Uvod

Radiografska metoda ispitivanja nalazi veliku primenu u skoro svim industriskim sektorima. Standardizovana je kao metoda bez razaranja i za njenu primenu potrebni su kadrovi koji su edukovani po zahtevima odgovarajućih standarda i zakona.Zbog specifičnosti radiografske metode (rukovanje izvorima jonizujucih zračenja) zahtevaju se i posebna znanja vezana za primenu i korišćenje izvora jonizujućih zračenja u skladu sa ZAKONOM o zaštiti od jonizujućih zračenja i pratećim pravilnicima, što je neophodno za podnošenje zahteva za rad u cilju dobijanja odgovarajućeg ovlašćenja za rad.Primena radiografske metode u određenim industriskim sektorima definisana je posebnimstandardima.

Gama i X radiografija počela je da se razvija posle Roentgenovih otkrića 1895. godine. Neutron je otkriven tek 1932. godine. Međutim prva primena za radiografiju ostvarena je već 1935 godine. Ova metoda postala je značajna tek pojavom nuklearnih reaktora u drugoj polovini 50-tih godina. Značaj joj je porastao 60-tih godina kada počinju da se koriste laki materijali.

Poznato da jonizujuće zračenje moze da ima štetno dejstvo na ljude, ali i na čovekovu okolinu, predmete i stvari. Zbog toga se izvori zračenja koriste samo ako se konvencionalna sredstva i metode ne mogu koristiti, ili je odnos cena/korist vrlo nepovoljna. Čak i u takvim uslovima, primena izvora jonizujućeg zračenja moguća je samo ako se preduzmu sve zakonske mere koje imaju za cilj smanjenje nivoja ozračenosti ljudi koji rade sa ovim izvorima i okolnog stanovništva na najmanju moguću meru.

1. RADIOGRAFSKO ISPITIVANJE MATERIJALA

1.1 Opšti principi

Radiografsko ispitivanje materijala se zasniva na prozračavanju materijala i registraciji promena u intenzitetu jonizujućih zračenja pri prolasku kroz materijal i analizi promena koje daju informaciju o homogenosti prozračenog materijala.

Za radiografsko ispitivanje se koriste različite vrste jonizujućih zračenja a to su:X, gama, neutronsko i protonsko zračenje.

Pri prolasku jonizujućeg zračenja kroz materijal određene debljine dolazi do pomena u intenzitetu zračenja usled interakcije zračenja i materijala što se registruje detekcionim sistemom. Radiografska metoda koristi rendgen radiogram kao detekcioni sistem koji beleži površinsku raspodelu intenziteta zračenja koje prolazi kroz ispitivani materijali pada na radiogram. Posle hemijske obrade eksponiranog radiograma razlika u vrednostima intenziteta zračenja manifestuje se kao razlika u gustini zacrnjenja na radiogramu, definišući oblik diskontinuiteta.

Gustina zacrnjenja radiograma zavisi od niza faktora kao sto su: energecki spektar i intenzitet zračenja koje pada na radiogram, vreme eksponiranja, vrste i debljine materijala koji se ispituje, karakteristika rendgen radiograma, karakterisika pojačavajućih folija heijske obrade i td.

Promena intenziteta snopa zračenja pri prolasku kroz materijal debljine d opisuje se relacijom

Id=Io B e-μd

gde su: Io - intenzitet zračenja na ulasku u materijal, Id - intenzitet zračenja na izlasku iz materijala, B - faktor nagomilavanja μ - linearni koeficijent slabljenja zračenja za prozračavani materijal

Intenzitet jonizujućeg zračenja na izlasku iz materijala iza diskontinuiteta Ig određen je relacijom:Ig=Io Be-μ(d-Δd)-μgΔd

gde je Δd dimenzija diskontinuiteta u pravcu snopa zračenja, a μg linearni koeficijent slabljenja zračenja greške. Odnos intenziteta jonizujućeg zračenja pri izlasku iz materijala na mestima bez greške Id i sa greškom Ig je:

K=Ig / Id=eΔd(μ-μg)

i definiše mogućnost otkrivanja diskontinuiteta radiografskom metodom, i zavisi najviše od veličine greške i razlike linearnih koeficijenata apsorcije materijala na mestu bez diskontinuiteta i mestu diskontinuiteta u materijalu. Šemacki prikaz radiografskog ispitivanja dat je na sl.1. Na osnovu slike može se zaključiti da: ukoliko je linearni koeficijent slabljenja zračenja na mestu

2

IdIgIo

ΔI=Ig-Io

d

32

1

4

diskontinuiteta u materijalu manji od linearnog apsorcionog koeficijenta na mestu bez diskontinuiteta, tada se manje zračenja apsorbuje u materijal, odnosno, više pada na radiogram, što ima za posledicu veće zacrnjenje eksponiranog i hemijski odrađenog radiograma.Ukoliko je pak linearni apsorcioni koeficijent slabljenja zračenja na mestu diskontinuiteta veći od linearnog apsorpcionog koeficijenta na mestu bez diskontinuiteta, tada je više zračenja apsorbovano u materijalu, pa je intenzitet zračenja na radiogramu manji, a time i zračenje radiograma manje.Linearni apsorcioni koeficijenat slabljenja zračenja zavisi od gustine prozračavanog materijala i obrnuto je prporcionalan gustini materijala. Na osnovu ovoga može se konstatovati da će i diskontinuitet različite gustine u odnosu na mesta bez diskontinuiteta u prozračavanom materijalu imati različite gustine zacrnjenja na radiogramu što olakšava njihovu analizu.

Slika 1: Dijagram promene intenziteta

Sl.1.Šemacki prikaz radiografskog ispitivanja 1 - izvora zračenja, 2 - diskontinuitet, 3-predmet ispitivanja, 4-rendgen radiograma

Na sl.2. prikazani su dijagrami gustine zacrnjenja radiograma pri prozračavanju predmeta različitog oblika i sa različitim odnosom linearnih koeficijenata slabljenja zračenja na mestu diskontinuiteta i mestima bez diskontinuiteta.Kao što se moze videti sa slike kada je razlika linearnih apsorcionih koeficijenata zanem-arljiva, tada gustina zacrnjenja radigrama u prvom redu zavisi od veličine greške. Treba znati da maksimalna gustina zacrnjenja se dobija ukoliko je najveća dimenzija diskontin-uiteta orijentisana u pravcu snopa zračenja. Ukoliko se ne prostiru u pravcu snopa zrače-nja, ravanske greške tipa prsline, nalepljivanje i druge zbog male debljine u pravcu prozračavanja Δd teško se otkrivaju radiografskom metodom ispitivanja.

μg = 0: Δd > 0: K > 1;

3

μ > μg μ > μg μ = μg

μ > μg: Δd > 0: K > 1;

μg > μ: Δd > 0: K < 1;Slika 2 :Raspodela gustine zacrnjenja pri prozračavanju predmeta sa diskontinuitetom

μ g> μ μ = μgμ g< μ

4

1.2 Klasifikacija radiografskih tehnika

Radiografske tehnike se dele u dve klase:- klasa A: osnovne tehnike;- klasa B: poboljšane tehnike.Tehnike klase B treba koristiti kada klasa A ne daje dovoljnu osetljivost. Tehnike bolje od klase B su moguće i mogu se odobriti između ugovornih partnera specifikacijama svih odgovarajućih parametara ispitivanja. Izbor radiografske tehnike treba da je ugovoren među zainteresovanim stranama. Ako, iz tehničkih razloga, nije moguće zadovoljiti jedan od uslova određenih za klasu B, kao što je vrsta izvora zračenja ili rastojanje, f, od izvora do objekta, ugovorne strane se mogu dogovoriti da taj uslov bude preuzet za klasu A. Gubitak osetljivosti biće kompenzovan povećanjem minimalne gustine do 3,0 ili izborom kontrastnijeg sistema filma. Zbog veće osetljivosti u odnosu na klasu A, ispitni preseci se mogu smatrati kao da su ispitani u klasi B.Za kružno zavarene čelične cevi, većina primena je obuhvaćena korišćenjem tehnika klase A. Tehnike klase B su predviđene za važnije i teže primene kod kojih klasa A nije dovoljno osetljiva da bi se otkrile sve očekivane greške. Klasa B obuhvata tehnike u kojima se koriste samo sitnozrni filmovi i olovne zaštitne folije; zbog toga se uglavnom zahteva duže izlaganje.U zavisnosti od niova kvaliteta spoja, koristi se radiografska tehnika A ili B, u saglasnosti sa EN 1435, kao što je prikazano u tab. 1.

Radiografsko ispitivanje

Tabela 1

Nivoi kvaliteta prema EN 25817 ili EN 30042

Tehnike ispitivanja i nivoi prema EN 1435

Nivoi prihvatljivosti premaprEN 12517

B B 1C B 1) 2D A 3

1) Međutim, najveća površina za jednu ekspoziciju treba da odgovara zahtevima klase A u EN 1435.

1.3 Oprema i pribor za radiografsko ispitivanje

Za proučavanje materijala koji se ispituje koriste se jonizujuća zračenja.U zavisnosti od vrste jonizujućih zračenja,koriste se i različiti uređaji za proizvodnju jonizujićih zračenja.U industriskim sektorima se najviše koriste X i γ jonizujuća zračenja, a samim tim moraju se poznavati vrste i karakteristike uređaja koji proizvode ova zračenja.

Izvori γ zračenja za radiografska ispitivanja se koriste izotopski izvori. Nestabilni izotopi emisijom alfa ili beta čestica i spontanom fisijom se transformišu u poznate stabilne izototope. Najveći broj novonastalih jezgara su u energecki nestabilnom stanju, iz kojeg, u vrlo kratkom vremenskom intervalu posle procesa transformacije, prelaze u stabilno stanje, oslobađajuci se viška energije emisijom elektromagnetnog gama zarčenja linijskog, za dati izotop karakterističnog spektra.Izotopski izvori gama zračenja koji se koriste za radiografska ispitivanja se uglavnom izrađuju od beta nestabilnih veštačkih radionuklida, hermetički upakovanih u nosače od čistog aluminijuma ili nerđajućeg čelika. Ako se radionuklid dobije ozračivanjem u neutronskom fluksu, u nosač se stavlja stabilni izotop u elementarnom stanju ili pogodnog hemijskog sastava. Nosač se zatim zatvara poklopcem od istog materijala i ozračava u nuklearnom reaktoru. Posle ozračivanja nosač se hermetički zatvara. Izvori zračenja radionuklidi hermetički zatvoreni u

5

nosače, pričvršćuju se na držače izvora standardnih dimenzija i oblika i zajedno sa držačem stavljaju u kontejner ili defektoskop.Aktivni deo izvora zračenja određuje njegove karakteristike bitne za radiografsko ispitivanje. Prečnik cilindrične površine aktivnog dela, uz izabranu geometriju prozračavanja, definiše geometrijsku neoštrinu slike. Visina aktivnog dela izvor pri zadatom prečniku bira se iz uslova postizanja maksimalne aktivnosti izvora, uz uračunavanje efekta samo apsorcije zračenja.

Osnovne karakteristike izotopskih izvora gama zaračenja su: energija zračenja (E), koja određuje prodornost zračenja i kontrasnost slike, odnosno

vidljivost diskontinuiteta u materijalu koji se ispituje, aktivnost izvora zračenja, od koje zavisi vreme prozračavanja, jačina ekspozicione doze zračenja (X), koja zavisi od aktivnosti izvora, a koja određuje

produktivnost ispitivanja i tehničke mere zaštite za bezbedno korišćenje izvora, specifična aktivnost (količina jezgara radionuklida po jedinici mase aktivnog dela izvora)

koja odrđuje dimenzije aktivnog dela izvora, pa prema tome i geometriju prozračavanja odnosno neoštrinu slike,

vreme poluraspada (T1/2) koje utiče na period zamene izvora zračenja.

Kod izotopskih izvora jonizujućih zračenja energija zračenja i vreme poluraspada su kon-stantne veličine aktivnost izvora se menja tj. opada sa vremenom. Izvori gama zračenja koji se najčešće koriste za radiografsko ispitivanje metalnih materijala su:

iridijum (Ir-192) terbijum (Yb-169) kobalt (Co-60) selen (Se-75) tulijum (Tm-170)

Izbor izvora zračenja u zavisnosti od vrste i debljine materijala definisan je standardima primene i dat je u prilogu materijala.

Uređaji za proizvodnju X zračenja – za prozračavanje materijala se koristi zakočno X zračenje koje se proizvodi u rendgen uređajima napona od 100 – 500 KV i uređajima kao sto su: Vande Grafov generator, linearni akcelerator i betatron, u kojima se dobija X zračenje energija od 1 MeV do 30 MeV.Svaki rendgenski uređaj se sastoji uglavnom od tri komponente:

1. rendgenske cevi 2. izvora visokog napona 3. komande i kontrolne jedinice

Rendgenska cev je visoko vakumirana cev od materijala otpornog na mehanička i temič-ka naprezanja (staklo ili konbinacija metala i keramike) u koju su smeštene katoda sa zagrevnim vlaknom i sistemom za usmeravanje elektorna i anoda sa metom.Katoda sadrži zagrevno vlakno koje se zagreva do usijanja i emituje termalne elektrone.Vlakno se napaja naizmeničnom strujom (50 – 60 Hz) preko posebnog transvormatora kojim se može menjati intenzitet struje u njemu, čime se menja intenzitet emisije elektro-na, pa intenzitet struje rendgen cevi.Vrednosti struje u zagrevnom vlaknu su između 1-10 A. Struja cevi koja se uspostavlja protokom elektrona između katode i anode je najčešće u intervalu 0,1-20 mA.Kako se najveći deo energije elektrona u procesu njihovog naglog usporavanja (kočenj-em) pretvara u toplotu, meta mora biti od materijala koji ima visoku temperaturu topljenja. Da bi se poboljšala efikasnost konverzije kinetičke energije elektrona u zakočno zračenje, materijal mete

6

mora imati visok atomski broj Z i mali pritisak pare (zbog održavanja visokog vakuma). Najčešće je meta od volframa, a ređe od zlata i platine, i nekih legura koje sdrže bakar, gvožđe i kobalt.Orijentacija mete u odnosu na snop brzih elektrona jako utiče na oblik i dimenzije fokusa i na ugaonu raspodelu emitovanog zakočnog zračenja. Fokus je projekcija površine mete na koju pada snop elektrona na ravan normalnu na osu snopa zakočnog zračenja.Fokus je projekcija površine mete na koju pada snop elektrona na ravan normalnu na osu snopa zakočnog zračenja. Kod cevi sa stacionarnom anodom i linijskim fokusiranjem snopa elektrona dimenzije fokusa su obično od 1 do 3 mm. Meta se postavlja pod uglom u odnosu na osu elektroskog snopa, (taj ugao je u opsegu 0 i 30◦, najčešce 20◦ a za panoramsko prozračavanje je ugao 0◦).Stacionarne anode rendgenskih cevi su oklopljene oblogom od bakra sa primesama teških metala. Oklop smanjuje intezitet rendgenskog zračenja van centralnog snopa i niže nivoe zračenja u blizini cevi. Da bi se pojačao efekat zaštite, često se preko otvora u oklopu kroz koji prolazi snop zakočnog zračenja stavlja berilijumsko staklo (berilijumski prozor) debljine nekoliko milimetara, koje zaustavlja elektrone rasejane u meti ili oslobođene fotoefektom, a neznatno apsorbuje rengensko zračenje.Zbog velike količine tolote mora se hladiti meta što se rešava konstruktivno izborom pos-ebnih anoda sa metom (obrtne anode).Električna kola sa visokonaponskim transformatorima koji se napajaju mrežnim naponomobezbeđuju razliku potencijala između katode i anode.Kontrola i podešavanje intenziteta emitovanog rendgenskog zračenja vrši se promenom struje rendgen cevi koja jako zavisi od intenziteta struje zagrevnog vlakna.Energija zakočnog X zračenja bira se podešavanjem napona primarnog visokonaponskog transformatora, kojim se podešava ubrzavajuća razlika potencijala odnosno energija elek-trona koji interragujući u meti emituju zakočno zračenje.Od energije X zračenja (odnosno visokog napona) zavisi i mogućnost prozračavanja od-ređene debljine različitih materijala. Visoko naponski X zraci se uopštem sličaju koriste za prozračavanje debljih i teških materijala (povećanje napona uzrokuje pad talasne dužine).

1.4 Rengen radiogrami

Sastoje se iz savitljive folije od acetatne celuloze (podloge) na koju je u tankom sloju preko tankih vezivnih slojeva naneta sa obe strane fotografska emulzija od halogenida sr-bra. Pri prozračavanju materijala zračenje koje prolazi kroz ispitivani materijal, interaguje sa emulzijom radiograma i daje latentnu sliku koja se hemijski obrađuje i dobija radiogr-am. Rendgen radiogram je osetljiv i na druga elektromagnetna zračenja, kao i na niz drugih faktora koji mogu delovati u procesu pripreme, eksponiranjem i hemijske obrade i izazvati lažne diskontinuitete.Izbor rendgen filmova i hemijska obrada zavise od senziometriskih karakteristika radiog-rama, odnosno fotgrafske emulzije. Najznačajnije od tih karakteristika su brzina radiogra-ma kontrastnost (gradijent) radiograma i spektralna osetljivost.Brzina radiograma je veličina koja karakteriše osetljivost radiograma na dejstvo zračenja.Ona je obrnuto srazmerna vremenu izlaganja zračenja definisanog spektra, potrebnom za postizanje određene gustine zacrnjenja radiograma.Gustina zacrnjenja radiograma ili optička gustina zacrnjenja D je logaritamski odnos int-eziteta svetlosti koja pada na radiogram Io i intenziteta svetlosti koja prolazi kroz radiog-ram I.

D = Lg Io / I

7

Zavisnost gustine zacrnjenja od primenjene ekspozicije jonizujućeg X ili gama zračenja definisanog spektra pri tačno definisanim uslovima hemijske obrade predstavlja karakter- ističnu krivu radiograma.Ekspozicija (E) je intenzitet zračenja (broj fotona koji u toku izlaganja padne na radiog-ram) pomnozen sa vrmenom izlaganja zračenja. Kod izotopskih izvora ekspozicija je aktivnost puta vreme (Bqs) a kod rendgena, struja puta vreme (mAmin).Zbog lakšeg poređenja brzina različitih radiograma u praksi se koristi relativna brzina ra-diograma. Ona pokazuje koliko je puta brzina posmatranog filma veća ili manja od brzine nekog referentnog radiograma, čija je relativna brzina proglašena jediničnom. U praksi se za proračun vremena eksponiranja češće koristi veličina recipročna relativnoj brzini radi-ograma, faktor radiograma (Ks). Brzina radiograma uglavnom zavisi od veličine zrna Ag Br u emulziji.Ukoliko su zrna krupnija, radiogrami su brzi i obrnuto, radiogramisu sporiji ako su zrna sitnija. Od rendgen radiograma se zahteva da registruje diskontinuitete određenih dimenzija u predmetu koji se ispituje, a da vreme prozračavanja i hemijska obrada budu što kraći za optimalnu gustinu zacrnjenja radiograma. Pri izboru radiograma treba znati da zrno treba da bude utoliko sitnije ukoliko je manja veličina greške, što znači za prozračavanje manjih debljina treba upotrbljavati radiograme sa sitnijim zrnima i obrnuto.Na osnovu veličine zrna izvršene su i mnoge klasifikacije radiograma kao na pr:vrlo spori, spori, brzi, veoma brzi i td.

Klasifikacija radiografskih radiograma za date energije zračenja i tipove folija data je u standardu – EN 584-1/94: Classification of film sistems for industrial radiography, čiji je prikaz dat u prilogu.Gradijent radiograma u linearnom delu (oblast normale ekspozicije) karakteristične krive radiograma se obično naziva gama. Kontrast (gradujent) filma je veoma bitna karakteristika jer definiše i kontrast radiograma (pored kontrasti predmeta koji se ispituje i uslova hemijske obrade).Spektralna osetljivost rendgen radiograma jako zavisi od energije zračenja, odnosno vrste izotopskog izvora gama zračenja i visokog napona rendgen cevi. Razlike spektralnih osetljivosti radiograma se uzimaju u obzir pri izradi ekspozicionih dijagrama i tablica relativnih brzina i faktora radiograma. Krive spektralnih osetljivosti, koje se obično predstavljaju kao ekspoziciona doza zračenja na površini radiograma potrebna da se dobije određena gustina zacrnjenja vrlo su slične za sve tipove radiograma.

1.5 Pojačavajuće folije

Pojačavaju dejstvo zračenja na radiogram pri eksponiranju. One se stavljaju – ispred i iza radiograma i zadatak ima je da X ili gama zračenja (na koje emulzija rendgen radiogra-ma malo osetljiva) prevedu u elektronsko ili svetlosno, na koje je fotografska emulzija znatno osetljiva. Prema materijalima od kojih se izrađuju razlikuju se:

folije od teških metala (najčešće olova), fluorescentne folije.

Pojačavajuće dejstvo folije od teških metala, zasniva se na porastu apsorpcije zračenja sa porastom atomskog broja Z materijala folija,koja je praćena emisijom elektrona.Kod nižih energija apsorpcije X i gama zračenja se vrši fotoefektom. Upadni kvant elektromagnetnog zračenja apsorpcije se u atomu materijala folije i izbacuje iz njega elektrone određene kinetičke energije. Izbačeni elektron interaguje sa emulzijom radiograma sa mnogo

8

većom verovatnoćom od upadnog kvanta elektromagnetnog zračenja (stvarajući latentnu sliku diskontinuiteta) i tako pojačava fotografsko dejstvo zračenja na radiogram, skraćujući vreme prozračavanja.Dalja prednost folija od teških metala je njihovo filtraciono dejstvo tj. one apsorbuju rasejano zračenje manjih energija nastalo Komptonovim efektom i sekundarno zračenje nastalo deeksitacijom atoma u predmetu koji se ispituje.Na pojačavačko dejstvo folija od teških metala utiče i debljina folija. Najčešće se koriste folije od legura olova i antimona, a čisto olovo se izbegava zbog male tvrdoće imogućnosti da ostavi na radiogramu otisak (mrlju). Često se koriste i folije od tantala i ako im je mala elastičnost. Folije od bakra imaju izraženiji filtracioni efekat od olova.Primenjuju se pri radiografiji sa izvorima X zračenja većih energija i 60 ◦. Koriste se i folije od čelika, aluminijuma ili konbinacija ovih metala. Izbor folija od teških metala se vrši na osnovu energije zračenja i klase radiograma i obično se taj izbor vrši prema zahtevima odgovarajućih standarda. Na slika 3. prikazana je aluminijumska folija.

Slika 3: Aluminijumska folija za zaštitu radiograma

Pojačavajući dejstvo fluorescentnih folija se zasniva na osobini nekih soli da pod dejstvom X ili gama zračenja fluoresciraju (emituju) vidljivu svetlost a na koju je foto emulzija veoma osetljiva. Efekat pojačanja je veći ukoliko se koriste radiogrami posebo osetljivi na svetlost. Koeficijenat pojačanja ovih folija je različit i zavisi od klase filma, enrgija zračenja gustine i debljine materijala koji se ispituje.Pojačavajuće dejstvo ovih folija je veće u odnosu na olovne ali one nemaju filtraciono de-jstvo pa je manja oštrina projekcije greške, jer pojačavaju i rasejano zračenje kao i primarno. One se koriste u glavnom kada je pottrebno skratiti vreme prozračavanja a traži se visoki kvalitet radiograma.U praksi se koriste i kombinacije folija od teških metala i fluorescentnih materijala.

1.6 Identifikacione oznake

Obično su to slova i brojevi standardnih dimenzija, a izrađuju se od olova ili osiromašen-og uranijuma utisnutog u plastične folije. Postavljaju se na kasete sa radiogramom kako bi se dobijeni radiogram doveo u vezu sa mestom ispitivanja. Na slici 4 prikazane su olovna slova zajedno sa načinom postavljanja na kasetama za zaštitu radiograma.

9

Slika 5: Olovna slova standardnih dimenzija

1.7 Indikatori kvaliteta slike

Osnovni cilj radiografskog ispitivanja je otkrivanje unutrašnjih diskontinuiteta što se po-stize, pre svega, izradom kvalitetnog radiograma. Ostvarivanje ovog cilja zavisi od niza parametara povezanih sa karakteristikama izvora jonizujućih zračenja, predmeta ispiti-vanja, radiografskog radiograma i hemijske obrade eksponiranog radiograma, koji neposredno određuju osetljivost radiografske metode.Za određivanje kvaliteta radiograma koriste se specijalni etaloni, koji se prozračavaju zaj-edno sa predmetom ispitivanja. Na radiogramu se ovi etaloni registruju i na osnovu određivanja najmanje veličine etalona (prečnik zice, debljine stepenika, prečnik rupe i td.) koji je na radiogramu registrovan, moguće je na osnovu utvrđenih zahteva standarda, normi, specifikacija, dogovora i td. odrediti kvalitet radiograma. Ovi etaloni se nazivaju indikatori kvaliteta slike (IKS), odnosno, penetrometri. Indikatori kvaliteta se izrađuju od materijala identičnih sa materijalima koji se ispituju.Svi indikatori su standardizovani i oznaka standarda mora da je vidljiva na indikatoru.Standardom se definiše izgled, opis, dimenzije, materijali i način obeležavanja. Izbor ind-ikatoravrši se na osnovu vrste i debljine materijala u cilju postizanja kvalitetnog radiograma. Za radiografsko ispitivanje koriste se indikatori različitih konstrukcija kao što su:

žičani indikatori stepenasti sa otvorima pločasti i td.

Standardima EN 462-1, 2, 3, 4/94-96 definisani su zahtevi za primenu odgovarajućih IKS pri radiografskom ispitivanju.

1.8 Oprema za pregled radiograma (iluminatori)

Koriste se za prosvetljavanje radiograma radi otkrivanja nehomogenosti u predmetima koji se ispituju. Iluminator predstavlja izvor difuzne svetlosti određenog ili kontinualnog promenjljivog intenziteta, koji se emituje kroz površinu standardnog oblika i dimenzija. Kod novijih iluminatora intezivna osvetljenost ekrana se uspostavlja nožnom komandom.Za analizu detalja radiograma koriste se i reflektori sa blendom, lupe za uveličavanje (do 10 puta) i druga pomagala.Minimalni zahtevi za industriske iluminatore definisani su standardom ISO 5580.

10

2. PRIMENA RADIOGRAFIJE U RAZLIČITIM INDUSTRISKIM SEKTORIMA

2.1 Tehnike ispitivanja

Opsezi dozvoljene debljina prodiranja za izvore gama zračenja ili opreme za X - zračenje od 1 MeV su dati u tab. Na uzorcima sa tankim zidom, gama zraci 192Ir i 60Co neće dati dobre radiograme za otkrivanje grešaka kao X zraci korišćeni uz odgovarajuće tehničke parametre. Međutim, zbog prednosti izvora gama zračenja u rukovanju i pristupačnosti daje raspon debljina za koji se svaki od ovih izvora gama zračenja može koristiti kada je upotreba X zračenja otežana. Izvori zrače-nja ne treba da se koriste na cevima (ISO 1106-3) debljine šava ispod granice. U slučaju kad primena X zrčenja nije pogodna ili upotreba gama zraka omogućuje bolje usmerenje snopa zračenja minimalna debljina jednostrukog zida može biti i manja, ali se za Ir-192 ne preporučuje da debljina šava bude manja od 5 mm za klasu A i 10 mm za klasu B. Načelno je osetljivost otkrivanja prslina zračenjem manja nego X zračenjem na tankim spojevima, a manje je izražena na debljim.

1. 2.

3.

4.

5.

11

6. 7.

Slika 6: Varijante postavki ispitivanja

S - izvor zračenja sa efektivnom veličinom žižne daljine d; B - film; f – rastojanje od izvora do predmeta; t - debljina materijala; b - rastojanje između filma i površine predmeta.

Varijanta 1 se odnosi na prozračivanje kroz jdnostruki zid predmeta sa ravnim zidovima. Vari-janta 2 je primenljiva za prozračivanje kroz jednostruki zid predmeta sa zakrivljenim zidovima, pri čemu je izvor od centra ka konkavnoj strani, a film je na konveksnoj strani. Kod varijante 3 ceo obim može biti radiografisan jednom ekspozicijom, prozračivanjem kroz jednostruki zid predmeta sa zakrivljenim zidovima centralno postavljenim izvorom. Varijanta 4, nepovoljnija od varijante 2, predviđa prozračivanje kroz jednostruki zid predmeta sa zakrivljenim zidovima, pri čemu je izvor sa konveksne strane, a film sa konkavne strane. U varijanti 5 su izvor i film izvan predmeta, prozračuje se kroz dvostruki zid, a procenjuje se jednostruki zid, jer se greške u zidu blizu izvora ne mogu proceniti. Varijanta 6 se primenjuje za procenu dvostrukog zida, jer je prozračivanje kroz dvostruki zid, izvor i film su izvan predmeta, a izvor je dovoljno udaljen. Varijanta 7 je prozračivanje kroz jednostruki zid predmeta sa ravnim ili zakrivljenim zidovima različite debljine ili od različitog materijala sa dva filma sa istim ili različitim brzinama. Za ilustraciju je na slici 7 prikazana radiografija cilindričnih predmeta.

12

Slika 7: Prikaz radiografije zavarenih spojeva na cilindričnim predmetima (1 – izvor zračenja; 2 - zavareni predmet; 3 – film)

2.2 Određivanje polozaja greške

Radiografskom metodom je u odredenim uslovima moguće odrediti položaj greške direktno sa radiograma. Preduslov za ovo je poznavanje staikture objekta koji se ispituje, tipova grešaka koje se mogu pojaviti kao i korektna interpretacija radiograma. Ove preduslove često u praksi nije moguće obezbediti te je precizno određivanje Iokacije nemoguće ili nepouzdano.Ovde dajemo dva tipična primera određivanja Iokacije greške: slučaj određivanja položaja (lokacije) korozivnih oštećenja dat je na slici 8. Ovde se koriste dve ekspozicije, svaka sa svojim filmom, a položaj oštećenja se određuje na radiogramu, u odnosu na referentni položaj okolnih profila.

Slika 8: Određivanje lokacije korozivnih ošlećenja

13

Stereo radiografija: slučaj sa dve ekspozicije na jednom filmu, pri čemu se koristi isti izv-or zračenja, na dva različita polozaja sa tačno poznatim razmakom (videti sliku 9).Lokacija defekta u ovom slučajuodređuje formulom:

d = s ∙ a / s + t

Pri ovome se moravoditi računa,da bi se obezbedila zadovoljavajuće ukupno zacrnjenje (pošto je ovo tehnika sa dve ekspanzije istog filma), da se za svaku ekspanziju koristi sa-mo polovina ukupne vrednosti jačine struje (mA). Najčešća primena stereo radiografije je za određivanje dubine uključaka i drugih zapreminskih grešaka kod odlivaka, otkivaka i zavarenih spojeva.

Slika 9: Stereo radiografija

2.4 Određivanje dužine i širine greške

Na radiografu se trodimenzionalna greška projektuje u dvodimenzionalnu projekciju, veoma se lako može odrediti dužina i širina greške. Pri ovome treba voditi računa o pojavi uveličanja projekcije. Uvećanje projekcije (slika 10) u opštem slučaju se može utvrditi relacijom:

g' = f ∙ g

( f −x )

gde su: g' – projekcija greške u ravni filma, g – stvarna veličina greška, f – rastojanje izvor-film i x –udaljenost greške od filma.

14

Slika 10: Šematski prikaz uvećanja greške

U opštem slučaju, sem kod velikih debljina predmeta kontrole, linearno uvećanje proje-kcije greške je retko veće od 5%, mada ima slučajeva, zbog orjentacije greške u odnosu na ravan filma, da je projekcija greške manja od stvarne veličine greške (slika 11)

15

Slika 11: Šematski prikaz uticaja orijentacije greške na veličinu projekcije (G1=G2, P1 > P2)

Slika 12: Šematski prikaz primene indikatora kvaliteta slike u oceni visine greške a - stepenasti indikator sa rupama, b - žičani indikator

Veličinu greške po dubini radiografski je teže odrediti. Postupak se sastoji u merenju gustine zacrnjenja na mestu greške i poređenje promene gustine zacrnjenja na mestu greške ΔDx sa vrednošću promene gustine zacrnjenja odgovarajućeg stepenika odnosno žice indikatora kvaliteta ΔDiks prečnik odgovarajuće žice, odnosno stepenika IKS približno odgovara dimenziji greške (Δd=da) prozračavanja, ako je ispunjen uslov:

|ΔDx| = |ΔDIKSi|

Pri ovome je:

16

ΔDx = Dx – D0 i ΔDIKS = Do - DIKSi

Gde su: D0, Dx, DIKS gustine zacrnjenja na mestu bez gresške, na mestu greške i – tog stepenika ili žice indikatora respektivno. Proverom ovog jednostavnog načina određi-vanja visine greške ustanovili smo da se velićina greške može određivati sa odstupanjem ± 30%. Vrednosti odstupanja se smanjuju (±20%) ako se indikator postavi u neposrednu blizinu greške.

a) Uptreba defektometra

Defektometar predstavlja tanku metalnu pločicusa kanalima različite dubine (slika 13a). Postavljaju se na predmet kontrole u neposrednoj blizini greške i prozračavaju se zajedno. Nakon hemijske obrade radiografskog filma na radiogramu (slika 13b) se mogu izmeriti različite gustine zacrnjenja ne mestu defektometra koje odgovaraju različitim dubinama kanala (b). Merenjem gustine zacrnjenja na mestu greške i na pojedinim kanalima defektometra može se, kao u prethodnom slučaju oceniti visina (dubina) greške. Na slici 4 prikazan je princip korišćenja defektometra (a) i primeri odredjivanja dubine greškeradiogramima (b, c), pri čemu su korišćeni etaloni sa greškama neprovarenog korena (d) i poroznosti (e).

Slika 13: Korišćenje defektometra za određivanje dimenzije greške u pravcu prozračavanja

a- šematski prikaz, b i c – radiograma etalona sa greškom d i e – etaloni

U primeni defektometra za određivannje veličine grešaka u zavarenim spojevima razlikuju se dva slučaja:

- Ako je debljina defektometra (s) jednaka nadvišenju zavara (h) veličina greške po dubini (Δd) određena je relacijom:

Δd = bi za DΔd = Dbi pri s=h

17

Gde je: bi – dubina odgovarajućeg kanala ne defektometru iza kojeg je gustina zacrnjenja na radiogramu jednaka gustini zacrnjenja iza greške.

- Ako se debljina defektometra razlikuje od nadvišenja zavara (s≠h) , veličina greške po dubini određuje se relacijom:

Δd = h−s+bi

1−μgμ

Gde je: h – nadvišenje zavara, a µ i µg – linearni koeficijenti apsorpcije za osnovni materijal i materijal greške.S obzirom da je ova metoda odredjivanja veličine greške uglavnom namenjena određivanju veličine grešaka ispunjenih gasom (poroznost, neprovareni koren), to je iz uslova µg=0:

Δd = h – s + biU primeni se često koriste i defektometri sa kanalima punjenim troskom, čime se pruža mogućnost bržeg određivanja veličine grešaka tipa uključaka troske direktnim merenjem zacrnjenja, uz poštovanje prethodno navedenih uslova.Tačnost određivanja dubine greške zavisi od tačnosti merenja gustine zacrnjenja i korektno određenih uslova radiografije i obrade radiografskog filma. Tačnost određi-vanja je utoliko veća što je razlika između uzastopnih kanala manja. Po literaturnim podacima u seriji ispitivanja na etalonima postignuta je ralativno zadovoljavajuća osetljivost određivanja velličine greške. (npr. Odstupanja u granicama ±15%)

2.5 Metode merenja gustine zračenja

Određivanje dubine greške direktinm merenjem gustine zacrnjenja je metoda koja je veoma jednostavna ali iziskuje dobru opremu za mernje zacrnjenja. To se odnosi pre svega na širinu merne tačke, obzirom da je veoma često potrebno izmeriti dubinu tzv. ravanskih grešaka (prslina, nalepljivnje...), čija je širina veoma mala. Stoga se merenje i najčešćžce obavlja sa preciznim denzitometrima sa korakom od 5µm i mernim mestom 25µm. Korsite se često i uređaji za uveličanje radiograma, što još pooštrava zahtev u pogledu sitnog zrna radiografskog filma.Određivanje veličine greške ovom metodom sastoje se u merenju gustine zacrnjenja u niz grešaka, sa nizom mernih tačaka po mernoj trasi. Određivanje dubine greške se sastoji u povezivanju izmerenih vrednosti gustine zacrnjenja sa promenom debljine materijala. To se najčešće radi preko kolibracionih krivih za svaki film, dobijenih iz karakteristika radiografskog filma i krive ekspozicije. Sve češće je korišćenje stepenastog klina snimljenog zajendno sa predmetom kontrole na istom filmu, jer se na taj način eliminiše greška u obradi filma i nije potrebno poznavati karateristike filma ali to uslovljava dobro poznavanje krive gustine zacrnjenja – debljine materijala da bi se omogućila korektna ekstrapulacija.Ova metoda omogućavao određivanje dubine greške sa odstupanjima ±10%. Uočeno je da se kod zavarenih spojeva greške u osi šava preciznije određuju od onih ka periferiji, a što se pripisuje neujednačenoj debljini iznad greške (neujednačeno nadvišenje). Mnogi istraživači upozoravaju

18

na probleme koje pri primeni ove metode izaziva neoštrina projekcije greške, koja je posebno izražena kod veoma uskih grešaka.Polazeći od izraza za promenu intenziteta zračenja širokog snopa pri prolasku kroz materijal bez greške:

Id = Io B ∙ e−μd

I sa greškom:

Ig= Io B ∙ e−μ ( d−∆d )−μg ∆ d

I relacije koja daje vezu između gustine zacrnjenja radiografskog filma (D) i intenziteta zračenja: D = k Id tP + Doformulisana je zavisnost između veličine greške (dubine) i promene guustine zacrnjenja:

Δd = ln [ Dg−D

D−Do+1]

(μ−μg)

gde su: Io i Ig – intenziteti zračenja pri prolasku kroz materijal bez i sa greškom respetivno, B – faktor nagomilavanja, µ i µg – linearni koeficijetn apsorpcije zračenja materijala predmeta kontrole i materijala kojim je ispunjena greška u predmetu kontrole, Δd – dubina greške u predmetu kontrole, D, Dg i Do – gustine zacrnjenja radiograma na mestu bez greške sa greškom zacrenjenje ne eksponiranog filma respektivno, t – vreme prozračavanja (ekspozicije), k – konstanta koja karakteriše energetski spektar i karakte-ristike filma i p – konstanta koja karakteriše zacrnjenje izazvano folijama.Data ralacija se može primeniti samo pri geometriji kod koje je osa snopa zračenja upravna na ravan filma. U slučaju ozračavanja pod uglom α nužna je korekcija. Autor izraza predlaže da se korekcija vrši samo na dalu promene zacrnjenja (ΔD = Dg – Do) i to:

D* = (Dg – Do) * = (Dg – Do)[1 – cos2 eµd(1 - 1cosα

) ]Tačnost ovakvog načina određivanja dubine greške nije veća, prema navodima autora, ±10%, a zahteva daleko više priprema i podataka u startu od predhodnog načina. Jedan od problema koji se javljaju pri određivanju dubine uskih grešaka (npr.prslina) je i njihov, najčešće, zakošeni položaj u odnosu na osu zavarenog spoja odnosno na osu snopa izvora zračenja (slika 14). Japanski autori stoga predlažu varijantu ove metode koja se sastoju u snimanju sa dve ekspozicije pod uglovima ±10º i merenju širine projekcija prslina. Na taj način oni omogućuju određivanje dubine prslina bez obzira da li je prslina pod uglom u odnosu na površinu predmeta kontrole ili upravna na nju, preko relacije:

h= ( l1+l 2 )cot α2

19

gde su l1 i l2 širine prslina merene na osnovu dve ekspozicije a αugao pod kojim je izvršeno prozračavanje.

Slika 14: Šematski prikaz prostiranja prsline u zavarenom spoju

Za razliku od predhodnih razmatranja userenih pre svega u određivanju dubine prsline, jedan broj autora usmerio je istrazivanja ka određivanju dubine neprovara. Merenjem gustine zacrnjenja moguće je iz odnosa pikova sa slike 15 odrediti dubinu neprovara preko relacije:

h= A∙[B (d lL−C)]

gde su A, B i C koeficijenti koji se mogu eksperimentalno odrediti d – nadvišenje zavara, l i L – visine pikova sa dijagramom dobijenog merenjem gustine zacrnjenja po trasi poprečnoj na pravac prostiranja neprovara (vidi sliku 26).

Slika 15: Kriva merenja gustine zacrnjenja radiograma poprečno na prostiranje ne provara

Na slici 16 prikazan je etalon kriva koja omogućuje direktno odredjivanje dubine neprovara u

zavisnosti od dlL.

20

Slika 16: Zavisnost dubine neprovara (h) od odnosa dlL

Za greške svernih oblika (npr. Poroznosti) i izvore zračenja niskih energija predložena je relacija:

dx=

d 0

1+ρxAxρoAo

gde su dx – dubina greške, do – prečnk projekcije greške svernog oblika u ravni filma, ρx i ρo – gustine materijala koju ispunjava grešku i materijala od koga je načinjen predmet kontrole. A x i Ao – koeficijenti koji zavise od linearnih koeficijenata apsorpcije zračenja u materijalu greške i materijalu predmeta kontrole.Zbog zahteva za poznavanjem prirode materijala kojim je greška ispunjena i ograničenja u pogledu oblika greške i energije izvora zračenja ova metoda nije našla širu primenu i pored relativno visoke osetljivosti (ispod 10%). U literaturi se sreće i relacija 2 za određivanje dubine greške u obliku:

dxdo

=K (1− DxDo

)

Gde su: dx – dubina greške, do – debljina predmeta kontrole u pravcu prozračavanja, Dx i Do – gustina zacrnjenja radiograma na mestu greške i mestu bez greške i K – koeficijent proporcionalnosti, koji se može eksperimentalno odrediti.

21

Rezultatu ispitivanja serije etalona sa veštačkim greškama, pravilnog oblika prikazani su na slici 17. Očigledno je relativno uska oblast linearne zavisnosti između dx/do i (1 – Dx/Do), što sužava mogućnost šire primene ove metode. Provera metode na određivanju veštačkih i prirodnih grešaka pokazalo je osetljivost u granicama do ±10%.

Slika 17: Zavisnosti veličine dx/do od merenih veličina gustina zacrnjenja (1-Dx/Do)

Karakteristično za sve napred izložene metode odredjivanja dubine grešaka merenjem gustine zacrnjenja je ograničenost na određene vrste grešaka ili ograničenu oblasti važenja. Sve one zahtevaju studiozna istraživanja radi utvrđivanja etalona krivih koeficijenata srazmernosti ili oblasti važenja za odredjene vrste grešaka što umanjuje njihovu masovniju primenu u praksi.

2.6 Stereografska metoda

Dubina greške moguće je oceniti i primenom stereoradiografije. Stereoradiografija predstavlja metodu određivanja položaja greške u predmetu kontrole primenom dvostruke eksppozicije na jednom radiografskom filmu, pri čemu se za svaku ekspoziciju koristi drugi položaj izvora zračenja (slika 18).Preciznim određivanjem geometrije prozračavanja (s, l1) i merenje veličina sa stereo-radiograma (l2, l3) moguće je pored položaja greške (h) određenog relacijom

h= sl 2

(l 1+ l2)odrediti i dubinu greške (Δx) preko relacije :

Δx= (s−h )l 3s

22

Slika 18: Sematski prikaz korišćenja stereoradiografije za određivanje dubine greške

Na slici 19 prikazan je primer stereoradiograma uzorka sa cilindričnom greškom a) sa koga je određen položaj (odstupanje +5%) i dubina greške (odstupanje +7%).

23

Slika 19: Stereoradiogram (c) i normalni radiogram (b) etalon (a)

2.7 Neutronska i protonska radiografija

Princip rada neutronske radiografije isti je kao i kod drugih tipova radiografije sa jonizujućim zračenjem. Razlika je samo u verovatnoći interakcije primarnog snopa sa različitim materijalima. Mera za ovu verovatnoću je koeficijent slabljenja primarnog snopa. Na sl. 20 prikazana je zavisnost ovog koeficijenta od rednog broja materijala za termičke neutrone i X zrake (125 kV).

Dobijena kriva za X zrake je glatka i monotono rastuća sa Z, a za termičke neutrone diskretna i nepravilna. i u slučaju istog hemijskog elementa, ali za dva različita izotopa, razlika može biti primetna. Povećani koeficijent slabljenja imaju laki materijali (vodonikm voda, azot....) kao i neki srednji i teški elementi (kadmijum, indijum, europijum, gadolinijum, živa, plutonijum...) što ukazuje na moguću primenu neutronske radiografije.

24

Slika 20: Zavisnost koeficijenta slabljenja primarnog snopa od rednog broja materijala, za termičke neutrone i X zrake (125 kV).

Za neutronsku radiografiju potrebno je obezbediti dovoljno snažan izvor neutrona. Zbog visokog preseka najpogodniji su termički neutroni. Najznačajniji izvor takvih neutrona je nuklearni reaktor. Međutim primena neutronske radiografije je skupa i vezana za lokaciju reaktora. S toga su se javili i mali, namenski reaktori za neutronsku radiografiju. Zbog potrebe izvođenja radiografije na licu mesta primenu su našli i radioizotopi neutronski generatori. Najznačajnije osobine svih pomenutih izvora dati su tabeli 2.

Tabela 2. Poređenje karakteristika različitih postrojenja za neutronsku radiografiju.

Iz tabela se vidi da primena akceleratora u neutronskoj radiografiji nije česta. Međutim ona je sasvim realna. To mogu biti i namenski mali akceleratori, ali i istraživački akceleratori sa

25

posebnima kanalom za neutronsku radiografiju. Pošto se na akceleratorima dobijaju brzi neutroni, neophodna je njihoava moderacija i kolimaciija, čime se gubi na efikasnosti. Potrebno je dakle precizno utvrditi ekonomičnost neutronske radiografije na akceleratorima.Akceleratorska instalacija ,,Tesla'' u INN ,, Vinča '' pored ostalih mogućnosti, moći će da generiše snopove deuterona energije 60-73 MeV i struje 10-20µA. Nuklearne reakcije koje daju neutrone najnižih energija su najpogodnije za korišćenje a to su:

49Be + 2

1d →105B + 1

0n + 4.3 MeV73Li + 1

2p→74Be + 1

0n + 2.1 MeV

Dobio bi se prinos neutrona od oko 2.5 109 n/s za reakciju sa berilijumom. Time neutronska radiografija postaje moguća .

Za prenosnu neutronsku radiografiju najznačajniji je izvor kalifornijum - 252(2). Najvecći nedostaci su mu: realtivno visoka cena, kratak period poluživota (2.65 god), mali neutronski fluks na mestu detektora i slaba rezolucija. Sve se to može kompenzovati mogućnošću primene na licu mesta. U sklopu svakog postrojenja za neutronsku radiografiju bitnu ulogu igra kolimator. Njegova uloga je da neutrone usmeri na metu. Idealno bi bilo da svi neutroni padaju na metu paralelno. Međutim tada bi se smanjio fluks neutrona na meti. Stoga se pravi kompromis. Kao mera za paralelnos neutrona služi tzv. Kolimatorski odnos L/D gde je L – udaljenost od izvora do mete, a D – prečnik otvora izvora. Što je veći kolimatorski odnos, snop neutrona je paralelniji. Time se postiže veća oštrina slike. Međutim, time se produžuje vreme eksponiranja. Kod snažnih izvora neutrona kao što su reaktori, u praksi se može ići na vrednosti L/D i preko 250. Kod slabih izvora, kao što je npr kalifornijum treba usmeriti što više neutrona na metu. To znači da treba ići na najmanji mogući kolimatorski odnos do granice podnošljivosti rezolucije. U praksi se koriste i vrednosti do 10.

Za neutronsku radiografiju kao metodu može se reći da je jedinstvena i komplementarna sa gama (X) radiografijom. Jedinstvena je npr u slučajevima da treba ustanoviti prisustvo dva različita izotopa istog elementa što je značajno u neuklearnoj tehnici.Kompatibilnost sa gama radiografijom ogleda se u sledećem. Gama radiografija je efikasnija ukoliko je redni broj Z materijala veću u odnosu na kontrast. To znači da je pogodna za ispitivanje metalnih sklopova. Pri ispitivanju lakih materijala daje loše rezultate. Nasuprot tome neutronska radiografija je efikasnija pri ispitivanju lakih materijala. Dakle, neutronska radiografija je dobra tako gde je gama (X) radiografija loša i obrnuto. Tek ispitivanje nepoznatog uzorka sa obe metode daje njegovu kompletnu sliku – neutronska i gama radiografija su kompatibilne.

Neutronska radiografija se danas sve više koristi kao metoda ne destruktivnog ispiti- vanja materijala. Njene najznačajnije primene su u: nuklearnoh tehnici, ispitivanje plastičnih materijala, pirotehnici, metalurgiji, biologiji medicini pa i arheologiji. U nuklearnoj tehnici koristi se za ispitivanje karakteristika gorivih elemenata naročito u eksperimentalnoj fazi. Primena u industriji je vrlo široka. Pošto guma i plastični materijali imaju dosta vodonika oni se lako detektuju neutronskom radiografijom. Vareni i lemljeni spojevi se takođe lako prepoznaju jer obično sadrže srebro i bor.

26

Protonska radiografija

Protonska radiografija bazirana je na obasjavanju objekta koji se ispituje brzim protonima, otklanjanju protona iz primarnog snopa i registraciji na filmu ili drugom detektoru. U zavisnosti od dimenzije objekta potrebno je obezbediti odgovarajuću energiju protona. Zavisnost specifičnog gubitka energije protona i njihovog dometa u vodi od energije prokazana je na sl.21 i sl.22.

Slika 22: Zavisnost dometa brzih Slika 21: Zavisnost dometa brzih gubitaka enrgije brzih protona protona od energije u vodi od energije u vodi

Specifični gubitak naelektrisanja opada sa porastom energije protona sve do energija 900-1000 MeV, kada počinje ponovo da raste. To znači da su energije 800-900 MeV najpogodnije za protonsku radiografiju. Sva povećanjem energije domet protona slabo raste pa ekonomičnost dolazi u prvi plan. Radiografijom sa brzim protonima nižih energija je moguća ali se smanjuju dimenzije objekta koji se ispituje.

Za ispitivanje brzih hidrodinamičkih procesa najčesće se koriste energije od oko 800 MeV. Sa njima se mogu radiografisati predmeti gustine kao voda dimenzija reda 1m. Za materijale veće gustine te dimenzije se srazmerno smanjuju. Interesantno je videti kolike su dimenzije predmeta koji bi se mogli radiografisati na akceleratorskoj instalaciji ,,Tesla'' u Vinči. Maksimalne energije protona bile bi oko 70MeV. Prema slici 22 proizilazi da su maksimalne dimenzije reda nekoliko centimetara. Ovim je primena znatno sužena ali ne i isključena.

27

3. VRSTE GREŠAKA,NJIHOV IZGLED NA RADIOGRAMU i KRITERIJUMI PRIHVATLJIVOSTI

3.1 Klasifikacija grešaka

Moguće su različite klasifikacije grešaka, a jedna od najčešćih je prikazana na slici 23:

Osim navedene podele grešaka, postoji i podela po vrsti koja zavisi pd vrste proizvoda tj. objekta koji se ispituje, što će biti obrađeno u poglaljima koji slede.Često je u upotrebi i podela greške u odnosu na period nastanka, greške u datom proizvodu ili materijalu koji se ispituje:

Prvobitne (početne) greškeOvde spadaju skupljanje, vruće suze, gasni mehur, nemetalni uključci, segregacije. One nastaju u prvobitnoj fazi oblikovanja izlivenog metala, i obično ostaju u istom obliku kroz sve naredne faze obrade.

Greške nastale prilikom obradeTo su uglavnom prsline kao najtipičniji predstavnik. One nastaju kao rezultat termičke obrade, brušenja, i mašinske obrade tj prilikom dovodjenja metala u završni oblik i stanje.

28

Greške nastale tokom eksplotacije

Tipičan predstavnik ovih grešaka su prsline koje je javljaju i razvijaju tokom upotrebe proizvoda, usled dejstva nekog opterećenja. U opštem slučaju postoje dve vrste ovih prslina, i to zamorne prsline nastale uzastopnim delovanjem visoko cilindričnog opterećenja, ili prsline nastale uzastopnim delovanjem visoko cilindričnog opterećenja, ili prsline nastale usled delovanja pojedinačnog ili niskocilindričnog opterećenja. Prsline u eksploatacij objekta često nastaju i razvijaju se usled postojanja grešaka iz ranijih faza izrade i obrade.

Pored prslina za eksploataciju je karakteristično i pojava korozivnih, erozivnih i drugih tipova oštećenja.

3.2 Najopštiji opis karakterističnih grešaka u metalnim materijalima

Uključci su obično nemetalnog karaktera (šljaka, vatrostalni materijali i hemijska jedinjenja-sulfidi, oksidi, silikati), koji bivaju zarobljeni u očvršćavajućem ingotu. Oni su obično izduženog oblika i pojavljuju se u ingotu, saglasno pojedinim fazama izrade. Različitih su dimenzija i kod finalnog proizvoda se mogu pojaviti kao površinski ili podpovršinski diskontinaiteti.

Gasni mehur i šupljine se formiraju zbog prisustva gasa, nerastvorljivog metalu, i koji biva zarobljen kada metal očvršćava. Ako se ingot podvrgne nekim od postupaka fabrikacije, gasni mehuri dobijaju izdužen oblik. Kod finalnih proizvoda se obično pojavljuju u obliku šavova i laminantnosti, zavisno od lokacije.

Skupljanja sastoje se od velikih šupljina nastalih skušljanjem na površini pre izvođenja postupka obrade, mogu imati vrlo štetna uticaj na izvodjenje istih. Ukoliko postoje u delovima nakon njihove izrade obično se nalaze na nekom rastojanju ispod površine.

Segragacija kada ingot očvršćava, raspodela različitih elemenata i sastojaka u opštem slučaju nije jednaka po celom preseku ingota, tj pojavljuju se segragacije pojedinih sastojaka. Ako je ingot kovan a zatim valjan, ove segragacije su izdužene i umanjuju poprečni presek proizvoda. Često se pojavljuju i kao vrlo tanke paralelne linije ili linijske grupacije nečistoća.

Nespojena mesta predstavljaju nedovoljna spajanja iizmedju dva toka metala i kalupa. Predhodno je izazvano prisustvom tokova metala koji se hladi tako brzo da fuziju čini nekompletnom.

Vruće suze su lokalna koncentracija koja nastaju, oblikovane za vreme očvršćavanja. Nastaju dok je metal još u toplom stanju i kada lokalne nehomogenosti u sastavu legura obrazuju kapljice koje teku kao suze.

Prsline su najtipičniji slučaj greške nastale u toku izrade. Mogu nastati praktično kod svih postupaka fabrikacije

Preklopi su tipične vrste grešaka nastalih u pojedinim postupcima fabrikacije i prestavljaju nabore na površini i/ili nedovoljnim pritiskom u završnoj fazi fabrikacije.

29

Zarezi diskontinuiteti, obično podužne orijentacije, slične površinskim prslinama. Najčešće se javljaju kod otkivaka.

Greške obrade pri mehaničkoj obradi i obično nastaju površinske prsline, najčešće kao rezultat pregrevanja. Neadekvatna termička obrada takodje može izazvati pojavu prslina.

Greške nastale tokom eksploatacije U opštem slučaju svode se nagreške tipa prsline ili odnošenje čestica metala. S obzirom na uzrok nastanka, dele se na:

Greške nastale mehaničkim opterećenjem Greške nastale termičkim opterećenjem Greške nastale erozivnim delovanjem Greške nastale hemijskim delovanjem tj koroziona oštećenja.

3.3 Greške kod odlivaka i njihove greške na radiogramu

Po vrsti, greške u odlivcima svrstane su u 7 grupa:

A – gasni mehuri i šupljine, B – preščana gnezda i uključci C – unutrašnja skupljanja D – vruće suze, E – prslin F – nespojena mesta i G – unutrašnje zamrzline

3.3.1 Gasni mehuri i šupljine

Gasni mehuri i šupljine u odlivcima predstavljaju šupljine gasom ili vazduhom. To su česte greške kod odlivaka, aposledica su loše tehnike livenja. Nastaju usled:

- Zahvatanje vazduha- Zadržavanja gasa u metalu od koga su izrađeni kalupi za livenje i- Skupljanja metala.

Najčešći uzrok nastajanja gasnih mehura je vazduh koji se nalazi u kalupima pre livenja. Ukoliko vazduh nije uspeo u procesu da u potpunosti napusti kalup i izađe kroz otvore, biće zahvaćen strujom tečnog metala i ostati zarobljen u odlivku mehura ili malih gasnih pora. Gasni mehuri često nastaju zarobljavanjem gasova nastalih u reakcijama koje se odvijaju tokom livenja. Rastvorljivost gasova u tečnom metajlu je velika i naglo se menja sa promenom temperature. Pri očvršćavanju metala rastvorljivost gasova u metalu se usled smenjenja temperature smanjuje. Suvišni gas se odvija iz metala i skuplja u mehuriće koji se kreći kroz metal ka površini i nastoje da napuste odlivak. Ukoliko je proces hlađenja ubrzan ili neravnomeran, zbog neodgovarajuće tehnologije livenja ili odstupanja od propisanje tehnologije, gasni mehuri će ostati zarobljeni u očvrslom metalu. Obično su ovi gasni mehuri mali i raspoređeni u čitavom odlivku ili pojedinim zonama. Veoma često uzrok nastajanja ovih grešaka je i materijal koji se upotrebljava za formiranje kalupa. Gasovi se izdvajaju pri dodiru tečnog metala i kalupa i prdiru u tečni metal odlivka. Ovako nastale greške obično se nalaze neposredno ispod površine odlivka. Gasni mehuri nastaju i usled nepravilnog ulivanja tečnog metala u kalupe. Ukoliko tečni metal pada sa velike visinem mogu se pri dnu kalupa formirati metalne kapi koje brzo očvršćavaju i na čijim se

30

površinama formira sloj oksida. U reakciji oksida sa tečnim metalom obraazuje se gas koji u obliku mehura može ostati zarobljen oko očvrsle kapi metala. Gasni mehuri su loptastog oblika i na radiogramu se manifestuje u obliku polja znatno veće gustine zacrnjenja, okruglog ili ovalnog oblika.

Slika 24: Gasni mehur u odlivku. a – šemtaski prikaz greške ; b – radiogram

Pored loptastog oblika , gasni mehuri mogu biti i izduženog oblika. Gasni mehuri mogu biti međusobno povezani u sistem malih šupljina, nešto krupnijih od mikroporoznosti i mikro skupljanja. Ta forma se naziva sunđerastom poroznošću. Na radiogramima odlivka male debljine u pravcu prozračavanja ove greške se lako uočavaju, jer se oblici šupljina jasno ocrtavaju, međutim, na radiogramima debljih odlivaka ove se greške taško identifikuju, jer se manifestuju samo kao tamne mrlje.

Šupljine u odlivcima nastaju usled smanjenja zapremine odlivaka pri očvršćavanju. Koeficijent istezanja metala se menja sa promenom temperature. Metali imaju veći koeficijent istezanja u tečnom stanju i on se umanjuje pri prelasku metala iz tečnog u čvrsto stanje, usled čega će se obrazovati usahline (lunkeri), na površini odlivaka šupljine usled stezanja, u unutrašnjost odlivka, na mestima koja očvršćavaju ubrzano, pa prestane dotok istopljenog metala iz hranitelja ili nalivka, dešava se da lunker iz glave oduška ili hranitelja produži u dubini, pri čemu nastaje sekundarni lunker . Ova greška, vezana su za lošu tehniku livenja ili nepravilno postavljene ulivne sisteme, može izazvati greške koje se protežu i po celoj dubini odlivka. Na radiogramu se šupljine manifestuju kao povećane gustine zacrnjenja napravilnog oblika. Oblik ovih grešaka, karakterističnih za srednje i velike odlivke, zavisi od debljine odlivka i brzine hlađenja u procesu očršćavanja. Kod vlaknastih skupljanja greške se na radiogramu prikazuje u obliku drveta sa većim i manjim.Greške tipa gasni mehuri i šupljine obično se pojavljuju zajedno u odlivcima.

3.3.2 Peščana gnezda i uključci

Peščana gnezda i uključci predstavljaju strana tela zarobljena u odlivku, koja se po svojim osobinama razlikuje od metala odlivka. Na radiogramu se ove greške manifestuju u obliku senki različitog oblika (slika 25). Kako je gustina preščanih i drugih ukuljačaka obično manja od gustine metala odlivka, projekcije grašaka radiogramu veće gustine zarnjenja od dela radiograma koji odgovara homogenom delu odlivka.

31

Slika 25: Peščana gnezda i uključci u odlivku a – šematski prikaz; b – radiogram

Peščana gnezda (slika 26) u odlivcima nastaju pri ulivanju tečnog metala u kalupe i rasipanju peska u tečni metal, pri udaru i oštećenju zidova kalupa mlazom tečnog metala. Uzrok nastajanja ove greške može biti:

Neosušena peščana forma Slabo formiran peščani kalup i Nepravilan dovod metala u peščanu formu

Peščani uključci mogu biti skoncentrisani na jednom mestu ili razbacani po celom odlivku.

Uključci nastaju kao zaostali i zaribljeni produkti dezoksidacije u procesu livenja, ili kao zahvaćene ili zarobljene čvste čestice. Projekcije uključaka produkta dezoksidacije na radiogramu obično imaju blaže konture od prejekcije uključaka peska i drugih čvrstih uključaka.

Slika 26: Presek odlivka na mestu peščanih gnezda

3.3.3 Unutrašnja skupljanja

Unutrašnja skupljanja su praznine u odlivcima koje nastaju kao poslediva neravnomernog očvršćavanja odlivka. Za rasliku od šupljina i sekindarnih lunkera, skupljanje se obrazuje na mestima nagle promene dimenzija odlivka, na mestima hranitelja ili oduška i drugim mestima koje posle prekidanja hranjenja poslednja očvršćavaju.

32

Unutrašnja skupljanja se mogu javiti u obliku jedinstvenih praznina. Karakteristična su za odlivke velikih zapremina i odlivke izradjene od metala i legura koje očvršćavaju u širokom temperaturskom intervalu. Oblik unutrašnjih skupljanja zavisi od oblika odlivka i brzine hlađenja, a položaj, od redosleda očvršćavanja. Na radiogramu se manifestuju u obliku oštro ocrtanih polja velike gustina zacrnjenja napravilnih konutra (slika 27). Često su oblika zrakaste linije, koja se obično račva iz jednog centra u više pravaca.

Slika 27: Unutršnja supljanja u odlivku debljine 45mm. a - šematki prikaz greške; b - radiogram

3.3.4 Vruće suze

Vruće suze su lokalna koncentrisanja lako topivih elemenata u odlivcima. Ove nehomogenosti nastaju usled idavanja pojedinih elemenata u odlivcima.Segregacija, lokalna nehomogenost u sastavu legura, poslednje očvršćavanju, najčešće obrazujući greške u obilku kapljica koje teku kao suze (slika 28), dok je odlivak još u toplom stanju, po čemu je greška i dobila ime.

Slika 28: Vruće suze u odlivku. a- šematski prikaz greške; b- radiogram

Vruće suze se mogu pojaviti u celom odlivku ili kao lokalizovane ili trakaste greške.Slična greška se može pojavit u slučajevima kada je onemogućena slobodna dilatacija odlivka za vreme hlađenja.

33

3.3.5 Prsline

Prsline su diskontinuiteti usled lokalnog (razdvajanja) metala odlivka. Na radiogramu se razlikuje od vrućih suza i unutrašnjih skupljanja po karakterističnom obiku: nepravilno izlomljenim linijama veće gustine zacrnjenja (slika 29).

Slika 29: Hladna prslina u odlivku. a - šematski prikaz; b - radiogram

Razlikuju se dve vrste prslina: topla i hladne.

Tople prsline nastaju pri višim temperaturama (npr. kod čeličnih odlivka u intervalu 1250ºC-1400ºC) i polsedica su toplotnih naprezanja.Tople prsline imaju nepravilan oblik i zidovi su im prekriveni slojem oksida. Nastaju oko hranitelja na mestima velikih promena debljine, na mestima spajanja više zidova odlivaka velike mase i sl.

Hladne prsline nastaju na nižim temperaturama, npr. kod čeličnih odlivaka ispod 650ºC.One imaju sjajnu povšinu i od toplih se razlikuju manjom širinom i većom izvijenošću (talasnost).

Orijentacija prislina u odlivcima se teško predviđa. Posledica toga je da će pri radiografiji projekcija prsline na radiogramu biti kontrastna i oštra samo u delu gde je osa primarnog snopa zračenja ravni prostiranja greške. Tamo gde osa primarnog snopa zračenja zaklapa sa ravni prostiranja prsline veći ugao, projekcija prsline na radiogramu će biti manje kontrastna i prostiraće se u obliku nejasne široke linije, zadržavajući karakterističan talasasti igled na osnovu koga se može prepoznati.

3.3.6 Nespojena mesta-venci

Nespojena mesta u odivcima nastaju kao posledica oksidnih i drugih uključaka, naročito na mestima sastava hranitelja i odušaka. Pojavu ovog defekta ne prate i koncetracije poroznosti, ali se u kocentričnim geometrijskim oblicima (slika 30) redovno mogu pronaci znatni oksidni uključci.

34

Na radiogramu se ova vrsta greške u odlivcima manifestuje kružnom linijom, u obilku venca, povećane gustine zacrnjenja. Po obodu venca jasno se primećuju tragovi unutrašnjih skupljanja, nedovoljnih da dovedu do pojave prslina.

Slika 30: Nespojena mesta u odlivku. a - šematski prikaz greške, b - radigram

3.3.7 Unutrašnje zamrzline

Unutrašnje zamrzline (slika 31), poznate su još kao hladni spojevi nastaju kada deo čeličnog odlivka, obično uz zid kalupa, koji je naglo počeo da očvršćava, zalije nova količina istopljenog metala. Nespojena mesta nastaju na ovakav način na radiogramu se manifestuju kao linije veće gustine zacrnjenja, koje je ponekad teško razlikovati od prslina.

Ova grupa grešaka javlja se kod umirenih čelika, a naročito legiranih sa aluminijumom, manganom, silicijumom i hromom.

Pojava ove vrste grešaka je česta pri livenju u kokilama, ako je kokila slabo lakirana. Oksidni slojevi,koji se stvaraju na površini istopljenog metala mogu se lako prilepiti uz slabo lakiranje zid kokile. Čelik koji se uliva, zarobiće ove oksidne filmove, usled čega će doći do pojave unutrašnjih zamrzlina. Ovu greška obično prate gasni mehuri i nemetalni uključci.

Slika 31: Unutrašnje zamrzline u odlivku. a - šematski prikaz greške, b - radiogram

35

Izloženi prikaz grešaka odnosi se uglavnom na čelične odlivke. Većinu grešaka koje se javljaju u odlivcima od lakih metala lako je uočiti na radiogramu, ukoliko se primeni korektna radigrafska tehnika. Izvesni problemi se javljaju kod interpretacije. Male greške (mikroporoznost, mikroskupljanja, vruće suze) su česte i teško ih je mešusobno razlikovati. Površinski premazi odlivaka od lakih metala, koji sadže komponente od gušćih materijala, mogu otežati pravilnu interpretaciju. Boja može da popuni povšinske greške i da na radiogramu proizvede zone manjih gustina zacrnjenja. Slično tome, i peščani uključci kod odlivaka od legura magnezijuma prikazuju se na radiogramu znatno razlikama gustina zacrnjenja.

Složen presek odlivka često je smetnja interpretaciji radiograma. Najveći broj grešaka pri interpretaciji odlivaka nastaje u pokušaju da se interpretira radiogram nepoznatog odlivka, rekonstrukcijom trodimenzionalnog lika predmeta kontrole, na osnovu dvodimenzionalnog prikaza u ravni radiogram.

Na većini radiograma odlivaka, usled složene geometrije, raspon zacrnjenja je veliki, što ometa, ili, čak, onemogućuje korektnu interpretaciju. Veliku pomoć u interpretaciji u ovakvim slučajevima mogu da pruže iluminatori sa promenjivim intezitetom osvetljenja i promenljivom veličinom osvetljene povšine.

3.4 Greške kod zavarenih spojeva i njihov izgled na radiogramu

Po vrsti, greške u zavarenim spojevima se dele, prema preporukama Međunarodnog instituta za zavarivanje (MIZ, International Institute of Welding-11W) na šest grupa.Grupe grešaka se označavaju brojčanim simbolima prema JUS C.T3.020, koji je ekvivalentan ISO 6520 tj. EN 26520:

100 - prsline200 - gasni mehurovi300 - uključci u čvrstom stanju nedostatak provara400 - nalepljivanja i nedostatak provara500 - greške oblika600 - ostale greške

Dodatnim brojevima definisani su položaji grešaka i učestalost

3.4.1 Gasni uključci

Gasni uključci i šupljine zavarenim spojevima su mehurići ispunjeni gasom. Greške ovog tipa mogu se na osnovu najznačajnijih (5) kriterijuma i potpunije definisati kao:prema načinu rastojanja- gasni mehuri zarobljeni u zavaru i šupljine nastale pri očvršćavanju zavara;

prema obliku - gasni mehuri i šupljine loptastog i izduženog oblika; prema učestalosti - pojedinačne, u nizu i u gnezdu; prema veličini - mikro i makro mehuri i šupljine (do veličine od nekoliko milimetara); prema mestu nastajanja - gasni mehuri i šupljine u zavaru i na površini zavara (otvorene

pore).

Gasni mehuri su posledica obrazovanja šupljina fazi očvršćavanja kupatila. Za vreme očvršćavanja rastopljenog metala pri zavarivanju dolazi do oslobađanja gasova rastvorenih u metalu, jer se njihova rastvorljivost u metalu menja sa promenom temperature. Pri smanjenju

36

temperature, počev od temperature topljenja metala, rastvorljivost gasova se smanjuje, a mehurići gasa postepeno izlaze na površinu. Pri većin brzinama hlađenja mehuri gasa ne stignu da isplivaju na površinu i da odu u atmosferu, već ostaju ,,zarobljeni’’ u etalu šava (MŠ).

Tri su najčešća uzroka nastajanja gasnih mehura:

nečistoća na mestu zavarivanja:osnovnog metala (vlaga, masnoća, razni premaz i oksidi na poršini), dodatnog (vaga, masnoća, premazi) i pomoćnog materijala (vlaga, nečistoća) za zavarivanje,

slaba zaštita kupatila u procesu zavarivanja, usled neodgovarajuće tehinke rada, odnosno,neodgovarajućih parametara zavarivanja (duži električni luk, prejaka struja zavarivanja, nepravilan nagib loše vođenje električnog luka, ubrzano hlađenje).

Nepravilno džanje gorionika pri MIG/MAG zavarivanju (preveliki nagib) može dovesti do pojave gasnih mehura usled uvlačenja gasova iz atmosfere jer slabi zaštita metalnog kupatila. Nasuprot tome prevelika količina zaštitnog gasa (MIG, TIG) prouzrukuje prejaka strujanja i nekontrlisano vrtloženje gasa,što ima za posledicu usisavanje štetnih gasova iz atmosfere. Sličan efekat ima i nečista mlaznica gorionika jer metalne kapljice nalepljene na unurašnjoj stani izazivaju vrtloženje gasa.

Šupljine u zavaru mogu nastati kao posledica stezanja metala za vreme očvršćenja.Mogu biti u metalu šava ili na površini zavara, najčešće završnom krateru.Na radiogramu se gasni mehuri i šupljine manifestuju kao oštro definisane tamne senke. S ozirom da su mehuri i šupljine ispunjeni gasom čiji je linearni koeficijent apsorpcije zanemarljiv, gustina zacrnjenja na radiogramu, na mestu koje odgovara grešci zavisiće od veličine greške. Projekcije gasnih mehura i šupljina su okruglog ili izduženog oblika (slika 32 i 33). Greške su raspoređene po osi zavarenog spoja (slika 34) ili upravno na osu (slika 35), a ređe pogranici rastapanja. Pojavljaju se u skupinama, obično na početaku ili na kraju zavara (slika 35), ili rastresito duž celog zavara (slika 34), ili u nizovima. Retko se gasni mehuri pojavljuju kao pojedinačni, u tom slučaju su po pravilu veliki (slika 32).

37

Slika 32: Pojedinačni gasni mehuri loptastog oblika. a - poprečni presek šava; b - radiogramSlika 33: Izduženi gasni mehuri i šupljine. a - poprečni presek šava; b-radiogramSlika 34: Gasni mehuri u nizu. a - porečni presek šava; b - radiogramSlika 35: Gnezda gasnih mehura. a - poprečni presek šava; b - radiogram

3.4.2 Uključci u čvrstom stanju

Uključci u čvrstom stanju predstavljaju strana tela (nemetale i metale) zarobljene u masi metala šava, koji se po svojstvima razlikuju od metala šava. U ovu grupu gresaka spadaju:

- uključci troske (u liniji-nizu, izolovani, ostali)- uključci praha- uključci oksida, sulfida, fosfata, i silikata, kao i uključci metala (npr. volfram i

aluminijum)

Uključci troske su ostaci očvrsle troske zarobljeni u masi metala šava koji nisu uspeli da isplivaju na površinu pri očvršćavanju.Na radiogramu se uključci troske prikazuju kao tamna polja nepravilnog oblika.Gustina zacrnjenja na delu radiograma koji odgovara mestu sa greškama moye da varira u širokom opsegu i da, veoma često, bude približno jednaka gustini zacrnjenja koji odgovara osnovnom materijalu, jer gustina zacrnjenja zavisi od veličine greške u pravcu prozračavanja i razlike u linearnim koeficijentima apsorpcije za osnovni materijal i materijal kojim je ispunjena greška. Uključci troske mogu biti pojedinačni (slika 40), u nizu i gnezdima. Raznovrsnog su oblika i projekcije na radiogramima su im najčešće površine zatvorene pravim linijama. Raspored u

38

šavovima im je različit, nepravilan po celoj dužini i širini šava. Uključci po veličini mogu biti različiti, od nekoliko desetih delova do nekoliko.

Ukljućci praha u metalu šava su nečistoće nastale od zaštitnog praha koji nije istopljen i koji nije isplivao na površinu zavara, prizavarivanju pod zaštitom praška (EPP). Uključci praha u zavaru mogu zaostati mestimično ili po celoj dužini, a na radiogramu se prikazuju na sličan način kao i uključci troske.Uključci oksida u zavaru su spojevi metala sa kiseonkom. Mogu nastati pri zavarivanju, ukoliko na povrsini osnovnog materijala ima produkata korozije, pa se u procesu zavarivanja unose u šav, ili kad usled slabe zaštite kupatila zavara ili nedostatka dezoksidanata u zaštitnim sredstvima dolazi do oksidacije metala šava.Uključci sulfida, nitrida, fosfata i silikata u metalu šava su legure sumpora, azota, fosfora i silicijuma sa metalom, koje su u obliku finih čestica nečistoća raspršene u zavaru ili, ponekad, koncentrisane u velike skupine.Uključci metala u zavarenim spojevima predstavljaju prisustvo onih metala čija se svojstva bitno razlikuju od metala šava. Najčešće su to sitni uključci volframa u zavarenim spojevima aluminijuma i njegovih legura, magnezijuma, titana itd. Volfram dospeva u metal šava obično usled primene struja zavarivanja velike jačine u odnosu na prečnik volframove elektrode. Pregrejan vrh volframove elektrode u dodiru sa osnovnim materijalom izaziva kapljice volframa i njihovo raspršivanje po celom preseku šava.Volframovi uključci u zavarenim spojevima aluminijuma i njegovih legura manifestuje se u obliku okruglih i nepravilnih svetlih polja (slika 37). Manaja gustina zacrnjenja na delu radiograma koji odgovara mestu sa volframovim uključkom je posledica većeg linearnog koeficijenta slabljenja zračenja u volframu nego u osnovnom materijalu.

Slika 37: Volframovi uključci

3.4.3 Nalepljivanje

Nalepljivanje (greške u vezivanju) predstavlja nepostojanje veze izmedju istopljenog materijala ili izmedju dva susedna sloja zavara.Greska nalepljivanja može se pojaviti kao:

39

- bočno nalepljivanje na stranicama žljeba,- nalepljivanje između slojeva i- nalepljivanje u korenu.

Nalepljivanje nastaje ako istopljeni metal naleže na površinu osnovnog metala ili zavara na kojoj je već završena faza kristalizacije, a toplota kupatila zavara nije dovoljna da taj površinski sloj istopi, usled čega će doći do slabe veze između osnovnog metala i metala šava, odnosno, između dva sloja zavara.Uzroci nastajanja nalepljivanja su najčešće:

- mala jačina struje zavarivanja,- nepravilno usmeravanje električnog luka,- nečistoća na mestu zavarivanja,- prevelika, preslaba ili neujednačena brzina zavarivanja,- preširoko njihanje električnog luka i sl.

Greške nalepljivanja se na radiogramu prikazuju u vidu podužnih, često isprekidanih, tamnih linija, oštro definisanih i lociranih paralelno osi šava ili u blizini ivica šava (slika 38).

Slika 38: Greške nalepljivanja

Greške nalepljivanja se relativno teško otkrivaju radiografskim metodama. Ako greška leži u kosoj ravni stranice žljeba, teško će se registrovati na radiogramu, jer će pri prozračavanju, sa osom primarnog snopa zračenja upravnom na ravan filma, prouzrokovati na radiogramu malu promenu gustine zacrnjenja usled male veličine greške u pravcu prozračavanja.

3.4.4 Nedostatak provara

Nedostatak provara predstavlja delimično odsustvo rastapanja stranice žljeba, tako da ostaje praznina između stranica (slika 39).

40

41

Slika 39. Primeri otkrivenih grešaka (Referentni radiogrami Agfa Gevaert)

Odugo na dole: 1 - gasni mehurovi; 2 – nedoatatak provara; 3 – uzdužne prsline; 4 – poprečne prsline; 5 – gasni mehurovi u cevovodu; 6 – troska u liniji; 7 - podsecanje

Kod ove greske se razlikuju dva slučaja.U prvom slučaju stranice osnovnog materijala su dobro rastopljene, ali dodatni materijal nije u potpunosti ispunio prostor između stranica žljeba (slika 53). Ovo je čest slučaj pri zavarivanju u nadglavnom položaju ili kod pojedinih postupaka zavarivanja, kao što su gasno ili zavarivanje netopivom elektrodom u zaštiti inertnih gasova (TIG).U drugom slučaju žljeb takođe nije ispunjen, ali stranice nisu rastopljene i postoje nezavarena mesta i zarezi (slika 39). Ova vrsta nedostatka provara je znatno opasnija jer, pored oslabljenog nosivog preseka predmeta kontrole , deluje kao oštar i dubok zarez, zbog čega će nastati velike koncentracije napona u predmetu kontrole.

3.4.5 Prsline

Prsline u zavarenim spojevima su delimični ili potpuni lomovi metala, nastali kao posledica zavarivanja ili eksplotacije (slika 39). Prsline se javljaju u materijalu šava (MŠ) ili u zoni uticaja toplote (ZUT) , pa čak i u osnovnom materijalu (OM) zavarenog spoja.Prsline se mogu deliti:

- po temperaturnoj oblasti njihovog nastajanja na: tople, hladne, prsline usled naknadne termičke obrade, i na lamelarni lom;

- po mestu nastajanja na: prsline u MŠ, ZUT, OM;- po prostiranju u odnosu na osu šava na: podužne, poprečne, i zrakaste;- po veličini na: mikro i makro prsline.

Tople prsline

Za sad egzistiraju dve hipoteze o obrazovanju vrućih prslina:

- Uzroci pojave toplih prslina u zavarenim spojevima su zaostajanje žitkih i polužitkih međukristalnih slojeva do onog momenta dok zatežući naponi ne dostignu veličinu koja je dovoljna za razdvajanje kristala.

- Uzrok nastajanja toplih prslina je nedovoljna jačina i deformaciona sposobnost (plastičnost) metala pri visokim temperaturama. Povećanjem temperaturnog intervala krtosti, smanjenjem jačine i plastičnosti metala u međukristalnim zonama, verovatnoća obrazovanja toplih prslina raste.

Tople prsline predstavljaju mesta razdvajanja materijala u MŠ i u ZUT na temperaturi očvršćavanja ili nešto ispod nje. Kao donja granična temperatura za njihovo nastajanje, uzima se 0,5 Tt (Tt-temperatura topljenja).Nastaju u temperaturnom intervalu iznad i ispod solidusa, pa se stoga dele u dve grupe:

- kristalizacione i- podsolidusne ili likvacijske prsline.

42

Kristalizacione prsline nastaju u procesu kristalizacije, dok je metal u čvrsto-tečnom stanju a likvicijske se formiraju u metalu kada je on vec očvrsnuo.Najčešće se prostiru kao uzdužne, paralelne osi šava, na mestu spoja stubičastih kristala ili između susednih zrna. Prostiru se i kao poprečne, upravno na osu šava, ali uvek po granicama kristalita. Oblik prsline je obično vijugav-tipa zareza, a površina preloma kristalno zrnasta.Kristalizacione prsline su posledica skupljanja metala šava u poslednjem stadijumu očvršćavanja. U procesu očvršćavanja metal šava prolazi kroz temperaturni interval krtosti (TIK) koji predstavlja deo intervala kristalizacije. U tom intervalu metal šava se nalazi u čvrstom stanju. Pri prelasku kroz TIK u kome je deformaciona sposobnost metala manja od nastalih deformacija, mogu se obrazovati tople prsline.Na obrazovanje podsolidusnih prslina veliki uticaj ima temperaturni interval smanjenje plastičnosti metala koji se javlja ispod temperature solidusa.Pri utvrđivanju tehnologije zavarivanja treba voditi računa o najvažnijim elementima koji utiču na otpornost metala šava prema toplim prslinama:

- o veličini i brzini porasta zatežućih napona, koji deluju u periodu kristalizacije,- o hemiskom sastavu metala šava, koji mu određuje svojstva u periodu kristalizacije,- o obliku rastopljenog metala, koji određuje pravac rasta stubičastih kristala , karakter

njihovog međusobnog dodira i raspored međukristalnih delova na zatežuće napone, kao karakter i

- o velićini primarnih kristala.

Prsline u krateru šava su poseban vid prslina, koje nastaju usled nepravilnog završetka zavarivanja. Naglim prekidom električnog luka podizanjem elektrode u vis slabi zaštita metalnog kupatila, usled čega se krater, koji nastaje usled smanjenja zapremine, obogatiti nečistoćama. Ova mesta, koja su zbog neravnomernog zagrevanja i hlađenja izložena dejstvu napona zatezanja, imaju povećanu sklonost prema nastajanju prslina.

Hladne prsline

su mikroskopska i makroskopska razdvajanja materijala u MŠ i ZUT, koja se obrazuje u niskotemperaturnom području zavarivačkog ciklusa, obično ispod temperature 200-250ºC. Ove greške se javljaju pri zavarivanju nisko i srednje legiranih čelika feritno-perlitne i martenzitne klase. Javljaju se po pravilu nekoliko časova posle zavarivanja, a zatim se razvijaju tokom nekoliko narednih časova ili čak dana.Kod zavarivanja nisko i srednje legiranih čelika hladne prsline nastaju kao posledica delovanja tri činioca, od kojih nijedan sam nije dovoljan da izazove prsline. Ti osnovni činioci su:

- mikrostruktura,- sadržaj difundovanog vodonika,- naponi koji prate proces zavarivanja.

Pri zavarivanju čelika, pod uticajem zavarivačkog termičkog ciklusa, MŠ i ZUT prolaze kroz određene strukturne transformacije. Sklonost čelika prema pojavi hladnh prslina zavise od njegove prokaljivosti, odnosno krtosti usled transformacije. Većina legirajućih elemenata ima direktan uticaj na zakaljivost ZUT, tako da za dati sadržaj ugljenika oni utiču na osetljivost prema pojavi hladnih prslina. Uobičajeno je da se čelici međusobno porede i da se određuje njihova sklonost prema krtosti usled transformacije. Jedan od pokazitelja krutosti je tvrdoća ZUT. Pri vrednostima tvrdoće ZUT iznad HV = 350-400 već se stvara smeša tvrdih proizvoda raspada, koji su skloni pojavi hladnh prslina.

43

Prisustvo vodonika je jedan od bitnh činilaca za pojavu hladnih prslina. Vodonik dospeva u MŠ iz obloge elektroda, praška, iz okoline vlažne sredine, iz nečistih gasova zaštitne atmosfere ili nedovoljno očišćenih (odmašćenih) elektrodnih žica i stranica elemenata spoja koji se zavaruje. On se koncentriše na mestima sitnih grešaka u strukturi. Pri njegovom prelasku iz atomskog u molekularno stanje, kao posledica promene zapremine, nastaju pritisci na mestima intenzivnog skupljanja. Ako su ova naprezanja veća od zatezne čvrstoće metala, doći će do pojave prsline.Odlučujući činilac za pojavu hladnih prslina je napon zatezanja i posle završenog zavarivanja. Veličina ovog napona zavisi od debljine zavarenog spoja, vrste zavarenog spoja a pre svega od krutosti zavarenog dela konstrukcije.

Uključci troske u prolazima: nepravilno slučajno tačkasto zatamnjenje, nešto izduženo

Linijska poroznost u korenom prolazu: oble i izdužene zatamnjene

tačke nekad u liniji

Poprečne prsline: tanke zatamnjene linije popreko na šav

Slika 40: Primeri otkrivenih grešaka (Referentni radiogrami Du Pont)

Prsline u krateru zavara (podužne, poprečne zrakaste) su poseban vid prslina koje, pored već opisanih razloga, nastaju i usled nepravilnog završetka zavarivanja. Naglim prekidom električnog luka, podizanjem elektrode u vis, slabi zaštita metalnog kupatila, usled čega se krater koji nastaje usled smanjenja zapremine obogatiti nečistoćama. Ova mesta koja su zbog neravnomernog zagrevanja i hlađenja izložena dejstvu napona zatezanja, imaju povećanu sklonost ka nastajanju prslina.Prsline se na radiogramu prikazuju kao tanke, tamne linije, karakterističnog ili izlomljenog izgleda, promenljive širine. Promena širine je najčešća posledica promene pravca prostiranja prsline, kao što su ravni radiograma, usled projektovanja iz jedne tačke (izvor zračenja) prikazuje kao promena širine greške. Prsline mogu biti paralelne osi šava (podužne prsline slika 55) ili upravne na osu (prsline slika 40), mogu se račvati iz jedne tačke (zrakaste), ili biti međusobno (razgranate), sa počecima u različitim tačkama.

44

Mogućnost regisracije prsline na radiogramu zavisi od širine prsline i orijentacije otvora prsline prema osi primarnog snopa. Kod zavarenih spojeva na manjim debljinama (ispod10 mm), pri primenjenoj rdiografskoj tehnici sa relativnom osetljivošću ispod 2%, osetljivost na otkrivanje prslina je visoka. Pri većim debljinama osnovnog materijala, gde je potrebno radi prozračavanja primeniti izvore zračenja viših energija, verovatnoća otkrivanje malih prslina je zbog velike ukupne neoštrine mala.

Treba znati da ako se prslina prostire u ravni koja sa osom primarnog snopa zaklapa izvestan ugao, njena projekcija u ravni radiograma neće biti uzana i kontrastna, već široka i manje gustine zacrnjenja. Poteškoće u interpretaciji nastaju i pri pojavi prsline u korenu, posebno ako je preveliki provar. Preveliki provar prourokuje veliku razliku u gustini zacrnjenja, dajući oštru sliku rubova. Ukoliko se indikacija prsline nalazi u ovoj zoni, nužno je izvršiti brušenje pre velikog provara i naknadno prozračiti taj deo zavara.

3.4.6 Greške oblika

Greške oblika su nedostaci sličnosti oblika spoljnih površina zavara sa profilom pravilnog zavara. Greške ove grupe svrstane su u više skupina: zajedi, brazde u korenu, preveliko nadvišene, preveliki provar, prokapljine, greške prelaza, prelivanje, smaknuće, odstupanje od pravca, utonulost, rupe, nedovoljna debljina, šupljina u korenu, rohavost, loš nastavak i druge greške.Zajedi (zarezi od pregrevanja) su nedostatak materijala u obliku zareza, koji se proteže na izvesnoj dužini linija rastapanja. Zajedi se na radiogramu manifestuju kao pojačana gustina zacrnjenja na granici rastapanja.Brazda u korenu je nedostatak metala na bočnim stranicama korena šava nastao usled skupljanja metala šava. Iz istih razloga nastaje i šupljina usled skupljanja u korenu, koja predstavlja smanjenje debljine šava u korenu. Na radiogramu se brazda korenu manifestuje kao pojačana gustina zacrnjenja-tamna linija paralelna osi šava, a šupljina u korenu, kao tamna senka nepravilnog oblika na osi šava.Preveliko nadvišenje predstavlja višak dodatnog materijala na licu zavarenog spoja, a posledica je neodgovarajuće tehnike rada i neodgovarajućih parametara zavarivanja. Ova greška se na radiogramu manifestuje pojavom svetlih polja na celoj širini projekcije zavara, usled povećanja debljine u pravcu prozračavanja.Nedovoljna debljina predstavlja podužni lokalni ili kontinualni kanal na licu šava, nastao usld nedovoljne količine nanetog materijala. Ova greška se na radiogramu prikazuje kao veća gustina zacrnjenja od zacrnjenja projekcije pravilnog zavara ili zacrnjenja iza osnovnog materijala.Utonulost ima sličnu indikaciju na radiogramu kao i prethodna greška, koja predstavlja slegnuće nanetog dodatnog materijala usled velikog rastapanja, što ima za rezultat (zbog sile gravitacije) višak i/ili manjak materijala. Ova se greška može pojaviti kod horizontalnog šava u vertikalnoj ravni, kod položenog i nadglavno izvedenog šava i ugaonog šava. Utonulost može biti i lokalna, pri čemu se u šavu ili po ivici šava stvaraju rupe, koje se na radiogramu prikazuju slično šupljini u korenu, samo su zatamnjenja pravilnog oblika.Preveliki provar je višak materijala u korenu. Mestimičan višak metala u korenu nazivamo prokapljinom. Ove greške se, usled povećane debljine materijala u pravcu prozračavanja, manifestuju na radiogramu u vidu zona malih gustina zacrnjenja (svetlija mesta od okoline). Preveliki provar se na radiogramu prikazuje dužim zonama manje gustine zacrnjenja, prokapljine kao svetla polja kružnog oblika. Ove greške su često praćene pojavom gasnih mehura, koji nastaju u samim prokapljinama ili na njima (otvorene pore).

45

Spoljnje podsecanje: nepravilne zatamnjenje na ivici šava.

Podsecanje u korenu: nepravilno zatamnjenje oko centra šava i duž

ivice korenog prolaza.

Udubljenje od skupljanja: haotično izduženo nepravilno zatamnjenje u

sredini šavaSlika 41: Primeri otkrivenih grešaka (Referentni radiogrami Du Pont)

Smanjenje debljine na mestu mehura izazvaće povećanu gustinu zacrnjenja na delovima radiograma koji odgovaraju mestu nastanka mehura u prokapljini.Šupljine usled skupljanja u krateru (krater) predstavljaju nedovoljno ispunjen završetak zavara. Ova greška se manifestuje na radiogramu na sličan način kao i šupljina u korenu (slika 68) ali je zbog postepene promene debljine materijala od periferije ka centru, promena gustine zacrnjenja blaža.Smaknuće (slika 42) predstavlja odstupanje od predvidjenog nivoa površina dva zavarena dela, koja je posledica neadekvatne pripreme zavarivanja. Na radiogramu se ova greška manifestuje kontinualnom promenom zacrnjenja (manja ili veća gustina zacrnjenja) po dužini zavarenog spoja, izazvanom promenjenom geometrijom predmeta kontrole zavarenog spoja. Ova greška veoma često je praćena i nedostatkom provara (slika 43), i u tom slučaju se na radiogramu, pored indikacije smaknuća, javlja i indikacija nastanka provara, u obliku oštre promene gustine zacrnjenja. Često je smaknuće izazvano spajanjem elemenata različitih debljina neprilagođenih na mestu spoja. Pored vć navedenih indikacija, na radiogramu će se pojaviti i različite gustine zacrnjenja iza osnovnog materijala, pri čemu će veća gustina zacrnjenja odgovarati manjoj debljini elemenata.

46

Slika 42: SmaknućeSlika 43: Smaknuće sa nedostatkom provara

3.4.7 Ostale greške

Prema standardu JUS C.T3.020 u grupu 600 svrstane su ostale greške, odnosno sve greške koje se ne mogu svrstati u već pomenute. Tipični predstavnici tih grešaka su:Trag uspostavljanja električnog luka, mestimično oštećenje na površini osnovnog materijala zbog slučajnog uspostavljanja električnog luka u blizini, prskanje (brizganje)- raspršene kapljice rastopljenog metala koji se izbacuje tokom izvršenja zavarivanja i koji prianja na osnovni materijal ili na prethodno očvrsnut materijal šava. Na radiogramu se uočavaju svetle površine na i oko zavarenog spoja, pravilnog oblika. Gustina svetlih površina je uslovljena količinom isprskanog materijala po površini.Prskanje (brizganje) volframaČestice volframa prenete sa elektrode na površinu osnovnog materijala šava u toku zavarivanja. S obzirom na manju veličinu čestica na radiogramu se vrlo teško, što zavisi od prozračavane debljine, mogu uočiti svetlije površine pravilnog oblika.Mestimično čupanje (raslojavanje metala)Mestimično oštećenje osnovnog materijala nastalog pri uklanjanju pomoćnih zavarenih elemenata. Činjenica da je došlo do lokalnog čupanja materijala znači da je prozračavana debljina smanjena pa se na radiogramu uočavaju površine nepravilnog oblika zacrnjenja većeg od prozračenog osnovnog materijala.Trag brušenjaMestimično oštećenje usled neodgovarajućeg izvedenog brušenja.Trag sekačaMestimično oštećenje usled neodgovarajuće obrade sekačem ili drugim alatima. Zatamljene površine nepravilnog oblika sa kontinualnim prelaskom zatamnjenja i najčešće bar jednom pravom linijom na radiogramu ove greške.Preterano brušenje

47

Smanjenje debljine zbog preteranog brušenja. Ova greška kao i greška od traga brušenja na radiogramu se uočava kao niz lukova pravilnog oblika različitog zacrnjenja što zavisi od dubine ibrušenih brazdi u osnovnom materijalu i šavu.

3.4.8 Kriterijumi prihvatljivosti

Pri vrednovanju nalaza sa radiograma, tj. donošenju odluke da li se predmet kontrole sa grškom registrovanom na radiogramu prihvata ili ne, moraju se uzeti u obzir ne samo informacije koje pruža radiogram:

- vrsta greške,- veličina greške,- rasprostranjenost greške i- položaj greške,

već i niz drugih podataka (naponsko stanje, uslovi eksploatacije itd.) bitnih za donošenje odluke o prihvatljivosti.Dozvoljena odstupanja od homogenosti, tj. dozvoljene vrste, veličine i rasprostranjenosti grešaka, određuju se standardima i propisima za određenu opremu na kojo je zavareni spoj izveden ili u koju je ugrađen odlivak.Poslednjih godina sve izraženija je tendencija da se jednoznačno odredi granica prihvatljivosti (vrsta, veličina i učestanost) za određenu klasu zavarenog spoja ili odlivka koju definiše projektant ili konstruktor, što doprinosi objektivnosti interpretacije radiograma.Karakterističan primer kriterijuma prihvatljivosti za odlivke dat je standardom ISO 9915:1992, koji se odnosi na radiografsko ispitivanje aluminijumskih odlivaka. Izvod iz ovog standarda dat je u dodatku G.Prema kvalitetu zavareni spojevi izvedeni topljenjem razvrstani su u tri nivoa kvaliteta i to:

- prema JUSC.T3.010 (tehnički uslovi za zavarene spojeve izvedene topljenjem na čeliku, nivoi kvaliteta) nivoi kvaliteta B, C i D.

- prema JUS U.E7.150 (zavarene noseće čelične konstrukcije, tehnički uslovi) nivoi kvaliteta S, i i II.

Nivo kvaliteta zavarenog spoja određuje projektant zavarene konstrukcije u zavisnosti od sledećih elemenata:

- klase posude,- vrste zavarenog spoja,- osnovnog, dodatnog i pomoćnog materijala,- priprema za zavarivanje,- stepena osposobljenosti zavarivača,- uslova u kojima se izvodi zavarivanje,- zahteva za izradu i- obima kontrole.

Za obezbeđenje kvaliteta zavarenih spojeva zavisno od nivoa kvaliteta definisani su tehnički uslovi u odnosu na žljebove, uključivanje pripojnih zavara u šav kao i vrste i obim IBR u standardu JUS C.T3.010. Oni se mogu podeliti na:

48

- opšte zahteve i- posebne zahteve.

Kriterijumi prihvatljivosti za greške tipa prslina su veoma strogi jer se prsline veoma ozbiljnim i opasnim greškama. Standard JUS ISO 5817, za nivo kvaliteta D prihvata preporuku ISO da se za najniži nivo kvaliteta (D po JUS C.T3.010) mogu tolerisati prsline u krateru. Maksimalna veličina za ovaj slučaj je h1<1 mm².Prihvatljivost gasnih mehura i šupljina, zavisi od njihove veličine i koncentracije u metalu šava.

49