Рентгеноскопический контроль отливок из сплавов силумина Январь 2012
advertisement
ВИАМ/2012-205976 Рентгеноскопический контроль отливок из сплавов силумина А.В. Степанов кандидат технических наук Е.И. Косарина кандидат технических наук В.Е. Усачев Январь 2012 Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ) – крупнейшее российское государственное материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет разрабатывающее и производящее материалы, определяющие облик современной авиационно-космической техники. 1700 сотрудников ВИАМ трудятся в более, чем в 30-ти научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных цехах и испытательном центре, а также в 4-х филиалах института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку металлических и неметаллических материалов, покрытий, технологических процессов и оборудования, методов защиты от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов, полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по государственным программам РФ, так и по заказам ведущих предприятий авиационно-космического комплекса России и мира. В 1994г. ВИАМ присвоен статус Государственного научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный. За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233 сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены наградами на выставках Международных салонах в Женеве и Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3 бронзовыми медалями, получено 15 дипломов. Возглавляет институт лауреат Государственных премий СССР и РФ, академик РАН Е.Н. Каблов. Статья подготовлена для опубликования в журнале «Контроль. Диагностика», №5, 2012г. Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public Рентгеноскопический контроль отливок из сплавов силумина А.В. Степанов1, Е.И. Косарина1, В.Е. Усачев2 1 2 ФГУП «ВИАМ», г. Москва ООО «Диагностика-М», г. Москва Приведены результаты применения унифицированной рентгеновской шкалы пористости алюминиевых сплавов при рентгеноскопическом контроле и данные испытаний рентгенотелевизионной установки «Леда», разработанной ООО «Диагностика-М» для контроля литых деталей из алюминиевых сплавов. Ключевые слова: рентгеновский контроль, рентгенотелевизионные системы, рентгеновская шкала газовой пористости, контроль литья. This article describes results of usage universal X-ray gas porosity scale for aluminum alloys. Results achieved with X-ray inspection system “Leda” designed by Diagnostika-M company for aluminum alloys inspection. Keywords: X-ray inspection, digital X-ray inspection systems, X-ray gas porosity scale, casting inspection. В радиационном неразрушающем контроле принято считать, что размер дефекта равен размеру его изображения. Разбраковку при контроле сварных соединений или отливок осуществляют, располагая информацией о предельно допустимом размере одиночного дефекта на данное изделие. По действующим европейским нормам (EN), ASTM или ASME (США) проводят контроль, используя специально разработанные альбомы, содержащие эталонные рентгеновские снимки всевозможных дефектов, возникающих при литье. Количество эталонных снимков однотипных дефектов равно пяти. Каждый снимок отличается количественным содержанием дефектов. Пользуясь таким альбомом, дефектоскопист сравнивает рентгенограмму объекта контроля (ОК) с эталонными снимками: по рисунку изображения дефекта определяет его тип (пора, усадочная или песчаная раковина, шлаковое включение и пр.), а допустимое количество дефектов устанавливает, сравнивая рентгенограмму с эталонными рентгенограммами пяти баллов. По техническим условиям на изделие задается уровень допустимости (с 1-го по 5-й), руководствуясь которым дефектоскопист проводит разбраковку. Такая система эталонных рентгенограмм в США весьма популярна: практически на каждый сплав, на каждый дефект есть эталонные рентгенограммы. Расшифровка снимков при наличии таких снимков происходит эффективнее и надежнее, так как дефектоскописту легче обнаружить нечто конкретное – то, что ему известно. Ограничения широкого применения альбомов эталонных снимков заключаются в том, что, во-первых, альбомы эталонных рентгенограмм дороги, во-вторых, каждый сплав имеет специфические дефекты, свойственные только ему, поэтому альбомы не могут быть универсальными. Подобные эталонные снимки для отливок из целого ряда алюминиевых и магниевых сплавов разработаны в ВИАМ, ими широко пользуются дефектоскописты-рентгенологи авиационной отрасли для контроля отливок из легких сплавов. Например, для оценки качества отливок из литейных алюминиевых сплавов применяется альбом эталонных рентгеновских снимков «Унифицированная рентгеновская шкала газовой пористости отливок и деталей из алюминиевых литейных сплавов группы алюминий–кремний, которая рекомендована для сплавов: АК12(АЛ2); АК9ч(АЛ4); АК5М(АЛ5); АК7ч(АЛ9); АК7пч(АЛ9-1); АК8М(АЛ32); АК8л(АЛ34); АК8М3ч(ВАЛ8). В альбом включены рентгенограммы образцов толщиной от 5 до 30 мм с первого (наиболее низкого) по пятый балл пористости и содержится информация о влиянии пористости на прочностные характеристики сплавов. В альбоме для каждой просвечиваемой толщины образцов с различными баллами пористости рекомендованы режимы просвечивания, аппаратура, тип радиографической пленки, а также другие условия и параметры неразрушающего контроля. В то же время проведение рентгенографического контроля отливок из относительно недорогого алюминиевого сплава значительно повышает их себестоимость, так как расходным материалом является серебросодержащая радиографическая пленка. В целях повышения производительности контроля и снижения его стоимости для ООО «Русское литье» была разработана рентгенотелевизионная установка «Леда» (рис. 1). Установка предназначена для комплексного обследования литых деталей из легких сплавов в целях обнаружения в них дефектов, таких как: газовая и усадочная пористость, усадочные раковины, включения и др. Функционально установка состоит из рентгеновского проведения микрофокусного рентгеновского аппарата РАП220-МН, просвечивания, пульта камеры для управления рентгеновским аппаратом, манипулятора для перемещения, преобразователя рентгеновского излучения и программного обеспечения «Леда». Рисунок 1. Рентгенотелевизионная установка «Леда»: а – внешний вид; б – внутреннее устройство установки; 1 – детектор рентгеновского излучения; 2 – платформа для крепления объекта контроля; 3 – рентгеновский аппарат; 4 – лазерные целеуказатели Установка позволяет проводить контроль отливок, размер которых в плоскости, перпендикулярной оси пучка излучения, не превышает 400×400 мм. С помощью подвижной платформы для крепления объекта контроля и системы перемещения рентгеновского аппарата можно получить как общее изображение всего объекта, так и отдельных зон в увеличенном масштабе. На рис. 2 приведены рентгеноскопические изображения отливок с выявленными дефектами. Рисунок 2. Рентгеноскопические изображения отливок с пористостью (а, в) и усадочной раковиной (б) При переходе к рентгеноскопическому контролю отливок из сплава АК7пч(АЛ9-1) возникла проблема оценки пористости в баллах в соответствии с «Унифицированной рентгеновской шкалой». Проблема заключалась в том, что рентгеноскопическое изображение по своим характеристикам отличается от изображения на рентгеновском снимке, поэтому использование эталонных рентгенограмм образцов с заданным баллом пористости некорректно рис. 3. Рисунок 3. Эталонная рентгенограмма (вверху) и ее радиоскопическое изображение (внизу) образцов алюминиевых отливок сплава силумина толщиной 5 мм: 1–5 – первый – пятый баллы пористости соответственно Отличие в качестве изображений объясняется разницей в физическом строении рентгенографической пленки и люминесцентного преобразователя. Характерный размер зерна пленки лежит в пределах 1–2 мкм, размер зерна люминесцентного преобразователя 10–25 мкм, что наряду с другими факторами приводит к большей нерезкости изображения и снижению чувствительности контроля. Исследования по определению дефектоскопической чувствительности преобразователей, используемых в установке «Леда», показали, что по рентгеноскопическому изображению алюминиевых образцов толщиной 5 мм полностью различить между собой с 1-го по 3-й балл пористости не представляется возможным. Аналогичные результаты получают и при просвечивании других толщин алюминиевых отливок – 10, 15, 20, 25 мм. Как выход из увеличенные сложившейся проекции ситуации участков было предложено образцов с использовать пористостью. Анализ полученных с увеличением рентгеноскопических снимков показал, что для надежного выявления баллов пористости алюминиевых отливок из литейного сплава типа силумина необходимо по крайней мере 2-3-кратное увеличение изображения ОК. Поэтому для контроля деталей ООО «Русское литье» была составлена специальная шкала баллов пористости, содержащая увеличенные снимки участков эталонных образцов. При необходимости оценки балла пористости изображение шкалы соответствующей толщины отливки выводится на экран и визуально сравнивается с изображением контролируемой отливки. Необходимым условием для корректного использования шкалы является получение изображения контролируемой детали в масштабе, соответствующем масштабу шкалы. На рис. 4 показано рентгеноскопические изображения отливки и шкалы пористости, сравнивая которые можно определить балл пористости выше третьего. Рисунок 4. Определение балла пористости при рентгеноскопическом контроле отливок из сплавов системы алюминий–кремний Установлено, что рентгеноскопический контроль отливок из алюминиевого сплава АК7пч (AЛ9-1) с чувствительностью 3,5% по канавочному эталону чувствительности позволяет уверенно различать пористость второго, третьего, четвертого и пятого баллов. По техническим требованиям, предъявляемым к данным отливкам, браковочным признаком являются третий, четвертый и пятый баллы пористости, т.е. технические характеристики установки полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к чувствительности контроля. Выводы Разработана, опробована и внедрена в производство на ООО «Русское литье» рентгенотелевизионная установка «Леда», позволяющая в условиях производства проводить рентгеновский контроль отливок из алюминиевых сплавов типа силумина в автоматизированном режиме. Программное обеспечение рентгенотелевизионной установки «Леда» позволяет проводить разбраковку отливок по рентгеноскопическим эталонным изображениям газовой пористости. Установлена возможность определения балла газовой пористости для отливок из алюминиевых литейных сплавов типа силумина (система алюминий–кремний). Установлено необходимое увеличение изображения для стабильного определения балла газовой пористости. Создана шкала газовой пористости для отливок из алюминиевых литейных сплавов типа силумина (система алюминий–кремний) для широкого диапазона толщин (от 5 до 25 мм) с 10-кратным увеличением изображения. Результаты представленной работы являются основой для исследования макро- и микродефектов легких сплавов, неметаллических или композиционных материалов средствами как рентгеноскопии, так и микрорентгеноскопии, что будет способствовать значительной экономии материальных и трудовых ресурсов.
