UTILIZAREA IZOTOPILOR RADIOACTIVI IN INDUSTRIA SIDERURGICA, MATALURGICA SI CONSTRUCTOARE DE MASINI

 

 

2.1. principiu fizic al metodelor ei471t2321hiie

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.

Scriitori romani