Techniky a technológie Bohuš LEITNER*
Nedeštruktívne skúšanie materiálov – kontrola prežiarením E
xistuje množstvo metód nedeštruktívneho skúšania [1], ale iba niektoré z nich možno využiť na skúšanie vzoriek alebo hotových výrobkov v celom ich objeme - z hľadiska výskytu tzv. objemových (vnútorných) chýb. Jednou z metód vhodných na ich lokalizáciu a kvantifikáciu je kontrola prežiarením. Cieľom článku je uvedenie základných poznatkov z oblasti nedeštruktívneho skúšania – prežarovania materiálu röntgenovým žiarením, žiarením gama, príp. tokom neutrónov. Prioritné budú otázky objasnenia účelu prežarovania, charakteristiky základných zdrojov ionizujúceho žiarenia a spôsobov prežarovania, objasnenia princípov správnej detekcie chýb a vyhodnotenia rádiogramov, technického a materiálového vybavenia pri skúšaní a základné podmienky na kontrolu zvarových spojov prežiarením v podmienkach technologickej praxe SPP, a. s.
Účel a charakteristika skúšky prežiarením Kontrola prežiarením (RT) je jednou z najvýznamnejších metód nedeštruktívneho skúšania materiálov a výrobkov a jej cieľom je odhalenie vnútorných (objemových) chýb takmer pri všetkých druhoch materiálov. Ide najmä o chyby typu bublín, vnútorných trhlín, pórov, inklúzií, neprievarov, rozličných geometrických odchýlok a pod. Fyzikálny princíp prežarovania tkvie v interakcii ionizujúceho žiarenia s hmotou výrobku a v následnom zviditeľnení ionizujúceho žiarenia za kontrolovaným výrobkom prostredníctvom vhodného detektora. Pretože výsledkom interakcie žiarenia s hmotou je zmena jeho primárnej intenzity, možno týmto spôsobom zviditeľniť tie miesta výrobku, na ktorých sa vyskytujú nehomogenity (napr. bubliny vo zvarovom kove). Na takýchto miestach je vyššia intenzita žiarenia ako v okolitom materiáli, a preto sú na detektore znázornené ako tmavšie (viac exponované) miesta. V prípade kovových inklúzií (W, Cu) dochádza k zníženiu intenzity žiarenia, a tým je na detektore miesto bledšie ako jeho okolie [2]. Po presvietení filmu, príp. aktivácii iného použitého detektora môžu byť indikácie vyhodnotené. Z techník kontroly prežiarením v súčasnosti dominuje tzv. rádiografia, ktorá pomocou röntgenového žiarenia alebo žiarenia gama umožňuje zobraze-
24
nie detekovaných vnútorných chýb a nehomogenít na röntgenový film, kde sa vplyvom zníženia absorbcie žiarenia chybou prejavujú ako tmavšie útvary. Výsledkom je tzv. rádiogram, na ktorom sú výraznejšie a rozpoznateľne zobrazené zmeny hrúbky, vnútorné aj povrchové defekty, zmeny štruktúry, detaily uzlov konštrukcie a pod. [2]. Rozsah hrúbok, ktoré možno takto skúšať je obmedzený (cca do 300 mm) a využíva sa najmä pri kontrole zvarových spojov, odliatkov a výkovkov. Ako zdroje žiarenia sa najčastejšie používajú röntgenové prístroje alebo niektoré typy izotopov (Ir 192, Co 60).
Zdroje ionizujúceho žiarenia Röntgenové žiarenie Röntgenové žiarenie (rtg. žiarenie, žiarenie X, lúče X) je ionizujúce elektromagnetické žiarenie, prúd fotónov, s energiou rádovo desiatok až stoviek keV. Vzniká pri náhlom zabrzdení elektrónov s vysokou energiou nárazom na kovový terčík vo vákuovanej trubici. Typické rozmedzie vlnových dĺžok je cca 10-12 až 10-8 m. Prirodzenými zdrojmi sú hlavne hviezdy. Umelo možno röntgenové žiarenie získať v röntgenovej trubici, dopadom urýchlených elektrónov na anódu röntgenky – tzv. primárne röntgenové žiarenie. Ožarovaním látok primárnym žiarením X je budené tzv. sekundárne (fluorescenčné) röntgenové žiarenie. Okrem defektoskopie sa využíva tiež v röntgenovej štruktúrnej a spektrálnej analýze, medicíne a radiačnej chémii.
Vlastnosti röntgenového žiarenia
Obr. 1 Sklenená lampa je najstaršia a v súčasnosti už takmer nepoužívaná. Býva umiestená v izolačnom oleji alebo plyne. Využíva sa najmä v lekárskych röntgenoch a špeciálnych röntgenoch (napr. rtg. difrakcia).
Obr. 2 Metalokeramická lampa sa dnes využíva takmer vo všetkých priemyselných röntgenoch pre rádiografiu i rádioskopiu. Výhodou je výrazne menšia konštrukcia, možnosť priameho kontaktu metalickej časti s puzdrom lampy, výrazne dlhšia životnosť. Kvalitnejšie materiály umožňujú väčšie prúdy pri používaných ohniskách. Lepší prenos tepla umožňuje minimalizovať potrebné prestávky na ochladenie.
Obr. 3 Otvorená lampa je vyrobená z ocele, rozoberateľná, umožňuje výmeny niektorých súčastí (anódy, katódy, žeraviaceho vlákna) priamo obsluhou. Používa sa najmä v priemyselných mikroröntgenoch (hlavným cieľom je dosiahnutie minimálnej ohniskovej vzdialenosti).
Röntgenové žiarenie je ionizujúcim žiarením, t. j. jeho pôsobením sa v hmote uvoľňujú elektróny; je neviditeľné a šíri sa priamočiaro; lúče žiarenia sa nedajú vychyľovať pomocou šošoviek alebo hranolov, ich dráhu však možno odkloniť kryštalickou mriežkou (tzv. difrakcia); prechádza hmotou a pri prechode je ňou čiastočne absorbované; spôsobuje druhotné žiarenie látok v optickom odbore (tzv. luminiscencia); spôsobuje sčernanie fotografickej emulzie; ovplyvňuje živú aj neživú hmotu.
Zdroje röntgenového žiarenia Ako zdroj röntgenového žiarenia sa najčastejšie používajú tzv. röntgeny. Základom röntgenu je samotná röntgenová lampa (röntgenka, Coolidgova trubica). V súčasnosti sa
Obr. 4 Schéma vzniku röntgenového žiarenia
Slovgas • 6/2005
Techniky a technológie
Obr. 6 Základný princíp rádiografie
Obr. 5 Schéma röntgenky [4]
rozlišujú a využívajú 3 druhy röntgenových lámp [6] - pozri obr. 1, 2 a 3. Moderné röntgenky sú zvyčajne vákuované metalokeramické (pri starších typoch ešte sklenené) trubice so zostavou anódy a katódy. Zdrojom elektrónov je žeravená volfrámová katóda. Urýchľovanie elektrónov je zabezpečené pripojením vysokého napätia (rádovo 10 až 100 kV) medzi katódu a anódu (obr. 4). Vysoká teplota katódy umožňuje termoemisiu elektrónov, ktoré sú privádzaným napätím vysoko urýchľované a dopadajú na anódu. Tam prudko strácajú svoju kinetickú energiu, z ktorej 0,1 % sa mení na energiu emitovaných fotónov röntgenového žiarenia a 99,9 % na teplo [6]. Anóda musí byť intenzívne chladená vodou alebo rotáciou, pri ktorej sa neustále mení miesto dopadu elektrónového zväzku (charakteristický zvuk sprevádzajúci röntgenové skúšky je spôsobený práve rotujúcou anódou). Na anóde je umiestnený terčík (zvyčajne z volfrámu alebo platiny). Zabrzdením urýchlených elektrónov na povrchu terčíka anódy vzniká röntgenové žiarenie rôznych vlnových dĺžok ako superpozície brzdného žiarenia a charakteristického žiarenia X (závislého hlavne od materiálu terčíka). Preto má žiarenie vznikajúce v röntgenke spojité spektrum energií podobne ako spektrum viditeľné. Intenzita röntgenového žiarenia závisí od počtu elektrónov dopadajúcich na anódu a možno ju meniť nastavením veľkosti elektrického prúdu pretekajúceho röntgenkou. Najkratšia vlnová dĺžka rtg. žiarenia je zhruba 0,01 nm, ale rozloženie intenzity ďalších vlnových dĺžok závisí od princípu a zostavy konkrétneho röntgenového zariadenia [4].
Principiálne sú všetky röntgenky lineárne urýchľovače elektrónov (obr. 5). V rádiografii sa pod pojmom lineárny urýchľovač rozumie zariadenie, ktoré umožní väčšie zrýchlenie elektrónov, zodpovedajúce napätiu 2 až 12 MV. Ešte vyššie urýchlenie elektrónov a tým vyššiu produkciu žiarenia X s vysokou energiou umožňujú tzv. betatróny, v ktorých je dráha elektrónov zakrivená prostredníctvom magnetického poľa tak, aby tvorila kružnicu. Po dostatočnom urýchlení sú opäť elektróny vychýlené na terčík röntgenky.
Žiarenie gama Žiarenie gama je elektromagnetické žiarenie s rovnakou fyzikálnou podstatou ako žiarenie X. Má podobné vlastnosti, ale nie je generované v elektrických prístrojoch. Gama lúče vznikajú pri dopade jadier atómov v rádioaktívnych látkach. Energiu gama žiarenia, emitovaného niektorou rádioaktívnou látkou, nemožno riadiť, pretože jeho energia je závislá najmä od pôvodu rádioaktívneho zdroja. Takisto nie je možné meniť jeho intenzitu, pretože nemožno meniť rýchlosť rozpadu rádioaktívnej látky. Podobne ako žiarenie X sa prechodom cez materiál čiastočne absorbuje, a preto je vhodné na vytvorenie rádiografického obrazu. Žiarenie gama sa zvyčajne skladá z niekoľkých izolovaných vlnových dĺžok, t. j. ide o čiarové spektrum určitého rádioizotopu. Môže byť s jednou vlnovou dĺžkou (napr. Cesium 137), s niekoľkými čiarami (napr. Irídium 192) alebo sa prekrýva so spojitým spektrom (napr. Thulium 170). V tab. 1 je porovnanie zdrojov gama žiarenia so zdrojmi žiarenia X z hľadiska rádiografie.
Tab. 1 Porovnanie zdrojov gama žiarenia so zdrojmi žiarenia X z hľadiska rádiografie Výhody žiarenia gama • nepotrebujú zdroj elektrického prúdu ani žiadne chladenie; • sú mobilné, ľahké, kompaktné a relatívne jednoducho použiteľné; • umožňujú expozíciu s veľmi krátkou vzdialenosťou zdroj – film a s použitím malého priemeru žiariča; • vysoko prenikavý účinok - vyhovujúce rádiogramy aj pre hrubé kovové materiály.
6/2005 • Slovgas
Nevýhody žiarenia gama • najpoužívanejšie rádioizotopy (Co–60, Ir–192) väčšinou poskytujú menej kontrastné rádiogramy ako u rtg. žiarenia a sú horšie interpretovateľné; • žiarenie emitované rádioaktívnym zdrojom nie je možné vypnúť, a preto musí byť zdroj účinným spôsobom tienený; • pri žiarení z rádioaktívneho zdroja nemožno regulovať intenzitu žiarenia.
Zdroje žiarenia gama Zdrojom žiarenia gama sú rozpady rádioaktívnych jadier. Energiu röntgenového žiarenia a jeho intenzitu možno v röntgenovom prístroji v určitom rozsahu regulovať, pri zdrojoch žiarenia gama však takáto možnosť neexistuje. Väčšina technických zdrojov žiarenia gama je vyrobená umelo (z prírodných je najznámejšie rádium) a najčastejšie používané rádioizotopy sú Co-60 a Ir-192 [4]. Z hľadiska bezpečnosti ich aplikácie sú konštruované rôzne ochranné kryty na odtienenie žiaričov v čase, keď sa neprežaruje.
Prúd neutrónov Na získanie neutrónov, ako voľných častíc z atómového jadra, sú potrebné vysoké energie na ich uvoľnenie. Pre svoju veľkú hmotnosť majú aj veľkú kinetickú energiu, ktorá ich výrazne odlišuje od žiarenia X a žiarenia gama. Na účely rádiografie alebo diagnostiky sa prakticky aplikujú dva základné zdroje neutrónov: nukleárny reaktor a izotopové zdroje neutrónov. Vhodných zdrojov neutrónov v praxi je oveľa menej ako zdrojov žiarenia X alebo gama [4].
Spôsoby prežarovania Podľa druhu použitého detektora žiarenia sa prežarovacie metódy rozdeľujú na [2]: • rádiografiu – umožňuje získať trvalý záznam obrazu vnútorných chýb skúšaného výrobku na film; výstupom je tzv. rádiogram; • rádioskopiu – umožňuje pozorovať chyby vizuálne už v priebehu skúšky, zvyčajne na fluorescenčnom štíte; nezachováva však z nej priamo trvalý záznam; • rádiometriu – zmena intenzity žiarenia je registrovaná tzv. detektorom žiarenia (napr. ionizačná komôrka) a signál z detektora je spracovávaný elektronicky.
Rádiografia Z uvedených spôsobov realizácie prežarovania sa v oblasti plynárenstva pri kontrole zvarových spojov a materiálov potrubí
25
Techniky a technológie najčastejšie používa metóda rádiografická. Je najrozšírenejšia z metód kontroly prežiarením a jej výhodou je predovšetkým možnosť získania trvalého záznamu o kontrole - vyhotovenie rádiogramu. Základný fyzikálny princíp rádiografie je zrejmý z obr. 6. Z hľadiska detekcie vnútorných chýb vo výrobku je citlivejšia ako iné prežarovacie metódy. Jej nevýhodou je nemožnosť kontroly výrobkov v pohybe a skutočnosť, že výsledok je možné hodnotiť až po spracovaní filmu v tmavej komore alebo na vhodnom vyvolávacom zariadení.
Fyzikálny princíp rádiografie Intenzita zväzku žiarenia X alebo gama je prechodom skúšanou vzorkou oslabovaná. Výsledkom je modulovaný zväzok prejdeného žiarenia s rôznou intenzitou v mieste chyby a jej okolí, ktorý pôsobí na citlivú vrstvu filmu. Zoslabenie sa uskutočňuje absorbciou a rozptylom. Na povrchu filmu sa nachádzajú miesta s rôznou intenzitou žiarenia, ktoré vytvárajú tzv. radiačný obraz, zobrazený v pomere 1:1 s reálnym objektom (obr. 7). Po vyvolaní filmu sa miesta, na ktoré pôsobila vysoká intenzita žiarenia prejavia vyšším sčernaním filmu. Kvalita rádiogramu môže byť výrazne ovplyvnená rozptýleným žiarením, veľkosťou ohniska, ohniskovou vzdialenosťou a zrnitosťou filmu [6].
Rádiogramy Výsledkom rádiografickej kontroly je rádiogram, na ktorom prostredníctvom rôznej intenzity sčernenia je zviditeľnený rozdiel intenzít ionizujúceho žiarenia po prechode výrobkom spôsobený nehomogenitou materiálu t. j. prítomnosťou chyby alebo odlišnou absorpciou rôznych materiálov, z ktorých je výrobok zhotovený. V súčasnosti sa pohybuje hodnota prežiariteľných hrúbok ocelí prostredníctvom ionizujúceho žiarenia do cca 300 mm. Získaním rádiogramu nie je činnosť ukončená, pretože pracovník s príslušnou kvalifikáciou musí pristúpiť ku konečnej fáze kontrolného procesu - vyhodnoteniu rádiogramu. Prehliadka filmu má overiť, či podmienky pri zhotovení rádiogramu boli optimálne a či rádiogram reprezentuje skúšaný výrobok (obr. 8). Prehliadka sa zameriava na zistenie chýb filmu spôsobených negatívnym procesom alebo nesprávnymi podmienkami prežarovania.
časnosti vyrábajú v rôznych veľkostiach, vyhotoveniach a tvaroch a ich použitie sa volí podľa konkrétnych požiadaviek na daný výrobok a spôsob skúšania. Röntgenové filmy – zachytenie obrazu a vyhodnocovanie výsledkov (často už nahradzované inými detektormi: zosilňovače obrazu, polovodičové detektory, fosforové fólie a pod.). Negatoskopy – prehliadačky rádiogramov (veľmi vysoká svetelnosť, halogénové žiarovky). Denzitometre – meranie sčernania vyvolaných rádiogramov. Dozimetre – registrácia zvýšeného dávkového príkonu a úrovne ionizujúceho žiarenia. Mierky kvality – posudzovanie akosti rádiogramov (drôtikové, otvorové a iné) zodpovedajúce požiadavkám príslušných noriem. K dispozícii sú mierky pre všetky bežné materiály a pre kompletný rozsah prežarovaných hrúbok materiálu.
Rádioskopia Je spôsob prežarovania, pri ktorom je možné vizuálne pozorovať obrazy chýb už v priebehu samotnej skúšky pomocou špeciálneho zariadenia tzv. fluorescenčného štítu. Prostredníctvom zariadení transformujúcich rtg. žiarenie do oblasti viditeľného svetla sa miesta s najmenšou absorbciou prejavujú na výstupe ako najsvetlejšie miesta (obr. 12). Z hľadiska kvality výstupu (obrazu) je však nutné malé ohnisko zdroja. Medzi hlavné výhody patrí skutočnosť, že: • obraz výrobku je viditeľný ihneď po tom, čo príkon žiarenia dopadajúceho na konvertor po prechode výrobkom dosiahne úroveň potrebnú na rozžiarenie konvertora; • možnosť operatívne meniť podmienky prežarovania (kontrast a jas obrazu, pohyb výrobku počas skúšky, ako napr. otáčanie, vlastnú činnosť mechanizmu a pod.). Najnovší trend v rádioskopii smeruje k využitiu možností televíznej techniky t. j. na konštrukciu uzavretých televíznych zobrazovacích reťazcov. Tie sú vhodným spôsobom spojené s konvertorom žiarenia, ktorého úlohou je transformácia ionizujúceho žiarenia
na žiarenie viditeľné. Okrem úloh klasickej defektoskopie sa rádioskopia často využíva pri detekcii chýb zistiteľných iba počas pohybu výrobku (napr. diagnostika pohybujúcich sa mechanizmov). Možná schéma spomenutého röntgenovo–televízneho reťazca je na obr. 13.
Rádiometria Predstavuje skupinu prežarovacích techník, ktoré využívajú na detekciu ionizujúceho žiarenia tzv. rádiometrické detektory. Homogénny usmernený zväzok ionizujúceho žiarenia prechádza skúšaným objektom, kde dochádza k interakcii žiarenia s hmotou objektu v závislosti od zloženia a rozmerov objektu, energie a typu ionizujúceho žiarenia, zloženia a rozmeru chyby. Po interakcii žiarenia s hmotou objektu sa takto modulovaný zväzok stáva nositeľom informácie o sledovanom objekte, pričom mierou zmeny kvality (napr. zmena zloženia, prítomnosť‘ priestorových chýb, zmena rozmerov a pod.) je zmena hustoty toku častíc v zväzku lúčov po prechode objektom [4]. Aby bolo možné vyhodnotiť informácie, zakódované v zmene intenzity primárneho žiarenia, je potrebné vhodným spôsobom detekovat‘ intenzitu ionizujúceho žiarenia vystupujúceho zo skúšaného výrobku. Detekcia je možná pomocou rôznych detektorov žiarenia, pracujúcich na rôznych fyzikálnych princípoch (napr. ionizačných komôr, Geiger-Műllerových plynových komôr, polovodičových detektorov fotografických emulzií a pod.) [4].
Detekcia chýb a hodnotenie rádiogramov Schopnosť rádiogramu ukázať detail v obraze (napr. defekt v zvarovom spoji) sa nazýva rádiografická citlivosť. Ak môže byť zobrazený malý defekt, hovoríme, že rádiografický obraz má vysokú (dobrú) citlivosť. Zvyčajne sa táto citlivosť meria pomocou rôznych „umelých defektov“, resp. indikátorov kvality obrazu (IQI) tzv. mierok [2,4].
Zistiteľnosť chýb Pri posudzovaní zistiteľnosti chýb majú najväčší význam tieto faktory:
Základné príslušenstvo pri rádiografii Röntgeny: Slúžia ako zdroj žiarenia. Skladajú sa z röntgenovej jednotky (keramickej röntgenovej lampy, vysokonapäťového zdroja pracujúceho v oblasti desiatok kV, usmerňovača a chladiaceho systému) a ovládacieho kufra (riadiaca elektronika) – pozri obr. 9. Na nedeštruktívnu kontrolu materiálov a zvarových spojov sa najčastejšie využívajú prenosné (transportné) a stabilné röntgeny (napätie od 60 do 450 kV, napájanie 230 V - obr. 10 a 11). Röntgeny sa v sú-
26
Obr. 8 Príklady rádiogramov vybraných typov zvarových spojov
Slovgas • 6/2005
Techniky a technológie Röntgenova lampa
Chladenie
Usmerňovač
Obr. 9 Rez priemyselným röntgenom [6]
• faktory geometrické (napr. rozmery zdroja, vzdialenosť zdroj - objekt, vzdialenosť film – objekt a pod.), • kvalita žiarenia (napr. optimálna energia žiarenia), • vlastnosti filmu (napr. filmová neostrosť, zrnitosť, kontrast, citlivosť filmu a pod.). Detailnejšie informácie napr. v [2 ].
Kvalita obrazu rádiogramov – citlivosť Pojem citlivosť v tomto prípade vyjadruje schopnosť rádiogramu jasne zobraziť detail určitej dohodnutej veľkosti. Zistiteľnosť chyb na rádiograme závisí najmä od akosti filmu, energie žiarenia a podmienok spracovania a prehliadania filmu - akosti obrazu [2]. Akosť filmu je determinovaná predovšetkým kontrastom a sčernaním filmu, rozlišovacou schopnosťou filmu a jeho zrnitosťou. • Kontrast (gradient) filmu: zo závislosti kriviek gradient – sčernanie vyplýva, že gradient filmu narastá so zvyšujúcim sa sčernaním. • Rozlišovacia schopnosť filmu: charakterizuje ich schopnosť zachytiť detaily v určitom požadovanom rozlíšení pri zadaných podmienkach. • Zrnitosť filmu (fotografický šum): obraz na rádiografickom filme je vytváraný zrniečkami striebra a v závislosti od rozmerov a rozdelení týchto čiastočiek má zrnitý vzhľad. Zrnitosť je ovplyvňovaná: hrúbkou vrstvy emulzie, koncentráciou zŕn striebra v emulzii, rozdelením veľkosti zŕn striebra a použitou energiou žiarenia.
Obr. 7 Princíp prežiarenia na film (miesta s najmenšou absorbciou sú najtmavšie, 1:1)
6/2005 • Slovgas
Obr. 12 Princíp rádioskopie (najmenšia absorbcia – najsvetlejšie miesta)
Jediný z faktorov, ktorým môže obsluha ovplyvniť zrnitosť filmu, je voľba použitej energie žiarenia. Akosť obrazu je určovaná hlavne kontrastom obrazu, ostrosťou obrazu a zrnitosťou filmu. Sú to základné parametre kvality rádiografického obrazu na filme a s nimi vo veľkej miere súvisí získanie uspokojivého rádiogramu. • Kontrast obrazu je určovaný najmä rozdielmi hrúbky vo vzorke, tvarom a polohou chyby, rozdielnou priestupnosťou žiarenia vzorkou, energiou žiarenia, veľkosťou rozptýleného žiarenia a podmienkami filtrácie žiarenia. • Ostrosť obrazu je podmienená najmä efektívnym rozmerom ohniska alebo zdroja žiarenia, vzdialenosťou zdroj - predmet, vzdialenosťou predmet – film, kontaktom filmu a fólií, typom použitých zosilňovacích fólií a energiou použitého žiarenia.
Vyhodnocovanie rádiogramov Podmienky pri vyhodnocovaní rádiogramov závisia od [2]: • schopnosti rozptyľovať a v negatoskope rovnomerne rozdeľovať svetlo; • úrovne osvetlenia matnice; • maskovaní okrajov rádiogramu a zrakových schopnostiach hodnotiaceho pracovníka. Aby bolo možné posúdiť kvalitu obrazu na rádiograme, je potrebné mať k dispozícii jej číselne vyjadrené hodnoty. Na to sa používajú tzv. mierky ako indikátory kvality obrazu (IQI). Indikátor kvality obrazu pozostáva zvyčajne z radu tenkých drôtikov rôz-
Obr. 10 Transportný röntgen [6]
neho priemeru, alebo radu doštičiek s rôznou hrúbkou a s vyvŕtanými otvormi rôzneho priemeru. Mierka sa dáva do kontaktu s prežarovaným predmetom na strane otočenej k zdroju žiarenia. Citlivosť rádiogramu je potom uvádzaná číslom najtenšieho, ešte viditeľného drôtika, na základe ktorého možno určiť tzv. číslo akosti obrazu (vyjadrené v %). Posúdiť citlivosť podľa zvolenej mierky a interpretovať obraz na rádiograme je možné len po priložení vyvolaného rádiografického filmu na osvetlené tienidlo s jasom primeraným sčernaniu a s maskovanými okrajmi, aby sa vhodným spôsobom zabránilo oslneniu z okrajov tienidla alebo filmu s nízkym sčernaním. Odporúčané podmienky na vyhodnocovanie rádiogramov [2, 4, 5]: osvetlenie rádiogramu by malo byť väčšie ako 30 cd/m2 (odporúčané je 100 cd/m2); požadovaná hodnota osvetlenia matnice je 3 000 cd/m2 pre film so sčernením - 2,0; farba svetla by mala byť prevažne biela a použité svetlo musí byť difúzne (rozptýlené). Rádiogram by mal byť vyhodnocovaný v zatemnenej miestnosti alebo v boxe.
Kontrola zvarových spojov prežiarením V priemyselnej praxi boli postupne vyšpecifikované dve hlavné oblasti použitia rádiografie, a to oblasť skúšania zvarových spojov a skúšania odliatkov. V oblasti plynárenského priemyslu sú to najmä činnosti súvisiace so skúšaním a kontrolou zvarových spojov. Ako vyplýva z podstaty skúšania prežiarením, všetky základné postupy sú založené na využití vlastností röntgenového žiarenia, žia-
Obr. 11 Stabilný priemyselný röntgenový prístroj[6]
27
Techniky a technológie
Obr. 13 Schéma reťazca pre rádioskopiu [4]
4021 – Neprevarený jednostranný koreň
3012 – Jednotlivé troskové prímesky
2013 – Zhluk pórov
1021 – Priečna trhlina v zvarovom kove
4013 – Studený spoj v koreni zvaru
1045 – Kráterová pozdĺžna trhlina
Obr. 14 Príklady rádiogramov najčastejších chýb zvarových spojov [2]
28
renia gama, resp. neutrónov prenikať tuhými látkami pri súčasnom pohlcovaní žiarenia a pôsobiť na fotografický materiál, resp. iný vhodný detektor. Po prežiarení, spracovaní a vyhodnotení filmu možno získať potrebné informácie o veľkosti, množstve a rozložení chýb vo zvarovom spoji. Na hodnotenie prípustnosti chýb pre plynovody podľa STN 38 6410/Z1 platia medzné rozmery uvedené v STN EN ISO 5817 pre stupeň kvality B – vysoký (okrem chýb č. 5013, 504, 515, pre ktoré platia medzné rozmery pre stupeň kvality C – stredný) [3]. Podľa STN EN 12 732 sú kritéria prípustnosti uvedené v prílohe „G“. Pri tlakových nádobách platia medzné rozmery v súlade s normou STN EN 12517 v stupni prípustnosti „3“. Zvarové spoje nevyhovujúce určeným kritériám sa považujú za chybné a je ich potrebné opraviť [2, 3]. Na obr. 14 sú prezentované príklady rádiogramov najčastejších chýb zvarových spojov v plynárenskom priemysle identifikovaných skúškou prežiarením. Kontrola zvarových spojov prežiarením sa vykonáva v súlade s ustanoveniami noriem STN EN 444 a STN EN 1435, STN EN 426-1, STN EN 426-4 atď., ako aj príslušných vyhlášok, predpisov a zákonov. V plynárenskom priemysle sa skúška prežiarením vykonáva následne po vizuálnej kontrole a jej rozsah sa stanovuje podľa projektovej, resp. konštrukčnej dokumentácie. Najčastejšie sa spôsob a geometrické podmienky určujú tak, aby sa ich prostredníctvom zistilo čo najviac chýb zvarov. Vo všeobecnosti sa v podmienkach plynárenského priemyslu postupuje, ak nie je stanovené inak, podľa týchto zásad [2, 3]: • rozsah kontroly pre montážne zvarové spoje v rozsahu 100 % je pri plynovode nad PN 63 a pre úseky do PN 63 pre opravy chybných miest zvarov, zvarov podchodov a priechodov cez prekážky, zvary segmentových oblúkov a iné prípady; • rozsah kontroly prežiarením zvarov na VTL potrubí nad PN 63 je 100 %; • rozsah kontroly prežiarením pre zvarové spoje na VTL potrubí do PN 63 je 30 %, pri výskyte nadmerného počtu chybných zvarov sa rozsah kontroly zvyšuje z 30 % na 60 % a ak sa vyskytne chybný zvar aj pri prvom rozšírení rozsahu kontroly, zvýši sa rozsah kontrol prežiarením daného úseku až na 100 %; • rozsah kontroly prežiarením pre zvarové spoje na potrubí pri STL plynovode (do 400 kPa) od DN 50 a od 5 kPa je minimálne 5 % od jedného zvárača; • rozsah kontroly prežiarením pre zvarové spoje na regulačných staniciach plynu je pri VTL potrubí 50% z celkového počtu zvarov a pri STL potrubí je najmenej 5% od jedného zvárača (minimálne 1 zvar); • za nadmerne chybný zvar sa považuje zvar, kde miesta s výskytom chýb určené na opravu presiahnu jednotlivo alebo súčtovo rozsah: na zvarových spojoch
Slovgas • 6/2005
Techniky a technológie Infoservis Plynovod pod Severním mořem
Obr. 15 Protokol o skúške prežiarením
potrubí do PN 63 – min. 30 % dĺžky zvaru, na spojoch potrubí nad PN 63 - min. 20 % dĺžky zvaru. • rozsah kontroly pre zvarové spoje tlakových nádob: plyn 100 %, voda 25 %.
Záver O všetkých kontrolách zvarových spojov prežiarením sa musia viesť záznamy, ktoré obsahujú najmä tieto údaje: • dátum kontroly, • identifikačné číslo zvaru, • poradie kontroly prežiarením, • označenie úseku potrubia, • spôsob prežiarenia, • technické údaje rádiogramov, • meno, číslo certifikátu a podpis realizátora skúšky [4,5]. Vzorový príklad Inštrukcie pre kontrolu prežiarením je možné nájsť napr. v [2]. Príklad formulára Protokolu o skúške prežiarením zvarového spoja, používaného v podmienkach SPP, a. s., je na obr. 15.
6/2005 • Slovgas
Lektor: prof. Ing. Otakar Bokůvka, PhD., Žilinská univerzita v Žiline Ing. Dušan Janíček, SPP, a. s. *doc. Ing. Bohuš Leitner, PhD., Žilinská univerzita v Žiline e-mail :
[email protected] Literatúra [1] LEITNER, B.: Nedeštruktívne skúšanie materiálov – účel, metódy a podniková dokumentácia. In: Slovgas 4/ 2005, SPNZ, Bratislava 2005. [2] LEITNER, B. a kol. : Nedeštruktívne skúšanie materiálov v plynárenstve. EDIS, Žilina 2004. [3] LEŽDÍK, V.: Nedeštruktívne kontroly v plynárenskom priemysle v rámci systému kvality vo zváraní. Slovgas 2/2004, SPNZ, Bratislava 2004. [4] Firemný materiál spol. SlovCert, s. r.o., Bratislava 2000. [5] Normy: STN EN 444, STN EN 426-1 až 5, STN EN 13068-1 až 3, STN EN 1435, STN EN 12517, STN EN 584, STN EN 12543, STN 051305, STN EN 25580, STN EN 12732, STN 386410-Z1, STN EN 25817. [6] www.slovcert.sk, www.panametrics-ndt.com, www.ndb.sk, www.pts.cz, www.4weld.sk, www.atg.cz, www.cndt.cz, www.kovotrade.cz, www.brd-ndt.cz, www.ndt.net, www.papco.cz, www.ndt-nt.cz, www.tediko.cz, www.pci-ndt.cz, www.defektoskop.sk, www.rentgen.cz, www.testima.cz, www.wizaco.sk, www.hocking.com, www.slovatest.sk, www.intestndt.cz
Společnosti OAO Gazprom, BASF AG a E.ON AG podepsaly na začátku září dohodu o výstavbě severomořského plynovodu NEGP protínajícího Baltské moře. V souladu s touto dohodou zamýšlejí partneři založení společného německo-ruského podniku North European Gas Pipeline Company, na němž bude mít společnost Gazprom podíl 51 % a společnosti BASF a E.ON po 24,5 %. U příležitosti podpisu dohody zdůraznil ruský prezident Vladimír Putin a spolkový kancléř Gerhard Schröder strategický význam záměru dále rozvíjet rusko-německé vztahy v oblasti energetiky. Německo je v současné době pro společnost Gazprom největším exportním trhem. Díky plynovodu NEGP získá Gazprom jako celosvětově nejvýznamnější dodavatel zemního plynu další cestu, jak dopravovat zemní plyn do Evropy, a posílí tak zároveň svou pozici spolehlivého dodavatele na německý, ale i evropský plynárenský trh. Německo získá díky plynovodu NEGP přímé napojení na rozsáhlé ruské zásoby zemního plynu. To přispěje k pokrytí zvyšující se poptávky po této surovině na německém trhu. Společnosti E.ON a BASF se stanou rovněž odběrateli zemního plynu dopravovaného plynovodem NEGP v souvislosti s napojením jejich plynovodní distribuční sítě na plynovodní síť společností WINGAS a E.ON Ruhrgas. Vylepší si tak pozici v nákupu zemního plynu na plynárenských trzích, která se v současnosti vyznačuje stále vyostřenějším konkurenčním bojem. Plynovod NEGP spojí ruské pobřeží Baltského moře u města Vyborg s německým pobřežím Baltu v regionu Greifswald. Průběh trasy plynovodu byl technicky i nákladově optimalizován s cílem dosáhnout co nejvyváženějšího rozpočtu. Hned na začátku projektu byly např. zpracovány studie zabývající se charakteristikou mořského dna v oblasti plánované výstavby plynovodu. Délka plynovodu má činit 1 200 km, plynovod má být zprovozněn v roce 2010, přičemž plánováno je nejprve dokončení jeho první větve s přepravní kapacitou 27,5 mld. metrů krychlových ročně. Projekt následně počítá s dostavbou druhé větve a zdvojnásobením roční přepravní kapacity až na 55 mld. metrů krychlových zemního plynu ročně. Celková investice na výstavbu obou větví plynovodu má činit 4 mld. euro. Společnosti BASF a E.ON navazují touto dohodou na již podepsané Memoranda Of Understanding, v němž se s Gazpromem zavázaly k rozvoji vzájemné spolupráce v rámci společných plynárenských projektů. V několika příštích měsících se předpokládá specifikace detailů smluvní dohody týkající se realizace a výstavby NEGP plynovodu. Společnost Gazprom zahájí výstavbu tuzemského úseku plynovodu již na podzim roku 2005. Ing. Pavel Pospíšil, ČPS podle 3R International č. 10/2005
29
