Методика ультразвукового контроля аустенитных сталей

Обновлено: 01.05.2024

Вся технология ультразвукового контроля (УЗК) построена на простом физическом законе: траектория движения звуковых волн в однородной среде остаётся неизменной. Подповерхностные дефекты являются отражателями УЗ-волн. При помощи дефектоскопа и пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) в материал вводятся упругие колебания с частотой более 20 кГц (чаще всего - от 0,5 до 10 МГц). Они исходят от излучателя, преломляются в призме (в наклонных ПЭП), входят в объект контроля (ОК), преломляясь ещё раз на границе раздела, и дальше отражаются от дефектов (если таковые имеются) либо донной поверхности (если таковых нет). По амплитуде и времени прихода эхо-сигнала можно судить о размерах и глубине залегания отражателя. Конечно, это очень грубое, упрощённое описание технологии. На деле возникают тысячи нюансов. Среди опытных дефектоскопистов есть даже такое выражение: чем больше знаешь УЗК, тем меньше знаешь УЗК.

Ультразвуковой метод контроля предполагает использование продольных, поперечных, нормальных, подповерхностных и головных волн. У первых - самая высокая скорость. Они генерируются прямыми и, реже, наклонными ПЭП. Поперечные волны могут создавать только наклонные искатели - совмещённые и раздельно-совмещённые. Они же могут применяться для контроля нормальными волнами (преимущественно для УЗК листов и прутков), поверхностными (контроль такими волнами подходит в качестве альтернативы ПВК и МПД) или головными (для выявления подповерхностных дефектов в основном металле и наплавках на глубине 2-8 мм).

Другая важная характеристика упругих колебаний – длина волны. Чем она выше, тем выше разрешающая способность и, следовательно, чувствительность. Правда, пропорционально ей растёт и затухание (уменьшение энергии колебаний). Чем меньше длина волны - тем выше частота. Чем выше частота - тем выше чувствительность. При работе с толстостенными и крупнозернистыми материалами это чревато увеличением затухания, но об этом позже.

Для чего проводят ультразвуковой контроль

обнаруживать подповерхностные дефекты – поры, пустоты, расслоения в наплавленном металле, трещины, шлаковые и иные включения;
выявлять очаги коррозионного поражения;
определять неоднородность структуры материалов;
оценивать качество сварных, паяных, клееных соединений практически любых типов (тавровых, нахлёсточных, кольцевых, стыковых, угловых), в том числе – соединений разных материалов;
измерять глубину залегания дефектов и их размеры.

В силу всех этих факторов ультразвуковой контроль всё чаще противопоставляют радиографическому. В пользу первого говорит ещё и то, что он безвреден для человеческого здоровья. Приборы для УЗК хороши своей портативностью, удобство работы в полевых условиях, большим многообразием датчиков, призм, сканеров и прочих принадлежностей для самых разных задач дефектоскопии.

существенные ограничения при сканировании материалов с крупнозернистой структурой и высоким коэффициентом затухания. Это объясняется слишком интенсивным рассеиванием колебаний. К таким «проблемным» материалам относятся, например, аустенитная сталь, титан, чугун и сплавы с повышенным содержанием никеля;
сложность при проведении контроля соединений разнородных материалов;
ограниченная пригодность к дефектоскопии объектов сложной конфигурации;
относительно низкая точность при оценке реальных размеров дефектов. Условная протяжённость, как правила, равна фактической протяжённости или, чаще всего, превышает её. С измерениями условной ширины и высоты сложнее - они коррелируют с реальными значениями ещё хуже. Именно поэтому ряд НТД не предусматривают определение условной ширины и высоты (тем не менее, данные результаты могут пригодиться для определения типа дефекта по коэффициенту отношения условной ширины к высоте и для классификации дефектов на развитые и не развитые по высоте). Данная проблема успешнее решена в технологиях ФР и TOFD, о которых написано ниже.

Ультразвуковой контроль сварных соединений: последовательность действий

1) зачистку металлической поверхности – сварного шва и околошовной зоны – от краски, ржавчины, окалины, загрязнений. После этого наносится разметка. При использовании мерительного пояса - обозначение начала и направление отсчёта координат. При его отсутствии - разделение на участки по 300-500 мм (если на ОК заложен РК - то лучше делать разметку сообразно с размером рентгеновской плёнки);

2) настройку чувствительности, амплитудной и временной шкалы дефектоскопа. Для начала - необходимо проверить (и при необходимости - скорректировать) точку выхода, стрелу, угол ввода, мёртвую зону, задержку в призме ПЭП. Затем необходимо правильно задать дефектоскопу параметры ОК - толщину, скорость распространения УЗ-волны, поправку на шероховатость и на затухание, выбрать единицу измерений для горизонтальной шкалы (обычно - в мм глубины). Далее - настроить временную регулировку чувствительности (для "выравнивания" эхо-сигналов от одинаковых отражателей на разной глубине) либо АРД-диаграммы (для определения эквивалентной площади отражателей). Задать опорный (браковочный уровень), поправку чувствительности (если таковая предусмотрена - в зависимости от того, по какому искусственному отражателю выполнялась настройка), выставить поисковое усиление, контрольный уровень (уровень фиксации) и браковочный уровень. Наконец, необходимо выставить усиление и масштаб развёртки, чтобы эхо-сигнал от опорного отражателя достигал 50-80% высоты экрана - кому как удобнее;

3) непосредственное прозвучивание объекта. Прижимая датчик к поверхности, оператор выполняет возвратно-поступательные поперечно-продольные либо продольно-поперечные движения с поворотом датчика на 10-15 градусов (для наклонного ПЭП) или вращением (для прямого ПЭП). В процессе прозвучивания нужно следить за тем, чтобы шаг перемещения пьезоэлектрического преобразователя не превышал 2-3 мм и не осталось пропущенных участков. Важно следить за осцилляциями сигналов на экране дефектоскопа - чтобы не пропустить эхо-сигналы, которые достигли контрольного уровня. Здесь-то и подтверждает свою полезность звуковая и световая АСД;

4) сохранение результатов, передача на ПК. Современные дефектоскопы позволяют "замораживать" изображение развёртки для последующего анализа. Либо - можно сразу наносить разметку мелом или маркером на поверхности ОК в местах выявленных дефектов;

5) расшифровку данных, оформление заключения. Обычно дефекты классифицируются на допустимые и недопустимые по амплитуде, протяжённые и непротяжённые, поперечные, в корне и в сечении шва. Формат заключения/протокола/акта по результатам УЗК утверждается в нормативно-технической документации на контроль и согласовывается с заказчиком. Запись дефектов осуществляется с использованием условных обозначений, указанием глубины залегания, координат относительно начала отсчёта, амплитуды, протяжённости и пр. Чтобы упростить выборку дефекта и ремонт ОК, рекомендуется указывать начальные и конечные координаты каждого дефекта. В зависимости от того, какие дефекты обнаружены и какими параметрами они обладают, объект контроля относят к категории "годен", "ремонтировать" или "вырезать".

На каких объектах практикуется ультразвуковой контроль

магистральные и технологические трубопроводы газа, пара, нефти, нефтепродуктов и прочих рабочих сред;
оболочки реакторных установок;
рельсы, стрелочные переводы, колёсные пары, боковые рамы;
литые детали тележек грузовых вагонов;
обшивка сосудов, работающих под давлением;
корпуса насосов и многое-многое другое.

Виды ультразвукового контроля

теневой. По обе стороны ОК, перпендикулярно к его поверхности устанавливаются два преобразователя, один выполняет функцию излучателя, второй служит приёмником. При наличии инородной среды (несплошности) образуется глухая зона, что позволяет судить о наличии дефекта;
эхо-импульсный. Самый популярный метод. Повсеместно применяется для ультразвукового контроля сварных соединений. Система "дефектоскоп-преобразователь" одновременно и возбуждает, и принимает упругие колебания. Если они беспрепятственно проходят через материал и отражаются только от донной поверхности, значит, дефектов нет. Если есть - то возникает эхо-сигнал (впрочем, он может быть и ложным либо возникнуть вследствие структурных помех, но речь не об этом). Способ привлекателен тем, что подходит для объектов с односторонним доступом, может проводиться даже без снятия усиления, но требует зачистку поверхности, а в контактном варианте - ещё и нанесения контактной жидкости (хотя есть щелевой и иммерсионный способы акустического контакта);
эхо-зеркальный. Излучатель и приёмник разделены и расположены по одну сторону от исследуемого объекта. Волны излучаются под углом и, отражаясь от дефектов, фиксируются приёмником. «Тандем» как метод ультразвукового контроля особенно эффективен для выявления вертикальных дефектов, перпендикулярных сканируемой поверхности. Чаще всего к таковым относятся трещины и непровары в корневой зоне сварного шва;
зеркальной-теневой. Аналогичен обычному теневому, но отличается от него тем, что излучатель и приёмник располагаются по одну сторону сварного соединения. Признаком дефекта также является уменьшение амплитуды прошедшего сигнала;
дельта-метод. Данный вид ультразвукового контроля применяется редко – когда к качеству сварных соединений предъявляются особо жёсткие требования. Технология предполагает трудоёмкую, очень тонкую настройку дефектоскопа. Расшифровка результатов требует от специалиста особой подготовки. При всех недостатках у этого метода есть очень важное преимущество – повышенная чувствительность к вертикально-ориентированным трещинам, не всегда доступным для выявления стандартным эхо-методом. Дельта-метод основан на регистрации дифрагированных волн, переизлучённых "блестящими точками" - краями несплошности;
велосиметрический. Основан на том, чтобы зафиксировать и проанализировать изменение скорости колебаний в дефектной зоне. Обычно применяется для композиционных материалов;
ревербационно-сквозной. Также используется для ультразвукового контроля композитных, полимерных и многослойных материалов. Излучатель и приёмник располагаются по одну сторону объекта, на небольшой дистанции друг от друга. Волны посылаются в материал и после многократных отражений «добираются» до приёмника. Стабильные отражённые сигналы свидетельствуют об отсутствии дефекта. В противном случае наблюдается изменение амплитуды и спектра принятых сигналов.

Заканчивая этот блок, нельзя не сказать и об ультразвуковой толщинометрии (УЗТ). Измерение толщины металла – один из ключевых способов коррозионного мониторинга. По результатам УЗТ можно судить об остаточном ресурсе конструкции (механизма, оборудования и пр.).

Как и в ультразвуковом контроле, принцип построен на использовании импульсов, которые излучает преобразователь. Прибор измеряет скорость, за которую они проходят через стенку. Если конкретнее, то известно 3 основных режима:

1) однократного эхо-сигнала. Измеряется время, которое проходит между начальным импульсом возбуждения и первым эхо-сигналом. Значение корректируется с учётом толщины протектора ПЭП, компенсации степени изнашивания и слоя контактной среды;

2) однократного эхо-сигнала линии задержки. Измеряется время от конца линии задержки до первого донного эхо-сигнала;

Дефектоскопы и другое оборудование для ультразвукового метода контроля

Современные дефектоскопы хороши не только своей портативностью, удобством применения в полевых условиях и на большой высоте. Гораздо важнее – обширный набор функций и многообразие индивидуальных пользовательских настроек. В зависимости от модификации УЗК-дефектоскоп может отображать на своём дисплее А-, В-, С-, D-, S-, L-сканы (последние два - в дефектоскопах на фазированных решётках), вплоть до построения 3D-моделей профиля изделий.

фазированных решётках (ФР). Имеются в виду особые датчики (кристаллы), на поверхности которых с определённым шагом расположены 16, 32, 64 или 128 элементов. Каждый из них излучает волны с определённой задержкой. Корректируя этот «сдвиг по фазе», можно получить фронт волны с определённым углом. В этом и заключается принцип секторного сканирования. Оператору не нужно водить датчиком по поверхности – он и без этого «видит» все дефекты, расположенные в заданной зоне. По сравнению с одноэлементными ПЭП фазированные решётки могут генерировать пучок волн точно в зоне дефекта. В режиме реального времени на экране многоканального дефектоскопа выстраиваются наглядные А-сканы, на основе которых формируются детализированные, информативные отчёты. Мёртвая зона минимальна. Производительность ультразвукового контроля с ФР примерно в 3–4 раза выше, чем у традиционного УЗК;
дифракционно-временном методе (Time of Flight Diffraction, сокращённо – TOFD). Суть технологии – регистрация поперечных и продольных (боковых) волн, дифрагированных на краях несплошностей. Метод предполагает использование двух наклонных датчиков для излучения и приёма волн, расположенные по обе стороны сварного шва. «Натыкаясь» на дефект, волны изменяют своё направление и время прохода. Последний показатель в режиме TOFD считается ключевым. Дифракционно-временной метод эффективно выявляет точечные дефекты, выходящие на поверхность трещины, вогнутость, непровары в корне, расслоения, питтинговую коррозию и пр. Точность измерений достигает ±1 мм. Повторяемость результатов приближается к 100%. По своей информативности и достоверности линейное сканирование – полноценная замена радиографическому методу, особенно для дефектоскопии низколегированных и нелегированных углеродистых сталей.

совмещённые, раздельные и раздельно-совмещённые;
прямые, наклонные, комбинированные и с переменным углом ввода;
хордовые, фокусирующие и нефокусирующие;
притёртые и непритёртые;
контактные, иммерсионные, бесконтактные, щелевые и т.д.

Помимо этого, в УЗК активно применяются различные призмы, координатные устройства и сканеры. Для настройки и калибровки не обойтись без стандартных образцов (СОП, СО) и настроечных мер. Для улучшения акустического контакта на поверхность объекта предварительно наносят контактную жидкость/гель.

Для проведения УЗТ требуется толщиномер. Такой прибор технически проще, компактнее, дешевле классического дефектоскопа.

Обучение и аттестация специалистов по ультразвуковому методу контроля

введение в классификацию видов и методов неразрушающего контроля;
физические основы – теория колебаний, типы упругих волн, их свойства, критические углы ввода, дифракция, интерференция, закон Снеллиуса;
блок по ультразвуковым колебаниям (что собой представляет акустическое поле, в чём разница между прямым и обратным пьезоэффектом, устройство ПЭП, мёртвая и ближняя зона, дальняя зона, реверберационно-шумовая характеристика преобразователя, резерв усиления);
методы УЗК;
технология проведения акустической дефектоскопии прямыми и наклонными совмещёнными и раздельно-совмещёнными ПЭП;
приборы и дополнительные принадлежности для УЗК.

По завершении обучения необходимо сдать квалификационный экзамен, состоящий из теоретической и практической части.

Разумеется, в каждом учебном центре есть своя библиотека методической и образовательной литературы. Дополнительно к этому можно почитать «классику» учебников по УЗК – труды И.Н. Ермолова, В.Г. Щербинского, В.В. Клюева, А.Х. Вопилкина и др. Посмотреть информацию об изданиях можно в специальном разделе «Библиофонд» онлайн-библиотеки «Архиус».

Для тех, кто открыт для новых знаний и обмена опытом, на форуме «Дефектоскопист.ру» предусмотрен свой раздел. Начать рекомендуем с веток «Изучение УЗ-контроля» и «Обучение УЗК».

Методика ультразвукового контроля аустенитных сталей

ПРАВИЛА И НОРМЫ В АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

УНИФИЦИРОВАННЫЕ МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ
ОСНОВНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ПОЛУФАБРИКАТОВ), СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
И НАПЛАВКИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ
АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Часть II
Контроль сварных соединений и наплавки

Дата введения 1992-10-01

УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Госпроматомнадзора СССР N 14 от 31.10.91

Настоящий документ подготовлен к изданию Научно-техническим центром по ядерной и радиационной безопасности Госатомнадзора Российской Федерации.

Исполнители: В.Е.Белый, И.В.Буряк, М.В.Григорьев, Е.А.Давыдова, В.Ф.Дианов, Г.Ф.Ивакин, Н.А.Кеслер, И.Н.Коробская, Е.Ф.Кретов, Б.А.Круглов, А.В.Кудрявцев, А.И.Мяснянкин, С.П.Плаксин, А.В.Полунин, А.В.Просвирин, В.И.Радько, Н.П.Разыграев, В.Ф.Рахимов, Н.Ф.Сорокин, Е.П.Сухоносов, В.М.Ушаков, О.В.Фещенко, И.Ф.Щедрин, В.Г.Щербинский, В.А.Щукин, А.А.Юриков

- диаграмма-график зависимости (амплитуда эхо-сигнала, расстояние до несплошности, эквивалентный диаметр несплошности)

- диаграмма-график зависимости (амплитуда эхо-сигнала, расстояние до несплошности, эквивалентный диаметр несплошности, тандем)

- автоматический сигнализатор дефекта

- временная регулировка чувствительности

- датчик шероховатости волнистости

- Международный институт сварки

- преобразователь головных волн

- прямой наклонный преобразователь

- стандартный образец предприятия

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Настоящий НТД распространяется на сварные соединения и наплавки, выполненные в соответствии с требованиями ПНАЭ Г-010-90 "Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка. Основные положения" и контролируемые в соответствии с требованиями ПНАЭ Г-010-89 "Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля".

1.1. Область применения

1.1.1. Настоящий НТД устанавливает технологию УЗК:

сварных соединений деталей из сталей перлитного класса и высокохромистых сталей марок 08Х13, 05Х12Н2М, 06Х12Н3Д, 06Х12Н3ДЛ, 08Х14МФ, 1Х12В2МФ, 07Х16Н4Б, выполненных дуговой и электрошлаковой сваркой низколегированными сварочными материалами с полным проплавлением;

сварных соединений деталей из сталей перлитного класса, выполненных электронно-лучевой сваркой с полным проплавлением при наличии экспериментального обоснования достоверности контроля и разрешения головной отраслевой материаловедческой организации;

предварительных наплавок и кромок деталей из сталей перлитного класса и зоны сплавления наплавок аустенитного класса;

зоны сплавления антикоррозионных аустенитных наплавок на деталях и изделиях из сталей перлитного класса.

1.1.2. Настоящий НТД включает методики контроля:

1.1.2.1. Стыковых, угловых и тавровых сварных соединений с толщиной свариваемых элементов от 5,5 до 400 мм.

1.1.2.2. Предварительных (переходных) наплавок из перлитной и аустенитной сталей на деталях и кромках сварных соединений при толщине наплавки от 4 до 40 мм и толщине основного металла 10 мм.

1.1.2.3. Зоны сплавления наплавленных аустенитных антикоррозионных покрытий толщиной 4 мм и более.

1.1.2.4. Радиус кривизны околошовной наружной поверхности должен быть 150 мм для продольных швов, 100 мм для наплавок, 12,5 мм для кольцевых швов. Внутренний радиус кривизны сварной детали при контроле угловых швов должен быть 50 мм.

1.1.3. Контроль по методикам, данным в настоящем НТД, обеспечивает обнаружение несплошностей эквивалентной площадью не менее величин, указанных в действующих ПК. Характер и действительные размеры несплошности не определяются, кроме случаев, предусмотренных в п.5.6.

1.1.4. Контроль не гарантирует выявления несплошностей на фоне мешающих отражателей в виде неровностей усиления и корневой части шва, конструктивных элементов свариваемых деталей и структурных неоднородностей, если не предусмотрены специальные способы их идентификации. Не гарантируется выявление несплошностей в пределах "мертвой" зоны преобразователя, а также непосредственно под усилением шва.

1.1.5. Оценку качества сварного соединения, наплавки проводят по действующим нормам ПК.

1.2. Общие требования

1.2.1. В сварных соединениях подлежат контролю металл шва, зоны сплавления и термического влияния. При этом ширина контролируемой зоны основного металла определяется требованиями ПНАЭ Г-7-010-89.

1.2.1.1. В сварных соединениях деталей различной номинальной толщины ширина указанной зоны определяется отдельно для каждой из сварных деталей.

1.2.1.2. Ширина контролируемых участков основного металла определяется от поверхности его разделки, указанной в КД.

1.2.2. Ультразвуковой контроль проводят после исправления дефектов, обнаруженных при визуальном контроле, контроле измерением, капиллярной и магнитопорошковой дефектоскопии, если последние предусмотрены ПТД.

1.2.3. Сдаточный контроль проводят после окончательной термообработки сварного соединения и восстановления плакировки (наплавки), если таковые предусмотрены технологическим процессом.

Рекомендуется проведение технологического пооперационного контроля на промежуточных стадиях изготовления изделия. При этом следует учитывать, что результаты технологического и сдаточного контроля могут не совпадать.

1.2.4. Требования представителей служб контроля по созданию необходимых условий для выполнения работ по контролю являются обязательными для администрации организации (предприятия), представляющей изделие на контроль.

1.2.5. Документация по контролю, содержащая отступления от требований настоящего НТД или включающая новые методические решения, должна быть согласована с головной материаловедческой организацией.

1.3. Требования к сварному соединению

1.3.1. Объем контроля определяется ПК как протяженность для сварных соединений или площадь для наплавок. При наличии неконтролируемых из-за недоступности участков шва, наплавки контроль считают выполненным в неполном объеме, а недоступные участки отмечают в отчетной документации по контролю.

1.3.2. Степень контроледоступности сечения сварного соединения, наплавки определяется при проектировании (конструировании) оборудования и должна быть зафиксирована в КД.

Степень контроледоступности определяется представителем службы неразрушающего контроля в зависимости от ограничений, налагаемых конструкцией контролируемого изделия на возможность установки и пределы перемещения ПЭП.

1.3.3. Для сварных соединений, контролируемых по настоящему НТД, устанавливаются следующие степени контроледоступности в порядке ее снижения (рис.1):

а) 1C - центральный луч УЗ-пучка пересекает каждый элемент металла контролируемого сечения сварного соединения в двух или более направлениях (с точностью до половины шага сканирования), проходящих через секторы Б или Б', и В или В', и А или А'. Примеры схем контроля приведены на рис.2, а, б, 3, а, в;

б) 2С - центральный луч УЗ-пучка пересекает каждый элемент металла хотя бы в одном направлении, проходящем через секторы Б или Б', В или В'. Примеры схем контроля приведены на рис.2, в, 3, б;

в) 3С - частично или полностью не выполняется прозвучивание по каждому из направлений, предусмотренных для степени 1C. Центральный луч УЗ-пучка пересекает каждый элемент металла в направлении, проходящем через секторы А или А';

г) сварное соединение считают неконтроледоступным, если центральный луч УЗ-пучка ни по одному из направлений не проходит через все элементы металла контролируемого сечения;

д) возможность контроля на выявление поперечных дефектов не изменяет степень контроледоступности сварного соединения, определенную по подп.а-г.

Рис. 1. Схема определения степени контроледоступности сварного соединения:
О - контролируемый элемент сварного соединения;
- направления прозвучивания (цифрами обозначены углы озвучивания, буквами - секторы обзора)

Рис.2. Схемы контроля стыковых сварных соединений наклонными преобразователями:
а - при толщине 60 мм и более не зависимо от наличия усиления шва;
б - при толщине в - при толщине до 100 мм с ограниченным доступом;
г - при ограничении доступа не зависимо от толщины

Рис.3. Схемы контроля угловых и тавровых сварных соединений: а - контроль прямым лучом;
б - контроль однократно отраженным лучом; в - контроль с двух поверхностей прямым лучом

1.3.3.1. При проектировании (конструировании) оборудования должна быть обеспечена максимально возможная контроледоступность сварного соединения по всей его протяженности, наплавки по всей ее площади, например путем удаления или уменьшения ширины усиления шва, изменением конструкции контролируемого узла.

1.3.3.2. Если прозвучивание в одном направлении обеспечивает обнаружение несплошностей, указанных в КД, то такие сварные соединения могут быть отнесены к первой степени контроледоступности. В этом случае необходимо согласование с головной материаловедческой организацией.

1.3.3.3. Наличие непрозвученных центральным лучом из-за отсутствия доступа участков площадью 3% контролируемой площади по данному направлению.

1.3.3.4. Контроль мест пересечений швов с усилением стыковых соединений и стыковых соединений с тавровыми технически не выполним. Контроль мест пересечения стыковых швов возможен при снятом и зачищенном заподлицо усилении шва в пределах зон перемещения преобразователей.

1.3.4. Для антикоррозионной наплавки устанавливаются следующие степени контроледоступности в порядке ее снижения:

а) 1Н - непараллельность поверхности основного металла границе "основной металл-наплавка" в зоне сплавления не превышает

ГОСТ Р 50.05.04-2018

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Система оценки соответствия в области использования атомной энергии

ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ В ФОРМЕ КОНТРОЛЯ

Унифицированные методики. Ультразвуковой контроль сварных соединений из стали аустенитного класса

Conformity assessment system for the use of nuclear energy. Conformity assessment in the form of examination. Unified procedures. Ultrasonic examination of austenitic steel welded joints

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Государственной корпорацией по атомной энергии "Росатом"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 "Атомная техника"

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Введение

Настоящий стандарт взаимосвязан со стандартами, входящими в систему стандартов "Система оценки соответствия в области использования атомной энергии".

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт устанавливает требования к проведению неразрушающего ультразвукового контроля аустенитных сварных соединений, а также к средствам (в том числе измерений) и организации контроля, оценке и оформлению результатов контроля.

1.2 Настоящий стандарт распространяется на ультразвуковой контроль сварных соединений из сталей марок 08Х18Н9, 09Х18Н9, 10Х18Н9, 12Х18Н9, 08Х18Н10, 03Х16Н9М2, 08Х16Н11М3, 10Х18Н12МЗЛ, 10Х18Н9ТЛ, 12Х18Н9Т, 12Х18Н9ТЛ, 06Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 12Х18Н12Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13МЗТ, 10Х18Н12МЗТЛ (перечисленные стали в дальнейшем именуются "стали аустенитного класса") оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (АЭУ) и других элементов атомных станций (АС), выполненных в соответствии с требованиями федеральных норм и правил в области использования атомной энергии, устанавливающих:

- требования к сварке и наплавке оборудования и трубопроводов АЭУ;

- правила контроля металла оборудования и трубопроводов АЭУ при изготовлении и монтаже;

- правила контроля основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей при эксплуатации оборудования, трубопроводов и других элементов АС.

1.3 Настоящий стандарт не распространяется на ультразвуковой контроль сварных соединений литых изделий из аустенитных сталей.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 8.596 Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения

ГОСТ Р 50.05.02-2018 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Ультразвуковой контроль сварных соединений и наплавленных покрытий

ГОСТ Р 50.05.11 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Персонал, выполняющий неразрушающий и разрушающий контроль металла. Требования и порядок подтверждения компетентности

ГОСТ Р 50.05.15 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Неразрушающий контроль. Термины и определения

ГОСТ Р 50.05.16 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Неразрушающий контроль. Метрологическое обеспечение

ГОСТ Р ИСО 5577 Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь

ГОСТ Р 55724-2013 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения. Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 50.05.15, ГОСТ Р ИСО 5577, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 головная волна: Продольная волна, распространяющаяся вдоль контактной (и/или донной) поверхности контролируемого элемента (среды), и сопутствующие ей боковые (продольная и поперечная) волны.

3.2 эхо-сигнал; эхо-сигнал от отражателя; сигнал: Ультразвуковой сигнал, принятый пьезоэлектрическим преобразователем ультразвуковой волны, отраженной от несплошности, неоднородности или границы раздела сред в объекте контроля, и отображенный на экране дефектоскопа.

3.3 условный размер (протяженность, ширина, высота) несплошности: Размер в миллиметрах, соответствующий зоне между крайними положениями преобразователя, в пределах которой фиксируют сигнал от несплошности при заданном уровне чувствительности.

3.4 угол ввода: Угол между нормалью к поверхности, на которой установлен преобразователь, и линией, соединяющей центр цилиндрического отражателя с точкой выхода луча при установке преобразователя в положение, при котором амплитуда эхо-сигнала от отражателя наибольшая.

3.5 структурные шумы: Возникновение в зоне контроля на экране дефектоскопа двух или более импульсов, амплитуда и местоположение которых быстро изменяются (отсутствует огибающая) при перемещении преобразователя на 2-3 мм перпендикулярно оси аустенитных сварных соединений.

3.6 эхо-импульсный способ: Метод ультразвукового контроля, который основывается на анализе эхо-сигналов, отраженных от несплошностей.

3.7 боковой цилиндрический отражатель: Искусственный отражатель в виде боковой поверхности цилиндрического отверстия, ось которого перпендикулярна направлению падения ультразвуковой волны.

3.8 браковочный уровень чувствительности: Уровень чувствительности, при превышении которого выявленная несплошность относится к дефекту (бракуется по амплитудному признаку).

3.9 контрольный уровень чувствительности (уровень фиксации): Уровень чувствительности, при котором производят регистрацию несплошностей и оценку их допустимости по условным размерам и количеству.

3.10 поисковый уровень чувствительности: Уровень чувствительности, устанавливаемый при поиске несплошностей.

4 Сокращения

В настоящем стандарте используются следующие сокращения:

АС - атомная станция;

АСС - аустенитные сварные соединения;

АЭУ - атомная энергетическая установка;

БЦО - боковой цилиндрический отражатель;

КД - конструкторская документация;

КО - калибровочный образец;

НО - настроечный образец;

НП - наклонный ПЭП;

ОК - объект контроля;

ПГВ - преобразователь головных волн;

ПКД - проектно-конструкторская документация;

ПТД - производственно-техническая документация;

ПЭП - пьезоэлектрический преобразователь;

СС - сварное соединение;

УЗ - ультразвуковой (ультразвуковая);

УЗК - ультразвуковой контроль;

ТКК - технологическая карта контроля.

5 Общие положения

5.1 Общие требования

5.1.1 УЗК по унифицированной методике (далее - методике), представленной в настоящем стандарте, обеспечивает выявление несплошностей АСС, расположенных в наплавленном металле, по границам сплавления СС и околошовной зоне основного металла, размер которой определяется в соответствии с требованиями федеральных норм и правил в области использования атомной энергии, устанавливающих правила контроля металла оборудования и трубопроводов АЭУ при изготовлении и монтаже, и федеральных норм и правил в области использования атомной энергии, устанавливающих правила контроля основного металла, СС и наплавленных поверхностей при эксплуатации оборудования, трубопроводов и других элементов АС.

5.1.2 Применение методики УЗК, изложенной в настоящем стандарте, при изготовлении и монтаже допускается только при невозможности проведения контроля АСС радиографическим методом.

5.1.3 При изготовлении, монтаже и эксплуатации трубопроводов из сталей аустенитного класса оценка качества по результатам контроля, выполненного в соответствии с настоящей методикой, проводится в соответствии с требованиями федеральных норм и правил в области использования атомной энергии, устанавливающих правила контроля основного металла, СС и наплавленных поверхностей.

5.1.4 В настоящем стандарте изложен эхо-импульсный способ контроля (эхо-метод) прямым и однократно отраженным лучом АСС с повышенным уровнем структурных шумов на основе применения поперечных, продольных и головных волн с помощью совмещенных и раздельно-совмещенных УЗ-преобразователей.

5.1.5 По настоящему стандарту контролю подвергаются стыковые сварные соединения с номинальной толщиной свариваемых ОК от 4,5 до 100 мм включительно с радиусом кривизны околошовной наружной поверхности не менее 100 мм для продольных швов и не менее 25 мм для кольцевых.

5.1.6 Настоящий стандарт устанавливает технологию ручного УЗ-контроля сварных соединений без подкладных колец, выполненных электродуговой, аргонодуговой и комбинированной (электродуговая + аргонодуговая) сваркой с полным проплавлением корня шва.

5.1.7 Возможность контроля сварных соединений из аустенитных сталей в соответствии с настоящим стандартом должна быть установлена в соответствии с методикой, содержащейся в приложении А.

5.1.8 Сварные соединения, деформированный металл-литье контролируют только со стороны деформированного металла.

5.1.9 УЗК АСС может проводиться как при наличии, так и при отсутствии усиления на наружной поверхности СС.

5.1.10 УЗК АСС на поперечные несплошности проводят, если это предусмотрено КД, ПКД или требованиями, указанными в таблице 3 ГОСТ Р 50.05.02-2018.

5.1.11 При контроле АСС трубопроводов диаметром менее 300 мм следует использовать притертые ПЭП.

5.1.12 УЗК не гарантирует выявление несплошностей на фоне мешающих отражателей в виде неровностей усиления и корневой части шва, конструктивных элементов свариваемых деталей и структурных неоднородностей, если не предусмотрены специальные способы их обнаружения и идентификации. Не гарантируется выявление несплошностей в пределах мертвой зоны ПЭП, а также непосредственно под усилением сварного шва.

5.1.13 Работы по УЗК АСС должны быть организованы в соответствии с пунктом 5.2 ГОСТ Р 50.05.02-2018.

5.2 Общие требования при подготовке к УЗК

5.2.1 Подготовка поверхности ОК для проведения УЗК и рабочего места контролера осуществляется соответствующими службами завода-изготовителя или эксплуатирующей организацией ОК и в обязанности контролера не входит.

5.2.2 УЗК АСС по настоящему стандарту должен проводиться по ТКК (технологической инструкции), разработанной в соответствии с требованиями настоящего стандарта.

5.2.3 ТКК (технологические инструкции) должен разрабатывать специалист, квалификация которого подтверждена в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50.05.11, имеющий право выдачи заключения по результатам контроля или право аттестации специалистов.

5.2.4 Каждая ТКК (технологическая инструкция) должна быть подписана разработчиком, а также руководителем подразделения (службы контроля), выполняющего контроль.

5.2.5 Для серии однотипных АСС может быть составлена одна ТКК или технологический процесс.

ГОСТ Р 50.05.02-2018

Унифицированные методики. Ультразвуковой контроль сварных соединений и наплавленных покрытий

Conformity assessment system for the use of nuclear energy. Conformity assessment in the form of examination. Unified procedures. Ultrasonic examination of welded joints and cladded surfaces

Настоящий стандарт взаимосвязан с другими стандартами, входящими в систему стандартов "Система оценки соответствия в области использования атомной энергии".

1.1 Настоящий стандарт устанавливает требования к порядку проведения контроля, средствам контроля, персоналу, обработке и оформлению результатов контроля, а также требования безопасности.

1.2 Настоящий стандарт распространяется на сварные соединения и наплавленные покрытия оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (АЭУ) и других элементов атомных станций, выполненных в соответствии с требованиями федеральных норм и правил в области использования атомной энергии, устанавливающих:

- требования к устройству и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов АЭУ;

- требования к устройству и эксплуатации локализующих систем безопасности АС;

- правила контроля металла оборудования и трубопроводов АЭУ при изготовлении и монтаже (ПК);

ГОСТ 2789 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 23829 Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения

ГОСТ 25347 (ISO 286-2:2010) Основные нормы взаимозаменяемости. Характеристики изделий геометрические. Система допусков на линейные размеры. Ряды допусков, предельные отклонения отверстий и валов

ГОСТ Р 50.05.05 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Ультразвуковой контроль основных материалов (полуфабрикатов)

ГОСТ Р 55724 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые

ГОСТ Р 55808 Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 50.05.15, ГОСТ Р ИСО 5577, ГОСТ Р 55724, ГОСТ 23829, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 головная волна: Продольная волна, распространяющаяся вдоль контактной (и/или донной) поверхности контролируемого(ой) элемента (среды), и сопутствующие ей боковые (продольная и поперечная) волны.

3.2 дефект: Каждое отдельное несоответствие оборудования, трубопроводов и других элементов АС установленным требованиям.

3.3 эхо-сигнал; эхо-сигнал от отражателя; сигнал: Ультразвуковой сигнал, отраженный от неоднородности среды или границы раздела сред, вернувшийся к излучателю-приемнику.

3.4 условный размер (протяженность, ширина, высота) дефекта: Размер в миллиметрах, соответствующий зоне между крайними положениями преобразователя, в пределах которой фиксируют сигнал от несплошности при заданном уровне чувствительности.

3.5 эквивалентная площадь несплошности: Площадь плоскодонного искусственного отражателя, ориентированного перпендикулярно акустической оси преобразователя и расположенного на том же расстоянии от поверхности ввода, что и несплошность, при которой значения сигнала акустического прибора от несплошности равны.

3.6 эквивалентная высота корневой трещиноподобной несплошности: Высота углового перпендикулярного донной поверхности отражателя (двугранный угол паза и донной поверхности), расположенного на том же расстоянии от поверхности ввода, что и несплошность, при которой значения сигнала от несплошности и паза равны.

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

- диаграмма-график зависимости амплитуд эхо-сигнала, расстояния до несплошности, эквивалентного диаметра (или площади) несплошности;

- диаграмма-график зависимости амплитуд эхо-сигнала, расстояния до несплошности, эквивалентного диаметра (или площади) несплошности, при УЗК методом "тандем";

Решения для контроля аустенитных сталей

Аустенитная нержавеющая сталь - это тип стали, который содержит в себе значительное количество хрома, достаточное для образования той самой «аустенитной», а нужное количество никеля и марганца, придают стали хорошую формуемость, пластичность и коррозионную стойкость (а также делают сталь немагнитной) в широком диапазоне агрессивных сред.

Типичный состав аустенитной стали содержит 18% хрома и 8% никеля

Свою прочность аустенитная нержавеющая сталь получает за счет холодного наклепа — нагартовки. Аустенитные стали могут получать деформационное упрочнение до значительно более высоких величин, чем ферритные нержавеющие стали. При деформациях порядка 80-90 % предел текучести достигает 980-1170 МПа, а предел прочности — 1170-1370 МПа.

Применение

Аустенитные нержавеющие стали являются немагнитными, что дает им преимущество во многих применениях. Так данный вида стали широко используется в судостроении, нефтехимии и атомной энергетике благодаря ее превосходной стойкости к коррозии и окислению.

Судостроение: чаще встречаются плоские сварные швы.
Нефтехимия: сварка труб - обычное дело. Трубы в основном изготавливаются из двухфазной стали 304, 316, толщиной 10-40 мм, НД 100-300 мм.
Ядерная энергетика: стыковые сварные швы больших конструкций. Конструкции в основном изготавливаются на никелевой основе толщиной ≥90 мм.

Независимо от отрасли , в каждой из них нужен качественный контроль аустенитных сварных соединений. И тут возникают свои сложности и проблемы. Крупные аустенитные зерна вызывают отклонение, расщепление и затухание ультразвукового луча, и, как следствие, при контроле классическим ультразвуковым методом, а также с применением обычных датчиков на фазированной решетке (с одномерной линейной матрицей) дефекты сварки могут быть не обнаружены.

Сложности проведения контроля аустенитных сталей:

Крупнозернистая структура приводит к отклонению, рассеянию и затуханию луча

Анизотропная среда искажает акустический тракт

Затухание в сварном шве серьезнее, чем в основном материале, это вызывает отражение, преломление и расщепление на поверхности раздела

Классический ультразвук и ФР с поперечной волной не могут обеспечить контроль с хорошим отношением Сигнал/Шум

Продольная волна не может охватить приповерхностную зону

Толстые стены не могут быть полностью проконтролированы за один проход

Решение:

DMA. Раздельно-совмещенные матричные преобразователи ФР

Две группы. Две группы элементов и разные углы для полного покрытия всей площади сварного шва.

Режим TR. Поддержка передачи и приема продольных волн для лучшего проникновения и приповерхностного разрешения.

Creeping Wave. Использование головной волны для покрытия приповерхностных слоев.

Регулируемая область фокусировки. Область фокусировки в форме ромба может быть отрегулирована для покрытия контролируемой толщины.

SNR. «Эффект псевдофокуса» обеспечивает лучшую фокусировку и отношение Сигнал/Шум.

Предлагаемые нами преобразователи DMA преобразователи

Преобразователи DMA SIUI, в комбинации с дефектоскопом SyncScan, используют ультразвуковые фазированные решетки (вместо традиционного ультразвука) для обеспечения расширенного диапазона контроля крупнозернистых аустенитных сплавов, сплавов Инконель и сварных швов.
Преобразователи DMA сочетают преимущества S-скана сфокусированных продольных волн и режима Р-С для выявления продольных дефектов.

SIUI предлагает два типа стандартных DMA ПЭП — преобразователь 2,25 МГц и преобразователь 4 МГц — которые представляют готовое решение для контроля широкого спектра аустенитных материалов и кромок сварных швов, в т.ч. сварные соединения разнородных металлов и сварные соединения из коррозионно-стойких сплавов (CRA).

Особенности:

● Поддержка передачи и приема продольных волн для контроля сварных швов в зернистых материалах.

● Лучшее проникновение и приповерхностное разрешение.

● «Эффект псевдофокуса» позволяет настраивать зону фокусировки для широкого охвата.

● Отличная фокусировка и отношение Сигнал/Шум.

● Призмы с разными AOD для лучшего контакта.

Преобразователь DMA 4.0DM16х2-1.0-3.0

Рекомендуемая толщина для контроля: 6 ‐ 40 мм

Данный преобразователь имеет следующую конфигурацию: в одном корпусе датчика (генератор или приемник) содержится по матрице 2×16 из мелких пьезоэлементов. Поскольку в преобразователе на вторичной оси содержится два элемента, для контроля труб, а также для псевдо-фокусировки, используются призмы с механическим углом скоса.

Призмы сконструированы таким образом, что элементы генератора и приемника конструктивно звукоизолированы , что позволило сделать призмы для датчиков DMA компактного размера, без использования демпфирующих элементов с высоким уровнем затухания, как в классических призмах для датчиков на фазированных решетках. Данные призмы позволяют расширить глубину фокусировки, обеспечивая тем самым лучшее отношение сигнал-шум и больший путь звуковой волны в материале.

В зависимости от задач и условий контроля сварных соединений из аустенитных материалов наша компания может предложить датчики DMA с частотой от 2,5 МГц до 4,5 МГц и набор призм для контроля труб диаметром от 45 мм до плоской поверхности.

Преобразователь 2.25DM7×4-2.71-3.0

Рекомендуемая толщина стенки: 40 ‐ 90 мм

Модель ПЭП	Частота (МГц)	Кол-во элементов	Шаг (мм)	Активная апертура (мм)	Тип призм
2.25DM7×4-2.71-3.0	2,25	(7×4)×2	2.71×3.0	(19×12)×2	D19N55L-I-(AOD-XX) D19N70L-I-(AOD-XX) D19N80L-I-(AOD-XX)

Призмы AOD могут быть притерты под различные диаметры для лучшего акустического контакта

Имитация зоны распространения луча, для обеспечения полного покрытия контролируемой области. Вид спереди/сверху/сбоку, демонстрируют зону распространения луча.

Интерфейс настройки TR

Программное обеспечение для ПК SuporUp

SuporUp - это программное обеспечение для анализа данных:

Для решения задач по контролю аустенитных швов, мы советуем использовать такое оборудование как ультразвуковой дефектоскопSyncScan 32:128 PAUT & 2 TOFD или нашу новинку ультразвуковой дефектоскоп SyncScan 3 это 64:128PR PAUT дефектоскоп с реализацией метода общей фокусировки (TFM) и поддержкой до 4 каналов TOFD совместно с DMA Датчиками и Призмами.

Отзывы

ТОО "Интеринж-Алматы" занимается проведением неразрушающего контроля на крупных нефтегазовых объектах западного Казахстана.

Хотим выразить благодарность нашему надежному партнеру представительству SIUI за поставку оборудования для проведения ультразвукового контроля. Специалисты нашей компании работают уже с тремя установками SyncScan (32:128+2TOFD/UT) применяя для контроля метод Фазированной Решетки и ТОФД совместно с различными сканерами: низкопрофильный цепной сканер lps-02 удобен для контроля малых труб до 100 мм, цепной сканер LPS-06 для контроля одним датчиком труб от 60 до 370 мм, CPS-01A для контроля Фазированной Решеткой и ТОФД труб от 100 до 1000 мм, автоматизированный сканер для картографии коррозии CUS-01 с датчиком с иммерсионной ванной.

Специалисты нашей компании обладают 3 уровнем PAUT, работой с SIUI довольны, более чем за три года работы с SyncScan у нас не было проблем и заменялись только расходные материалы, а приборы проявили себя как надежный инструмент для решения задач ультразвукового контроля.

Читайте также: