Рентгеновская дефектоскопия

Методы радиоскопии стали широко применяться в целях оперативного контроля напряженного состояния материалов и резиновых изделий в 50-х годах XX века. Первые работы были сконцентрированы на проверке бортов шин, поскольку металлические проволочные сердечники были единственной хорошо обнаруживаемой характеристикой в резинотканевых конструкциях шин. Методами рентгеноскопии можно определить расположение борта и обнаружить неправильное размещение проволочного сердечника. Рентгенографию можноиспользовать [35] для исследования напряженно-деформированного состояния эластомеров, а именно, для оценки перемещений резинового массива в РТИ и шинах под нагрузкой. Для этого в него вводят включения (как правило, кусочки свинца), хорошо заметные на рентгеновских снимках, и сравнивают снимки изделия, находящегося в свободном и нагруженном состоянии. Свинцовые включения размещают по всему исследуемому объему и проводят съемку в трех проекциях, поворачивая изделие вокруг вертикальной оси. Разработанный алгоритм обработки снимков на компьютере позволяет в аналитической форме получать поле перемещений в исследуемом объеме. Применение уравнений линейной теории упругости позволяет по функциям перемещений определять функции всех компонент напряжений.

Только разработка и усовершенствование флюороскопических экранов и устройств усиления изображения помогли вывести рентгеновское оборудование из лабораторий и внедрить его в качестве аналитических аппаратов в производстве шин. Методы, основанные на применении рентгеновской пленки, универсальны и дают прекрасное разрешение; можно изменять и интенсивность рентгеновского пучка, и время экспозиции, добиваясь максимальной разрешающей способности в данных условиях.

В результате быстрого развития телевидения и электроники появились такие системы усиления рентгеновского изображения, которые не только усиливали изображение в реальном времени, но и обеспечивали безопасное его рассмотрение на экране, удаленном от установки телемонитора. Разрешающая способность также повысилась настолько, что стало возможным выявление не только металлических частиц, но и стеклянных и органических волокон. Наилучшее разрешение достигается с помощью маломощного рентгеновского излучения порядка 40 кВ и менее.

Рентгеновские методы способны указать, правильно ли расположены зоны и борта в шине, загнутые концы слоев, а также на то, чтобы места стыков не были слишком толстыми и находились на нужном расстоянии друг от друга и не были загнуты, чтобы каркасный и зонный корды были одинаково расположены, чтобы не было недостатка деталей или, наоборот, инородных объектов в шине. С их помощью можно обнаруживать пористость или вздутия, возникающие при недостаточной вулканизации шины, а также содержащийся в герметичной системе воздух. Так как способность рентгеновских лучей проникать через шину зависит от изменений плотности, с помощью этого метода можно обнаружить пористости или пузырьки воздуха в тех местах, где должна находиться резина. Рентгеновские лучи не могут показать четкого разделения между двумя компонентами, поскольку общее количество вещества, через которое они проникают, остается неизменным.

Например, в полностью автоматизированной системе AID фирмы «Монсанто», предназначенной для анализа легковых шин, используется разъемный обод, на который автоматически устанавливается шина и накачивается воздухом. Рентгеновская трубка устанавливается внутри обода и является достаточно компактной, так что может поместиться внутри шины и поворачиваться там, сканируя всю шину от борта к борту. Усилитель изображения следует за рентгеновской трубкой с внешней стороны шины. Оператор может контролировать и вращение шины, и положение рентгеновской трубки по мере обследования с дистанционного пульта. Теоретически эта система рассчитана на автоматическую интерпретацию результатов. Детектор, реагирую­щий на изменение плотности, может быть установлен на кромке зоны, и отклонение параметров зоны от контрольного значения может регистрироваться. Кроме того, детектор может быть расположен так, чтобы обнаруживать зазоры между слоями корда в каркасе покрышки или расположение и перекрывание стыков. Однако на практике наблюдение оператора за экраном дисплея остается необходимым; кроме того, эта система не дает возможности менять постоянно размеры шин, а предназначена для обработки большой партии шин одного размера.

Система 10/27/750 фирмы «Монсанто» для анализа шин различных размеров весом до 340 кг автоматически регистрирует размер шины, монтирует ее на ось и устанавливает рентгеновскую трубку (или трубки) и усилитель (усилители) изображения. Одна рентгеновская трубка может использоваться с одним усилителем изображения, сканируя изображение от борта к борту на один монитор. Считывание данных автоматизировано и производится со скоростью, достаточной для того, чтобы оператор мог посылать шину для хранения в места либо для принятых, либо для забракованных шин.

Ксерорадиограф представляет собой рентгеновский аппарат, выдающий изображения с высоким разрешением на бумаге с использованием принципов ксерокопирования. Система «Ксерокс-125» - это автоматизированная система, состоящая из рентгеновского кондиционера и процессора. Кондиционер подготавливает чувствительную селеновую токопроводящую пластинку, подавая на нее электрический заряд и помещая ее в кассету. Кассета подвергается воздействию рентгеновских лучей, прошедших через шину, в результате чего на ней создается скрытое электростатическое изображение. Изображение на пластинке обрабатывается в процессоре с помощью противоположно заряженного порошка; порошковое изображение переводится на бумагу. Процесс не требует жидких реактивов, затемненной комнаты и занимает около двух минут; процессор стирает изображение с пластинки, и её" можно использовать повторно. С помощью этой системы получают очень четкие рентгеновские изображения.

Другая быстродействующая рентгеновская система с бумажными копиями использует бумажную линию «Индастрекс Инстант 600» фирмы «Кодак». В нее входят 4 компонента: специальная чувствительная бумага, два типа экранов, усиливающих изображение, процессор и два реактива для процессора. Бумага покрыта эмульсией галоида серебра, содержащей реагенты для обработки, и может подвергаться действию рентгеновских лучей в диапазоне 20-300 кВ или наиболее общих источников рентгеновского или гамма-излучения типа иридия-192 или кобальта-60. Бумага размещается так, что покрытая эмульсией сторона контактирует с усиливающим экраном; когда фиксирующее устройство открывается для доступа рентгеновского излучения, экран усилителя изображения начинает излучать в ультрафиолетовом диапазоне, к которому бумага чувствительна. Бумага проходит проявление в светонепроницаемом корпусе, в результате чего получается «влажно-сырая» радиограмма в течение 10 с. Если это изображение подвергнуть закреплению, промывке и просушке, оно может сохраняться не менее 7 лет.

Весьма полезной оказывается автоматизированная томография (СТ- или САТ-сканирование, СГТ-промышленная томография). СТ-сканирование шины, которое можно осуществлять с помощью медицинского оборудования, дает ее поперечный разрез, который можно сравнить с рассмотрением тонкого поперечного среза шины, сделанного по ее диаметру. Такой вид получается после прохождения через шину пучка рентгеновских лучей и регистрации на детекторе числа прошедших фотонов. Разница между числом фотонов, выпущенных рентгеновским источником и прошедших через шину и попавших на детектор, является мерой плотности шины на пути их прохождения. Рентгеновские лучи пропускаются под различными углами путем вращения либо шины, либо установки; полученные данные анализируются ЭВМ, которая выдает двухмерную карту плотностей среза шины. В качестве рентгеновского источника может использоваться либо изотоп иридий-192, либо рентгеновская трубка высокого напряжения. Метод позволяет обнаружить разность в плотности порядка 2 %.

Метод меченых атомов

Этот метод, также называемый методом газа с радиоактивными индикаторами, основан на испытаниях шин нагнетанием воздуха. Применяется смесь промышленного азота и ксенона 133. Радиоизотоп ксенона 133 излучает мягкие у-лучи (81 кэВ) и имеет период полураспада 5,27 суток. Ксенон-133 в герметичной стеклянной ампуле помещается в резервуар, в который под давлением накачивается азот; раскалывает ампулу пневмомолот с дистанционным управлением. Газовая смесь немедленно подается в обе плечевые зоны покрышки и оба борта через иглы с помощью автоматического нагнетающего устройства. В зависимости от типа шины время вдувания колеблется от 3 до 10 мин. Во время нагнетания газа с обратной стороны шины под уг­лом 180° к каждому вдувному отверстию подводится сцинтилляцион-ный зонд для регистрации скорости счета. Если шина новая и качественная, скорость счета будет сохраняться на фоновом уровне даже через 10 мин после вдувания. У поношенных и низкокачественных шин структура каркаса более пористая, газ проникает быстрее, и скорость счета возрастает. Зависимость скорости счета от угла автоматически строится на графике в полярных координатах. Самая высокая скорость счета наблюдается во

скорость счета наблюдается во вдувном отверстии, самая низкая - на 180° от этого отверстия. Если имеется дефект (отслоение протектора или истертость каркасной зоны), на графике это проявляется в виде вздутия. Шина может быть очищена от остаточной радиации путем вдувания азота через те же отверстия, но под более высоким давлением.