В чем заключается преимущество пузырьковой
Течеискание и пузырьковый метод контроля герметичности сварных соединений
Просто для понимания масштабов
В таблице №2 уже упомянутого ГОСТ Р 56542-2015 перечислены разновидности контроля проникающими веществами. В общей сложности там насчитывается 15 методов, из которых:
– к капиллярному контролю относится пять: яркостный, цветной, люминесцентный, люминесцентно-цветной, метод фильтрующихся частиц.
– к течеисканию относятся остальные десять: пузырьковый, масс-спектрометрический, акустический, галогенный, манометрический, радиоактивный, катарометрический, метод высокочастотного разряда, химический метод и метод остаточных устойчивых деформаций.
В основе всех этих методов лежит общий принцип: дефекты обнаруживаются в результате проникновения в их полость каких-либо веществ – жидкостей или газов, которые взаимодействуют с объектом контроля на молекулярном уровне.
Согласно п. 27 в ГОСТ Р 59286-2020 «Контроль неразрушающий. Течеискание. Термины и определения», к такому контролю могут относиться также процедуры по локализации течей (а не только по их выявлению). Плюс у каждого метода есть всевозможные способы реализации: у одного только масс-спектрометрического их, как минимум, восемь. Чтобы хоть как-то помочь сориентироваться во всём этом многообразии технологий – в начале «нулевых» в России даже приняли ГОСТ Р 51780-2001 «Контроль неразрушающий. Методы и средства испытаний на герметичность. Порядок и критерии выбора». В качестве основных критериев там приведены «выполнение обязательных и дополнительных требований», «стоимость – качество», «культура производства» и «согласование с заказчиком».
Преимущества вакуумно-пузырькового метода течеискания
Контроль может проводиться при одностороннем доступе к сварному соединению. Для работы используются «копеечные» расходники (вода, мыло, средства для мытья посуды типа Fairy). Контроль даёт быстрый наглядный результат – имеющиеся течи легко обнаруживаются по характерным пузырям и вздутиям в пенном растворе. На проверку 0,5 погонных метров может потребоваться всего 1–2 минуты (с учётом нанесения пенной эмульсии, установки вакуум-камеры, откачки воздуха, визуального наблюдения за образованием пузырей и сброса давления).
В отличие от цветной дефектоскопии, ПВТ не предполагает работы с вредными для здоровья химическими веществами. С последующим нанесением лакокрасочных или иных защитных покрытий проблем не возникает – опять же потому, что здесь нет агрессивной химии, которую было бы сложно удалить с поверхности и которая мешала бы нормальной адгезии.
Ну и раз уж речь зашла об «экономике» метода, то, забегая вперёд, отметим, что средняя стоимость вакуумных рамок без подсветки по состоянию на апрель 2021 года составляет 5 000–10 000 рублей. С подсветкой – от 18 000 рублей. Вакуумный насос обойдётся в среднем в 25 000–50 000 рублей. Ряд производителей предлагает мобильные установки контроля герметичности – готовые комплекты для ПВТ с несколькими вакуум-рамками, насосом, иногда – с тележкой и дополнительным освещением. Такие комплексы стоят от 50 000 рублей. Плюс от 400 до 2 000 рублей придётся заплатить за вакуумный шланг.
Такие вот цифры. Давайте теперь разбираться, что собой представляет данное оборудование и как с ним работают.
Технология проведения вакуумно-пузырькового контроля
Согласно ГОСТ Р 56542-2015 «Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов», пузырьковый метод течеискания состоит в том, чтобы зарегистрировать пузырьки пробного газа, проникающие через сквозные дефекты (свищи, сквозные трещины, непровары) объекта контроля. Пузырьковый вакуумный метод получил наиболее широкое применение в неразрушающем контроле сварных соединений трубопроводов, ёмкостного оборудования, котлов, баллонов, днищ РВС, соединений их окраек в местах примыкания к ним стенок резервуара, пересечений вертикальных и горизонтальных швов и пр. Технология контроля проста – порядок его проведения состоит из следующих основных этапов.
1. Подготовка индикаторного состава
В случае с пеноплёночным индикатором всё проще – он поставляется уже готовым к использованию. Средняя цена за 1 л такой жидкости по состоянию на апрель 2021 года – 300–400 рублей (за морозостойкий вариант – до 600 рублей).
2. Очистка и сушка поверхности
Контроль герметичности по понятным причинам лучше проводить до нанесения защитного либо изоляционного покрытия (если таковое предусмотрено). Поверхность, кроме того, следует очистить от грязи, масла, ржавчины. Лучше делать это проволочной щёткой. Рекомендуемая ширина зоны зачистки – не менее 150 мм в каждую сторону от сварного соединения. Для более эффективного удаления загрязнений хорошо подходят органические растворители – ацетон, уайт-спирит, спирт, бензин и др. После такой обработки поверхность нужно высушить (продуть сухим воздухом) и протереть чистой ветошью. Если на ней не останется загрязнений – значит, зачистка выполнена качественно и можно переходить к следующему этапу. Лучше делать это сразу, так как уберечь подготовленную зону контроля от последующего загрязнения, конденсации влаги атмосферного воздуха и прочих неприятных вещей – весьма затруднительно.
3. Нанесение индикаторного состава на сварной шов (либо исследуемый участок основного металла)
Это может быть мыльная эмульсия или специализированный пеноплёночный индикатор. Первый вариант дешевле и доступнее – для приготовления контрольной среды нужна лишь вода и пенообразующее вещество – для этого подойдёт хозяйственное или жидкое мыло, средство для мытья посуды или иная бытовая «химия», плюс в продаже есть пенообразователи (ПАВ). В пользу полимерных пеноплёночных индикаторов говорит их повышенная чувствительность к мелким течам. В ГОСТ Р 50.05.01-2018 «Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Контроль герметичности газовыми и жидкостными методами» таких ограничений нет. Главное – чтобы пенообразующий состав подтвердил свою эффективность на контрольной течи (об этом мы обязательно позже расскажем), был безопасен для персонала и не оказывал коррозионного или иного вредного воздействия на объект контроля. РД-25.160.10-КТН-015-15 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Сварка при строительстве и ремонте стальных вертикальных резервуаров. Часть 2. Методы контроля качества сварных соединений» прямо указывает на то, чтобы для приготовления пенного индикатора использовалось туалетное либо хозяйственное мыло или экстракт лакричного солодкового корня (в зимнее время – с добавлением хлористого натрия). При этом – тот же документ рекомендует вместо мыльного раствора отдавать предпочтение пеноповерхностным индикаторам на основе синтетических поверхностно-активных веществ. Зарубежные стандарты ASTM и ASME не допускают использования мыльных эмульсий в качестве испытательных растворов.
Пеноплёночный индикатор наносят из тюбиков, бутылок или канистр, в которых он поставляется. Мыльный раствор – часто разводят в ведре непосредственно на объекте и наносят на сварной шов при помощи мягкой волосяной кисти, краскораспылителя или губки. В обоих случаях можно использовать пульверизатор (помповый распылитель).
4. Установка вакуумной рамки
Она же – вакуум-камера («присоска»). Представляет собой прямоугольный, треугольный, круглый или квадратный металлический каркас. С верхней стороны предусмотрен прозрачный смотровой экран из поликарбоната (плексигласа). С нижней, по периметру рамки приклеен эластичный профиль из пористой резины, задача которого – обеспечить плотное и герметичное прилегание к поверхности ОК. Вообще, уплотнитель – это одно из самых проблем мест вакуумной рамки. Контактная поверхность постоянно подвержена механическим, температурным и химическим воздействиям. Из-за этого профиль со временем дубеет, рвётся, отслаивается от корпуса, не держит вакуум. В поисках решения некоторые производители перешли на уплотнители из силикона и полиуретана.
За напуск атмосферы (откачку воздуха) отвечает механизм впуска-выпуска – вакуумные кран-ручки (клапаны) либо трёхпроходной шаровый кран. Следить за давлением можно по встроенному манометру. Ручки должны быть достаточно прочными – в процессе вакуумирования рамку приходится прижимать к поверхности.
В современных моделях также предусматривают светодиодную подсветку просмотрового окна (хотя некоторые форумчане «Дефектоскопист.ру» научились делать и самодельную подсветку к старым вакуум-камерам). Она питается от встроенного аккумулятора и упрощает обнаружение течей в рабочей зоне. При хорошем освещении подсветка может и не пригодиться, но при работе внутри закрытых «бочек», например, может здорово выручить.
Вакуумные рамки бывают для плоских поверхностей, а также для контроля угловых (уторных) сварных соединений, изогнутых объектов (трубопроводов, сосудов) и даже для нахлесточных швов. Ширина варьируется от 65 до 80 мм, длина – до 630 мм. Диаметр круглых вакуум-рамок – от 240 до 260 мм. В случае с угловыми рамками для уторных швов – они могут быть выполнены для установки на наружных или на внутренних углах.
При перестановке камеры с одного участка на другой – важно следить за тем, чтобы вакуум-камера не менее чем на 50–100 мм перекрывала ранее проверенный участок.
5. Создание вакуума внутри рамки
За создание вакуума отвечает вакуумный насос, к которому через быстросъёмный вакуумный разъём подключается рамка при помощи шланга (у разных производителей его длина достигает 5–13 м). Вакуумные насосы обычно комплектуются фильтрами грубой очистки воздуха, блоком регулировки давления, а наиболее в наиболее продвинутых моделях реализована возможность дистанционного управления. Главные требования к вакуумным насосам – высокая скорость откачки воздуха, портативность (малый вес), желательно не слишком большой уровень шума и, что особенно важно, надёжность.
6. Регистрация течей
Непосредственно после нанесения индикаторной жидкости зону контроля тщательно осматривают. При работе с мыльной эмульсией рекомендовано смотреть до 2–3 минут (на практике зачастую ограничиваются 30–60 секундами). Большие дефекты чаще всего «выдают себя» сразу. При использовании полимерного состава для выявления малых течей нужно подождать до 10 минут.
Наличие течей определяют по возникновению пузырей и разрывом мыльной плёнки (если в качестве индикаторной жидкости используется мыльная эмульсия) либо пенным коконам и всё те же разрывам плёнки (при работе с полимерным составом). Если же пузырьки и вздутия отсутствуют, значит, контролируемый участок обладает достаточной герметичностью (именно достаточной, не абсолютной – поскольку таковая попросту недостижима, дело лишь в допустимой величине натекания).
7. Удаление остатков индикаторной жидкости
Выявленные течи обозначают маркером по металлу либо мелом. Во избежание коррозионного воздействия на металл по завершении контроля с поверхности удаляют остатки мыльной эмульсии при помощи веника/щёток/ветоши.
По завершении смены смотровое окно и резиновый профиль вакуумной рамки также необходимо очищать от загрязнений и брызг. Для этого лучше использовать мягкие моющие средства (либо спирт) и влажные салфетки.
Обучение и аттестация для проведения течеискания на ОПО
Где купить вакуумные рамки и установки контроля герметичности
Наиболее популярные в России изготовители вакуумных рамок– НТЦ «Эксперт», «ЭКСПЕРТ НК», Helling, «Рентгенсервис», «ПромГруппПрибор». Если вы хотите поддержать сообщество профессионалов неразрушающего контроля «Дефектоскопист.ру», то рекомендуем заказывать вакуум-рамки и установки контроля герметичности по ценам производителей у спонсоров портала.
Пузырьковая камера
Пузырько́вая ка́мера — прибор для регистрации следов (или треков) быстрых заряженных ионизирующих частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы.
Содержание
История
Пузырьковая камера была изобретена Дональдом Глейзером (США) в 1952 году. За своё открытие Глейзер получил Нобелевскую премию в 1960 году. Луис Уолтер Альварес усовершенствовал пузырьковую камеру Глейзера, использовав в качестве перегретой жидкости водород. А также для анализа сотен тысяч фотографий, получаемых при исследованиях с помощью пузырьковой камеры, Альварес впервые применил компьютерную программу, позволявшую анализировать данные с очень большой скоростью.
Пузырьковая камера позволила зафиксировать поведение многих ионизирующих частиц, не поддававшихся ранее наблюдению, и получить о них в тысячи раз большую информацию. До этого около 40 лет была известна камера Вильсона.
Принцип работы
Камера заполнена жидкостью, которая находится в состоянии близком к вскипанию. При резком уменьшении давления жидкость становится перегретой. Если в данном состоянии в камеру попадёт ионизирующая частица, то её траектория будет отмечена цепочкой пузырьков пара и может быть сфотографирована.
Рабочая жидкость
В качестве рабочей жидкости наиболее часто применяют жидкие водород и дейтерий (криогенные пузырьковые камеры), а также пропан, различные фреоны, ксенон, смесь ксенона с пропаном (тяжеложидкостные пузырьковые камеры).
Создание перегретой жидкости
Перегрев жидкости достигается за счет быстрого понижения давления до значения, при котором температура кипения жидкости оказывается ниже её текущей температуры.
Понижение давления осуществляется за время
5—15 мс перемещением поршня (в жидководородных камерах) либо сбросом внешнего давления из объёма, ограниченного гибкой мембраной (в тяжеложидкостных камерах).
Процесс измерения
Частицы впускаются в камеру в момент её максимальной чувствительности. Спустя некоторое время, необходимое для достижения пузырьками достаточно больших размеров, камера освещается и следы фотографируются (стереофотосъёмка с помощью 2—4 объективов). После фотографирования давление поднимается до прежней величины, пузырьки исчезают, и камера снова оказывается готовой к действию. Весь цикл работы составляет величину менее 1 с, время чувствительности
Пузырьковые камеры (кроме ксеноновых) размещаются в сильных магнитных полях. Это позволяет определить импульсы заряженных частиц по измерению радиусов кривизны их траекторий.
Применение
Пузырьковые камеры, как правило, используются для регистрации актов взаимодействия частиц высоких энергий с ядрами рабочей жидкости или актов распада частиц. В первом случае рабочая жидкость исполняет роли и регистрирующей среды, и среды-мишени.
Характеристики, достоинства и недостатки
Эффективность регистрации пузырьковой камеры различных процессов взаимодействия или распада определяется в основном её размерами. Наиболее типичный объём — сотни литров, но существуют камеры гораздо большего размера, например, водородная камера «Мирабель» на ускорителе Института физики высоких энергий РАН имеет объём 10 м³; водородная камера на ускорителе Национальной ускорительной лаборатории США — объём 25 м³.
Основное преимущество пузырьковой камеры — изотропная пространственная чувствительность к регистрации частиц и высокая точность измерения их импульсов.
Недостаток пузырьковой камеры — слабая управляемость, необходимая для отбора нужных актов взаимодействия частиц или их распада.
См. также
Литература
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Пузырьковая камера» в других словарях:
ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — прибор для регистрации следов (треков) заряж. ч ц высоких энергий, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории ч цы. Изобретена Д. Глейзером (США) в 1952 (Нобелевская премия, 1954). Жидкость можно нагреть выше… … Физическая энциклопедия
ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, устройство для обнаружения и распознавания ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. Оно состоит из герметичной камеры, заполненной сжиженным газом, обычно водородом, температура которого поддерживается на уровне несколько ниже точки кипения за… … Научно-технический энциклопедический словарь
ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Современная энциклопедия
ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Большой Энциклопедический словарь
пузырьковая камера — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN bubble chamber … Справочник технического переводчика
Пузырьковая камера — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Пузырьковая камера — прибор для регистрации следов (треков) быстрых заряженных частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы. Изобретена Д. Глейзером (США) в 1952. Перегретая жидкость может существовать некоторое … Большая советская энциклопедия
пузырьковая камера — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Энциклопедический словарь
пузырьковая камера — burbulinė kamera statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. bubble chamber vok. Blasenkammer, f rus. пузырьковая камера, f pranc. chambre à bulle, f … Fizikos terminų žodynas
ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные П. к., заполненные… … Естествознание. Энциклопедический словарь
В чем заключается преимущество пузырьковой
© Куцева Н. В. │ Сайт «Элементарные частицы» разработан в рамках ВКР магистра
по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование» профиля «Физическое образование».
ВГПУ – 2018 г.
В камере Вильсона нельзя было наблюдать ядерные реакции с участием релятивистских тяжёлых частиц (например, протонов), так как они практически не тормозятся в газах. Для решения данной проблемы 1952 году американским учёным Д. А. Глейзером было предложено использовать перегретую жидкость. А камера, которую он придумал, получила название пузырьковая.
Для того, чтобы определить тип частицы, её энергию и импульс, пузырьковую камеру так же как и камеру Вильсона помещают во внешнее магнитное поле.
Старая пузырьковая камера Лаборатории им. Э. Ферми
Схема пузырьковой камеры:
Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества. В ней застревают частицы даже больших энергий, поэтому пробеги частиц в основном короткие. Это позволяет наблюдать серию последовательных превращений частицы и вызываемые ею реакции. Главное её преимущество состоит в том, что она позволяет получить точные измерения импульсов быстрых ионизирующих частиц.
Из недостатков одним из самых значимых является её слабая управляемость, которая нужна для отбора нужных актов распада частиц либо их взаимодействия. Устройство невозможно моментально запустить по сигналам внешних детекторов из-за инерционности рабочей жидкости и других физических параметров. Поэтому пузырьковые камеры, будучи синхронизованы с работой ускорителя, регистрируют все события, инициируемые в камере пучком частиц. И, к сожалению, з начительная часть этих событий не представляет интереса. Обработка снимков проходит в два этапа: сначала отбираются снимки с интересующими событиями, а затем проводятся измерения координат точек на следах отобранных событий с помощью микроскопов, полуавтоматических или автоматических измерительных устройств. По специальным программам на компьютерах вычисляются геометрические характеристики треков: углы вылета частиц, длины пробегов, импульсы, ошибки этих величин и т. д.
Фотографии треков заряженных частиц в пузырьковой камере
Для просмотра фотографий кликните по их миниатюрным изображениям
За свое изобретение в 1960 году Д. А. Глейзер получил Нобелевскую премию по физике.
Вопросы § 54
Физика А.В. Перышкин
1. По рисунку 159 расскажите об устройстве и принципе действия счётчика Гейгера.
Счетчик Гейгера состоит из стеклянной трубки, заполненной разряженным газом (аргоном) и запаянной с обоих концов, внутри которой находится металлический цилиндр (катод) и натянутой внутри цилиндра проволочки (анод). Катод и анод соединены через сопротивление с источником высокого напряжения (200-1000 В). Поэтому между анодом и катодом возникает сильное электрическое поле. При попадании ионизирующей частицы внутрь трубки образуется электронно-ионная лавина и в цепи возникает электрический ток, регистрируемый счетным устройством.
2. Для регистрации каких частиц применяется счётчик Гейгера?
Счетчик Гейгера применяется для регистрации электронов и 7-квантов.
3. По рисунку 160 расскажите об устройстве и принципе действия камеры Вильсона.
Камера Вильсона представляет собой невысокий стеклянный цилиндр с крышкой, поршнем внизу и насыщенным паром смеси спирта с водой. При движении поршня вниз пары становятся пересыщенными, т.е. способными к быстрой конденсации. При попадании какой-либо частицы, через специальное окошко, внутрь камеры они создают ионы, которые становятся ядрами конденсации и вдоль траектории движения частицы возникает след (трек) из сконденсированных капелек, которые можно сфотографировать. Если поместить камеру в магнитное поле, то траектории заряженных частиц будут искривлены.
4. Какие характеристики частиц можно определить с помощью камеры Вильсона, помещённой в магнитное поле?
По направлению изгиба судят о заряде частицы, а по радиусу кривизны можно узнать величину заряда, массу и энергию частицы.
5. В чём преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона? Чем отличаются эти приборы?
В пузырьковой камере вместо пересыщенного пара используется перегретая выше точки кипения жидкость, что делает ее быстродейственнее.