Важнейшим фактором обеспечения качественного ультразвукового контроля (УЗК) изделий, материалов, их соединений является обеспечение достоверности и единообразия при проведении контроля, особенно при диагностике объектов повышенной опасности, арбитражных проверках и отработке технологий.
Прочностные характеристики контролируемых материалов и соединений зависят от размеров дефектов, их плотности, вида и ориентации (объемные или плоскостные), координат расположения в изделии.
Плотность, вид, ориентация и координаты определяются благодаря стандартным технологиям ультразвукового (УЗ) прозвучивания и измерения времени прохождения ультразвука до данных дефектов. Произведение этого времени на скорость распространения ультразвука в материале позволяет определять искомое расстояния в объекте контроля, и рассчитать вышеуказанные характеристики.
Размеры же дефектов можно оценить, применяя:
- Современные ультразвуковые дефектоскопы, позволяющие измерять эквивалентные площади этих дефектов (используя АРД диаграммы и опорные ультразвуковые сигналы от донной поверхности контролируемого материала или стандартного образца известной толщины, изготовленного из этого же материала, т. е. с таким же затуханием и скоростью распространения ультразвука)
- Применяя опорные УЗ сигналы от искусственных отражателей, нормированных по отражающей ультразвуковой сигнал площади (мм2), и конфигурации (угловой, цилиндрический, дисковый, зарубка, сегментный и т.п.), изготовленных в стандартных образцах (СО) из известного (по затуханию и скорости распространения УЗ) материала. Соотношение эффективных площадей дефектов, обнаруженных на определенных расстояниях в контролируемых изделиях, и площади известного искусственного отражателя в СО, коррелируют с отношением амплитуд ультразвуковых сигналов (в дБ) от них, измеряя ультразвуковыми дефектоскопами.
Таким образом, достоверность, единообразие ультразвукового контроля, как в первом, так и во втором случаях, напрямую зависит от правильности выбора, достоверности и единообразия опорных сигналов от искусственных отражателей, изготавливаемых в стандартных ультразвуковых образцах, которые выполняют функцию мер физических величин скорости распространения ультразвука, затухания ультразвука и эффективной (отражающей ультразвук) площади искусственных дефектов.
Ультразвуковой же дефектоскоп в первом случае выполняет функцию средства измерительной техники прямого действия, а во втором случае — средства измерительной техники сравнения (компаратора).
Согласно ГОСТ 8.315-91 все стандартные образцы состава и свойств материалов и изделий по своему статусу подразделяются на государственные — ГСО, отраслевые — ОСО и стандартные образцы предприятий СОП. В ультразвуковой дефектоскопии и толщинометрии стандартные образцы предназначены для хранения, воспроизведения и передачи физических величин:
- Скорости распространения ультразвука (м/с),
- Затухания ультразвука (дБ) или коэффициента затухания (дБ/см),
- Эффективной площади дефекта (мм2),
- Эффективной толщины материала (мм).
В настоящее время в Украине нашли применение следующие стандартные ультразвуковые образцы:
Государственные стандартные образцы
Эти образцы предназначены для хранения и передачи единиц измерения скорости распространения ультразвука, затухания ультразвука, эффективной толщины и эффективной площади ультразвуковых отражателей отраслевым стандартным образцам, ультразвуковым дефектоскопам и толщиномерам.
Государственные стандартные образцы ослабления ультразвука
ГСО ОУ-1-1 (ГСО 4239-88)
- σпродольных УЗК = 1,3 дБ, Δ = ±1,5 дБ на частоте 5,0 мГц,
- σпродольных УЗК = 14,0 дБ, Δ = ±1,5 дБ на частоте 25,0 мГц,
- Спродольных УЗК = 6430 м/с, Δ = ± 13 м/с.
Рис. 1. ГСО ОУ
ГСО 4239-88 применяют для передачи единицы измерения скорости и затухания ультразвука мерам установок типа УПЭД-2 (МИ 1165-86), УИСУ-2.
ГСО ОУ-1-2 (ГСО 4240-88)
- σпродольных УЗК = 0,5 дБ, Δ = ±1,5 дБ на частоте 5,0 мГц,
- σпродольных УЗК = 2,8 дБ, Δ = ±1,5 дБ на частоте 10,0 мГц,
- Спродольных УЗК = 6060 м/с, Δ = ± 30 м/с.
ГСО ОУ-1-3 (ГСО 4241-88)
- σпродольных УЗК = 0,6 дБ, Δ = ±1,5 дБ на частоте 5,0 мГц,
- Спродольных УЗК = 6060 м/с, Δ = ± 30 м/с.
(ГСО 4240-88) и (ГСО 4241-88) применяют для передачи единицы измерения скорости, затухания ультразвука и опорного сигнала при измерении площади отражателей мерам КМД-4 установок типа УПЭД-2 (МИ 1165-86), УП-10ПУ и УЗТ-1.
ГСО ОУ-1-4 (ГСО 4242-88)
- σпродольных УЗК = 0,1 дБ, Δ = ±1,3 дБ на частоте 1,25 мГц,
- σпродольных УЗК = 1,1 дБ, Δ = ±1,3 дБ на частоте 2,5 мГц,
- Спродольных УЗК = 6376 м/с, Δ = ± 32 м/с.
- σсдвиговых УЗК = 3,0 дБ, Δ = ±1,5 дБ на частоте 2,5 мГц,
- σсдвиговых УЗК = 8,7 дБ, Δ = ±1,5 дБ на частоте 5,0 мГц,
- Ссдвиговых УЗК = 3173 м/с, Δ = ± 30 м/с.
ГСО 4242-88 применяют для передачи единицы измерения скорости и затухания ультразвука мерам установок типа УПЭД-2 (МИ 1165-86).
ГСО ОУ-1-5 (ГСО 4243-88)
- σсдвиговых УЗК = 1,2 дБ, Δ = ±1,0 дБ на частоте 5,0 мГц,
- Ссдвиговых УЗК = 3270 м/с, Δ = ± 71 м/с.
- НØ6 мм = 44,00 мм, Δ = ± 0,05 мм
- НØ1,6 мм = 49,94 мм, Δ = ± 0,05 мм
- НØ1,0 мм = 49,92 мм, Δ = ± 0,05 мм
ГСО 4240-88 применяют для передачи единицы измерения скорости, затухания ультразвука и опорного сигнала при измерении площади отражателей образцов КМД-2, КОУ-2 (СО-2), ГСО-Р(СО-3Р) установками типа УПЭД-2 (МИ 1165-86), УП-10ПУ и УЗТ-1.
Государственные стандартные образцы эффективной толщины
КУСОТ-180 (КМТ-176 М1)
ХФПИ 2.706.010 ТУ
Диапазон эффективных толщин по сталь 40Х13 при скорости распространения УЗ 6050 ± 30 м/с от 0,2 до 300,0 мм,
Рис. 2. ГСО ЭТ
- Δ = ± 0,7 % в диапазоне 0,2-5,0 мм,
- Δ = ± 0,4 % в диапазоне 6,0-10,0 мм,
- Δ = ± 0,3 % в диапазоне 12,0-300,0 мм.
Диапазон эффективных толщин по алюминию Д16Т при скорости распространения УЗ 6300 ± 30 м/с от 1,0 до 300,0 мм,
- Δ = ± 0,7 % в диапазоне 1,0-5,0 мм,
- Δ = ± 0,4 % в диапазоне 6,0-10,0 мм,
- Δ = ± 0,3 % в диапазоне 12,0-300,0 мм.
Диапазон эффективных толщин по латуни Л63 при скорости распространения УЗ 4430 ± 30 м/с от 1,0 до 100,0 мм,
- Δ = ± 0,7 % в диапазоне 1,0-5,0 мм,
- Δ = ± 0,4 % в диапазоне 6,0-10,0 мм,
- Δ = ± 0,3 % в диапазоне 12,0-100,0 мм.
Воспроизведение физических величин в данных образцах проводится на установках высшей точности для измерения скорости ультразвука типа УИСУ-01, УИСУ-2, измерителе скорости и затухания ультразвука типа УС-12ИМ c применением образцовых средств линейно — угловых измерений.
Отраслевые стандартные образцы
КМД2-0 (МД2-0-1; МД2-0-2)
(ЩЮ 5.170.045)
МД2-0-1
Рис. 3. ОСО КМД2-0-1
- Диаметр цилиндрического отражателя 1,6 мм
- Глубина залегания от 0,5 до 50 мм
- σпродольных УЗК не более 1,0 дБ, Δ = ±0,3 дБ на частоте 10,0 мГц,
- Спродольных УЗК = 6030 м/с, Δ = ± 30 м/с.
МД2-0-2
- Диаметр цилиндрического отражателя 1,0 мм
- Глубина залегания от 0,5 до 50 мм
- σпродольных УЗК не более 1,0 дБ, Δ = ±0,3 дБ на частоте 10,0 мГц,
- Спродольных УЗК = 6030 м/с, Δ = ± 30 м/с.
Предназначены для измерения параметров ультразвуковых импульсных дефектоскопов (чувствительности и погрешности измерения координат), получения опорного сигнала от цилиндрических отражателей при аттестации и поверке стандартных образцов предприятий.
КМД4-0 (от МД4-0-1 до МД4-0-25)
(ЩЮ 5.170.041)
Рис. 4. ОСО КМД 4-0
- Диаметры дисковых (плоскодонных) отражателей 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 3,2 мм
- Глубина залегания отражателя от 1,0 до 180 мм
- σпродольных УЗК не более 1,0 дБ, Δ = ±0,3 дБ на частоте 10,0 мГц,
- Спродольных УЗК = 6030 м/с, Δ = ± 30 м/с.
- Разброс Спродольных УЗК в комплекте не более 2 %
Отклонение амплитуд сигналов от однотипных отражателей не более 3 дБ.
Предназначены для измерения параметров (чувствительности и погрешности измерения глубины залегания и эффективной площади отражателя) ультразвуковых импульсных дефектоскопов и получения опорного сигнала от дискового отражателя при аттестации и поверке стандартных образцов предприятий.
ГСП КОУ-2 (СО-1; СО-2; СО-3; СО-4)
(ГОСТ 14782-86; ТУ 25-06.1847-78)
СО-1
Рис. 5. СО-1
- Спродольных УЗК = 2670 м/с, Δ = ± 113 м/с,
- t20 = 20 ± 1 мкс. Δt по глубине = 1,50; 2,24; 3,75 мкс,
- Глубина залегания цилиндрических отражателей Ø 2,0 мм от 5 до 55 мм,
- К20 = -3,0 дБ,
- К50 = -29,0 дБ.
СО-2
Рис. 6. СО-2
- Спродольных УЗК = 5900 м/с, Δ = ± 59 м/с,
- t20 = 20 ± 1 мкс,
- α от 0° до 80°; Δ α = ± 10,
- Глубина залегания цилиндрического отражателя Ø 6,0 мм — 15 и 44 мм,
- Глубина залегания цилиндрических отражателей Ø 2,0 мм — 3 и 8 мм,
- Отклонение амплитуды сигнала от однотипного отражателя Ø 6,0 мм в ГСО ОУ 1-5 не более 2,0 дБ.
СО-3
Рис. 7. СО-3
- Спродольных УЗК = 5900 м/с, Δ = ± 59 м/с,
- ΔR не более 0,1 мм,
- L = от 0 до ± 20 мм; Δ L = ± 0,1 мм
СО-4
Рис. 8. СО-4
- Спродольных УЗК = 3120 м/с, Δ = ± 32 м/с,
- tg α = 0,042.
Комплект образцов типа КОУ-2 предназначен для настройки параметров ультразвуковых импульсных дефектоскопов и получения опорных сигналов от цилиндрического отражателя Ø 6,0 мм и Ø 2,0 мм при проведении ультразвукового контроля, а также при аттестации и поверке стандартных образцов предприятий.
ГСО-Р (СО-1Р; СО-3Р)
(ГОСТ 18576-96)
СО-1Р
- Спродольных УЗК = 2670 м/с, Δ = ± 113 м/с,
- Глубина залегания цилиндрических отражателей Ø 8,0 мм от 5 до 50 мм,
- К20 = -3,0 дБ,
- К50 = -29,0 дБ.
СО-3Р
- Спродольных УЗК = 5900 м/с, Δ = ± 118 м/с,
- t20 = 20 ± 1 мкс,
- α от 0° до 70°; Δ α = ± 10,
- Глубина залегания цилиндрического отражателя Ø 6,0 мм — 15 и 44 мм,
- Глубина залегания цилиндрических отражателей Ø 2,0 мм — 3; 6; 9 и 12 мм,
- Отклонение амплитуды сигнала от однотипного отражателя Ø 6,0 мм в ГСО ОУ 1-5 не более 2,0 дБ.
- ΔR не более 0,1 мм,
- L = от 0 до 20 мм; Δ L = ± 0,1 мм
Рис. 9. СО-3P
Комплект образцов типа ГСО-Р предназначен для настройки параметров ультразвуковых импульсных дефектоскопов (преимущественно рельсовых) и получения опорных сигналов от цилиндрического отражателя Ø 6,0 мм и Ø 2,0 мм при аттестации и поверке стандартных образцов предприятий.
Кроме рассмотренных стандартных образцов для контроля определенных типов изделий используют дополнительные СО, изготовленные в соответствии с ведомственной нормативной документацией.
Поверка (калибровка) отраслевых стандартних образцов проводится путем прямого измерения их характеристик на установках УИСУ-01, УИСУ-2, приборами УС-12ИМ, УД2-70 и другими с применением ГСО ОУ.
Стандартные образцы предприятий
При ультразвуковом контроле конкретных материалов, изделий и соединений, опорные сигналы для настройки ультразвуковых импульсных дефектоскопов, как правило, получают от искусственных отражателей в стандартных образцах предприятий, изготавливаемых из материалов близких по своим акустическим характеристикам (скорости распространения и коэффициенту затухания).
ГОСТ 14782-86 предусматривает несколько типов СОП с искусственными отражателями в виде:
- плоскодонных дисковых отражателей ориентированных перпендикулярно ультразвуковому лучу;
- угловых отражателей в виде зарубки с вертикальной рабочей гранью ориентированной перпендикулярно плоскости сканирования преобразователя;
- цилиндрических отверстий, образующая которых направлена перпендикулярно УЗ лучу;
- сегментных отражателей, с отражающей поверхностью расположенной перпендикулярно акустической оси ПЭП.
Для каждой группы материалов, изделий и соединений подготавливают свои технологические инструкции (отраслевые или предприятий), в которых нормируются формы и размеры искусственных дефектов, классы дефектности которые и связаны с прочностными характеристиками контролируемой продукции.
Таких инструкций может быть большое количество. Однако, учитывая основные отраслевые документы и основные наиболее ответственные виды продукции, в настоящее время в Украине нашли применение стальные стандартные образцы предприятий с отражателями, параметры которых указаны ниже. Обобщенные характеристики отражателей в зависимости от нормативной документации приведены в виде таблицы.
Используемые сокращения:
СОП — стандартный образец предприятия; НД — нормативный документ; Эквив. отр. — эквивалентный отражатель; Sэкв — площадь эквивалентного отражателя; Sотр — площадь отражателя; b — ширина отражателя; h — глубина (высота) отражателя; СО-2 — стандартный образец №2 согласно ГОСТ 14782-86;
Для обеспечения воспроизводимости ультразвукового контроля, повышения его достоверности и единства при изготовлении и эксплуатации ультразвуковых стандартных образцов — как мер физических величин, необходимо приписывать и контролировать следующие характеристики:
- Ультразвуковые характеристики контролируемого материала:
- скорость распространения ультразвука;
- затухание или коэффициент затухания ультразвука;
- геометрические размеры образца;
(Это достигается благодаря изготовлению образцов из контролируемого материала или материала с аналогичными акустическими свойствами).
- Характеристики используемой аппаратуры ультразвукового контроля:
- ультразвуковых дефектоскопов, согласно методикам их поверки (калибровки);
- стандартных образцов с указанием:
- формы и геометрического размера искусственного УЗ отражателя;
- эквивалентной площади искусственного отражателя (мм2) и (или) отклонение (в дБ) амплитуды УЗ сигнала от данного отражателя относительно сигнала получаемого от отражателя в СО более высокого ранга.
- Порядок применения стандартных образцов в соответствии с действующей нормативно-технической документацией, соответствующими методиками проведения ультразвукового контроля конкретного объекта.
Список используемой литературы
- ГОСТ 8.315-91 ГСИ. «Стандартные образцы. Основные положения. Порядок разработки, аттестации, утверждения, регистрации и применения»
- ГОСТ 14782-86 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые»
- ГОСТ 18576-96 «Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы Ультразвуковые»
- МИ 1165-86 ГСИ. «Установка для поверки эхо импульсных дефектоскопов УПЭД-2. Методика поверки и аттестации»
- ОСТ 22-205-88 «Ультразвуковая дефектоскопия сварных соединений грузоподъемных машин»
- ОСТ 26-2044-83 «Швы стыковых и угловых сварных соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Методика ультразвукового контроля»
- РТМ-1с-89 «Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов»
- ВСН-012-88 «Строительство магистральных и промышленных трубопроводов. Контроль качества и приемка работ»
- СНИП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции»
- ГСТУ 3-037-2003 «Посудини та аппарати, що працюють під тиском. Методика ультразвукового контролю зварних з'єднань.»
- СОУ-Н МПЭ 40.1.17.302:2005 «Ультразвуковий контроль зварних з'єднань елементів котлів, трубопроводів і посудин»
- ПНАЭ Г-7-014-89 «Унифицированная методика контроля основного металла (полуфабрикатов) сварных соединений и наплавок оборудования и трубопроводов АЭС. Ультразвуковой контроль. (часть 1)»
- ОП 501 ЦД-75 (РД34.17.302-75) «Основные положения по ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений котлоагрегатов и трубопроводов тепловых электростанций»
- И 23 СД-80 «Инструкция по дефектоскопии гибов трубопроводов из перлитной стали»
- ОП 501 ЦД-97 (РД34.17.302-97) «Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды, сосуды, сварные соединения. Контроль качества. Ультразвуковой контроль. Основные положения»
- ОСТ 92-1173-87 «Соединения сварные. Методы ультразвукового контроля»
Сунцов М. М.
Нач. НТО ГМК СИТ НК
ГП «Днепрстандартметрология»
Черненко А. Н.
НПФ «Ультракон-сервис»