Zdjęcie: ImagineRT

Jeśli użytkownik decyduje się na przeprowadzanie badań radiograficznych musi podjąć decyzję, czy odpowiednie urządzenia zakupić czy skorzystać z usługi outsourcingu takich badań świadczonych przez wyspecjalizowaną firmę. Wybór zależy od kalkulacji kosztów, zwłaszcza przy badaniach wykonywanych sporadycznie.

Co i jak wybrać?

Aleksander Baranowski – Główny Specjalista ds. Badań Materiałowych Urzędu Dozoru Technicznego – Centralnego Laboratorium Dozoru Technicznego uważa, że czynniki wpływające na zakup systemu radiografii to przede wszystkim konieczność udowodnienia spełnienia wymagań jakościowych przez wyrób, chęć prowadzenia prawidłowego nadzoru nad procesem technologicznym, lub wymagania prawne, zobowiązujące do wykonania takich badań (np. spełnienie wymagań minimalnych dyrektyw europejskich). Warto też rozważyć alternatywne metody badań objętościowych, takie jak badania ultradźwiękowe. Należy uwzględnić czynniki ochrony radiologicznej w taki sposób, aby ZAWSZE zagwarantować bezpieczne wykonywanie pracy z promieniowaniem jonizującym, co w oczywisty sposób zwiększa nakłady na zakup i eksploatację urządzeń radiograficznych. Przed zakupem konieczne jest zapoznanie się z wymaganiami Prawa Atomowego.

Czynniki wpływające na zakup konkretnego urządzenia to:

• powtarzalność lub jednostkowość badań do wykonania,
• wielkość i materiał obiektów badań,
• liczba i zakres badań przewidzianych do wykonania,
• dostępność i liczebność personelu z odpowiednimi kwalifikacjami, wykonującego badania,
• miejsce wykonywania badań.

Mgr inż. Dominik Czachura z firmy Smart Solutions twierdzi, że decyzja o zakupie tomografu, powinna być podyktowana chęcią poprawy jakości wytwarzanych produktów oraz usprawnienia samego procesu produkcji. Dzięki możliwości wglądu do wnętrza produkowanych elementów bez ich niszczenia producent uzyskuje informacje na temat ich aktualnej jakości a tym samym możliwa staje się szybsza reakcja w przypadku wystąpienia nieprawidłowości w trakcie trwania procesu produkcji. Tomografia jest także doskonałym narzędziem w dziale rozwoju, gdzie stanowi źródło cennej wiedzy na temat aktualnie rozwijanego produktu. Ze względu na szeroką gamę maszyn do różnych zastosowań, przy wyborze konkretnego modelu, branych jest kilka czynników. Najważniejsze z nich to materiał i gabaryty produkowanych elementów co związane jest z doborem maszyny o odpowiedniej mocy. Inna maszyna będzie odpowiednia do prześwietlania, tworzyw sztucznych, inna najlepiej sprawdzi się w badaniu odlewów metalowych a jeszcze inna posłuży do analizy elementów elektronicznych.

Koszty

Aleksander Baranowski zauważa, że rozważając koszty zakupu dowolnego systemu radiografii należy na początku odpowiedzieć na pytania: co jest obiektem badania? Ile badań i w jakim czasie ma być wykonywane? Czy badania są powtarzalne, czy jednostkowe? Czy firmę stać na odpowiednie zabezpieczenia przed wpływem promieniowania jonizującego swojego personelu i osób postronnych? Nie należy też zapominać, że większość norm wyrobów w przemyśle metalowym wymaga odpowiednich kwalifikacji od personelu odpowiedzialnego za wykonanie badań.

Najistotniejsze jest też dostosowanie działalności z użyciem promieniowania jonizującego do obowiązującego prawodawstwa, wyrażonego w Prawie Atomowym. Wymagania prawne precyzują szereg koniecznych działań organizacyjnych, zmierzających do zapewnienia odpowiednich zabezpieczeń przed wpływem promieniowania jonizującego. Z tych powodów odpowiedź na tak postawione pytanie jest w zasadzie niemożliwa bez odniesienia się do konkretnego przypadku.

– Szeroka gama urządzeń, pozwala na dobór maszyny tak aby zmieściła się w zakładanym budżecie – mówi Dominik Czachura. – W przypadku firm, które nie są w stanie pozwolić sobie na zakup maszyny, istnieje możliwość cyklicznego zlecania usług firmom zewnętrznym, takim jak Smart Solutions. Często też, firmy które decydują na takie usługi a tym samym na wdrożenie analizy RTG/CT do swojego procesu produkcyjnego lub rozwojowego, po pewnym czasie, widząc jaką wartością dodaną jest analiza tego typu, postanawiają zakupić własną maszynę.

Jakub Kowalczys, Specjalista ds. Radiografii, Sales Manager PCB Service uważa, że badania radiograficzne są najdroższymi badaniami z zakresu NDT. Wykonywanie badań radiograficznych wiąże się z dość dużym nakładem finansowym w porównaniu do innych metod badań nieniszczących np. do badań penetracyjnych czy magnetyczno-proszkowych. Jedną z głównych składowych kosztów będą: budowa bunkra, zakup źródła promieniowania a następnie w zależności czy firma wybrała pracę w technice radiografii cyfrowej czy tradycyjnej zakup wywoływarki lub skanera płyt obrazowych czy panelu rentgenowskiego. Jeśli nie posiadamy specjalnie izolowanych pomieszczeń przed wyciekiem promieniowania, badanie jest wykonywane na hali produkcyjnej to przestrzeń kontrolowana często zajmuje całą halę. W takim przypadku trzeba wykonywać badanie na drugiej lub trzeciej zmianie.

W zakresie generacji kosztów wybór techniki badania np. techniki cyfrowej czy analogowej ma również wpływ na koszty przeprowadzenia takich badań. Koszty badania analogowego na kliszach wiążą się z tym, że źle wykonane badanie trzeba powtórzyć. Koszt poprawek to nie tylko zmarnowany czas ale także odczynniki chemiczne i same błony. Jeśli są to badania w terenie to dojazd często to często setki kilometrów. W przypadku gdzie badanie analogowe jest wykonywane u klienta, a błony przywozimy do swojej siedziby w celu ich obróbki, oczekiwanie na raport może potrwać nawet dwa dni. Radiografia cyfrowa ma ogromną przewagę pod tym względem, że radiogramy uzyskujemy od razu po badaniu a raport może być wystawiony na miejscu.

Różnice w kosztach nabycia całego zestawu analogowego a cyfrowego to różnica co najmniej dwukrotna. Przewaga radiografii cyfrowej nad analogową to przede wszystkim brak potrzeby obróbki chemicznej błon rentgenowskich. Do wykonania badania analogowego musimy mieć odczynniki chemiczne oraz nowe błony. W przypadku radiografii CR stosujemy płyty obrazowe, które możemy „kasować” i wykorzystać je ponownie. Po pewnym czasie płyty obrazowe tracą na jakości odwzorowania obrazu i należy zakupić nowe. W przypadku radiografii DR nie ma potrzeby kupowania żadnych materiałów zużywalnych..

Koszty i wymagania w zakresie prowadzenia badań nieniszczących nie są małe dlatego wiele firm zleca te badania podmiotom zewnętrznym. Taki podmiot po wykonaniu badania wystawia raport który, jest podstawą do odrzucenia albo zaakceptowania badanego elementu. Firma, która rozważa rezygnację z outsoursingu i wykonywanie badań rentgenowskich samodzielnie musi na pewno wziąć pod uwagę opłacalność takiej inwestycji. Wiele firm ma zbyt mała ilość elementów do przebadania miesięcznie i posiadanie swojego laboratorium jest po prostu nieopłacalne. Aby laboratorium badań nieniszczących odnosiło sukces jako podwykonawca najważniejsze jest zgromadzenie odpowiedniej liczby stałych zleceniodawców, która pozwoli na systematyczną pracę z odpowiednim finansowaniem.

A może outsoucing?

Zdaniem Aleksandra Baranowskiego zlecanie wykonywania badań firmom zewnętrznym jest możliwe, natomiast otwarta pozostaje kwestia ich opłacalności. W wielu przypadkach sprzedaż wyrobu bez pełnej dokumentacji jakościowej może być niemożliwa, a to oznacza brak wpływu za wykonaną pracę. Z tego punktu widzenia badania są jak najbardziej opłacalne.

W Polsce istnieje dobrze rozwinięta sieć laboratoriów badawczych, zdolnych do wykonywania szeregu badań radiograficznych, jednak poziom ich wykonania jest bardzo różny. Specyficzne potrzeby produkcji seryjnej raczej powinny skłonić firmę do samodzielnego zakupu odpowiednich urządzeń, przy możliwym wynajęciu odpowiedniego personelu, który wykonywałby badania.

Jaki system radiograficzny wybrać? Należy odpowiedzieć sobie na następujące pytania

• Jakie elementy będziemy badali, grubość i rodzaj materiału, ich skomplikowanie pod względem konstrukcyjnym
• Jakimi normami będziemy się kierować przy wykonywaniu badania
• Gdzie będzie wykonywane badanie, stacjonarnie czy w terenie
• Czy badania będą wykonywane na potrzeby wewnętrzne czy jako pod wykonawca dla zamawiającego
• Czy potrzebujemy systemu przenośnego czy stacjonarnego
• Czy potrzebujemy badania 2D tradycyjnego czy badania 3D tomografu
• Czy badanie będzie wykonywane lampą rtg czy izotopem
• Czy badanie a być w formie analogowej na błonach czy w formie cyfrowej metoda CR lub DR
• Dobór odpowiedniej lampy, Jaką energie ma mieć źródło promieniowania aby było w stanie penetrować elementy
• Czy detektor który będzie odbierał promieniowanie ma być elastyczny czy sztywny
• Jaką przepustowość dzienną ma mieć system badania, 10 ekspozycji dziennie, 100 ekspozycji dziennie, 1000 ekspozycji dziennie
• Czy system ma być automatyczny czy nie
• Jaka będzie forma finansowania–  zakup ze środków własnych, dofinansowanie czy leasing

Źródło: PCB

Autor: Tomasz Kurzacz

Radiografia przemysłowa w pigułce

Badania nieniszczące, w skrócie NDT (ang. non-destructive testing) to szereg metod pomiarowych i obrazujących, które dostarczają informacji o budowie, cechach, własnościach oraz stanie testowanych obiektów bez konieczności fizycznej ingerencji (przecięcia, nawiercania…) oraz bez wywierania istotnego wpływu na ich właściwości. Stąd nazwa – badania nieniszczące. Niektóre z nich umożliwiają wgląd wewnątrz badanych detali. Używane są często do określenia jakości, wykrycia uszkodzeń, wad materiałowych oraz badania ich struktury.

Do badań nieniszczących NDT umożliwiających wgląd w strukturę wewnętrzną obiektu zaliczamy między innymi: badania penetracyjne PT, ultradźwiękowe UT, magnetyczno-proszkowe MT, prądów wirowych ET, akustyczne oraz radiograficzne RT i tomograficzne CT.

Badania Radiograficzne RT (ang. Radiographic Testing)

W badaniach radiograficznych (oraz tomograficznych) wykorzystuje się zjawisko przenikalności promieniowanie jonizującego typu x (rentgenowskiego) lub γ (gamma) przez większość materiałów. Podczas badania radiograficznego promieniowanie przenikając przez badany przedmiot jest częściowo pochłaniane i rozpraszane. Dzięki temu, iż materiały o różnym składzie chemicznym i grubości odmiennie pochłaniają promieniowanie, na detektorze uzyskujemy obraz wnętrza obiektu, który można określić jako jego „cień” rzucany w wiązce promieniowania. Dokładnie tak samo jak w medycynie (gdzie przyjęło się używać określenia radiologia), z tą różnicą, że przy prześwietlaniu człowieka lub zwierzęcia, sprawa zminimalizowania dawki szkodliwego dla zdrowia promieniowania jest priorytetowa.

Każdy rodzaj badań nieniszczących ma oczywiście swoje mocniejsze i słabsze strony.

Zalety radiografii przemysłowej

• bardzo precyzyjne obrazowanie. Przyjmuje się, że za pomocą radiografii wykrywa się różnice grubości wynoszące od 0,5% w stosunku do grubości obiektu. Przy czym wykrywalność przy zastosowaniu promieniowania X jest znacznie wyższa niż przy użyciu promieni gamma,
• nadaje się do badania obiektów wykonanych z bardzo różnych materiałów (w odróżnieniu od UT, MT czy ET),
• charakteryzuje się wyższą skutecznością przy wykrywaniu następujących rodzajów nieciągłości: pęcherze, podtopienia, wgłębienia, wklęśnięcia, nierówności lica, wtrącenia żużla, wycieki,
• badany obiekt może pozostać pokryty izolacją, nie zawsze jest konieczne usuwanie z jego powierzchni korozji, tym bardziej smarów czy olejów… (w przeciwieństwie do PT, MT czy UT),
• wykrywa nieciągłości materiałowe, które nie wychodzą na powierzchnię (w przeciwieństwie do PT).

Wady radiografii przemysłowej

• jest to metoda dość kosztowna,
• wymaga wysokich kwalifikacji,
• obecność szkodliwego promieniowania wymaga spełnienia norm bezpieczeństwa (procedury administracyjne, osłony, strefy ograniczonego przebywania…),
• konieczny jest dostęp do badanego obiektu z dwóch stron, aby znalazł się on pomiędzy źródłem promieniowania, a detektorem (z wyjątkiem metody wykorzystującej promieniowanie rozproszone wstecznie).

Do realizacji badań radiograficznych konieczne jest wykorzystanie źródła promieniowania, które „prześwietli” badany element oraz detektora, który zarejestruje obraz.

Źródło promieniowania X lub γ

Źródłem promieniowania mogą być lampy rentgenowskie, izotopy promieniotwórcze oraz akceleratory (liniowe akceleratory elektronów bądź betatrony z tarczą konwersji). Odpowiednie źródło należy dobrać biorąc pod uwagę grubość badanych obiektów, miejsce badania: terenowe czy stacjonarne, oczekiwaną jakość (precyzję) wyników…

Lampy (aparaty) rentgenowskie emitują promieniowanie x o energii zazwyczaj od 50 do 450 kV. Umożliwia to precyzyjne badanie detali różnej wielkości i gęstości. Lampa rentgenowska o energii 450 kV może służyć do prześwietlania detali stalowych o grubości do 70 mm. Promieniowanie x (rentgenowskie) zapewnia większą precyzję badania niż promieniowanie gamma. Jakość obrazu zależy także od odpowiedniego dobrania energii lampy do przenikalności obiektu, a także od wielkości ogniska z którego emitowana jest wiązka promieniowania. Im mniejsze ognisko tym wyraźniejszy obraz. Dlatego do niektórych badań stosuje się lampy mikroogniskowe.

Aparaty gammagraficzne emitują promieniowanie gamma powstałe w wyniku rozpadu izotopów promieniotwórczych takich jak: Iterb-169, Selen-75, Iryd-192, Kobalt-60. Typowa grubość elementów stalowych (a także ceramicznych), które można prześwietlać za pomocą powyższych źródeł izotopowych to: Iterb – 2–10 mm; Selen – 4–30 mm; Iryd – 10–60 mm. Promieniotwórcze źródło kobaltu-60 jest jeszcze silniejsze. Emituje promieniowanie gamma o średniej energii 1,25 MeV (megaelektronowoltów).

Aparaty gammagraficzne w porównaniu z rentgenowskimi nie wymagają dostępu do sieci zasilania, wykazują łatwość obsługi, są poręczne, lżejsze oraz tańsze gdy chodzi o cenę jednostkową (choć źródło izotopowe musi być co jakiś czas wymieniane). Są to niewątpliwe zalety, szczególnie w przypadku badań niestacjonarnych.

Akceleratory liniowe oraz betatrony, są źródłem wysokiej energii promieniowania. W Polsce, w Narodowym Centrum Badań Jądrowych Świerk produkowane są wysokiej klasy akceleratory liniowe serii LILLYPUT, emitujące energię umożliwiającą badanie nieniszczące obiektów stalowych o grubościach kilkudziesięciu centymetrów. Są one używane do badania większych obiektów na przykład w odlewnictwie. Stosowanie akceleratorów jak i pozostałych źródeł promieniowania, ze względu na jego szkodliwość, wymaga specjalnych warunków. Na przykład odpowiednio osłoniętego i zorganizowanego bunkra.

Detektory

Aby otrzymać obraz rentgenowski potrzebny jest także detektor, na którym ów obraz zostanie zarejestrowany.

Błony radiograficzne

Tradycyjnym i nadal używanym detektorem są błony fotograficzne (radiograficzne). Ich największe zalety to wysoka rozdzielczość, niska cena i ogólna dostępność. Dodatkowo błony (w przeciwieństwie do detektorów cyfrowych) są elastyczne i można dopasować ich kształt do powierzchni badanego przedmiotu, umieścić w miejscach trudnodostępnych. W pewnych sytuacjach obrazy otrzymywane na błonach są nadal wyższej jakości niż przy zastosowaniu innych detektorów.

Słabszymi stronami błon są: konieczność chemicznego wywoływania i koszty z tym związane, przechowywanie, brak możliwości komputerowych metod korekcji i modyfikacji obrazów oraz brak możliwości uzyskania obrazu w czasie rzeczywistym, co uniemożliwia bieżącą obserwację i rejestrację zachodzących procesów.

Cyfryzacja

Jak wiele innych dziedzin, także radiografia coraz bardziej ulega cyfryzacji. Aby móc pracować z obrazem radiograficznym na ekranie komputera, powstały metody digitalizacji – skanowania błon. Co prawda obraz w pewnym stopniu traci przez to na jakości, ale można go poddać obróbce cyfrowej, ułatwić niektóre pomiary. Zeskanowane radiogramy są znacznie łatwiejsze i tańsze do archiwizacji w pamięci komputera.

Radiografia CR (ang. computed radiography)

W drugiej połowie lat 90 wprowadzono formę pośredniej radiografii cyfrowej bazującej na pa­mięciowych płytach luminoforowych wielokrotnego użytku, które następnie można odczytać i jednocześnie „skasować” przy pomocy światła UV (ew. IR). Płyty CR oferują wysoką rozdzielczość, są jednak wrażliwe na zarysowania, mogą pozostawać na nich ślady po poprzednich obrazach. Jest to również badanie pośrednie, zatem aby uzyskać obraz należy zabrać detektor z miejsca badania. Może się wtedy okazać, że czas naświetlania był np. zbyt krótki, co (podobnie jak w przypadku błon) wymaga powtórzenia całości badania. Cena zestawu do badań CR jest dość wysoka.

Cyfrowa radiografia bezpośrednia DR

Kolejną możliwością, której popularność także w Polsce nieustannie wzrasta jest cyfrowa radiografia bezpośrednia DDR lub DR. (Direct Digital Radiography). Polega na wykorzystaniu paneli płaskich. Ich zaletą jest uzyskiwanie obrazu w czasie rzeczywistym (z możliwością natychmiastowego poprawienia w przypadku nieudanego obrazu), brak konieczności wywoływania (jak w przypadku błon bądź płyt CR), brak pozostałości po poprzednim obrazie czy zjawiska „faddingu” – zanikania zarejestrowanego na płycie obrazu.

Panele stosowane były wcześniej w medycynie, a od niedawna wprowadzono je także do badań przemysłowych. Ich ograniczeniem jest niemożliwość dostosowania do kształtu obiektu. Wykazują one także niską odporność na wyższe dawki promieniowania. Dlatego nie można ich stosować przy użyciu najsilniejszych źródeł promieniowania takich jak: akceleratory liniowe, betatrony bądź izotop kobaltu-60, a nawet mocniejszych lamp rentgenowskich.

Detektory SMOC DR

Był to jeden z powodów opracowania w Narodowym Centrum Badań Jądrowych Świerk innego typu cyfrowych detektorów radiograficznych, które dzięki zastosowaniu systemu zwierciadeł oraz osłon wykazują odporność na wysokie dawki i energie promieniowania, nawet do do 15 MeV. Ich zaletą jest możliwość dostosowania wielkości ekranu (i innych parametrów) do potrzeb klienta. Detektory SMOC (Scintillator Mirror Optics Camera) to kolejny przykład wkładu polskiej myśli naukowo-technicznej w rozwój radiografii przemysłowej. Obecnie produkcją detektorów SMOC zajmuje się firma ImagineRT. Jakość obrazu jest porównywalna do paneli płaskich. Minusem są gabaryty i ciężar z powodu niezbędnych wbudowanych osłon chroniących matrycę i podzespoły przed promieniowaniem wysokoenergetycznym. Dlatego detektory SMOC niezbyt nadają się do badań w terenie, za to bardzo dobrze sprawdzają się w laboratorium.

Oprogramowanie detektorów cyfrowych

Jedną z zalet radiografii cyfrowej jest możliwość wykorzystania wirtualnych narzędzi do pomiarów i przekształcania obrazu i zastosowanie różnorodnych filtrów:

• filtr wyostrzający,
• filtr różnicujący,
• pseudo-kolor.

Tomografia Komputerowa CT

Szczególnym zastosowaniem promieniowania rentgenowskiego jest tomografia komputerowa CT (ang. computed tomography). Polega ona na realizacji pełnego trójwymiarowego obrazowania struktury wewnętrznej obiektu. Odbywa się to przez wykonanie setek zdjęć rentgenowskich pod różnymi kontami przy obracaniu detalu. Następnie za pomocą oprogramowania zostaje wykonany jego pełny obraz 3D. Dzięki temu można zobrazować dowolne miejsce (np. przekrój) wnętrza badanego obiektu. Niektóre dostępne na rynku tomografy przemysłowe zapewniają badanie z dokładnością do kilku mikrometrów. Precyzja jest odwrotnie proporcjonalna do wielkości elementu i gęstości materiału. Konieczność prześwietlenia detalu ze wszystkich stron, a nie tylko od strony, gdzie jego grubość jest najmniejsza (jak w radiografii 2D), a także ograniczona ilość miejsca w kabinie tomografu powoduje, że możliwe jest badanie stosunkowo niewielkich detali. Tomografia (podobnie jak radiografia) umożliwia badanie przedmiotów z różnorodnych materiałów: minerałów, ceramiki, metali, tworzyw sztucznych, kompozytów…

Inne urządzenia rentgenowskie

W radiografii przemysłowej używa się wielu innych zestawów i urządzeń. Między innymi kabin radiograficznych stacjonarnych bądź mobilnych. Są to mini-laboratoria, w których można wykonać badania radiograficzne niewielkich detali.

Radiografia przemysłowa jest jedną z najbardziej precyzyjnych metod badań nieniszczących. W niektórych przypadkach jest niezastąpiona. Jednocześnie z powodu kosztów, konieczności stosowania specjalistycznych norm jakości i bezpieczeństwa jest metodą wymagającą. Niemniej badania radiograficzne są w niektórych dziedzinach po prostu obowiązkowe. Dlatego wiele firm decyduje się na prowadzenie własnego laboratorium bądź sporadyczną lub systematyczną współpracę z firmami wykonującymi tego typu badania.

Źródło: ImagineRT

Pełny tekst w wersji PDF poniżej lub proszę kliknąć link do pobrania pliku PDF
GM_3_2023_44_47_Radiografia