Невидимые швы: история промышленного рентгена

Сварной шов может выглядеть безупречно: ровный валик, аккуратная чешуя, ни одной видимой трещины. А внутри при этом прячется пора размером с булавочную головку или непровар, который через несколько лет обернётся разломом. Заглядывать внутрь металла, не разрезая его, научились почти сразу после открытия рентгеновских лучей, хотя путь от лабораторной диковинки до заводского инструмента занял не одно десятилетие.

Снимок, с которого всё началось

В ноябре 1895 года профессор физики из Вюрцбурга Вильгельм Конрад Рентген заметил, что экран, покрытый светящимся составом, вспыхивает рядом с разрядной трубкой, хотя трубка плотно закрыта чёрным картоном. Через несколько недель он получил снимок кисти своей жены Анны Берты, на котором видны кости и обручальное кольцо. Изображение разлетелось по газетам быстрее, чем физики успели понять, с чем имеют дело.

Медики оценили новинку сразу, инженеры — заметно позже. Трубки конца XIX века едва пробивали тонкую жесть, о стальных плитах не шло и речи. Сегодня проверкой сварки на ответственных объектах, от газопроводов до резервуаров и мостовых пролётов, занимается профильная лаборатория неразрушающего контроля сварных соединений. Рентген в её арсенале соседствует с ультразвуком, магнитопорошковым и капиллярным методами. Но первым в этом ряду был именно он.

Первыми за спешку расплатились сами экспериментаторы.

Кларенс Далли, ассистент Томаса Эдисона, годами без всякой защиты возился с рентгеновскими трубками. У него развились тяжёлые лучевые поражения рук, последовали ампутации, и в 1904 году он умер. После этого Эдисон свернул свои опыты с рентгеном.

Трубка Кулиджа и арсенал в Уотертауне

Чтобы просветить металл, требовались высокое напряжение и устойчивый поток лучей. Ранние газовые трубки работали капризно: их характеристики менялись прямо во время съёмки. В 1913 году Уильям Кулидж из компании General Electric предложил трубку с раскалённым вольфрамовым катодом, и жёсткостью излучения наконец можно было управлять.

Одним из первых, кто всерьёз применил новую технику к стали, считается Хорас Лестер из арсенала Уотертаун в Массачусетсе. В начале 1920-х он просвечивал литые детали в поисках раковин и пористости, которые снаружи не разглядеть.

Сварке пришлось подождать. Котлы, резервуары и корпуса судов тогда собирали на заклёпках, а сварному шву доверяли слабо: по внешнему виду невозможно понять, сплавился ли металл по всей толщине. В 1931 году Американское общество инженеров-механиков разрешило принимать сварные сосуды высокого давления по результатам рентгеновского контроля. Путь сварке в котлостроение, по-видимому, открыли не только новые электроды, но и сама возможность заглянуть внутрь готового шва.

Радий вместо генератора

Рентгеновская установка того времени была громоздкой, с высоковольтным генератором, и затащить её на строительные леса было непросто. Примерно тогда же металлург Роберт Мел показал, что толстую сталь можно просвечивать гамма-лучами радия. Маленькой ампуле не требовались ни электричество, ни охлаждение.

Радий стоил баснословно дорого, и после Второй мировой войны его вытеснили искусственные изотопы, наработанные в реакторах. Кобальт-60 взяли для толстого металла, а иридий-192 до сих пор остаётся основным источником в полевой дефектоскопии. Современный гамма-дефектоскоп — это тяжёлый защитный контейнер. Источник выдвигают из него тросом по гибкому шлангу к месту съёмки, а после экспозиции втягивают обратно.

Что проступает на плёнке

Сам принцип за сто с лишним лет не изменился. Лучи проходят сквозь шов и засвечивают плёнку с обратной стороны. Там, где металла меньше — в поре, шлаковом включении, непроваре, — излучение ослабевает меньше, и на снимке появляется тёмный след. Пора выглядит точкой, непровар корня тянется полосой вдоль шва, трещина видна как тонкая извилистая линия.

С трещинами сложнее всего. Луч замечает её уверенно, только если идёт почти вдоль плоскости разлома, поэтому рентген и ультразвук обычно не заменяют, а дополняют друг друга.

Чтобы понять, насколько мелкие детали различимы на конкретном снимке, рядом со швом кладут эталон чувствительности, например пластинку с набором проволочек разного диаметра. Сколько проволочек проступило на плёнке, такова и чувствительность снимка.

На строительстве трубопроводов метод давно стал рутиной. В России радиографический контроль сварных соединений регламентирован ГОСТ 7512 ещё с 1982 года, а на магистральных газопроводах стыки, как правило, просвечивают все, без выборки. РК-контроль стыков на трассе выглядит буднично. Внутрь трубы заезжает кроулер — самоходная тележка с рентгеновской трубкой. Он останавливается точно напротив шва и делает панорамный снимок сразу по всей окружности, а плёнку в это время оборачивают вокруг стыка снаружи.

Снимок без плёнки

Ещё недавно в любую бригаду дефектоскопистов входила фотолаборатория: тёмная палатка, ванночки с проявителем и фиксажем, сушка. Сейчас плёнку всё чаще заменяют фосфорные пластины, которые считывают сканером, и плоские цифровые детекторы. Изображение появляется на экране через несколько минут. Его можно увеличить, измерить длину дефекта и сразу отправить заказчику, не дожидаясь, пока высохнет снимок.

Одно правило осталось прежним: на время съёмки зона вокруг источника становится запретной. Её огораживают, вывешивают знаки радиационной опасности, а у каждого дефектоскописта на груди висит дозиметр. Поэтому на больших стройках просвечивать швы нередко выходят ночью, когда основная смена уже уехала и по пустой трассе от стыка к стыку ползёт только кроулер.