вап. Лекции по УК новые. Курс лекций по ультразвуковому контролю материалов и изделий разработал Специалист iii уровня по ук, к т. н
 Скачать 2.27 Mb.
|
|
VI.5. Инструкция по оценке совокупной поправки к чувствительности ультразвукового дефектоскопа на несоответствие образца и объекта по шероховатости, волнистости, профильной кривизне рабочей поверхности, точной толщине стенки и рассеянию пучка на донной поверхности (на основе консультаций с лабораторией ультразвука ОАО «ЦНИИТМАШ») 1. К дефектоскопу подключить в раздельном режиме 2 соответствующих ПЭП. 2. Табло дефектоскопа включить в режим «dB». 3. Установить ПЭП1 и ПЭП2 на образец вне зоны с моделью дефекта в позицию максимума прошедшего троекратно отраженного луча (см. рисунок VI.4, вверху). 4. Органами усиления вывести амплитуду сигнала на верхнюю горизонталь экрана, добиваясь обнуления табло (на рисунке VI.4 внизу слева). 110 5. Установить ПЭП1 и ПЭП2 на объект вне зоны сварного соединения вдоль об- разующей в позицию максимума прошедшего троекратно отраженного луча (на рисун- ке VI.4 посередине и внизу справа). Табло дефектоскопа покажет значение А необхо- димой совокупной поправки. Примечание. Если для выполнения п. 5 потребовалось усилить прием (только аттенюатором!), то поправка определяется как сумма показания табло А и добавленной степени усиления. Рис. VI.4 VI.6. ПРОДОЛЬНО-ПРИТЕРТАЯ ПРОКЛАДКА ИЗ ОРГСТЕКЛА Эскиз прокладки показан на рисунке VI.5. Рис. VI.5 111 Конструкционные требования: 1. Размеры В и L – по габаритам ПЭП. 2. Размер h пр – по технологии изготовления (см. ниже). 3. Размер С – остаточный после притирки. 4. Диаметр D – по диаметру объекта. 5. Материал: оргстекло листовое толщиной 6 мм. 6. Непараллельность между верхней образующей притертой поверхности и плоской поверхностью не более 0,5 VI.6.1. Технология изготовления 1. По таблице VI.3 для заданного ПЭП определить необходимую остаточную толщину прокладки h пр Таблица VI.3 Частота, МГц Минимальная серединная толщина прокладки, мм, при углах ввода в углеро- дистую сталь 40 50 65 70 75 1,25 1,2 1,4 1,7 1,8 1,9 1,8 0,9 1,0 1,2 1,3 2,5 1,9 2,1 2,6 0,9 5,0 0,9 1,0 1,3 1,4 2. Назначить общую ширину прокладки (В + 4 мм), вычертить в масштабе 1:1 за- готовку профиля по рисунку VI.6-а, на которой отложить значение h пр а) б) Рис. VI.6 3. С помощью циркуля или бумажного шаблона (круг радиусом R, равным наружному радиусу трубы) симметрично нанести на заготовку профиля дугу с центром, лежащим на главной оси эскиза так, чтобы верхняя точка дуги совпала с отметкой h пр 4. По полученному эскизу профиля прокладки определить ее остаточную общую высоту Н. 5. Выполнить на фрезерном станке заготовку прокладки, кроме притирки рабо- чей поверхности. 6. Переднее верхнее ребро площадки под ПЭП по всей длине исказить косыми надпилами глубиной 1-1,5 мм при помощи трехгранного надфиля. 112 7. Высоту Н отметить чертилкой на обеих боковых поверхностях по всей длине заготовки. 8. На наждаке с точильным кругом диаметра D или вручную (на соответствую- щей трубе, обвернутой шкуркой наждачным слоем наружу) произвести притирку про- кладки до совпадения образующихся боковых кромок с рисками на гранях. 9. Полученные рабочую и верхнюю поверхности проверить на отсутствие недо- пустимого продольного перекоса и отполировать войлоком. VI.6.2. Технология установки прокладки на ПЭП 1. Настроить дефектоскоп с подключенным ПЭП в режим поисковой чувстви- тельности по образцу с плоскодонными отверстиями. 2. На прокладке площадку под ПЭП обильно покрыть солидолом. 3. Установить прокладку на ПЭП с совпадением ее контуров с контурами ПЭП и плотно прижать. 4. Взглядом на рабочую поверхность ПЭП через прокладку убедиться в отсут- ствии воздушных пузырей в масляном слое. Выдавленные излишки солидола удалить ветошью. 5. На экране дефектоскопа оценить ближайший к зонду участок на предмет воз- никновения новых импульсов. Если появился выраженный новый импульс, выполнить следующие операции. 5.1. «Пальпированием» передней нижней кромки прокладки определить принад- лежность данного импульса отражению от нее. 5.2. Отодвинуть ПЭП по прокладке назад до исчезновения импульса. Полученная позиция прокладки является рабочей. Рис. VI.7. Крепление прокладки на ПЭП. После калибровки следует, не меняя настройку прибора, снять прокладку и пре- дельно точно зафиксировать в децибелах полученную условную чувствительность К у по СО-2. На этом же образце можно зарегистрировать и настройку глубиномера, для чего в позиции максимума эха от отверстия 6 мм записать текущие показания в ре- жимах «Y», «X», « S». При этом не стоит смущаться тем, что показания «Y», «X» будут отличаться от реальных координат точки отражения, поскольку добавление прокладки изменяет требуемую задержку начала отсчета пропорционально ее толщине. Все изго- товленные прокладки целесообразно пронумеровать, а результаты освидетельствования настройки на СО-2 записывать в специальный формуляр по предлагаемой форме: 113 Типоразмер трубного со- единения, h, мм Марка ПЭП № прокладки Зарубка, b h, мм По СО-2 К у , дБ Y, мм X, мм S 1 2 3 4 5 6 7 8 Для пользователей дефектоскопов класса УД2-12 это позволяет производить ка- либровку по трубным образцам и регистрировать ее по СО-2 в удобных лабораторных условиях, а на объекте лишь воспроизводить настройку по стандартному образцу (до установки прокладки), выводя записанные показания: К у – аттенюатором и органами плавной регулировки усиления; S – регулятором задержки нуля глубиномера; Y и X – соответствующими органами калибровки координат. Точность воспроизведения чув- ствительности повышается за счет того, что оператор имеет дело с гладкими плоскими поверхностями неизношенного ПЭП и СО-2. Выгода такого варианта состоит еще и в том, что лаборатория может иметь лишь один обширный, не перевозимый комплект трубных образцов, а стандартные образцы и комплекты прокладок – в потребном коли- честве (например, по числу линейных бригад). Если же применяются компьютеризиро- ванные дефектоскопы (УД2-70, УД2-102, Epoch-III и др.), то вопрос решается простым сохранением настройки в файле. В экспериментах, проведенных на приборе УД2-12, было выявлено, что введе- ние прокладки из оргстекла минимальной толщиной 1,4 мм на частоте 5 МГц при угле ввода 70˚ влечет дополнительное ослабление эхосигналов до 16 дБ, что в ряде случаев контроля создает определенные трудности. Однако, как показал опыт внедрения таких прокладок, при использовании дефектоскопов новых марок с более высоким пределом коэффициента усиления эхосигналы от максимальных допустимых дефектов даже на глубине 100 мм оставляют запас по чувствительности около 50 дБ. Сигнал, отчетливо видимый на фотографии рис. VI.6.8 в стробе экрана дефектоскопа, получен от попереч- ного надпила глубиной 1,5 мм в стальном образце диаметром 75 мм преобразователем П121-2,5-50˚S через притертую прокладку с минимальной толщиной 2,1 мм. Рис. VI.8. Выявление модели предельно допустимого дефекта в образце через продольно-притертую прокладку. 114 VII. О КОНТРОЛЕ АУСТЕНИТНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Вопрос о сложности контроля ультразвуком толстых коррозионно-стойких (аустенитных) сварных соединений (далее – АСС) стоит перед дефектоскопией уже не одно десятилетие. Эта сложность обусловлена высокой степенью анизотропии наплавленного аустенитного металла, что не свойственно обычным углеродистым стыкам. Анизотропия – это неоднородность физических свойств материала по его объему, в том числе акустических, таких как коэффициент затухания от рассеяния на зерне и скорость звука (соответственно изотропия – однородность этих свойств). Основной металл свариваемых элементов – это, как правило, прокат, где структура значительно более упорядоченная, чем в переплавленном металле шва. Поэтому анизотропия здесь меньше сказывается на свойствах ультразвуковых сигналов и различается только между разными направлениями относительно направления прокатки. Чего нельзя сказать о наплавленном аустенитном металле с его хаотичной крупнозернистой структурой (см. левую область рисунка VII.1 и схематический рису- нок VII.2). Рис. VII.1. Аустенитно-ферритная структура наплавленного металла с коррозионным растрескиванием по зоне скопления феррита. Кратность увеличения ×400. Как видно из рисунка VII.1, величина зерна в чисто аустенитной зоне значитель- но (до сотен раз) больше таковой в зонах с примесями феррита и других элементов. Аустенизацию сварных соединений производят специально для повышения коррозионной стойкости за счет снижения количества феррита. Это и создает проблемы для УЗК. 115 Рисунок VII.2. Структурное строение аустенитного сварного соединения. Суть этих проблем в следующем. Если размер зерна d превышает некоторое значение, то соотношение d/λ (λ – длина волны) становится таким, при котором дифракционное огибание волной отдельного зерна снижается и появляется доля отражения, слабая, но уже актуальная. Конечно, при размере зерна в несколько мкм отдельное такое отражение по амплитуде далеко не сопоставимо с контрольным уровнем чувствительности (КУ), но в плоскости фронта одной волны в зафиксированный момент времени таких зерен – сотни тысяч (если не миллионы), и амплитуды их эхосигналов на экране складываются в один им- пульс (см. рисунок VII.3), который уже запросто может превысить КУ. 116 Рисунок VII.3. Природа образования структурных помех. И это – не шум (шумами материала называются сигналы, порождаемые в самом материале, а не отраженные куски зондирующего импульса), не системный, не ложный и не полезный сигнал, это – структурная помеха. [Отличительный признак структурной помехи: при неподвижном ПЭП сигнал устойчив и неподвижен, а при малейшем сдвиге мгновенно исчезает, чаще всего сменяясь другим подобным сигналом]. А так как фронт движется, то на его пути образуются все новые и новые такие сигналы. В результате на экране – «лес», «забор» или «стена» даже в бездефектной зоне. И если амплитуда этой «стены» превысила КУ, то бороться с ней путем снижения чувствительности или повышением уровня отсечки шумов мы НЕ ИМЕЕМ ПРАВА: чувствительность откалибрована по предельно допустимому нормативу, а утопив КУ под уровнем 117 отсечки, мы заведомо прячем от себя и полезные эхосигналы, подлежащие фиксации и подсчету. В результате если мы не предпримем никаких мер, чтобы «вдавить» структурные помехи под контрольный уровень, то непременно получим перебраковку в бездефектных зонах, так как обязаны фиксировать всё превышающее КУ и сравнивать количество таких сигналов с допуском. И наоборот: подняв уровень отсечки выше КУ, заведомо обрекаем себя на недобраковку. Каковы меры борьбы со структурными помехами? Таких мер две, и обе они направлены на увеличение длины волны сигнала: а) на соединениях толщиной до 10 мм включительно – применение частоты типового наклонного ПЭП на шаг ниже той, которая применяется для таких толщин в соединениях из углеродистой стали (то есть вместо 5 МГц 2,5 МГц); б) на соединениях толщиной свыше 10 мм – отказ от волн поперечного типа и контроль наклонными продольными волнами с помощью специальных РС ПЭП. И никакого контроля однократно отраженным лучом – все сечение АСС только прямым, независимо от толщины! Поэтому в обоих действующих методических доку- ментах по УЗК АСС [53, 54] – требование к подготовке: выпуклость шва должна быть удалена заподлицо с основным металлом. Впрочем, это избавляет нас от необходимости оценки стрелы ПЭП и соблюдения конкретных значений угла ввода (для тонких АСС оптимально 40÷50°). Но главная неприятность состоит в том, что мы можем благодаря исследованиям на образцах из данной конкретной марки аустенитной стали знать свойства основного металла, однако мы никогда заведомо не знаем этих свойств в наплавленном металле каждого конкретного стыка. А они в большинстве случаев сильно отличаются от свойств основного металла, и это отличие для различных марок аустенитной стали – разное. Уходить от этого фактора аппаратурными или методическими средствами бесполезно: для построения АРД-диаграмм или настройки системы ВРЧ потребуется изготовление специальных конструктивно сложных СОП со сварным соединением для каждого значения толщины в каждой марке аустенитной стали. К примеру, при равной толщине образца и объекта настройка ВРЧ по образцу из стали 12Х18Н10Т будет неприменима для контроля АСС из стали 12Х18Н9Т. Между тем, ГОСТ 5632-72 [55] предусматривает 139 (!) марок аустенитной стали. Ради интереса попробуем подсчитать, сколько единиц СОП по минимуму должна была бы иметь в своем арсенале развитая лаборатория УК, претендующая на контроль сварных соединений любого типа из любой марки аустенитной стали любой толщины свыше 10 мм. Исходные условия: а) количество марок аустенитной стали N мс = 139; б) количество типов соединения N тс = 3 (стыковое, угловое, тавровое); в) количество диапазонов толщин свыше 10 мм для УЗК по градации документа РТМ-1с [3] N дт = 5; б) количество вариантов углов ввода, обязательно применяемых на каждом АСС согласно методике [54] N α = 3. Получаем: N min = N мс × N тс × N дт × N α = 139 × 3 × 5 × 3 = 6255 (!) Отсюда – печальный вывод: разработка какой-либо универсальной удовлетворительно точной методики УЗ контроля АСС практически невозможна. Выше упоминалось, что в настоящее время в России существуют 2 документа, содержащих технологию УЗ контроля АСС. Это следующие документы: 118 1. СТО 00220256-014-2008. «Инструкция по ультразвуковому контролю стыковых, угловых и тавровых соединений химической аппаратуры из сталей аустенитного и аустенитно-ферритного классов с толщиной стенки от 4 до 30 мм». Разработчик: ОАО «НИИХИММАШ», 2008 г. [53]; 2. ПНАЭ Г-7-032-91. «Унифицированные методики контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Ультразвуковой контроль. Часть IV. Контроль сварных соединений из сталей аустенитного класса» Разработчики: НПО «ЦНИИТМАШ», НПО «Прометей», Научно-технический цент по ядерной и радиаци- онной безопасности Госатомнадзора РФ, 1991 г. [54]. Первый документ расценивается опытными специалистами как существенно недоработанный, по крайней мере, он трактует обобщенный подход к УЗК аустенитных сталей различных марок, и это приводило к тому, что многие дефектоскописты, применяя его на иных марках стали, допускали необоснованную забраковку АСС. Поэтому здесь отметаем его с порога. Ценность второго документа состоит в том, что он содержит методику предварительной оценки контролепригодности АСС по акустическим параметрам, а именно влияние анизотропии наплавленного металла и квазиизменение угла ввода [«квази» = «кажущееся»] из-за рефракции. Если хотя бы по одному признаку АСС признается неконтролепригодным для УЗК, от контроля отказываются, обязательно документируя этот отказ, но это вовсе не означает забраковку соединения, просто необходимы другие методы (например, акустическая эмиссия). Разность скоростей звука в основном и наплавленном металле может достигать существенных значений. За счет рефракции это приводит к излому акустического тракта и, как следствие, искажению представления о местоположении дефекта, в т.ч. о глубине его залегания. Рефракция – изменение направления звукового потока на диффузной границе зон одного и того же материала с разными акустическими свойствами (в т.ч. скорость звука). Как и преломление на границе различных материалов, это явление обусловлено законом Снеллиуса, но ему присвоен этот специальный термин, так как в данном случае речь идет об одном и том же материале. Не путать с дифракцией – изломом направления ультразвука на острых краях дефектов. Влияние рефракции на условия контроля АСС проиллюстрировано на рисунке VII.4. Рис. VII.4. Искажение представления о положении дефекта вследствие рефракции. 119 В показанном примере прибор с глубиномером, откалиброванным на образце относительно акустической оси ПЭП на конкретное значение скорости звука, «не знает», что сигнал на пути до дефекта и обратно два раза менял направление, при этом в наплавленном металле между зонами рефракции он летел значительно быстрее, чем в основном металле. В результате дефектоскоп покажет дефект (если выделит его эхосигнал из помех), по крайней мере, значительно выше его реальной позиции. Курьезные случаи, связанные с рефракцией, рассказывают опытные специалисты на интернет-форумах. Вот один из них. В толстом образце с АСС просверлили сквозное горизонтальное отверстие Ø 2 мм в основном металле вблизи наплавки. По этому отверстию, устанавливая ПЭП в той же зоне относительно АСС, определили угол ввода в основной металл, при этом эхосигнал значительно возвышался над структурными помехами. Зная этот угол, на боковой грани образца начертили ось, проходящую под этим углом через центр отверстия и наплавку до выхода на рабочую поверхность образца. Поставили ПЭП на эту точку выхода, направив в сторону отверстия, и... не увидели ничего. Отнеся причины этого к сильному затуханию в наплавке, стали постепенно увеличивать рассверловкой диаметр отверстия. Досверлившись до Ø 6 мм, так ничего сквозь шов и не увидели. А потом поняли: благодаря рефракции сигнал просто «перепрыгивает» от- верстие, даже не касаясь его (см. рисунок VII.5). Рис. VII.5. Сигналы тоже умеют прыгать в высоту. Так вот, в документе [54] приведена достаточно логичная методика предвари- тельной проверки АСС на контролепригодность. (Заметим: проводить проверку целесообразно до полного удаления выпуклости шва по всей длине АСС, чтобы не мучить слесаря со шлифмашиной зазря в случае отрицательного результата; для проверки потребуется лишь несколько мест, равномерно расположенных по длине шва). Учитывая то, что документ был написан в 1991 году, переложим ее здесь на язык современной техники, оставляя неизменным принцип. 1. |