2.1. principiu fizic al metodelor l4u14un
Siderurgia, metalurgia, si constructia de masini reprezinta baza industriei
grele, de aceea progresul tehnic in aceste ramuri are o importanta deosebita.
Prin folosirea metodelor puse la dispozitia de fizica nucleara, fiecare faza
a proceselor tehnologice de productie a fontei, a otelului, a semifabricatelor,
sau a pieselor finite poate fi imbunatatita.
Din punct de vedere al modului in care in care se folosesc izotopii
radioactivi, metodele se impart in trei grupe:
2.1.1. Metoda atomilor marcati
Prima metoda cuprinde metodele cu trasori radioactivi. Numeroase aplicatii ale
izotopilor radioactivi se bazeaza pe proprietatea acestora de a emite radiatii.
O prima categorie de aplicatii utilizeaza aceste radiatii ca semnale ale prezentei
izotopului radioactiv intr-un anumit loc.
Spre exemplu, daca o anumita cantitate de fosfor contine un mic adaos de fosfor
radioactiv, se poate urmari circulatia fosforului in diverse procese tehnologice,
prezenta resturilor de fosfor in metal si aliaje, felul in care
fosforul este asimilat de un organism viu si locul unde se fixeaza.
Aceasta metoda foarte utila in cercetare poarta numele de metoda “atomilor
marcati” sau a trasorilor radioactivi.
Particularitati ale metodei trasorilor radioactivi.
Sensibilitatea ridicata a aparatelor de detectie a radiatiilor permite constatarea
prezentei si urmarirea unor cantitati extrem de mici de izotopi radioactivi.
Nici o alta metoda de analiza folosita pana astazi nu este atat
de sensibila. Un avantaj care decurge imediat din cele de mai sus este ca nu
sunt necesare intensitati mari de radiatii, care ar fi daunatoare pentru organism
si ar pune problema amenajarii de instalatii de protectie complexe. Metoda trasorilor
se caracterizeaza pe nivelul redus al intensitatii radiatiei.
In al doilea rand, izotopul radioactiv, care are rolul de trasor,
are aceleasi proprietati chimice cu izotopul neradioactiv in care este
incorporat. Ca urmare amestecul odata realizat se pastreaza in decursul
diferitelor procese supuse studiului, comportandu-se ca unul si acelasi
elemente chimic. In felul acesta se pot studia rolul si transformarile
anumitor substante in procesele complexe.
In al treilea rand, masurarea cu ajutorul detectorilor a radiatiilor
emise de izotopi radioactivi se poate face de la o oarecare distanta si in
mod continuu. In functie de natura, energia, si intensitatea lor, fascicolele
de radiatii pot strabate distante mai mari sau mai mici, trecand chiar
prin diverse corpuri.
Radiatiile gama sunt cele mai patrunzatoare, pot sa strabata fara sa-piarda
prea mult din intensitate, piese groase din fier sau pereti de beton.
Dupa cum am vazut, folosirea trasorilor radioactivi permite studiul si controlul
unor piese de la distanta, chiar cand acestea se petrec in vase
sau incaperi inchise, in locuri inaccesibile sau in
care patrunderea cu alte mijloace de investigatie ar turbura procesul de cercetat,
cum este cazul organismului viu.
Consecinte ale utilizarii metodei trasorilor radioactivi
Folosind trasori radioactivi cu durata de injumatatire mica exista certitudinea
ca, in scurt timp dupa terminarea cercetarilor propuse, nu va mai ramane
in sistemul studiat practic nimic din izotopul radioactiv introdus.
Dupa modul in care radioactivitatea scade in timp, adica dupa reducerea
cantitatii de izotop radioactiv, se poate identifica izotopul radioactiv, sau
daca acesta este cunoscut si a fost introdus in cantitate cunoscuta, se
poate afla cat timp a trecut de la introducerea lui.
2.1.2. Metoda ce foloseste activarea probei
A doua grupa cuprinde metodele cu activarea probei. In acest caz, materialele
sau piesele care se studiaza sunt activate prin iradiere cu neutroni. Aceasta
operatie se poate face fie cu sursa de neutroni de laborator, fie prin introducerea
probei intr-un reactor nuclear.
2.1.3. Metoda ce ataseaza probei o sursa radioactiva
A treia grupa cuprinde metodele fara activarea probei cercetate. Izotopii radioactivii
joaca in acest caz numai rolul unor surse de radiatii, iar ceea ce se
foloseste sunt tocmai aceste radiatii.
Sursa de radiatii se aseaza in fata materialului de cercetat iar fascicolul
emis de sursa strabate materialul si este apoi detectat cu diferite mijloace.
2.2.Aplicatii in procesul de obtinere a fontei, otelului si a aliajelor
2.2.1. Elaborarea fontei.
Fonta, produs de baza al industriei siderurgice se elaboreaza in furnal,
numit si cuptor inalt.
Furnalul este un agregat complex cu o capacitate de sute de m3. Functionarea
lui este neintrerupta, cel putin pentru perioade de cativa ani,
intre doua reparatii.
Prin partea superioara, numita gura furnalului se introduc materiile prime:
cocsul si minereul de fier. Sub actiunea gazelor, prin arderea combustibilului
si a caldurii, incarcatura coboara treptat in furnal catre zonele
de temperatura inalta. In aceste zone ia nastere fonta lichida,
care se scurge in partea de jos a furnalului numita creuzet.
Viteza de coborare a incarcaturii in furnal intereseaza foarte
mult pe furnalisti in vederea dirijarii procesului de elaborare a fontei.
Determinarea acestei viteze este imposibil de realizat cu alte metode decat
acea cu izotopi radioactivi.
In acest scop se marcheaza cate un bulgare de cocs si de minereu
de fier cu ajutorul capsulelor cu izotopi radioactivi si se introduc prin gura
furnalului, notandu-se precis ora. In interiorul furnalului, in
mai multe locuri se introduc contori Geiger-Müller inchisi in
tuburi de protectie racite cu apa, pentru a nu se deteriora din cauza caldurii.
Acesti contori semnalizeaza trecerea fiolelor cu (izotopul folosit) prin dreptul
lor. In acest fel se poate trasa un grafic exact al mersului incarcaturii
si se poate calcula viteza de coborare a materialului in diferite
zone. Se determina profilul cel mai bun al furnalului, avand in
vedere scopul ca materialele sa aiba o viteza aproape uniforma.
Pentru a intretine si a activa arderea combustibilului, in furnal
se sufla aer cu ajutorul gurilor de vant. Pentru a determina viteza curentilor
de aer in interiorul furnalului, in aerul introdus se amesteca un
gaz radioactiv. La diferite inaltimi, gazele din furnal sunt absorbite
si evacuate, trecand prin camere de ionizare unde se inregistreaza
radioactivitatea. In felul acesta se poate studia drumul si viteza gazului
radioactiv, deci si a gazelor care circula prin furnal.
2.2.2 Elaborarea otelului
Agregatele in care se elaboreaza otelul sau acelea in care se transporta
otelul topit (cuptoare, jgheaburi oale de turnare) sunt captusite cu materiale
refractare rezistente la temperaturi ridicate.
Totusi se poate intampla ca portiuni mici din captuseala lor sa
se desprinda si sa treaca in otel dand nastere asa-ziselor incluziunilor
nemetalice. Prezenta acestora in otel are o influenta daunatoare micsorand
rezistenta otelului la socuri, la uzura, la solicitari repetate.
Metodele clasice folosite pentru determinarea incluziunilor nemetalice nu erau
suficient de exacte sau nu dadea indicatii asupra surselor din care au provenit.
Prin aplicarea metodei cu izotopi radioactivi se poate determina cantitatea
de incluziuni nemetalice, distributia lor in lingoul de otel, cat
si sursa de la care au provenit, astfel sa se poata lua masuri de combatere
a eroziunii captuselii.
In acest scop in masa refractara din care se face captuseala unui
anumit agregat se introduce un izotop radioactiv. Din otelul care a trecut prin
agregatul respectiv se iau probe, se separa incluziunile nemetalice existente
si se determina radioactivitatea acestora. Daca incluziunile sunt radioactive,
inseamna ca ele provin din captuseala marcata a agregatului respectiv.
Cantitatea incluziunilor se apreciaza prin comparatie cu o proba etalon confectionate
din aceeasi masa refractara marcata, iar distributia lor in lingou se
stabileste pe cale autoradiografica.
Marcand in mod distinct captuseala diverselor agregate implicate
in procesul de fabricare a otelului, se poate determina care sunt acele
care contribuie la impurificarea otelului cu incluziuni.
In acelasi mod se poate studia si calitatea unor materiale refractare
preferandu-le pa acelea care introduc in otel cantitate minima de
incluziuni nemetalice.
Izotopii radioactivi au fost folositi cu succes si la automatizarea turnarii
continue a otelului. Aceasta metoda consta in turnarea otelului topit
din oala de turnare intr-un cristalizator racit intens cu apa, in
care are loc o solidificare partiala a otelului. Otelul obtinut este de buna
calitate numai daca de fiecare data cristalizatorul se umple pana la acelasi
nivel. Incercarile de a automatiza acest proces cu ajutorul unui plutitor
din material refractar sau cu alte mijloace clasice nu au dat rezultate.
Problema a fost rezolvata tot cu ajutorul izotopilor radioactivi. Pentru aceasta
s-a asezat in afara cristalizatorului o sursa radioactiva cu care emite
radiatii gama. Acestea strabat cristalizatorul si sunt inregistrate de
cealalta parte de doi contori Geiger-Müller asezati unul sub altul. Intensitatea
radiatiilor inregistrate de contori depinde de nivelul otelului topit.
Daca nivelul se ridica in dreptul unuia dintre contori, indicatia acestuia
scade. Comanda automata este realizata pe baza indicatiilor celor doi contori,
astfel ca nivelul otelului sa fie mentinut intre ei. In felul acesta,
indicatia primita de contorul de sus este mai intensa decat cea primita
de contorul de jos.
2.2.3. Prelucrarea metalelor prin deformare plastica
Metodele de deformare plastica se refera la laminare, extruziune si constructii
de masini. a) Laminarea
In procesul de laminare a tablei una dintre cerintele care trebuie respectate
este pastrarea uniforma a grosimii. Pentru a obtine table cu aceeasi grosime,
in timpul procesului de laminare se poate folosi un aparat care se bazeaza
pe absorbtia radiatiilor nucleare. Se stie ca absorbtia radiatiilor este cu
atat mai mare cu cat grosimea stratului de material este mai mare.
In cazul de fata, metoda de masurare este o metoda de comparatie. In
aparat exista doua surse radioactive identice. Radiatiile emise de prima sursa
strabat o piesa de grosime diferita numita pana de compensare. Radiatiile emise
de cea de-a doua sursa strabat tabla laminata care trebuie masurata. Radiatiile
de la cele doua surse ajung la un detector. In mod automat, cu ajutorul
unui motor electric se regleaza distanta dintre valturi in functie de
grosimea penei de compensare, urmarind ca intensitate radiatiilor care ajung
la detector de la cele doua surse sa fie aceeasi. Distanta dintre valturi mentinandu-se
constanta, grosimea benzii laminate este uniforma.
Avantajele sistemului descris sunt numeroase .
- masurarea este continua, fara contact cu tabla
- are loc pe o suprafata mai mare, deci nu este influentata de mici defecte
locale
- se realizeaza comanda automata a distantei dintre valturi b) Extruziunea
Extruziunea este un procedeu de prelucrarea materialelor la cald prin presare
hidraulica intr-o matrita prevazuta cu un orificiu. Prin acest orificiu
metalul curge sub forma de tevi sau bare cu un anumit profil. Pentru punerea
la punct a procedeului de extruziune este necesar sa se stabileasca modul cum
are loc procesul de curgere a materialului.
Pentru aceasta, metalul sau aliajul care va fi supus la extruziune este mai
intai gaurit perpendicular pe directia de presare si in gauri
se introduc probe cilindrice din acelasi material activate prealabil prin iradiere
intr-un reactor nuclear.
Dupa ce extruziunea s-a executat, tevile sau barele profilate obtinute se sectioneaza
la diferite distante si se studiaza modul cum s-au repartizat probele iradiate.
Acest studiu se face prin autoradiografie sau cu alte mijloace de detectie a
radiatiilor. Stabilind zonele in care s-a repartizat materialul iradiat,
se poate deduce modul cum s-a deformat intregul material datorita extruziunii. c) Constructii de masini
Una dintre cele mai importante aplicatii ale izotopilor radioactivi in
industrie este controlul radiografic cu radiatii gama. Controlul radiografic
se aplica in general atat pieselor finite, cat si semifabricatelor.
De exemplu, se cerceteaza daca piesele turnate au goluri, fisuri sau incluziuni,
daca cusuturile de sudura sunt continue sau solide. Semifabricatele care reprezinta
defecte sunt eliminate din procesul tehnologic, pentru a nu se irosi munca cu
prelucrarea lor mai departe. Controlul radiografic este obligatoriu la o serie
de piese si instalatii de mare importanta in exploatare, care prin defectare
ar putea duce la accidente. Ca exemple in acest sens mentionam piese de
locomotiva si avioane, cazane cu abur, corpuri de nave.
Exista mai multi izotopi radioactivi care se folosesc in gamagrafie. Ei
se deosebesc prin puterea de patrundere a radiatiei gama, adica prin energia
ei, in sensul ca unei energii mari a radiatiei gama ii corespunde
o putere de patrundere mare. La piesele mai groase se foloseste . Pentru piese
mai subtiri se folosesc izotopi ai cesiului sau ai iridiului.
Pentru a face o gamagrafie se procedeaza in felul urmator: filmul fotografic
se introduce intr-o caseta care se fixeaza pe o parte a piesei de studiat,
iar sursa de radiatii se aseaza la o oarecare distanta, in partea opusa.
Radiatiile gama strabat piesa fiind partial absorbite. In locul in
care exista defecte ( goluri) interioare cum ar fi fisuri sau goluri radiatiile
vor fi absorbite mai putin. Pe imaginea radiografica aceste defecte vor aparea
ca niste pete de intensitate diferita.
Uneori, in afara de metoda radiografica, la gasirea defectelor cu radiatii
gama se mai poate folosi si metoda ionizarii. In acest caz, detectarea
radiatiilor nu se face cu o placa fotografica ci cu un aparat detector de radiatii
cum ar fi un contor sau camera de ionizare. In regiunea care prezinta
defecte intensitatea radiatiilor detectate creste.
O alta aplicatie interesanta a izotopilor radioactivi in constructia de
masini este masurarea grosimii straturilor de acoperire a tablelor sau al sarmelor
zincate sau cositorite. Inainte, determinarea grosimilor acestor straturi
nu se putea face decat indirect, prin metode chimice. Cu ajutorul radiatiilor
nucleare aceasta masurare se poate face destul de exact prin metoda retrodifuziei
radiatiilor.
Principiul metodei este urmatorul: cand radiatiile nucleare patrund intr-un
material, o parte din ele sunt imprastiate inapoi sau retrodifuzate.
Cercetarile au aratat ca procentul de radiatii retrodifuzate din totalul radiatiilor
care patrund in material este variabil si depinde de doi factori. Primul
factor este grosimea materialului, intensitatea radiatiilor retrodifuzate creste
cu grosimea materialului pana la o anumita grosime, dincolo de care ramane
constanta, adica ajunge la un nivel de saturatie. Al doilea factor este numarul
atomic. Prin urmare, intensitatea radiatiilor corespunzatoare nivelului de saturatie
a unui material cu numarul atomic mai mare este superioara celei corespunzatoare
unui numar atomic mai mic.
Acest lucru isi gaseste o aplicatie directa la masurarea grosimii stratului
de acoperire la tablele cositorite, deoarece cositorul are numarul atomic 50
iar fierul 26.
Detectorul si sursa se afla de aceeasi parte. Sursa se fixeaza fie in
interiorul detectorului, fie in exteriorul lui, in imediata lui
apropiere. Potrivind diviziunea zero a indicatorului aparatului la intensitatea
corespunzatoare nivelului de saturatie al otelului, acest indicator care are
o scara gradata in unitati de grosime, ne va arata direct grosimea stratului
de acoperire.
Acelasi principiu poate fi folosit si la masurarea grosimii peretilor tevilor
sau cazanelor si eventuala descoperirea unor defecte locale.
2.3.Aplicatii in procesul de fabricatie al produselor refractare
In industria produselor refractare s-au aplicat radionuclizii pentru determinarea
unor parametri de care depinde calitatea acestor produse ca:
- timpul optim de amestecare a materiei prime
- timpul de trecere al materialelor argiloase in cuptorul rotativ de somatizare
- rezistenta produselor refractare la uzura
2.3.1. Determinarea timpului de trecere a materialelor argiloase in cuptorul
rotativ de somatizare, cu surse inchise de radiatii nucleare
Fabricarea somatei se face in cuptoare rotative asemanatoare acelora de
fabricatia cimentului. Pentru aceasta materialele argiloase se introduc in
cuptor sub forma de brichete sau bulgari, in contracurent cu gazele de
ardere care se incalzesc treptat pana ajung la temperatura de vitrificare.
In cuptor se deosebesc trei zone tehnologice:
- zona de uscare
- zona de preincalzire-calcinare
- zona de vitrificare
In functie de calitatea materiilor prime, se obtin somate de diferite
refracteritati. Calitatea somatei si productivitatea cuptorului depind de timpul
de retentie al materialului in fiecare zona tehnologica. Timpul de retentie
poate fi determinat pe cale radiometrica. Aceasta metoda da posibilitatea de
a se afla timpul de retentie pe zone tehnologice si de-a lungul cuptorului,
masurand timpul de trecere a materialului printre diferite puncte. Exista
doua metode ce folosesc surse deschise de radiatii: a) Metoda marcarii materialului cu un radionuclid gama activ, avand timpul
de injumatatire scurt. b) Metoda activari la reactor a unei parti din material care se introduce in
cuptor.
Aceste metode prezinta urmatoarele dezavantaje:
- Materialul marcat constituie o sursa deschisa de radiatii nucleare, ce este
raspandita la iesirea din cuptor in urmatoarele faze ale procesului
tehnologic si poate produce prin inhalare de praf, contaminari interne de scurta
durata.
- Radionuclizii folositi avand un timp de injumatatire mic, trebuie
transportati de la reactor la locul de aplicatie cu mijloace de transport foarte
rapide
- Radionuclizii nu se recupereaza
Pentru a inlatura aceste dezavantaje s-a recurs la metoda radiometrica
cu surse inchise de radiatii nucleare. Aceasta metoda consta in
urmatoarele:
Se introduc in cuptorul rotativ una sau mai multe capsule metalice care
contin un izotop radioactiv, care emite radiatii gama, a carui energie este
mai mare cu un MeV si are timpul de injumatatire convenabil. Temperatura
de topire sau de fierbere a izotopului radioactiv trebuie sa fie peste 1400
0 C. In aceste conditii se pot utiliza:
Materialul sau aliajul din care se confectioneaza capsulele trebuie sa reziste
la temperatura maxima de ardere din cuptor si racitor.
Din aceste motive capsulele s-au confectionat din otel rezistent la temperaturi
ridicate. Capsulele au forma de cilindru cu inaltime egala cu diametrul
bazei si avand un volum in asa fel calculat incat densitatea
aparenta a capsulei sa fie egala cu cea a materialului ce se arde in cuptor.
Trecerea capsulei cu izotopul radioactiv prin diferite puncte, care marcheaza
zonele cuptorului se urmareste din exterior cu ajutorul unui radiometru la o
distanta de 0.5 m pentru a evita incalzirea contorului de radiatii. In
momentul in care sursa trece prin dreptul punctului considerat, indicatorul
aparatului arata o intensitate maxima. Se noteaza ora trecerii prin fiecare
punct de masurare. Capsula cu sursa de radiatii se recupereaza la iesirea din
agregat in modul urmator: cu ajutorul radiometrului se semnalizeaza apropierea
sursei de radiati de iesirea din racitor, din acest moment materialul din racitor
se evacueaza pe o platforma si se recupereaza sursa de radiatii dupa identificarea
ei cu radiometrul. Sursa de radiatii se poate folosi la oricate incercari
este nevoie.
Aceasta metoda prezinta urmatoarele avantaje:
- Personalul este protejat contra radiatiilor
- Sursa de radiatii se poate folosi ori de cate ori este nevoie
- Se poate face un numar mare de determinari intr-un timp scurt
- Transportarea surselor de radiatii la locul de aplicatii se poate face cu
mijloace curente
- Metoda este precisa, rapida si permite determinarea timpului de trecere in
cuptorul rotativ atat pe zone cat si de-a lungul intregului
cuptor.
2.3.2. Determinarea timpului optim de amestecare al materiilor prime refractare
Durabilitatea produselor refractare de somata in agregatele termice industriale
depind in mare masura de caracteristicile lor fizico-chimice. Un rol determinant
in acest sens il are modul de amestecare a materiilor prime din
care se compune reteta de fabricatie. Structura produselor refractare depinde
de omogenitatea distributiei granulelor de somata intre acelea de argila-liant
si influenteaza o serie de proprietati fizice ca: rezistenta la soc termic,
la atacul zgurelor, la compresiune.
Cunoastere timpului optim de omogenizare duce la asigurarea calitatii produselor
refractare si la determinarea productivitatii amestecatorului.
Spre deosebire de metodele uzuale metoda radiometrica si autoradiografica arata
in mod precis gradul de omogenitate a diverselor componenti ai masei refractare
si da indicatii asupra felului cum s-a distribuit argila-liant in timpul
amestecarii.
Metoda autoradiografica se bazeaza pe efectuarea autoradiografiei probelor luate
din timp in timp din masa marcata, omogenizarea optima fiind data de o
distributie uniforma a particulelor componentului marcat pe autoradiografie.
Aceste metode cu indicatori radioactivi s-au aplicat pentru determinare timpului
optim de amestecare a materiilor prime refractare, in amestecul Eirich,
la fabricatia produselor de somata. In acest caz avand trei componenti
s-au folosit doi radionuclizi unul beta si altul gama activ, tinand seama
de urmatoare:
- natura si energia radiatiilor
- timpul de injumatatire
- combinatia chimica a radionuclizilor
- radionuclizii sa rezulte dintr-o reactie nucleara
Trebuie sa se determine timpul optim de omogenizare a trei amestecuri binare.
Utilizand reteta 70% somata, 30% argila-liant s-a preparat o sarja de
600 Kg care este semiuscata. Somata s-a marcat cu sub forma iar argila cu utilizand
combinatia . Pentru prepararea sarjei s-a procedat astfel: S-a introdus in
amestecator argila liant peste care s-a adaugat solutia de . S-a omogenizat
timp de opt minute, timp determinat prin masuratori radiometrice. Argila marcata
uniform s-a scos din amestecator si s-a pastrat pentru amestecul propri-zis.
Apoi s-a marcat in acelasi mod somata fina cu solutie de peste care s-a
adaugat somata groaba. S-au amestecat si s-au luat probe din minut in
minut pentru masuratorile radiometrice. Activitatea redusa a probelor masurate
a aratat ca pentru omogenizarea somatelor sunt necesare trei minute.
Dupa omogenizare somatelor s-a introdus barbotina marcata in prealabil
cu , s-au efectuat masuratori radiometrice si a rezultat un timp de omogenizare
de doua minute. In final s-a adaugat argila marcata si s-a determinat
in acelasi mod timpul de omogenizare care a fost de patru minute.
In total pentru omogenizarea unei sarje prin metoda semiuscata sunt necesare
noua minute.
2.4. Utilizarea izotopilor radioactivi la studiul si controlul uzurii
2.4.1. Consideratii generale
Uzura este un proces ce consta intr-o degradare progresiva a suprafetei
unei piese din cauze mecanice, cum ar fi caldura si frecarea. Ea are urmari
nefavorabile asupra capacitatii de functionare a pieselor, datorita dereglarilor,
jocului intre piese, griparile ce le produce si care pot duce la avarii
si accidente grave.
Uzura depinde de multi factori ca:
- geometria si stare piesei
- materialul din care este construita piesa
- presiunea exercitata pe suprafetele in miscare
- temperatura in locul unde se produce uzura
- viteza de miscare a pieselor
- cantitatea si calitatea lubrifiantului
- timpul de functionare
Cercetarile privind uzura se intreprind in urmatoare scopuri;
- determinarea celor mai economice regimuri de functionare a masinilor sau a
organelor de masini
- marirea rezistentei la uzura a suprafetelor aflate in miscare
- planificarea cat mai corecta a reparatiilor
- confectionarea numarului necesar de piese de rezerva
- stabilirea celor mai bune medii de ungere
- stabilirea gradului de uzura la diferite straturi de lubrifianti
- urmarirea depasirii gradului admisibil de uzura
- cercetarea influentei prafului care patrunde in masina
Cercetarile privind uzura cuprinde trei domenii:
1. cercetarea uzurii in conditii de laborator
2. cercetarea uzurii organelor in frecare ale masinilor in conditii
de exploatare s-au pe bancul de proba
3. cercetarea uzurii sculelor aschietoare si neaschietoare.
Procedeele vechi de apreciere a uzurii, cum ar fi cantarirea piesei inainte
si dupa uzura, care constau in opriri neproductive ale masinilor, in
cheltuieli generate de demontarea si montarea lor, in variatii ale uzurii
ca urmare a demontarii pieselor, de unde rezulta concluzii eronate, fiind necesara
si o aparatura de masurat costisitoare. Cel mai mare neajuns al vechilor procedee
de apreciere a uzurii consta in faptul ca aceste fenomene nu puteau fi
urmarite in timpul desfasurarii lor.
Procedeele noi constau in urmarirea vitezei de uzare a organelor de masini
chiar in timpul functionarii acestora, ele pot fi de doua feluri:
Primul procedeu consta in determinarea continutului de fier rezultat in
urma uzurii in mediul de ungere, probele de ulei fiind analizate pe cale
chimica, stabilindu-se astfel continutul de fier. Acest procedeu este nesatisfacator
datorita efectuarii unor lucrari costisitoare si de lunga durata. Al doilea
procedeu consta in utilizarea izotopilor radioactivi. Utilizarea izotopilor
radioactivi nu exclude vechile procedee de cercetare a uzurii, combinarea, in
unele cazuri, cu acestea poate duce la rezultate deosebite. Organelor de masini
radioactivate li se desprind particule mici in timpul procesului de uzare,
care pot fi regasite in materialul de ungere. Detectarea se poate face
cu ajutorul unui contor care, dupa numarul de impulsuri ce le da pe minut indica
gradul de uzura in timpul functionarii masinii. In cazul masinilor
si agregatelor cu sistemul de ungere prin circulatie aparatul de masurat se
poate aseza favorabil in sistemul de ungere prin circulatie s-au in
apropierea conductei de ulei, putandu-se trasa direct diagramele uzurii,
dupa variatia radioactivitatii inregistrata de contor. Cantitatea de izotop
radioactiv, gasita in lubrifiant este proportionala cu uzura.
2.4.2. Uzura rotilor dintate
In cele ce urmeaza se va descrie sistemul Borsoff, Cook si Otvas privind
uzura rotilor dintate. Se iradiaza o roata dintata intr-un flux de neutroni.
Izotopii radioactivi ce iau nastere in roata in timpul acestui proces
de iradiere sunt urmatorii: .
Roata in cauza este angrenata cu alta roata neradioactiva, fiind supusa
la diferite solicitari. Particulele radioactive , desprinse in timpul
procesului de uzura de pe suprafata rotii dintate, sunt antrenate de uleiul
pompat pin cutia angrenajului. Uleiul, ce antreneaza particule radioactive,
este refulat de o pompa de circulatie spre o camera in care s-a montat
un contor Geiger-Müller. Se compara activitatea, dupa numarul de radiatii
inregistrate de contor intr-un minut, in timpul circulatiei
uleiului si in timpul cand uleiul nu circula. Etalonul de comparatie
este o solutie de naftenat de fier, preparata din material din roata dintata
radioactiva. Se constata ca numarul de inregistrari pe minut este o functie
liniara de cantitate de metal din ulei. Intrucat activitatea rotii
scade din cauza unor izotopi cu perioada de injumatatire scurta, este
necesar ca activitatea rotii dintate sa fie determinata zilnic.
2.4.3. Uzura motoarelor
Prin studierea uzurii motoarelor se permite perfectionarea constructiei motoarelor,
gasirea si verificarea celor mai bune metode de ungere si a combustibilului
celui mai potrivit.
Metoda de incercare a motoarelor consta in urmatoarele: organul
de masina a carui uzura trebuie determinata, spre exemplu segmentii unui piston
de motor de automobil se activeaza in prealabil prin iradiere cu neutroni
apoi se monteaza in motor si se lasa sa functioneze normal o perioada
scurta de timp.
Datorita uzurii fragmentele microscopice din segmentul activat se vor desprinde
si vor fi antrenate in uleiul care unge motorul. Acesta este pompat continuu
afara din motor, trece printr-un filtru unde se depun fragmentele desprinse
din piston si se reintoarce in motor pentru a repeta ciclul de ungere.
In dreptul filtrului sunt instalati contori a caror indicatii este direct
proportionala cu cantitatea de material care s-a desprins de pe segment, deci
cu uzura acestuia. Faptul ca determinarile sunt extrem de sensibile si dureaza
putin timp, permite cercetatorilor sa traga concluzii asupra mersului uzurii,
cu mult inainte ca pe organul respectiv de masina sa fi aparut un semn
vizibil de uzura.
Asemenea instalatii de incercare a uzurii motoarelor cu ajutorul izotopilor
radioactivi se instaleaza chiar pe autocamioanele ale caror motoare se incearca
constituind adevarate laboratoare mobile. S-au obtinut in felul acesta
date pretioase pentru constructorii de masini, cat si pentru cei care
le exploateaza. S-a putut astfel stabili cum depinde uzura motorului de automobili
de calitatea combustibilului si a lubrifiantului, de starea drumului, de continutul
de praf in aer, de temperatura si de alte conditii.
2.4.4. Uzura sculelor aschietoare
Pentru cunoasterea mai aprofundata a naturii fizice a procesului de uzare a
sculelor aschietoare exista, de asemenea, metode ce folosesc izotopii radioactivi
.
Stabilirea regimurilor optime de uzura este importanta in cadrul uzinelor
si linilor automate. Cunoasterea acestor fenomene permite luarea de masuri necesare.
Se cunosc doua procedee de activare:
1. Introducerea izotopilor radioactivi in compozitia sarjei aliajului
dur
2. Activarea placutelor din metal dur pe calea tratamentului cu neutroni in
reactor.
Cutitele cercetate au fost iradiate in reactor, rezultand astfel
izotopi radioactivi ca: .
Radioactivitatea spanului s-a detectat cu un contor Geiger-Müller, obtinandu-se
astfel indicatii chiar in timpul functionarii masinii, ceea ce a redus
astfel foarte mult timpul pentru masurarea uzurii in comparatii cu alte
procedee. Din cercetari, a rezultat ca, folosind chiar tetraclorura de carbon,
unul dintre cele mai bune lichide de racire, este inevitabila sudarea locala,
tranzitorie a cutitului cu piesa de prelucrat. In span se gaseste cel
putin 95% din substanta radioactiva desprinsa prin uzura.
Prin aceste procedee se mai poate controla rapid si usor calitatea metalului
dur, a uleiului de racire, si forma cutitului. Poate fi studiata dependenta
uzurii de viteza de lucru.
Placutele de carbura de Wolfram de la cutite au fost iradiate intr-un
flux de neutroni. In urma iradierii au aparut izotopii radioactivi . Masurandu-se
activitatea aschiei metalice indepartate de pe piesa de otel s-a putut
stabili uzura in functie de timpul de prelucrare.
2.4.5. Uzura produselor refractare
Am vazut mai sus ca procesul de elaborare a fontei in furnal se intrerupe
la cativa ani pentru reparatii. Acestea constau in primul rand
la rezidirea captuselii furnalului, care este construit din caramida refractara.
Caramida refractara, desi este special facuta pentru a rezista la temperaturi
inalte, se uzeaza cu timpul si neinlocuirea ei la timp poate da
nastere la accidente grave.
Pe de alta parte, oprirea prematura a furnalului, cand reparatiile nu
sunt necesare, este neeconomica. De aceea, determinarea exacta a gradului de
uzura a captuselii furnalului este de mare importanta.
Si aceasta problema se poate solutiona cu ajutorul izotopilor radioactivi. Pentru
aceasta, atunci cand se zideste furnalul se introduc din loc in
loc, in interiorul captuselii de caramida, capsule cu izotopi radioactivi.
Supravegherea procesului de uzura in timpul functionarii agregatului poate
fi facuta in doua moduri. In prima varianta, o serie de contori
Geiger-Müller instalati imprejurul furnalului inregistreaza
radioactivitatea capsulelor care se gasesc in captuseala. O scadere brusca
a indicatiei unuia dintre contori inseamna ca una dintre capsule a cazut
in furnal datorita uzurii captuselii.
In a doua varianta se inregistreaza activitatea fontei produse de
furnal. In acest caz, o crestere brusca a radioactivitatii fontei este
o indicatie ca una din capsule a cazut din captuseala.
Tinand o evidenta a rezultatelor date de una sau de ambele variante de
masurare se poate cunoaste in orice moment progresarea uzurii captuselii,
si se pot lua hotarari in cunostinta de cauza.
2.5. Utilizarea izotopilor radioactivi la studiul si controlul coroziunii
Procesul de coroziune consta in reactii chimice sau electrochimice, la
limita metal-mediu si distrugerea superficiala sau totala a metalelor sau a
aliajelor.
Coroziunea este de mai multe feluri:
- Coroziune uniforma, cand agentul corosiv lucreaza simultan si uniform
pe intreaga suprafata metalica.
- Coroziune locala, agentul corosiv actioneaza pe o portiune restransa
din suprafata metalului. Ea poate progresa rapid in adancimea materialului
putand fi strapuns fara ca acest lucru sa se observe la suprafata
- Coroziune selectiva, cand agentul corosiv lucreaza numai asupra unor
elemente din compozitia aliajului sau a structurii cristaline.
Cauza acestui proces de coroziune si fenomenul de initiere a distrugerii materialului
constau in tendinta metalelor de a forma ioni atunci cand vin in
contact cu electrolitii si de a forma combinatii chimice in contact cu
neelectroliti.
Viteza coroziunii este influentata de urmatorii factori:
- Concentratia ionilor de hidrogen (pH)
- Concentratia substantelor oxidante sau a oxigenului
- Umiditatea
- Temperatura
Coroziunea sub influenta acizilor consta in dizolvarea metalelor in
acid. Ea se va produce de la suprafata metalului spre interior. Stabilitatea
metalului fata de acid este in mare masura o caracteristica a proprietatilor
sale anticorozive.
2.5. Utilizarea izotopilor radioactivi pentru marcare si numarare
2.5.1. Marcarea cu izotopi radioactivi.
Pentru a evita confundarea benzilor de otel de diferite calitati, laminate la
rece, asemanatoare ca aspect exterior, a fost necesara marcarea acestora, astfel
incat sa fie nedespartita de banda si sa nu dispara in cadrul
diferitelor operatii tehnologice.
Diferite procedee de marcare a metalului cum sunt cele mecanice, magnetice si
electrochimice, s-au dovedit necorespunzatoare pentru acest scop. Tehnica nucleara,
prin folosirea izotopilor radioactivi a dat solutia definitiva in privinta
marcarii acestor benzi de otel. Astfel folosindu-se un electrod care contine
se aplica, prin scantei electrice, pe banda de otel cateva semne
dinainte stabilite.
Benzile de otel marcate radioactiv se disting intre ele prin felul si
energia radiatiei emise(a,b sau c), precum si prin numarul, marimea si forma
semnelor radioactive de pe produs. Acest procedeu se caracterizeaza prin simplitatea
aplicarii si citirii marcajului in timpul procesului tehnologic si prin
aceea ca, in urma acestei marcari, suprafata marcata isi pastreaza
neschimbate calitatile.
Acest procedeu elibereaza un mare numar de muncitori care lucreaza la controlul
calitativ pe diferite faze ale procesului tehnologic.
Dupa ce in cursul primei operatii a procesului tehnologic ale benzilor
de otel s-a facut marcarea cu in operatiile tehnologice urmatoare constatarea
si descifrarea semnelor radioactive de pe benzile de otel se efectueaza folosind
detectoare de radiatii, pelicule fotografice sau rontgenografice prin autoradiografie.
2.5.2. Aparate de numarare pe banda rulanta ce folosesc izotopi radioactivi.
Aceste aparate isi gasesc aplicare in toate ramurile industriale,
acolo unde este nevoie de numarat productia finita sau chiar semifinita.
Aparatele de numarat ce functioneaza cu izotopi radioactivi sunt aparate simple
si sigure ca functionare.
Prin natura lor izotopii radioactivi dau fluxuri de radiatii radioactive continue.
Aparatele de numarat se bazeaza pe faptul ca obiectele care trec pe o banda
rulanta intrerup aceste fluxuri de radiatii continue.
Pe o parte a benzii rulante, intr-un container in forma de tigara
se gaseste o cantitate mica de izotop radioactiv. Ca izotop radioactive se foloseste
.De cealalta parte a benzii rulante pe care trec obiectele se gaseste detectorul
de radiatii b, cuplat cu numaratorul electro-mecanic.
La trecerea unui obiect intre sursa radioactiva si contor, fluxul de radiatii
se intrerupe si intra in functiune numaratorul electro-mecanic.
Un asemenea aparat poate numara pana la 180 obiecte pe minut. Acest procedeu
de numarare prezinta avantaje mult mai mari decat metoda fotoelectrica,
intrucat nu mai este necesara aparatura optica si nici dispozitive,
care sa fereasca de lumina aparatul receptor.