạ hầm với phổ liên tục xuất hiện khi các electron với năng lượng khác nhau thoát khỏi cathode dập “từ từ” vào bia. Động năng E của electron trên bề mặt bia bằng: E =cU trong đó: e - điện tích (e = 1,6.107°C); Ú - điện áp anode của ống (V). - Đo tốc độ cia electron phân bế theo định luật Maxwecll nên các electron nay bị hãm dân theo chiêu dày bia. Vì vậy trong phô rơngen thì bức xạ phát ra trong ông, lượng tử có đủ các mức năng lượng khác nhau.
Khi bước sóng nhỏ nhất thì toàn bộ động năng electron E sé chuyén thành năng lượng bức xạ roentgen lớn nhất Emax, tức lả: Emax = hứa = he/% he _ 124102 Cân bằng E và Enax nhận được Ay = cu! U Từ công thức trên thấy rằng nếu tăng điện áp anode U thì bước sóng À¿ sẽ giảm, điều nay lam thay đổi trạng thái phổ và tăng năng lượng cực đại của phổ liên tục (hình 5. Ví dụ I: Xác định tốc độ trung bình của electron khi đập vào bia, biết điện áp giữa anode và cathode trong ống U = 10kV, khối lượng electron m = 9,1.102'kg, Theo định luật bảo toàn năng lượng: 2eU _ J2x1,61012x10! an mv?⁄2 = eU > v = “6= “nam 6.10”m/s (khoảng 20% tốc độ m JL. = 100kV = 3 50kV 3Ệ AmA z oO oO 20kV 2mA 10V Bước sóng A Bước sóng ^. Quan hệ giữa cường độ bức xạ với bước sóng a) Thay đôi điện úp; b) Thay đôi cường độ.
Khi thay đổi dong dién trong ống, trạng thái phổ tiên tục không đổi nhưng cường độ chùm (ia giảm tỉ lệ với cường độ đông điện (hình 5. Liều chiếu X của tia rơngen tỉ lệ với cường độ dòng điện I và thời gian chiếu t được xác định: X (hoặc e) = It (mA.min) 31 Năng lượng của ống rơngen tí lệ với năng lượng điện áp anode U (keV) va bằng 1% - 2% năng lượng toàn bộ của các electron đập vào bia, phần còn lại chuyển thành nhiệt. - Bức xạ gamma () Bức xạ gamma 1a loai bức xạ sóng điện từ giống như bức xạ tia X nhưng chúng thường có bước sóng ngdn hon (107-4.107 A) và có khả năng xuyên sâu hơn bức xa tia X.