Способ определения целесообразного числа неразрушающих контролей изделия

Способ определения целесообразного числа неразрушающих контролей изделия

Реферат

 

Изобретение относится к методам выявления основных требований, предъявляемых к той или иной методике неразрушающего контроля изделий для получения достоверных результатов такого контроля. Способ определения целесообразного числа неразрушающих контролей изделия заключается в том, что выбирают изделие, подлежащее контролю, выбирают метод неразрушающего контроля, определяют для изделия места наиболее вероятного возникновения технологических и/или эксплуатационных дефектов, изготавливают тест-образец в форме изделия или его наиболее ответственной части из того же материала и по той же технологии, что и изделие, при этом в тест-образец закладывают одну или две из двух групп расположенных случайным образом дефектов, в соответствии с выбранным методом неразрушающего контроля выбирают технические средства неразрушающего контроля, операторы неразрушающего контроля проводят контроль тест-образца, при этом определяют число дефектов, выявленных первым оператором N_обн1, затем определяют суммарное число дефектов, выявленных первым и вторым оператором хотя бы один раз - N _обн2, и т.д. до тех пор, пока результаты контроля двух последних операторов ничего не добавят к результатам контролей предшествующих операторов. Количество упомянутых предшествующих операторов принимается числом предельно целесообразных контролей реальных изделий. Данное изобретение позволяет произвести оценку количества циклов испытаний методами неразрушающего контроля для реально эксплуатируемого изделия. 2 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля (далее НК) несплошностей, неоднородностей и других дефектов материала изделия или группы изделий (деталей, элементов конструкций и т.п.), в том числе ультразвукового, вихревого, радиографического и других методов НК. Область применения изобретения - изготовление, монтаж и эксплуатация изделий современного машино- и приборостроения, включая транспорт (автомобильный, авиационный, железнодорожный, водный), энергетику (тепловую, атомную и др.), нефтехимию, в том числе нефте-, газо- и продуктопроводы, сосуды и хранилища, общее машиностроение и т.п.

Прототипом изобретения является нормативный документ Госатомнадзора России “Правила устройства и безопасной эксплуатации АЭС” (ПНАЭТ - 07 008-86). Правила предусматривают следующие виды неразрушающего контроля оборудования и трубопроводов АЭС: 1) выходной контроль изделия на заводе-изготовителе; 2) входной контроль изделия в момент поступления его на площадку АЭС; 3) контроль изделия в период монтажа и пусконаладочных работ (до трех контролей); 4) контроль в первые три года эксплуатации; 5) эксплуатационный контроль с периодичностью 1 раз в 4 года (для оборудования реакторной установки); 6) внеочередной контроль после ремонта или по требованию органов Госатомнадзора.

Указанные выше требования приводят к тому, что с момента изготовления и до конца проектного срока эксплуатации изделие контролируется 10 и более раз.

Практика показывает, что в подавляющем числе случаев неразрушающего контроля на заводе-изготовителе перед началом эксплуатации и во время эксплуатации выявляются дефекты технологической природы или дефекты, развившиеся из технологических дефектов под действием эксплуатационных воздействий.

Зарождение новых дефектов при эксплуатации в проектных условиях невозможно (требование ПМАЭГ-02-008-86, Нормы расчета на прочность АЭС - Госатомнадзор России, М., Машиностроение, 1986 г.). Если и происходит зарождение и рост дефектов во время эксплуатации, то это связано, как правило, с грубым нарушением проектных условий эксплуатации.

Таким образом, в случае отсутствия грубых нарушений проектных условий эксплуатации в процессе указанных выше 10 и более неразрушающих контролей контролируются дефекты технологической природы или дефекты, развивающиеся из технологических дефектов под действием технологических нагрузок.

Недостаток существующей практики проведения НК на ответственных объектах современной техники, закрепленной в действующих Нормативных Документах, например, Госатомнадзора России для АЭС состоит в том, что на заводе - изготовителе и в период до начала эксплуатации проводится несколько контролей, которые не обеспечивают выявление всех технологических дефектов. Оставшиеся в изделие технологические дефекты выявляются в процессе следующих контролей, которые проводятся с определенной периодичностью на действующем оборудовании.

Ремонт технологических дефектов во время эксплуатации на много дороже, чем в заводских условиях или во время монтажа и пусконаладочных работ. В условиях действующей АЭС ремонт также связан с облучением ремонтного персонала.

Кроме того, ремонт во время эксплуатации принципиально имеет более низкое качество по сравнению с ремонтом в заводских условиях или в условиях монтажа и пусконаладочных работ.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в определении предельно целесообразного числа контролей для данного изделия, выполнение которых приведет к выявлению всех технологических дефектов, которые возможно выявить данным методом НК.

Кроме того, если до начала эксплуатации провести предельно целесообразное число контролей, тогда позднейший контроль изделия этим же методом НК становится излишним.

Т.о. определение предельно целесообразного числа контролей для данного изделия приведет до начала эксплуатации изделия к значительному снижению стоимости необходимых ремонтов выявленных дефектов, повысит качество ремонтов. В случае ремонтов оборудования АЭС приведет к значительному снижению дозозатрат персонала АЭС.

Технический результат достигается за счет того, что: для конкретного изделия определяют место наиболее вероятного возникновения технологических и/или эксплуатационных дефектов; с учетом реальных эксплуатационных нагрузок и условий определяют для изделия методами механики разрушения несплошности:

- допустимых в эксплуатации размеров, а также по действующим нормативным документам и/или ТУ на изготовление;

- допустимые размеры несплошностей при изготовлении (нормы дефектов изделия);

изготавливается тест-образец по форме и в масштабе примерно 1:1 к изделию или его наиболее ответственной части (наиболее ответственная часть изделия - это та часть изделия, в которой наиболее вероятно возникновение дефектов (сварные швы, места максимальных эксплуатационных воздействий и т.п. или разрушение которых представляет опасность), тест-образец выполняют из того же материала и по той же технологии, что и изделие (выполнение тест-образца в большем или меньшем масштабе приведет к искажению результатов, так же как и выполнение его из материала, отличного от материала изделия); в тест-образцы закладывают искусственные дефекты одного или двух типов:

- дефекты, размеры которых лежат в интервале от размеров допустимых при изготовлении дефектов до размеров дефектов, допустимых при эксплуатации,

- дефекты, размеры которых лежат в интервале от размеров минимальных доступных для выявления дефектов до размеров дефектов, допустимых при изготовлении (при этом допустимо, чтобы верхняя граница интервала размеров превышала размеры дефектов допустимых при изготовлении).

При этом дефекты имитируют дефекты технологической и/или эксплуатационной природы (эксплуатационные дефекты - дефекты, которые могут развиться от технологических дефектов или зародиться и развиться под действием эксплуатационных нагрузок (трещины усталости, трещины коррозионного растрескивания под напряжением и т.п.), технологические дефекты - это дефекты, возникновение которых связано с особенностями технологии изготовления или монтажа (непровары, несплавления, поры и т.п.)).

Все заложенные дефекты должны быть скрытыми от операторов НК, т.е. быть внутренними (подповерхностными) или, если дефект поверхностный, располагаться в месте, недоступном для визуального обнаружения (или иметь размеры, которые невозможно зафиксировать визуально).

Также следует отметить, что дефекты располагают в образце случайным образом, например, нумеруя их и пользуясь таблицами случайных чисел.

Минимальное допустимое расстояние между дефектами определяют исходя из условия существования одиночных дефектов (если закладываются одиночные дефекты) или меньше - для групповых трещин (условия взаимного влияния известны, например Методические рекомендации МР 108.7-86, М, ЦНИИТМАШ, 1986).

Число дефектов должно быть достаточным для статистической обработки результатов, например не менее 9шт. (При меньшем количестве результаты менее достоверны.) (Любой дефект консервативно можно смоделировать трещиной, а любую трещину можно описать эллипсом с полуосями: короткой а и длинной с.)

Возможны различные варианты закладки дефектов в тест-образец:

в тест-образец закладывают дефекты в виде эллипсов, а соотношение осей эллипса принимают исходя из условия максимальной скорости роста дефекта в эксплуатационном поле напряжений;

в тест-образец закладывают дефекты в виде эллипсов, при этом соотношение осей эллипса принимают произвольное, а в качестве характеризующей размер дефекта величины принимают площадь плоскостного дефекта или площадь проекции объемного дефекта на плоскость вероятного развития дефекта;

в тест-образец закладывают дефекты в виде эллипсов, при этом количество дефектов и соотношение осей эллипса выбирают с использованием математических методов планирования эксперимента, исходя из условия минимизации числа закладываемых дефектов (Дэниел К. Применение статистики в промышленном эксперименте. М., Мир, М. 1979);

В случае, если закладываемые в тест-образец дефекты не имеют форму эллипса, то их схематизируют эллипсами.

В случае контроля радиографическим методом контроля изготавливают тест-образец в форме изделия или наиболее ответственной его части, из того же материала и по той же технологии, что и изделие. В образце выполняют цилиндрическое отверстие. Тест-образец содержит цилиндрический вкладыш для закладки его в упомянутое отверстие. Вкладыш выполняют из того же материала и по той же технологии, что и участок тест-образца, в котором выполняется отверстие для вкладыша. Во вкладыш закладывают искусственные дефекты, размеры которых лежат в интервале от размеров минимальных доступных для выявления дефектов до размеров дефектов, допустимых при эксплуатации, при этом заложенные дефекты имитируют дефекты технологической природы.

Отверстие для вкладыша выполняют в той части изделия, в которой появление дефектов во время изготовления и эксплуатации наиболее вероятно (сварные швы, места концентрации напряжения и т.п.).

Вкладыш выполняют из того же материала, что и участок тест-образца, в котором выполнено отверстие под вкладыш, и изготовляется по той же технологии, например, если хотят исследовать качество сварного шва, то вкладыш изготавливают из наплавленного металла, той же марки электрода, что и сварной шов.

Цилиндрическая форма вкладыша позволяет поворачивать его вокруг своей оси, в результате чего меняется пространственная ориентация заложенных в него дефектов при остающихся постоянными размерах. Что в свою очередь позволяет определить выявляемость дефекта в зависимости от его ориентации. Вкладыш изготавливается по свободной посадке.

Во вкладыш закладывают дефекты в виде эллипсов, а соотношение осей эллипса принимают исходя из условия максимальной скорости роста дефекта в эксплуатационном поле напряжений.

Во вкладыш закладывают дефекты в виде эллипсов, при этом соотношение осей эллипса принимают произвольное, а в качестве характеризующей размер дефекта величины принимают площадь плоскостного дефекта или площадь проекции объемного дефекта на плоскость вероятного развития дефекта.

Во вкладыш закладывают дефекты в виде эллипсов, при этом количество дефектов и соотношение осей эллипса выбирают с использованием математических методов планирования эксперимента, исходя из условия минимизации числа закладываемых дефектов;

В случае, если закладываемые во вкладыш дефекты не имеют форму эллипса, то их схематизируют плоскими дефектами, имеющими форму эллипса.

Возможно выполнение нескольких отверстий в тех частях изделия, в которых появление дефектов во время изготовления и эксплуатации изделия наиболее вероятно.

При исследовании изделия, имеющего сварные соединения, вкладыш выполняется из наплавленного металла, той же марки электрода, что и сварной шов.

Определяют методы НК, технические средства и операторов НК, которые должны быть использованы на заводе-изготовителе, при входном контроле и предэксплуатационном контроле. Если операторы НК контроля не определены, тогда приглашают операторов НК с квалификацией, соответствующей квалификации операторов, которые будут проводить контроль реальных изделий на заводе-изготовителе, при входном контроле и предэксплуатационном контроле.

Каждый из операторов НК проводит контроль тест-образца независимо от остальных операторов. Определяют число дефектов, выявленных первым оператором N _обн1. После проведения второго контроля вторым оператором НК определяют суммарное число дефектов, выявленных первым и вторым оператором хотя бы один раз - N_обн2. Проводят контроль третьим оператором, после третьего контроля определяют суммарное число дефектов, выявленных первым, вторым и третьим оператором хотя бы один раз - N_обн3, и т.д. до тех пор, пока результаты контроля двух последних операторов ничего не добавят к результатам контролей предшествующих k операторов:

N _обн1<N_обн2<N_обн3<…N _обнk=N_обнk(k+1)=N_обн1(k+2).

Число контролей k, выполненных независимыми операторами, количество которых равно k, принимается числом предельно целесообразных контролей реального изделия на стадии выходного контроля изделия на заводе-изготовителе, входного контроля и контроля во время монтажных и пусконаладочных работ.

Изобретение проиллюстрировано чертежами.

фиг.1 - схематизация дефекта эллипсом;

фиг.2 - семейство дефектов критического размера (кривая 1); допустимых дефектов во время эксплуатации, определенных методами механики разрушения (кривая 2) и допустимых дефектов при изготовлении (кривая 3).

(Семейство дефектов - это совокупность всех возможных дефектов в данном элементе конструкции, в том числе по ориентации и по месту расположения в данном элементе конструкции, по размерам, по форме).

Пример:

Изделие: главный циркуляционный трубопровод реакторной установки, используемой на атомных электростанциях.

Характеристики изделия: сталь типа 22К с пределом текучести =320 МПа, плакированная с внутренней стороны трубопровода нержавеющей сталью аустенитного класса; сварные швы расположены как поперек оси трубопровода, так и вдоль оси; толщина стенки по основному металлу трубопровода S=34 мм; внутренний диаметр трубопровода D=800 мм.

Условия эксплуатации изделия: температура рабочая 270°С; давление рабочее 80 кг/см²; назначенный срок службы 30 лет.

Нормы дефектов: на стадии изготовления (нормы дефектов) (кривая 1 на фиг.2) допускается скрытая несплошность диаметром до 2.3 мм (эквивалентная площадь дефекта при УЗК 4 мм²), допустимые во время эксплуатации дефекты, определенные по нормативной методике М-02-91, представлены на фиг.2 кривой 2.

Определяют размеры и число дефектов, которые надо заложить в тест-образец. Число дефектов каждого типа 10 шт. (Любой дефект консервативно можно смоделировать трещиной, а любую трещину можно описать эллипсом с полуосями: короткой а и длинной с.)

Результаты контролей, проведенных независимыми операторами НК,

следующие.

По полученным результатам можно сделать следующие рекомендации.

Перед началом эксплуатации целесообразно провести 6 контролей разными операторами НК.

Т.о. предложенный способ заключается в следующем: выбирают изделие, подлежащее контролю, выбирают метод неразрушающего контроля, которым будут контролировать изделие, определяют для изделия места наиболее вероятного возникновения технологических и/или эксплуатационных дефектов, с учетом реальных эксплуатационных нагрузок и условий определяют для изделия несплошности критических при эксплуатации размеров, допустимых в эксплуатации размеров, а также допустимых при изготовлении размеров, изготавливают тест-образец в форме изделия или его наиболее ответственной части из того же материала и по той же технологии, что и изделие, при этом в тест-образец закладывают одну или две из двух групп расположенных случайным образом дефектов: дефекты, размеры которых лежат в интервале от размеров допустимых при изготовлении дефектов до размеров дефектов, допустимых при эксплуатации; дефекты, размеры которых лежат в интервале от размеров минимальных доступных для выявления дефектов до размеров дефектов, допустимых при изготовлении (допустимо, чтобы верхняя граница интервала превышала размеры дефектов, допустимых при изготовлении), при этом закладываемые дефекты первой группы имитируют дефекты технологической и/или эксплуатационной природы, а второй группы -технологической природы, в соответствии с выбранным методом неразрушающего контроля выбирают технические средства неразрушающего контроля, операторы неразрушающего контроля проводят контроль тест-образца, при этом их квалификация соответствует квалификации операторов, которые будут проводить контроль реальных изделий на стадии выходного контроля изделия на заводе-изготовителе, входного контроля и контроля во время монтажных и пусконаладочных работ, при этом каждый из операторов неразрушающего контроля проводит контроль независимо от остальных операторов, причем определяют число дефектов, выявленных первым оператором N_обн1, после проведения второго контроля вторым оператором неразрушающего контроля определяют суммарное число дефектов, выявленных первым и вторым оператором хотя бы один раз - N_обн2, после проведения третьего контроля третьим оператором определяют суммарное число дефектов, выявленных первым, вторым и третьим оператором хотя бы один раз – N _обн3, и т.д. до тех пор, пока результаты контроля двух последних операторов ничего не добавят к результатам контролей предшествующих операторов, число которых равно k:N_обн1 <N_обн2<N_обн3<…<N_обнк N_обн(k+1)=N_oбн(k+2), число контролей k, выполненных независимыми операторами, количество которых равно k, принимается числом предельно целесообразных контролей реальных изделий на стадии выходного контроля изделия на заводе-изготовителе, входного контроля и контроля во время монтажных и пусконаладочных работ.

Формула изобретения

Способ определения целесообразного числа неразрушающих контролей изделия, заключающийся в том, что выбирают изделие, подлежащее контролю, выбирают метод неразрушающего контроля, которым будут контролировать изделие, определяют число неразрушающих контролей, отличающийся тем, что определяют для изделия места наиболее вероятного возникновения технологических и/или эксплуатационных дефектов, с учетом реальных эксплуатационных нагрузок и условий определяют для изделия несплошности: критических при эксплуатации размеров, допустимых в эксплуатации размеров, а также допустимых при изготовлении размеров, изготавливают тест-образец в форме изделия или его наиболее ответственной части из того же материала и по той же технологии, что и изделие, при этом в тест-образец закладывают одну или две из двух групп расположенных случайным образом дефектов: дефекты, размеры которых лежат в интервале от размеров допустимых при изготовлении дефектов, до размеров дефектов, допустимых при эксплуатации; дефекты, размеры которых лежат в интервале от размеров минимальных доступных для выявления дефектов до или несколько больших размеров дефектов, допустимых при изготовлении, при этом закладываемые дефекты первой группы имитируют дефекты технологической и/или эксплуатационной природы, а второй группы - технологической природы, в соответствии с выбранным методом неразрушающего контроля выбирают технические средства неразрушающего контроля, операторы неразрушающего контроля проводят контроль тест-образца, при этом их квалификация соответствует квалификации операторов, которые будут проводить контроль реальных изделий на стадии выходного контроля изделия на заводе-изготовителе, входного контроля и контроля во время монтажных и пуско-наладочных работ, при этом каждый из операторов неразрушающего контроля проводит контроль независимо от остальных операторов, причем определяют число дефектов, выявленных первым оператором Н_обн1, после проведения второго контроля вторым оператором неразрушающего контроля определяют суммарное число дефектов, выявленных первым и вторым оператором хотя бы один раз - N_обн2, после проведения третьего контроля третьим оператором определяют суммарное число дефектов, выявленных первым, вторым и третьим оператором хотя бы один раз - N_обн3, и т.д. до тех пор, пока результаты контроля двух последних операторов ничего не добавят к результатам контролей предшествующих операторов, число которых равно k: N_oбн1 <N_oбн2<N_oбн3<…<N_oбнk =N_oбн(k+1)=N_oбн(k+2), число контролей k, выполненных независимыми операторами, количество которых равно k, принимается числом предельно целесообразных контролей реальных изделий на стадии выходного контроля изделия на заводе-изготовителе, входного контроля и контроля во время монтажных и пуско-наладочных работ.

РИСУНКИ

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 22.03.2008

Извещение опубликовано: 27.03.2010        БИ: 09/2010