Разработка установки для контроля качества наполнителя в металлических трубках Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Капранов Борис Иванович,

д-р техн. наук, профессор, заведующий сектором лаборатории № 40 кафедры «Физические методы и приборы контроля» ТПУ.

E-mail: [email protected] Область научных интересов: комптоновская томография. Коробов Кирилл Николаевич, аспирант кафедры «Физические методы и приборы контроля» ТПУ.

E-mail: [email protected]

Область научных интересов: рентгеновская и ультразвуковая дефектоскопия.

Голов Василий Витальевич, аспирант кафедры «Физические методы и приборы контроля» ТПУ.

E-mail: [email protected] Область научных интересов: рентгеновская дефектоскопия. Сидор Алексей Михайлович, аспирант кафедры «Физические методы и приборы контроля» ТПУ.

E-mail: [email protected]

Область научных интересов: рентгеновская дефектоскопия. Абрамов Иван Николаевич, инженер-технолог приборо-

строительного завода, г. Трёхгорный.

E-mail: [email protected] Область научных интересов: технология изготовления детонационных шнуров. Овчаров Игорь Владимирович, начальник отдела 815, Российский Федеральный

Ядерный центр Всероссийский научно-

исследовательский институт технической физики.

E-mail: [email protected] Область научных интересов: технология материалов и изделий.

УДК 620.179

РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА НАПОЛНИТЕЛЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБКАХ

Б.И. Капранов, К.Н. Коробов, В.В. Голов, А.М. Сидор, И.Н. Абрамов*, И.В. Овчаров**

Томский политехнический университет приборостроительный завод, г. Трёхгорный **Российский Федеральный ядерный центр Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики E-mail: [email protected]

Описаны принцип действия и конструкция установки для контроля качества наполнителя в металлических трубках методом цифровой радиографии, выполненной на основе рентгеновского излучателя, детекторной матрицы, механизма перемещения и электронных блоков управления. Установка позволяет выявлять отклонения плотности наполнителя на ±30 %, «тяжёлые» (алюминий, медь) включения; измерять геометрические размеры шнура (внутренний диаметр и толщину стенки).

Ключевые слова:

Контроль качества, рентгеновское излучение.

Введение

Оперативный непрерывный контроль внутреннего заполнения металлических трубок (МТ) возможен только с помощью просвечивания рентгеновским или гамма излучением с регистрацией прошедшего через МТ потока квантов. Возможность обнаружения включений с меньшей и большей плотностью в материал наполнителя связана, соответственно, с уменьшением или увеличением линейного коэффициента ослабления комбинацией стенка- наполнитель-стенка. Реализация режима автоматизации контроля требует цифровой регистрации радиационного изображения. Поэтому в данной работе для детектирования применена цифровая сцинтилляционная детекторная матрица [1].

Принцип работы комплекса «Мангуст» основан на просвечивании детонирующего шнура рентгеновским излучением, регистрации теневого изображения цифровой детекторной матрицей и визуализации получаемого цифрового изображения на экране монитора с геометрическим увеличением [2]. Комплекс содержит блок измерительный (БИ), блок управления (БУ), персональный компьютер (ПК). Устройство БИ представлено на рис. 1.

1£6 -30 Сим)

Р*мТ Г «мОАСМИЯ пуиок

Ногюа&лен

движения

Выходной

ЫТуц*0^

Зашито ТОіЛИИ „

Ссвимеи)

Механизм

поотяжки

Ведэиия

,1ЭОЛИК (оезиио)

Входной

ытуи?Р

Рентгеновская только

Шнур

Иопооаление

движения

Основная

плато

Рис. 1. Устройство блока измерительного

Основой блока является рентгеновская трубка с рабочим напряжением до 50 кВ и током до 1000мкА. Трубка имеет фокусное пятно не более 100 мкм. Контролируемый шнур двигается через пучок рентгеновского излучения с помощью механизма протяжки. Прошедшее рентгеновское излучение регистрируется детекторной панелью. Механизм протяжки, приводится в движении реверсивным двигателем, соединенным с редуктором, на выходном валу которого находится ведущий обрезиненный ролик. Для обеспечения необходимого усилия движения шнура он прижимается к ведущему ролику прижимным металлическим роликом. Усиление прижатия регулируется пружиной. МТ вводится через входной штуцер и через заправляющую втулку подаётся в измерительный канал, образуемый заправляющей втулкой и витым металлическим шлангом в оболочке с внутренним диаметром 1,6 мм. МТ проходит через зону контроля и выводится через выходной штуцер.

Все элементы блока измерительного размещены на основной плате и закрыты кожухом. Рентгеновская трубка закрыта свинцовой защитой трубки кроме отверстия в зоне контроля. Кожух изнутри также закрыт свинцовой защитой, обеспечивающей допустимую дозу на поверхности блока.

Внешний вид блока измерительного представлен на рис. 2.

1. А.’

:\д

Просвечивание МТ осуществляется коническим пуском рентгеновского излучения, генерируемого трубкой. Полученное рентгеновское изображение регистрировалось детекторной матрицей 100^50 мм, содержащей 1024*512 элементов сцинтиллятор-фотодиод. Результаты контроля регистрируются на экране монитора и сохраняются в виде «jpg» файлов. Взаимное расположение контролируемой МТ и анода рентгеновской трубки представлено на рис. 1. Изменяя расстояние между анодом трубки и МТ и между МТ и детекторной матрицей, можно изменять масштаб получаемого изображения от 1 до 100. Перемещение МТ относительно анода трубки осуществляется механизмом перемещения. Вся система размещена в металлическом корпусе с радиационной защитой из свинца.

Анализ результатов контроля инертных образцов МТ показывает, что разработанный метод позволяет обнаруживать основные типы нарушений сплошности сердцевины и наличия в ней отклонений плотности и инородных включений.

Описание результатов контроля

Из рис. 3 видно, что диаметр сердечника вместо 0,7...0,8 мм составляет не более 0,43 мм, такой диаметр сохраняется по всей длине образца. Подтверждается это рис. 4, где на торце образца сделаны сверления сначала диаметром ё = 1 мм, затем ё = 0,5 мм. Видно, что диаметр канала меньше 0,5 мм.

Рис. 3. Снимок участка 1 образца № 1

<1=1.0 mm

\с£. Скін ^ 20-виа | ® Томо | £§) Тень | 22 30-вид |

<1=0.5 mm

Ч:

'■'V4;

АнимацияІ

кадры

ss

.задержка

0.05c -3~|

T ип скана [вертикалі

V* 4588 34 D= 365.312

Усред 1 ~ Сглаж. 0~т~ Г ДФП Фиксир.

Экспорт

Б Буфер

120 240 360 480 600 пиксель

<1=0.43- mm

Рис. 4. Снимок образца № 1 со сверлением, полученный в процессе протяжки при изготовлении

Расширение канала в образце № 2 начинается в начале образца после стрелки 1 на рис. 5. Там же начинает появляться наполнитель (увеличение плотности справа от стрелки 1 на гистограмме). На участке 2 образца № 2 (рис. 6) диаметр канала уже составляет 0,88 мм. Наполнитель присутствует. Наблюдается два включения с уменьшенной плотностью (стрелки 1 и 2 на снимке и на гистограмме). Отклонение по сигналу составляют 2,1 % ,что соответствует уменьшению средней плотности наполнителя на 6 %, то есть это полиэтиленовая пленка толщиной

0,1 мм.

3500

3000

2750

кадры

:0.0

. 0.0

п Задержка

0.05с :

Т нп скана

V/ горизонт т

V* 3114.5 0= 492.607

■ ■ 1 1 ■ ■ , Усред 1 -Сглаж. 0 ! ДФП Фиксир. Экспорт в Буфер

300 600 900 1200 пиксель

Рис. 5. Снимок участка (а) и гистограмма (б) образца №2. Начало расширения сердцевины (зона, отмеченная стрелкой 1).

0.33 тт |

з:;з-

зооо-

2750-;

¿N = 75 сКТ = 2.1%

2530

450 то 75С 900

ГГТ'ТТІ'ТТГГ'Г

1КО

а о

ао5с ; Тип скла ¡горизон т

V- ЗБЭЭ 9« Ці Р4 №60

Усред 1 ІІ С'глзж І) : Г ДФП Фиксіф Экспорт

В Еуфер

Рис. 6. Снимок участка 2 (а) и гистограмма (б) образца № 2. Включения с меньшей плотностью (стрелки 1 и 2). Диаметр сердцевины увеличился до 0,88 мм

Выборки двух участков в образце № 3 представлены на рис. 7-9. На рис. 7 включение с меньшей плотностью представлено на изображениях с разным уровнем контраста. По геометрическим размерам включение с наибольшей вероятностью соответствует нейлоновой нити (а) либо полиэтиленовой пленке (б). На рис. 8 более протяженный (порядка 1,4 мм) объект меньшей плотности. Вероятнее всего это остаточный, не полностью закатанный, элемент разрыва. Подобный элемент имеется и на рис. 7.

Рис. 7. Снимок участка 1 образца № 3 при разной контрастности и гистограмма. Включение в материал наполнителя элемента меньшей плотностью

Рис. 8. Снимок участка 2 образца № 3. Включение в материал наполнителя элемента меньшей плотности

Рис. 9. Снимок участка образца 3 образца № 3. Включения в материал наполнителя элемента меньшей и большей плотности

В образце № 4 обнаружены элементы из проволоки диаметром 0,3*0,3*0,3 мм так и фрагменты алюминия 0,3*0,3*0,3 мм рис. 10 и 11.

Рис. 10. Снимок участка 1 образца № 4. Включение в материал наполнителя элемента большей плотности

Рис. 11. Снимок участка 2 образца № 4. Включение в материал наполнителя элементов большей плотности

Фрагменты из алюминия наблюдаются также в образце № 5 (рис. 12).

Рис. 12. Снимок участка 1 образца № 5. Включения в материал наполнителя элементов большей плотности

Заключение

Результаты испытаний макета установки позволяют сделать следующие выводы:

1. Разрывов наполнителя по всему сечению в инертных образцах в явном виде не обнаружено. Наиболее вероятная причина - закаты разрывов в исходной заготовке d = 5 мм в процессе протяжки методом фильерирования.

2. Надежно обнаруживаются включения меньшей плотности, приводящие к уменьшению средней по сечению образца плотности на ±30 %. Тяжелые элементы (алюминий, медь) обнаруживаются с высокой степенью достоверности.

3. Метод, кроме обнаружения несплошностей, позволяет также измерять геометрические размеры МТ, внутренний диаметр и толщину стенки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Неразрушающий контроль. Т. 1 / под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 2008. - 560 с.

2. Румянцев С.В. Радиационная дефектоскопия. - М.: Атомиздат, 1968. - 560 с.

Поступила 13.04.2012 г.