» » Радиометрические методы определения толщины цинковых покрытий
11.02.2017

Для измерения толщины цинковых покрытий используют приборы и устройства, основанные на двух следующих методах радиометрического контроля. К первому типу относятся установки, действующие по методу обратного рассеяния β-излучения. При внедрении пучка радиоактивных частиц в материал их рассеяние происходит во всех направлениях. Принцип измерения основан на зависимости величины отраженного под углом 180° (обратно рассеянного) потока электронов (β-излучения радиоактивного источника) от толщины слоя покрытия. Мерой интенсивности отраженного излучения служит ток, возникающий в ионизационной камере. В качестве источников β-излучения (электронов) используют радиоактивные изотопы; стронций-90 интенсивностью 25 мКюри или криптон-85 интенсивностью 150 мКюри.
В установках второго типа используют принцип рентгено-флуоресцентного излучения. Возбуждение атомов происходит с помощью β- или квантового излучения, результатом которого является эмиссия рентгеновского излучения, характеристического для соответствующего элемента. Интенсивность эмиссии зависит от числа излучающих атомов, т. е. от массы (толщины слоя) покрытия. При возбуждении атомов покрытия мерой его толщины является только интенсивность флуоресцентного излучения. При возбуждении атомов стальной основы толщину слоя покрытия оценивают по поглощению флуоресцентного излучения.
С помощью приборов, основанных на методе обратного рассеяния β-лучей, можно контролировать толщину покрытия, если атомные номера материала покрытия и основы различаются более чем на 20 %. Наличие непостоянных по толщине промежуточных железоцинковых слоев в цинковом покрытии приводит к искажению результатов измерения.
Радиационные толщиномеры довольно широко используют для бесконтактного контроля толщины цинкового покрытия на стальной полосе при ее цинковании на АНГЦ. Однако использование их для контроля толщины покрытия на горячеоцинкованных трубах связано с дополнительными трудностями, обусловленными усложнением конструкции источника и регистратора излучения. Например, существенно мешающее влияние на результаты измерений с помощью β-толщиномеров оказывает изменение величины зазора и температуры воздуха в зазоре. Для увеличения стабильности показании радиационных толщиномеров необходимо также применение системы автоматической периодической калибровки этих приборов.
Погрешность измерения радиационными толщиномерами непрерывного действия составляет ±5 %.
Толщиномеры на агрегатах покрытий полосового проката устанавливают с двух сторон полосы на участке, где температура металла достаточно низка и достигается стабильное геометрическое положение поверхности полосы по отношению к измерительным головкам толщиномера. Головки автоматически перемещаются над полосой в поперечном ее направлении для сканирования толщины покрытия. Обычно толщиномер расположен на расстоянии 100 м длины полосы от газового ножа, но иногда (на агрегате цинкования — алюминирования ФРГ) измерительная камера находится всего на расстоянии 2 м от газового ножа. Последнее значительно уменьшает транспортное запаздывание времени дедектирования, сокращает длительность переходных режимов и обеспечивает снижение расхода металла.
Для автоматического бесконтактного измерения толщины цинкового покрытия широкое применение нашел толщиномер типа 200 Е, разработанный фирмой «Нуклсоник дейта системе», США, на основе рентгенофлуоресцентного метода.
Основные технические характеристики толщиномера типа 200 E следующие: диапазон измерения массы цинкового покрытия нa каждой стороне стальной полосы 0—450 г/м2; толщина стальной полосы 0,25—4,0 мм; ширина— до 1800 мм; расстояние от измерительной головки до поверхности полосы 50 мм. При изменении этого расстояния на ±3 мм погрешность измерения составляет ±3 г/м2, а при ±7 мм погрешность достигает ±6 г/м2. Время измерения составляет 4 с, скорость сканирования 2 см/с. Рабочая температура измерительной головки 15—65°С, допускаемая температура полосы до 200°С.
Точность измерения массы покрытия в диапазоне до 300 г/м2 составляет ±3 г/м2, а в диапазоне 300—450 г/м2 — до ±6 г/м2 на каждую сторону полосы.
Измерение толщины покрытия производится или при непрерывном поперечном движении (в одну сторону) обеих головок одновременно, или в одной средней точке. При непрерывном движении измерение производится в трех точках: в середине полосы и у двух кромок.
В Японии и России (на агрегате цинкования полосы НЛМК) для измерения толщины цинкового покрытия применяется флуоресцентный рентгеновский толщиномер тина SFT-200 фирмы «Сейко» (Япония). В качестве источника лучей применяется радиоактивный изотоп Am241, лучи которого вызывают достаточную интенсивность характеристического излучения Zn—KX.
В России на ряде агрегатов горячего цинкования полосы используются также радиоизотопные измерители толщины покрытий (типа ИТП-5705) конструкции ВНИИАчермета с применением рассеяния β-излучения источников из Sr90+Y90. Прибор типа ИТП-5705 измеряет толщину покрытия с каждой стороны полосы в диапазоне 10—50 мкм (71—355 г/м2) с быстродействием 2,5 с при температуре полосы до 80°С.
Погрешность измерения толщины цинкового покрытия (при номинале 20—25 мкм) составляет в среднем ±2 мкм, т. е. ±10 %. Коррекционная настройка измерительного блока по эталонным образцам производится автоматически через каждые 30 мин работы.