referat.clopotel.ro

UTILIZAREA IZOTOPILOR RADIOACTIVI N INDUSTRIA SIDERURGIC, MATALURGIC I CONSTRUCTOARE DE MAINI

principiu fizic al metodelor

Siderurgia, metalurgia, i construcia de maini reprezint baza industriei grele, de aceea progresul tehnic n aceste ramuri are o importan deosebit.

Prin folosirea metodelor puse la dispoziia de fizica nuclear, fiecare faz a proceselor tehnologice de producie a fontei, a oelului, a semifabricatelor, sau a pieselor finite poate fi mbuntit.

Din punct de vedere al modului n care n care se folosesc izotopii radioactivi, metodele se mpart n trei grupe:

Metoda atomilor marcai

Prima metod cuprinde metodele cu trasori radioactivi. Numeroase aplicaii ale izotopilor radioactivi se bazeaz pe proprietatea acestora de a emite radiaii.

O prim categorie de aplicaii utilizeaz aceste radiaii ca semnale ale prezenei izotopului radioactiv ntr-un anumit loc.

Spre exemplu, dac o anumit cantitate de fosfor conine un mic adaos de fosfor radioactiv, se poate urmri circulaia fosforului n diverse procese tehnologice, prezent resturilor de fosfor n metal i aliaje, felul n care fosforul este asimilat de un organism viu i locul unde se fixeaz.

Aceast metod foarte util n cercetare poart numele de metoda atomilor marcai sau a trasorilor radioactivi.

Particulariti ale metodei trasorilor radioactivi.

Sensibilitatea ridicat a aparatelor de detecie a radiaiilor permite constatarea prezenei i urmrirea unor cantiti extrem de mici de izotopi radioactivi.

Nici o alt metod de analiz folosit pn astzi nu este att de sensibil. Un avantaj care decurge imediat din cele de mai sus este c nu sunt necesare intensiti mari de radiaii, care ar fi duntoare pentru organism i ar pune problema amenajrii de instalaii de protecie complexe. Metoda trasorilor se caracterizeaz pe nivelul redus al intensitii radiaiei.

n al doilea rnd, izotopul radioactiv, care are rolul de trasor, are aceleai proprieti chimice cu izotopul neradioactiv n care este ncorporat. Ca urmare amestecul odat realizat se pstreaz n decursul diferitelor procese supuse studiului, comportndu-se ca unul i acelai elemente chimic. n felul acesta se pot studia rolul i transformrile anumitor substane n procesele complexe.

n al treilea rnd, msurarea cu ajutorul detectorilor a radiaiilor emise de izotopi radioactivi se poate face de la o oarecare distan i n mod continuu. n funcie de natura, energia, i intensitatea lor, fascicolele de radiaii pot strbate distane mai mari sau mai mici, trecnd chiar prin diverse corpuri.

Radiaiile gama sunt cele mai ptrunztoare, pot s strbat fr s-piard prea mult din intensitate, piese groase din fier sau perei de beton.

Dup cum am vzut, folosirea trasorilor radioactivi permite studiul i controlul unor piese de la distant, chiar cnd acestea se petrec n vase sau ncperi nchise, n locuri inaccesibile sau n care ptrunderea cu alte mijloace de investigaie ar turbura procesul de cercetat, cum este cazul organismului viu.

Consecine ale utilizrii metodei trasorilor radioactivi

Folosind trasori radioactivi cu durata de njumtire mic exist certitudinea c, n scurt timp dup terminarea cercetrilor propuse, nu va mai rmne n sistemul studiat practic nimic din izotopul radioactiv introdus.

Dup modul n care radioactivitatea scade n timp, adic dup reducerea cantitii de izotop radioactiv, se poate identifica izotopul radioactiv, sau dac acesta este cunoscut i a fost introdus n cantitate cunoscut, se poate afla ct timp a trecut de la introducerea lui.

Metoda ce folosete activarea probei

A doua grup cuprinde metodele cu activarea probei. n acest caz, materialele sau piesele care se studiaz sunt activate prin iradiere cu neutroni. Aceast operaie se poate face fie cu surs de neutroni de laborator, fie prin introducerea probei ntr-un reactor nuclear.

Metod ce ataeaz probei o surs radioactiv

A treia grup cuprinde metodele fr activarea probei cercetate. Izotopii radioactivii joac n acest caz numai rolul unor surse de radiaii, iar ceea ce se folosete sunt tocmai aceste radiaii.

Sursa de radiaii se aeaz n faa materialului de cercetat iar fascicolul emis de surs strbate materialul i este apoi detectat cu diferite mijloace.

Aplicaii n procesul de obinere a fontei, oelului i a aliajelor

Elaborarea fontei.

Fonta, produs de baz al industriei siderurgice se elaboreaz n furnal, numit i cuptor nalt.

Furnalul este un agregat complex cu o capacitate de sute de m3. Funcionarea lui este nentrerupt, cel puin pentru perioade de civa ani, ntre dou reparaii.

Prin partea superioar, numit gura furnalului se introduc materiile prime: cocsul i minereul de fier. Sub aciunea gazelor, prin arderea combustibilului i a cldurii, ncrctura coboar treptat n furnal ctre zonele de temperatur nalt. n aceste zone ia natere fonta lichid, care se scurge n partea de jos a furnalului numit creuzet.

Viteza de coborre a ncrcturii n furnal intereseaz foarte mult pe furnaliti n vederea dirijrii procesului de elaborare a fontei. Determinarea acestei viteze este imposibil de realizat cu alte metode dect acea cu izotopi radioactivi.

n acest scop se marcheaz cte un bulgre de cocs i de minereu de fier cu ajutorul capsulelor cu izotopi radioactivi i se introduc prin gura furnalului, notndu-se precis ora. n interiorul furnalului, n mai multe locuri se introduc contori Geiger-Mller nchii n tuburi de protecie rcite cu apa, pentru a nu se deteriora din cauza cldurii. Aceti contori semnalizeaz trecerea fiolelor cu (izotopul folosit) prin dreptul lor. n acest fel se poate trasa un grafic exact al mersului ncrcturii i se poate calcula viteza de coborre a materialului n diferite zone. Se determin profilul cel mai bun al furnalului, avnd n vedere scopul ca materialele s aib o vitez aproape uniform.

Pentru a ntreine i a activa arderea combustibilului, n furnal se sufl aer cu ajutorul gurilor de vnt. Pentru a determina viteza curenilor de aer n interiorul furnalului, n aerul introdus se amestec un gaz radioactiv. La diferite nlimi, gazele din furnal sunt absorbite i evacuate, trecnd prin camere de ionizare unde se nregistreaz radioactivitatea. n felul acesta se poate studia drumul i viteza gazului radioactiv, deci i a gazelor care circul prin furnal.

Elaborarea oelului

Agregatele n care se elaboreaz oelul sau acelea n care se transport oelul topit (cuptoare, jgheaburi oale de turnare) sunt cptuite cu materiale refractare rezistente la temperaturi ridicate.

Totui se poate ntmpla ca poriuni mici din cptueala lor s se desprind i s treac n oel dnd natere aa-ziselor incluziunilor nemetalice. Prezena acestora n oel are o influen duntoare micornd rezistena oelului la ocuri, la uzur, la solicitri repetate.

Metodele clasice folosite pentru determinarea incluziunilor nemetalice nu erau suficient de exacte sau nu ddea indicaii asupra surselor din care au provenit. Prin aplicarea metodei cu izotopi radioactivi se poate determina cantitatea de incluziuni nemetalice, distribuia lor n lingoul de oel, ct i sursa de la care au provenit, astfel s se poat lua msuri de combatere a eroziunii cptuelii.

n acest scop n masa refractar din care se face cptueala unui anumit agregat se introduce un izotop radioactiv. Din oelul care a trecut prin agregatul respectiv se iau probe, se separ incluziunile nemetalice existente i se determin radioactivitatea acestora. Dac incluziunile sunt radioactive, nseamn c ele provin din cptueala marcat a agregatului respectiv. Cantitatea incluziunilor se apreciaz prin comparaie cu o prob etalon confecionate din aceeai mas refractar marcat, iar distribuia lor n lingou se stabilete pe cale autoradiografic.

Marcnd n mod distinct cptueala diverselor agregate implicate n procesul de fabricare a oelului, se poate determina care sunt acele care contribuie la impurificarea oelului cu incluziuni.

n acelai mod se poate studia i calitatea unor materiale refractare preferndu-le pa acelea care introduc n oel cantitate minim de incluziuni nemetalice.

Izotopii radioactivi au fost folosii cu succes i la automatizarea turnrii continue a oelului. Aceast metod const n turnarea oelului topit din oala de turnare ntr-un cristalizator rcit intens cu ap, n care are loc o solidificare parial a otelului. Oelul obinut este de bun calitate numai dac de fiecare dat cristalizatorul se umple pn la acelai nivel. ncercrile de a automatiza acest proces cu ajutorul unui plutitor din material refractar sau cu alte mijloace clasice nu au dat rezultate.

Problema a fost rezolvat tot cu ajutorul izotopilor radioactivi. Pentru aceasta s-a aezat n afara cristalizatorului o surs radioactiv cu care emite radiaii gama. Acestea strbat cristalizatorul i sunt nregistrate de cealalt parte de doi contori Geiger-Mller aezai unul sub altul. Intensitatea radiaiilor nregistrate de contori depinde de nivelul oelului topit. Dac nivelul se ridic n dreptul unuia dintre contori, indicaia acestuia scade. Comanda automat este realizat pe baza indicaiilor celor doi contori, astfel ca nivelul oelului s fie meninut ntre ei. n felul acesta, indicaia primit de contorul de sus este mai intens dect cea primit de contorul de jos.

. Prelucrarea metalelor prin deformare plastic

Metodele de deformare plastic se refer la laminare, extruziune i construcii de maini.

a) Laminarea

n procesul de laminare a tablei una dintre cerinele care trebuie respectate este pstrarea uniform a grosimii. Pentru a obine table cu aceeai grosime, n timpul procesului de laminare se poate folosi un aparat care se bazeaz pe absorbia radiaiilor nucleare. Se tie c absorbia radiaiilor este cu att mai mare cu ct grosimea stratului de material este mai mare. n cazul de fa, metoda de msurare este o metod de comparaie. n aparat exist dou surse radioactive identice. Radiaiile emise de prima surs strbat o pies de grosime diferit numit pan de compensare. Radiaiile emise de cea de-a doua surs strbat tabla laminat care trebuie msurat. Radiaiile de la cele dou surse ajung la un detector. n mod automat, cu ajutorul unui motor electric se regleaz distana dintre valuri n funcie de grosimea penei de compensare, urmrind ca intensitate radiaiilor care ajung la detector de la cele dou surse s fie aceeai. Distana dintre valuri meninndu-se constant, grosimea benzii laminate este uniform.

Avantajele sistemului descris sunt numeroase .

msurarea este continu, fr contact cu tabla

are loc pe o suprafa mai mare, deci nu este influenat de mici defecte locale

se realizeaz comanda automat a distanei dintre valuri

b) Extruziunea

Extruziunea este un procedeu de prelucrarea materialelor la cald prin presare hidraulic ntr-o matri prevzut cu un orificiu. Prin acest orificiu metalul curge sub form de evi sau bare cu un anumit profil. Pentru punerea la punct a procedeului de extruziune este necesar s se stabileasc modul cum are loc procesul de curgere a materialului.

Pentru aceasta, metalul sau aliajul care va fi supus la extruziune este mai nti gurit perpendicular pe direcia de presare i n guri se introduc probe cilindrice din acelai material activate prealabil prin iradiere ntr-un reactor nuclear.

Dup ce extruziunea s-a executat, evile sau barele profilate obinute se secioneaz la diferite distane i se studiaz modul cum s-au repartizat probele iradiate.

Acest studiu se face prin autoradiografie sau cu alte mijloace de detecie a radiaiilor. Stabilind zonele n care s-a repartizat materialul iradiat, se poate deduce modul cum s-a deformat ntregul material datorit extruziunii.

c) Construcii de maini

Una dintre cele mai importante aplicaii ale izotopilor radioactivi n industrie este controlul radiografic cu radiaii gama. Controlul radiografic se aplic n general att pieselor finite, ct i semifabricatelor. De exemplu, se cerceteaz dac piesele turnate au goluri, fisuri sau incluziuni, dac cusuturile de sudur sunt continue sau solide. Semifabricatele care reprezint defecte sunt eliminate din procesul tehnologic, pentru a nu se irosi munc cu prelucrarea lor mai departe. Controlul radiografic este obligatoriu la o serie de piese i instalaii de mare importan n exploatare, care prin defectare ar putea duce la accidente. Ca exemple n acest sens menionm piese de locomotiv i avioane, cazane cu abur, corpuri de nave.

Exist mai muli izotopi radioactivi care se folosesc n gamagrafie. Ei se deosebesc prin puterea de ptrundere a radiaiei gama, adic prin energia ei, n sensul c unei energii mari a radiaiei gama i corespunde o putere de ptrundere mare. La piesele mai groase se folosete . Pentru piese mai subiri se folosesc izotopi ai cesiului sau ai iridiului.

Pentru a face o gamagrafie se procedeaz n felul urmtor: filmul fotografic se introduce ntr-o caset care se fixeaz pe o parte a piesei de studiat, iar sursa de radiaii se aeaz la o oarecare distan, n partea opus. Radiaiile gama strbat piesa fiind parial absorbite. n locul n care exist defecte ( goluri) interioare cum ar fi fisuri sau goluri radiaiile vor fi absorbite mai puin. Pe imaginea radiografic aceste defecte vor aprea ca nite pete de intensitate diferit.

Uneori, n afar de metoda radiografic, la gsirea defectelor cu radiaii gama se mai poate folosi i metoda ionizrii. n acest caz, detectarea radiaiilor nu se face cu o plac fotografic ci cu un aparat detector de radiaii cum ar fi un contor sau camera de ionizare. n regiunea care prezint defecte intensitatea radiaiilor detectate crete.

O alt aplicaie interesant a izotopilor radioactivi n construcia de maini este msurarea grosimii straturilor de acoperire a tablelor sau al srmelor zincate sau cositorite. nainte, determinarea grosimilor acestor straturi nu se putea face dect indirect, prin metode chimice. Cu ajutorul radiaiilor nucleare aceast msurare se poate face destul de exact prin metoda retrodifuziei radiaiilor.

Principiul metodei este urmtorul: cnd radiaiile nucleare ptrund ntr-un material, o parte din ele sunt mprtiate napoi sau retrodifuzate. Cercetrile au artat c procentul de radiaii retrodifuzate din totalul radiaiilor care ptrund n material este variabil i depinde de doi factori. Primul factor este grosimea materialului, intensitatea radiaiilor retrodifuzate crete cu grosimea materialului pn la o anumit grosime, dincolo de care rmne constant, adic ajunge la un nivel de saturaie. Al doilea factor este numrul atomic. Prin urmare, intensitatea radiaiilor corespunztoare nivelului de saturaie a unui material cu numrul atomic mai mare este superioar celei corespunztoare unui numr atomic mai mic.

Acest lucru i gsete o aplicaie direct la msurarea grosimii stratului de acoperire la tablele cositorite, deoarece cositorul are numrul atomic 50 iar fierul 26.

Detectorul i sursa se afl de aceeai parte. Sursa se fixeaz fie n interiorul detectorului, fie n exteriorul lui, n imediata lui apropiere. Potrivind diviziunea zero a indicatorului aparatului la intensitatea corespunztoare nivelului de saturaie al oelului, acest indicator care are o scar gradat n uniti de grosime, ne va arta direct grosimea stratului de acoperire.

Acelai principiu poate fi folosit i la msurarea grosimii pereilor evilor sau cazanelor i eventuala descoperirea unor defecte locale.

Aplicaii n procesul de fabricaie al produselor refractare

n 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 n cuptorul rotativ de somatizare

rezistena produselor refractare la uzur Determinarea timpului de trecere a materialelor argiloase n cuptorul rotativ de somatizare, cu surse nchise de radiaii nucleare

Fabricarea somatei se face n cuptoare rotative asemntoare acelora de fabricaia cimentului. Pentru aceasta materialele argiloase se introduc n cuptor sub form de brichete sau bulgri, n contracurent cu gazele de ardere care se nclzesc treptat pn ajung la temperatura de vitrificare.

n cuptor se deosebesc trei zone tehnologice:

zona de uscare

zona de prenclzire-calcinare

zona de vitrificare

n funcie de calitatea materiilor prime, se obin somate de diferite refracteriti. Calitatea somatei i productivitatea cuptorului depind de timpul de retenie al materialului n fiecare zon tehnologic. Timpul de retenie poate fi determinat pe cale radiometric. Aceast metod d posibilitatea de a se afla timpul de retenie pe zone tehnologice i de-a lungul cuptorului, msurnd timpul de trecere a materialului printre diferite puncte. Exist dou metode ce folosesc surse deschise de radiaii:

a) Metoda marcrii materialului cu un radionuclid gama activ, avnd timpul de njumtire scurt.

b) Metoda activri la reactor a unei pri din material care se introduce n cuptor.

Aceste metode prezint urmtoarele dezavantaje:

- Materialul marcat constituie o surs deschis de radiaii nucleare, ce este rspndit la ieirea din cuptor n urmtoarele faze ale procesului tehnologic i poate produce prin inhalare de praf, contaminri interne de scurt durat.

- Radionuclizii folosii avnd un timp de njumtire mic, trebuie transportai de la reactor la locul de aplicaie cu mijloace de transport foarte rapide

- Radionuclizii nu se recupereaz

Pentru a nltura aceste dezavantaje s-a recurs la metoda radiometric cu surse nchise de radiaii nucleare. Aceast metod const n urmtoarele:

Se introduc n cuptorul rotativ una sau mai multe capsule metalice care conin un izotop radioactiv, care emite radiaii gama, a crui energie este mai mare cu un MeV i are timpul de njumtire convenabil. Temperatura de topire sau de fierbere a izotopului radioactiv trebuie s fie peste 1400 0 C. n aceste condiii se pot utiliza:

Materialul sau aliajul din care se confecioneaz capsulele trebuie s reziste la temperatura maxim de ardere din cuptor i rcitor.

Din aceste motive capsulele s-au confecionat din oel rezistent la temperaturi ridicate. Capsulele au form de cilindru cu nlime egal cu diametrul bazei i avnd un volum n aa fel calculat nct densitatea aparent a capsulei s fie egal cu cea a materialului ce se arde n cuptor.

Trecerea capsulei cu izotopul radioactiv prin diferite puncte, care marcheaz zonele cuptorului se urmrete din exterior cu ajutorul unui radiometru la o distan de 0.5 m pentru a evita nclzirea contorului de radiaii. n momentul n care sursa trece prin dreptul punctului considerat, indicatorul aparatului arat o intensitate maxim. Se noteaz ora trecerii prin fiecare punct de msurare. Capsula cu sursa de radiaii se recupereaz la ieirea din agregat n modul urmtor: cu ajutorul radiometrului se semnalizeaz apropierea sursei de radiai de ieirea din rcitor, din acest moment materialul din rcitor se evacueaz pe o platform i se recupereaz sursa de radiaii dup identificarea ei cu radiometrul. Sursa de radiaii se poate folosi la oricte ncercri este nevoie.

Aceast metod prezint urmtoarele avantaje:

- Personalul este protejat contra radiaiilor

- Sursa de radiaii se poate folosi ori de cte ori este nevoie

- Se poate face un numr mare de determinri ntr-un timp scurt

- Transportarea surselor de radiaii la locul de aplicaii se poate face cu mijloace curente

- Metoda este precis, rapid i permite determinarea timpului de trecere n cuptorul rotativ att pe zone ct i de-a lungul ntregului cuptor.

Determinarea timpului optim de amestecare al materiilor prime refractare

Durabilitatea produselor refractare de somat n agregatele termice industriale depind n mare msur de caracteristicile lor fizico-chimice. Un rol determinant n acest sens l are modul de amestecare a materiilor prime din care se compune reeta de fabricaie. Structura produselor refractare depinde de omogenitatea distribuiei granulelor de somat ntre acelea de argil-liant i influeneaz o serie de proprieti fizice ca: rezistena la oc termic, la atacul zgurelor, la compresiune.

Cunoatere timpului optim de omogenizare duce la asigurarea calitii produselor refractare i la determinarea productivitii amestectorului.

Spre deosebire de metodele uzuale metoda radiometric i autoradiografic arat n mod precis gradul de omogenitate a diverselor componeni ai masei refractare i d indicaii asupra felului cum s-a distribuit argila-liant n timpul amestecrii.

Metoda autoradiografic se bazeaz pe efectuarea autoradiografiei probelor luate din timp n timp din masa marcat, omogenizarea optim fiind dat de o distribuie uniform a particulelor componentului marcat pe autoradiografie.

Aceste metode cu indicatori radioactivi s-au aplicat pentru determinare timpului optim de amestecare a materiilor prime refractare, n amestecul Eirich, la fabricaia produselor de somat. n acest caz avnd trei componeni s-au folosit doi radionuclizi unul beta i altul gama activ, innd seama de urmtoare:

natura i energia radiaiilor

timpul de njumtire

combinaia chimic a radionuclizilor

radionuclizii s rezulte dintr-o reacie nuclear

Trebuie s se determine timpul optim de omogenizare a trei amestecuri binare. Utiliznd reeta 70% somat, 30% argil-liant s-a preparat o arj de 600 Kg care este semiuscat. Somata s-a marcat cu sub form iar argila cu utiliznd combinaia . Pentru prepararea arjei s-a procedat astfel: S-a introdus n amestector argila liant peste care s-a adugat soluia de . S-a omogenizat timp de opt minute, timp determinat prin msurtori radiometrice. Argila marcat uniform s-a scos din amestector i s-a pstrat pentru amestecul propri-zis. Apoi s-a marcat n acelai mod somata fin cu soluie de peste care s-a adugat somata groab. S-au amestecat i s-au luat probe din minut n minut pentru msurtorile radiometrice. Activitatea redus a probelor msurate a artat c pentru omogenizarea somatelor sunt necesare trei minute.

Dup omogenizare somatelor s-a introdus barbotin marcat n prealabil cu , s-au efectuat msurtori radiometrice i a rezultat un timp de omogenizare de dou minute. n final s-a adugat argila marcat i s-a determinat n acelai mod timpul de omogenizare care a fost de patru minute.

n total pentru omogenizarea unei arje prin metoda semiuscat sunt necesare nou minute.

Utilizarea izotopilor radioactivi la studiul i controlul uzurii

Consideraii generale

Uzura este un proces ce const ntr-o degradare progresiv a suprafeei unei piese din cauze mecanice, cum ar fi cldura i frecarea. Ea are urmri nefavorabile asupra capacitii de funcionare a pieselor, datorit dereglrilor, jocului ntre piese, griprile ce le produce i care pot duce la avarii i accidente grave.

Uzura depinde de muli factori ca:

geometria i stare piesei

materialul din care este construit piesa

presiunea exercitat pe suprafeele n micare

temperatura n locul unde se produce uzura

viteza de micare a pieselor

cantitatea i calitatea lubrifiantului

timpul de funcionare

Cercetrile privind uzura se ntreprind n urmtoare scopuri;

determinarea celor mai economice regimuri de funcionare a mainilor sau a organelor de maini

mrirea rezistenei la uzur a suprafeelor aflate n micare

planificarea ct mai corect a reparaiilor

confecionarea numrului necesar de piese de rezerv

stabilirea celor mai bune medii de ungere

stabilirea gradului de uzur la diferite straturi de lubrifiani

urmrirea depirii gradului admisibil de uzur

cercetarea influenei prafului care ptrunde n main

Cercetrile privind uzura cuprinde trei domenii:

1. cercetarea uzurii n condiii de laborator

2. cercetarea uzurii organelor n frecare ale mainilor n condiii de exploatare s-au pe bancul de prob

3. cercetarea uzurii sculelor achietoare i neachietoare.

Procedeele vechi de apreciere a uzurii, cum ar fi cntrirea piesei nainte i dup uzur, care constau n opriri neproductive ale mainilor, n cheltuieli generate de demontarea i montarea lor, n variaii ale uzurii ca urmare a demontrii pieselor, de unde rezult concluzii eronate, fiind necesar i o aparatur de msurat costisitoare. Cel mai mare neajuns al vechilor procedee de apreciere a uzurii const n faptul c aceste fenomene nu puteau fi urmrite n timpul desfurrii lor.

Procedeele noi constau n urmrirea vitezei de uzare a organelor de maini chiar n timpul funcionrii acestora, ele pot fi de dou feluri:

Primul procedeu const n determinarea coninutului de fier rezultat n urma uzurii n mediul de ungere, probele de ulei fiind analizate pe cale chimic, stabilindu-se astfel coninutul de fier. Acest procedeu este nesatisfctor datorit efecturii unor lucrri costisitoare i de lung durat. Al doilea procedeu const n utilizarea izotopilor radioactivi. Utilizarea izotopilor radioactivi nu exclude vechile procedee de cercetare a uzurii, combinarea, n unele cazuri, cu acestea poate duce la rezultate deosebite. Organelor de maini radioactivate li se desprind particule mici n timpul procesului de uzare, care pot fi regsite n materialul de ungere. Detectarea se poate face cu ajutorul unui contor care, dup numrul de impulsuri ce le d pe minut indic gradul de uzur n timpul funcionrii mainii. n cazul mainilor i agregatelor cu sistemul de ungere prin circulaie aparatul de msurat se poate aeza favorabil n sistemul de ungere prin circulaie s-au n apropierea conductei de ulei, putndu-se trasa direct diagramele uzurii, dup variaia radioactivitii nregistrat de contor. Cantitatea de izotop radioactiv, gsit n lubrifiant este proporional cu uzura.

Uzura roilor dinate

n cele ce urmeaz se va descrie sistemul Borsoff, Cook i Otvas privind uzura roilor dinate. Se iradiaz o roat dinat ntr-un flux de neutroni. Izotopii radioactivi ce iau natere n roat n timpul acestui proces de iradiere sunt urmtorii:.

Roata n cauz este angrenat cu alt roat neradioactiv, fiind supus la diferite solicitri. Particulele radioactive , desprinse n timpul procesului de uzur de pe suprafaa roii dinate, sunt antrenate de uleiul pompat pin cutia angrenajului. Uleiul, ce antreneaz particule radioactive, este refulat de o pomp de circulaie spre o camer n care s-a montat un contor Geiger-Mller. Se compar activitatea, dup numrul de radiaii nregistrate de contor ntr-un minut, n timpul circulaiei uleiului i n timpul cnd uleiul nu circul. Etalonul de comparaie este o soluie de naftenat de fier, preparat din material din roata dinat radioactiv. Se constat c numrul de nregistrri pe minut este o funcie liniar de cantitate de metal din ulei. ntruct activitatea roii scade din cauza unor izotopi cu perioada de njumtire scurt, este necesar ca activitatea roii dinate s fie determinat zilnic.

Uzura motoarelor

Prin studierea uzurii motoarelor se permite perfecionarea construciei motoarelor, gsirea i verificarea celor mai bune metode de ungere i a combustibilului celui mai potrivit.

Metoda de ncercare a motoarelor const n urmtoarele: organul de main a crui uzur trebuie determinat, spre exemplu segmenii unui piston de motor de automobil se activeaz n prealabil prin iradiere cu neutroni apoi se monteaz n motor i se las s funcioneze normal o perioad scurt de timp.

Datorit uzurii fragmentele microscopice din segmentul activat se vor desprinde i vor fi antrenate n uleiul care unge motorul. Acesta este pompat continuu afar din motor, trece printr-un filtru unde se depun fragmentele desprinse din piston i se rentoarce n motor pentru a repeta ciclul de ungere. n dreptul filtrului sunt instalai contori a cror indicaii este direct proporional cu cantitatea de material care s-a desprins de pe segment, deci cu uzura acestuia. Faptul c determinrile sunt extrem de sensibile i dureaz puin timp, permite cercettorilor s trag concluzii asupra mersului uzurii, cu mult nainte ca pe organul respectiv de main s fi aprut un semn vizibil de uzur.

Asemenea instalaii de ncercare a uzurii motoarelor cu ajutorul izotopilor radioactivi se instaleaz chiar pe autocamioanele ale cror motoare se ncearc constituind adevrate laboratoare mobile. S-au obinut n felul acesta date preioase pentru constructorii de maini, ct i pentru cei care le exploateaz. S-a putut astfel stabili cum depinde uzura motorului de automobili de calitatea combustibilului i a lubrifiantului, de starea drumului, de coninutul de praf n aer, de temperatur i de alte condiii.

Uzura sculelor achietoare

Pentru cunoaterea mai aprofundat a naturii fizice a procesului de uzare a sculelor achietoare exist, de asemenea, metode ce folosesc izotopii radioactivi .

Stabilirea regimurilor optime de uzur este important n cadrul uzinelor i linilor automate. Cunoaterea acestor fenomene permite luarea de msuri necesare. Se cunosc dou procedee de activare:

1. Introducerea izotopilor radioactivi n compoziia arjei aliajului dur

2. Activarea plcuelor din metal dur pe calea tratamentului cu neutroni n reactor.

Cuitele cercetate au fost iradiate n reactor, rezultnd astfel izotopi radioactivi ca: .

Radioactivitatea panului s-a detectat cu un contor Geiger-Mller, obinndu-se astfel indicaii chiar n timpul funcionrii mainii, ceea ce a redus astfel foarte mult timpul pentru msurarea uzurii n comparaii cu alte procedee. Din cercetri, a rezultat c, folosind chiar tetraclorura de carbon, unul dintre cele mai bune lichide de rcire, este inevitabil sudarea local, tranzitorie a cuitului cu piesa de prelucrat. n pan se gsete cel puin 95% din substana radioactiv desprins prin uzur.

Prin aceste procedee se mai poate controla rapid i uor calitatea metalului dur, a uleiului de rcire, i forma cuitului. Poate fi studiat dependena uzurii de viteza de lucru.

Plcuele de carbur de Wolfram de la cuite au fost iradiate ntr-un flux de neutroni. n urma iradierii au aprut izotopii radioactivi . Msurndu-se activitatea achiei metalice ndeprtate de pe piesa de oel s-a putut stabili uzura n funcie de timpul de prelucrare.

Uzura produselor refractare

Am vzut mai sus c procesul de elaborare a fontei n furnal se ntrerupe la civa ani pentru reparaii. Acestea constau n primul rnd la rezidirea cptuelii furnalului, care este construit din crmid refractar. Crmida refractar, dei este special fcut pentru a rezista la temperaturi nalte, se uzeaz cu timpul i nenlocuirea ei la timp poate da natere la accidente grave.

Pe de alt parte, oprirea prematur a furnalului, cnd reparaiile nu sunt necesare, este neeconomic. De aceea, determinarea exact a gradului de uzur a cptuelii furnalului este de mare importan.

i aceast problem se poate soluiona cu ajutorul izotopilor radioactivi. Pentru aceasta, atunci cnd se zidete furnalul se introduc din loc n loc, n interiorul cptuelii de crmid, capsule cu izotopi radioactivi. Supravegherea procesului de uzur n timpul funcionrii agregatului poate fi fcut n dou moduri. n prima variant, o serie de contori Geiger-Mller instalai mprejurul furnalului nregistreaz radioactivitatea capsulelor care se gsesc n cptueal. O scdere brusc a indicaiei unuia dintre contori nseamn c una dintre capsule a czut n furnal datorit uzurii cptuelii.

n a doua variant se nregistreaz activitatea fontei produse de furnal. n acest caz, o cretere brusc a radioactivitii fontei este o indicaie c una din capsule a czut din cptueal.

innd o eviden a rezultatelor date de una sau de ambele variante de msurare se poate cunoate n orice moment progresarea uzurii cptuelii, i se pot lua hotrri n cunotin de cauz.

Utilizarea izotopilor radioactivi la studiul i controlul coroziunii

Procesul de coroziune const n reacii chimice sau electrochimice, la limita metal-mediu i distrugerea superficial sau total a metalelor sau a aliajelor.

Coroziunea este de mai multe feluri:

Coroziune uniform, cnd agentul corosiv lucreaz simultan i uniform pe ntreaga suprafa metalic.

Coroziune local, agentul corosiv acioneaz pe o poriune restrns din suprafaa metalului. Ea poate progresa rapid n adncimea materialului putnd fi strpuns fr ca acest lucru s se observe la suprafa

Coroziune selectiv, cnd agentul corosiv lucreaz numai asupra unor elemente din compoziia aliajului sau a structurii cristaline.

Cauza acestui proces de coroziune i fenomenul de iniiere a distrugerii materialului constau n tendina metalelor de a forma ioni atunci cnd vin n contact cu electroliii i de a forma combinaii chimice n contact cu neelectrolii.

Viteza coroziunii este influenat de urmtorii factori:

Concentraia ionilor de hidrogen (pH)

Concentraia substanelor oxidante sau a oxigenului

Umiditatea

Temperatura

Coroziunea sub influena acizilor const n dizolvarea metalelor n acid. Ea se va produce de la suprafaa metalului spre interior. Stabilitatea metalului fa de acid este n mare msur o caracteristic a proprietilor sale anticorozive.

Utilizarea izotopilor radioactivi pentru marcare i numrare

Marcarea cu izotopi radioactivi.

Pentru a evita confundarea benzilor de oel de diferite caliti, laminate la rece, asemntoare ca aspect exterior, a fost necesar marcarea acestora, astfel nct s fie nedesprit de banda i s nu dispar n cadrul diferitelor operaii tehnologice.

Diferite procedee de marcare a metalului cum sunt cele mecanice, magnetice i electrochimice, s-au dovedit necorespunztoare pentru acest scop. Tehnica nucleara, prin folosirea izotopilor radioactivi a dat soluia definitiv n privina marcrii acestor benzi de oel. Astfel folosindu-se un electrod care conine se aplic, prin scntei electrice, pe banda de oel cteva semne dinainte stabilite.

Benzile de oel marcate radioactiv se disting ntre ele prin felul i energia radiaiei emise((,( sau (), precum i prin numrul, mrimea i forma semnelor radioactive de pe produs. Acest procedeu se caracterizeaz prin simplitatea aplicrii i citirii marcajului n timpul procesului tehnologic i prin aceea c, n urma acestei marcari, suprafaa marcat i pstreaz neschimbate calitile.

Acest procedeu elibereaz un mare numr de muncitori care lucreaz la controlul calitativ pe diferite faze ale procesului tehnologic.

Dup ce n cursul primei operaii a procesului tehnologic ale benzilor de oel s-a fcut marcarea cu n operaiile tehnologice urmtoare constatarea i descifrarea semnelor radioactive de pe benzile de oel se efectueaz folosind detectoare de radiaii, pelicule fotografice sau rontgenografice prin autoradiografie.

Aparate de numrare pe banda rulant ce folosesc izotopi radioactivi.

Aceste aparate i gsesc aplicare n toate ramurile industriale, acolo unde este nevoie de numrat producia finit sau chiar semifinit.

Aparatele de numrat ce funcioneaz cu izotopi radioactivi sunt aparate simple i sigure ca funcionare.

Prin natura lor izotopii radioactivi dau fluxuri de radiaii radioactive continue. Aparatele de numrat se bazeaz pe faptul c obiectele care trec pe o band rulant ntrerup aceste fluxuri de radiaii continue.

Pe o parte a benzii rulante, ntr-un container n form de igar se gsete o cantitate mic de izotop radioactiv. Ca izotop radioactive se folosete.De cealalt parte a benzii rulante pe care trec obiectele se gsete detectorul de radiaii (, cuplat cu numrtorul electro-mecanic.

La trecerea unui obiect ntre sursa radioactiv i contor, fluxul de radiaii se ntrerupe i intr n funciune numrtorul electro-mecanic. Un asemenea aparat poate numra pn la 180 obiecte pe minut. Acest procedeu de numrare prezint avantaje mult mai mari dect metoda fotoelectric, ntruct nu mai este necesar aparatura optic i nici dispozitive, care s fereasc de lumin aparatul receptor.

_1077349440.unknown

_1077354684.unknown

_1077360064.unknown

_1077365156.unknown

_1077380960.unknown

_1077358889.unknown

_1077349540.unknown

_1077349591.unknown

_1077349460.unknown

_1077268678.unknown

_1077342030.unknown

_1077192164.unknown