جوشکاری , تست غیر مخرب و بازرسی جوش

رادیوگرافی صنعتی
نویسنده : ابوذر کیانپور - ساعت ۱:۳٤ ‎ق.ظ روز شنبه ٢٦ فروردین ،۱۳٩۱
 

بازرسی با روش پرتونگاری (RT)
   پرتونگاری یکی از کاربردی‎ترین روشهای بازرسی می‎باشد. در این روش از پرتوهای x   و γ   برای شناسایی عیوب درون قطعه استفاده می‎شود. پرتوهای x   و γ   دارای طول موجهای بسیار کوتاه هستند و به همین دلیل انرژی بسیار زیادی داشته و قدرت نفوذ و عبور از درون قطعه را دارند. عبور این پرتوها از هر محیطی همراه با تضعیف و جذب قسمتی از آن توسط محیط است. میزان تضعیف تحت تاثیر چندین عامل است که شامل چگالی و ساختار محیط و همچنین نوع، شدت و انرژی فوتون پرتو خواهد بود [5]. اساس این روش تغییر ضریب جذب و تغییر در میزان اشعه عبوری از قسمتهای سالم و معیوب قطعه است. وجود هرگونه عیب که دارای چگالی متفاوتی با قطعه باشد باعث کاهش یا افزایش میزان اشعه عبوری از قطعه می‎شود. با استفاده از فیلم پرتونگاری این پرتوها ثبت شده و پس از ظهور فیلم می‎توان به تفسیر عیوب پرداخت .
فیلم پرتونگاری پس از ظهور بر اثر دریافت اشعه سیاه می‎شود و قسمتهایی که اشعه بیشتری دریافت کرده تیره‎تر و قسمتهایی که اشعه کمتری دریافت کرده روشن‎تر خواهد شد. عیوبی مانند دانه‎های اکسیدی که چگالی بالاتری از قطعه دارند، دارای ضریب جذب بالاتری هستند و شدت اشعه عبوری را کاهش می‎دهند، در نتیجه این نقاط اثر روشن‎تری بر روی فیلم می‎گذارند و یا بالعکس عیوبی مانند حفره و مک گازی که دارای چگالی کمتری هستند اثر تیره تری بر روی فیلم می‎گذارند. با تفسیر دقیق فیلم و آشنایی با فرآیند انجام شده بر روی قطعه می‎توان در مورد عیوب احتمالی موجود در درون قطعه اظهار نظر نمود.

 

پرتو X 

 

این اشعه توسط لامپ پرتو x   تولید می‎شود. لامپ دارای یک پیچه تنگستنی به عنوان کاتد و یک صفحه به عنوان آند است. اصول تولید اشعه x   توسط این لامپ به این صورت است که ابتدا با اعمال ولتاژ به پیچه، حرارت آن افزایش یافته و در نتیجه الکترون گسیل می‎دهد. با اعمال یک اختلاف پتانسیل قوی در لامپ که معمولاً بین kV   50 تا MV   1 است، الکترونها شتاب می‎گیرند و در انتهای لامپ به صفحه برخورد می‎کنند .
 
این صفحه از جنس یک ماده دیرگداز مانند تنگستن ساخته می‎شود و هدف نامیده می‎شود. صفحه هدف درون لامپ به صورت مایل قرار گرفته است. برخورد الکترونها به این صفحه باعث جذب قسمت عمده ای از انرژی آنها می‎شود و قسمتی از انرژی هم به صورت پرتوهای x   از دهانه خروجی لامپ خارج می‎شود. در لامپهای پرتو X   پارامترهایی مانند جریان رشته، ولتاژ و جریان لامپ از متغیرهای مهم به شمار می‎روند. افزایش تمرکز الکترونها بر روی صفحه هدف در یک نقطه باعث افزایش کیفیت تصویر به دست آمده خواهد شد. اشعه تولید شده به این روش برای بازرسی فولاد تا ضخامت تقریبی 150 میلیمتر موثر است .
انرژی بسیار بالای الکترونها در نقطه برخورد با صفحه هدف باعث افزایش دمای آن می‎شود، از این‎رو از سیستمهای خنک کننده مانند سیستمهای آبگرد برای کاهش دمای صفحه هدف استفاده می‎شود. با توجه به استفاده از ولتاژهای بسیار بالا، به منظور افزایش ایمنی این لامپها درون محفظه‎هایی قرار داده شده‎اند .
 
 
پرتوهای تولید شده توسط لامپ طی دو فرآیند ایجاد شده و شامل گستره‎ای از طول موجهای مختلف هستند. شتاب منفی الکترونها در هنگام برخورد با صفحه هدف باعث تولید پرتوهایی موسوم به پرتو سفید می‎شود و این فرآیند را تابش ترمزی می‎نامند. همچنین برخورد الکترونها با اتمهای صفحه هدف موجب جابه جایی الکترونهای آن شده و الکترونها به مدارهای پر انرژی تر می‎روند که اصطلاحاً به آن برانگیزش گفته می‎شود. بازگشت الکترونها به مدار اولیه خود باعث آزاد شدن مقدار زیادی انرژی شده که منجر به تولید اشعه هایی باشدت بیشتر نسبت به پرتو سفید می‎شود .

 


 پرتو γ 
 برای تولید پرتو γ   نیاز به تجهیزات خاصی نیست و این پرتو در حین واپاشی هسته‎های پرتوزا گسیل می‎شوند. عناصری مانند تالیم، اورانیم، رادیم و سایر عناصر رادیواکتیو از منابع تولید پرتو γ   هستند ولی با توجه به اینکه انرژی زیادی ندارند و نیاز به خالص کردن دارند معمولاً از ایزوتوپهایی مانند سزیم-137، کبالت-60 ، ایریدیم-192 و تولیم-170 استفاده می‎شود. اگر از یک منبع کبالت 60 استفاده شود، بهترین نتایج برای مواد با ضخامت بین 50 تا 150 میلیمتر به دست می‎آید .

 

از مشخصات چشمه پرتو γ   می‎توان به طول نیمه عمر و قدرت چشمه اشاره نمود. شدت پرتو گسیل شده از چشمه γ   با واپاشی هسته‎های ناپایدارتر به طور پیوسته کاهش می‎یابد و نیمه عمر آن مدت زمانی است که شدت پرتو به نصف مقدار نخستین خود برسد .
 
 
برای رعایت اصول ایمنی و مسائل حفاظتی، چشمه پرتو γ   را در درون حفاظی قرار می‎دهند. این حفاظ به صورت یک غلاف نازک از جنس فولاد زنگ نزن یا آلومینیم است و مانند یک کپسول از ریختن یا نشت ماده جلوگیری می‎کند. کپسول نیز درون یک محفظه فولادی با روکش سربی قرار می‎گیرد تا از بروز حوادث ناشی از تشعشعات جلوگیری شود. این محفظه ها دو نوع هستند. در نوع اول چشمه درون محفظه ثابت است و پرتوهای ساتع شده از یک دریچه مخروطی خارج می‎شوند. در نوع دوم با استفاده از ابزار های مکانیکی یا نیوماتیکی و به صورت کنترل از راه دور محفظه باز شده و چشمه بیرون می‎آید .
کاهش طول موج پرتو های x   و γ   باعث افزایش نفوذپذیری به درون قطعه می‎شود و در نتیجه آن زمان مورد نیاز برای پرتو دهی کاهش یافته و بازرسی در زمان کمتری انجام می‎پذیرد .  
 
 
 فیلم پرتونگاری
فیلمهای پرتونگاری حاوی لایه‎ای از نمکهای نقره هستند. نمک نقره نسبت به پرتوهای x   و γ   واکنش فتوشیمیایی می‎دهد و بر اثر آن سیاه می‎شود. معمولاً از هالیدهای نقره مانند BrAg   به عنوان نمک نقره استفاده می‎شود، این ماده طی مراحل ظهور و ثبوت فیلم تجزیه شده، برم آن رسوب کرده و نقره باقی مانده بر روی فیلم ثابت می‎شود . 
 
 
کیفیت و وضوح تصویر به دست آمده به فاصله‎های بین چشمه، قطعه و فیلم، ویژگیهای پرتو و همچنین به حساسیت فیلم بستگی دارد. انتشار پرتوهای x   و γ  ، مانند نور در خط مستقیم است و تصویر تشکیل شده بر روی فیلم مانند سایه جسمی است که در مقابل نور قرار گرفته است و اندازه آن مانند سایه همواره بزرگتر از اندازه واقعی قطعه است. ابعاد چشمه‎های تابشی معمولاً بزرگتر از آن هستند که مانند چشمه نقطه‎ای عمل کنند. در نتیجه علاوه بر سایه، نیم سایه‎هایی نیز در اطراف تصویر قطعه تشکیل می‎شود . اندازه تصویر تحت تاثیر فاصله چشمه تا قطعه، فاصله قطعه تا فیلم و قطر چشمه از اندازه تصویر قطعه بزرگ‎تر خواهد بود و ابعاد دقیق عیوب با توجه به شرایط هندسی عوامل فوق محاسبه می‎شود . 
 
یکی از عوامل تاثیرگذار بر روی کیفیت تصویر، پراکندگی پرتوها می‎باشد. همواره مقداری از پرتوهای تابیده شده در حین انتشار دچار پراکندگی می‎شوند و مقدار آن را با ضریب پراکندگی که عبارت است از نسبت شدت پرتو پراکنده به شدت پرتو مستقیم نشان می‎دهند. هر چقدر ضریب پراکندگی بالا باشد، وضوح تصویر کاهش یافته و جزئیات آن مبهم می‎شود. پراکندگی پرتوها مستقیماً باعث کاهش حساسیت کلی بازرسی می‎شوند . 
 
 
برای حذف اثر پرتوهای پراکنده از ورقه‎های سربی که معمولاً دارای ضخامت 125/0 یا 25/0 میلیمتر هستند استفاده می‎شود. این ورقه‎ها در دو طرف فیلم قرار داده می‎شود. ضخامت کم ورقه‎های سربی باعث می‎شود که پرتوهای مستقیم از آن عبور کند ولی پرتوهای پراکنده شده جذب شوند، در نتیجه وضوح فیلم افزایش می‎یابد .
یکی از راههای بهبود کارایی روش پرتونگاری، استفاده از ‎ای تقویت کننده فلوئورسان است. این صفحه ها در مقابل پرتو x   حساس هستند و بر اثر آن فلوئورسان شده و نور مرئی ساتع ‎نند. این صفحه‎ها تصویر فیلم را تا حد 100 برابر تقویت می‎کنند ولی اثر پراکندگی را کاهش نمی‎دهند، در نتیجه کیفیت تصویر به خوبی هنگامی که از صفحه‎های سربی استفاده می شود نیست. این صفحه‎ها حساسیت کمتری در مقابل پرتوهای γ   دارند و تقویتی در حدود 20 تا 40 برابر ارائه می‎دهند و به همین دلیل کاربرد کمی در رابطه با پرتونگاری γ   دارند . 
 
 
ترکیب لایه فلوئورسان و ورق نازک سربی، تشکیل صفحه‎های فلوئور- فلز را می‎دهد که هر دو مزیت صفحه‎های سربی و فلوئورسان را دارند. این صفحه‎ها از طرف فلوئورسان با فیلم در تماس هستند و استفاده از این صفحه‎ها منجر به تصویری با کیفیت خوب خواهد شد .
پرتوهای x   و γ   به بافت و خون انسان آسیب می‎رسانند. آسیبهای ناشی از این پرتوها معمولاً بالافاصله آشکار نشده و در طول زمان بر روی هم انباشته می‎شوند. تمام کارکنان در معرض تابش که حتی مقدار جزئی از آن را دریافت می‎کنند، باید تحت آزمایشهای دوره‎ای پزشکی و گلبول شماری خون قرار گیرند. از واحدهای رونتگن، زیورت و راد برای معرفی مقدار اشعه های x   و γ   استفاده می‎شود. هر زیورت معادل 100 راد است و هر راد برای انرژیهای فوتونی کمتر از 32 الکترون ولت تقریباً هم ارز رونتگن است . 
 
 
برای رعایت اصول ایمنی مقدار دوز دریافت شده به وسیله کارکنان پرتونگاری ثبت می‎شود. برای این منظور معمولاً از دوز سنجهای یونش جیبی که به اندازه قلم بوده و در جیب مسئول پرتونگاری حمل می‎شود استفاده می‎گردد. این دوزسنجها دارای مقیاس و عقربه بوده و دوز دریافتی را بر حسب میلی رونتگن نشان می‎دهند. مقررات دقیقی در استفاده از پرتوهای x   و γ   وجود دارد و این مقررات حداکثر میزان دوز دریافتی مجاز برای کارکنان مخصوص پرتونگاری را در طول هفته، فصل و سال تعیین کرده است. به عنوان مثال دوز پذیرفته برای کارکنان 1/0 راد برای پنج دوز کار عادی در هفته و حداکثر میزان دوز برای یک سال 5 راد است .


از مزایا و محدودیتهای آزمون پرتونگاری می‎توان به موارد زیر اشاره نمود : 
 

 

  •   این روش می‎تواند وجود، اندازه و مکان عیب را مشخص کند .
  •  مدارک را می‎توان بایگانی نمود . 
  • عیوب با هر اندازه‎ای را نمایش می‎دهد . 
  •  به آماده سازی اولیه زیادی نیاز ندارد . 
  •  هزینه‎های این روش بسیار زیاد است .  
  •  برای موجودات ضرر دارد .  
  •  انجام آزمون نیاز به صرف زمان جهت پرتودهی، ظهور، ثبوت و تفسیر دارد . 
  • نیاز به تخصص بالا دارد .  
  • احتمال سوختن و خراب شدن فیلم وجود دارد .  
  •  قابلیت تشخیص عیب فقط در راستای x   و y   می‎باشد .

 

 معرفی پراش اشعهx

 

پراش اشعه x  یک روش غیر تخریبی با چند کاربرد است که اطلاعات جامعی درباره ترکیبات شیمیایی و ساختار کریستالین مواد طبیعی و صنعتی ارائه می‌دهد . 

 

 هر کریستالی طرح اشعه x  منحصر به فرد خود را داراست که ممکن است به عنوان اثر انگشتبرای تعیین هویت آن استفاده شود  . 

 

 

 

گسترده‌ترین استفاده XRD  در شناسایی ترکیبات کریستالین بر اساس طرح پراش آنهاست .

 

 

از دیگر کاربردهای XRD   می‌توان به موارد زیر اشاره کرد :

 

 

 

  1.  تعیین ساختار کریستالین 
  2. اندازه‌گیری دقیق پارامترهای شبکه 
  3.  شناسایی نمونه‌های ناشناخته  
  4. آنالیز کمی پودرهای چند ترکیبه  
  5.  شناسایی و آنالیز ساختاری کانی‌های رسی  
  6.  تعیین متوسط اندازه کریستالیت توسط پهن‌شدگی پیک  
  7.  جهت‌گیری ترجیحی کریستال (بافت)  
  8.  کریستالینیتی  
  9. کرنش و نقص شبکه
  10.  تنش باقیمانده 

 

XRD   کاربردهای وسیعی در زمین‌شناسی ، علم مواد ، علم محیط، شیمی، فیزیک، علوم جزائی و صنعت دارویی دارد . 

 

 

 

معرفی پرتو ثانویه اشعه x

 

 

 

 پرتو ثانویه اشعه X  حاصل از مواد می‌باشد که جهت اندازه گیری درصد عناصر متشکله یک ترکیب استفاده می‌شود  .

 

 

 

آماده‌سازی نمونه یکی از بخشهای بسیار مهم برای تعیین کیفیت داده‌های XRD   و XRF   به دست آمده از نمونه می‌باشد. این کار در آزمایشگاه آماده‌سازی نمونه به روشهای مختلف صورت می‌گیرد .

 

  

     

پرتو نگاری نورتون    

 

کاربرد ها   :

 

  1.   فلزات،غیرفلزات،کامپوزیتهاوفلزاتآلیاژی
  2.   در موادآتش‎زا، رزین‎ها، پلاستیکها، موادآلی، ساختارهای   لانه زنبوری، مواد رادیواکتیو، مواد با چگالی آلی و فلزات حاوی هیدروژن کارایی   دارد.

 

محدودیتها  : 

 

  1. دستیابی برای قرار دادن نمونه آزمایش در میان منبع و کشف کننده 
  2. اندازه قسمت ساکن دستگاه منبع نوترون (راکتور) برای منبع   نیروهای معقول خیلی بزرگ است  .
  3. موازی قرار می‎گیرد، صاف ‎ند یا در غیر این‎صورت تغییر دادن پرتو دشوار است   . 
  4. اتفاقات  تشعشعی 
  5. بیشتر شکافها می‎توانند جهت یابی موازی در پرتو افکندن   برای کشف داشته باشند  .
  6. کاهش‎ حساسیت با افزایش ضخامت

 

 پرتو   نگاری گاما   

 

 کاربردها:

 

  1. معمولا در مواد کلفت و یا متراکم استفاده می‎شود   .
  2. در همه اشکال و صورتها استفاده می‎شود: ریخته‎گری ، جوشکاری     ، سوار کردنهای الکترونیکی ، جو زمین ، وسایل دریایی و قطعات  اتومبیل 
  3.  هر جا که ضخامت زیاد است یا دسترسی به مولدهای تولید اشعه x محدود است استفاده می‎شود.   

 

محدودیتها:      

 

  1. اتفاقات تشعشعی
  2. یشتر شکافها ‎وانند جهت   یابی موازی در پرتو افکندن برای کشف داشته باشند   .
  3. کاهش   حساسیت با افزایش ضخامت  .
  4. نیاز به دستیابی به هر دو طرف در آزمایش قطعه   .
  5. حساسیت اشعه   x را ندارد.