какой стандартный образец используется при измерении угла ввода пэп

Настроечные образцы для ультразвуковой дефектоскопии

Определение термина «настроечный образец» (НО) содержится в ГОСТ Р ИСО 5577-2009 и ГОСТ Р 55724-2013. Под ним подразумевается образец, который изготовлен из того же материала, что и объект контроля (либо схожего с ним по акустическим свойствам), и предназначен для настройки амплитудной и/или временной шкалы ультразвукового дефектоскопа или толщиномера. Ёмкое и точное определение также содержится в знаменитой монографии «Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении», написанной легендарным экспертом в области УЗК – Евгением Фёдоровичем Кретовым. Под образцом там понимается средство для ультразвукового контроля, выполненное в виде твёрдого тела и предназначенное для хранения и воспроизведения геометрических размеров, скорости звука, затухания и иных значений физических величин, по которым, в свою очередь, производится проверка и настройка параметров работы дефектоскопа и пьезоэлектрических преобразователей.

Настроечные образцы представляют собой бруски (пластины/фрагменты труб/гибов/сварные соединения/длинномерный прокат) прямоугольной или иной формы с подповерхностными и/или выходящими на поверхность искусственными отражателями различных размеров, которые специально заложены на разной глубине. Впрочем, п. 6.6 переводного ГОСТ Р ИСО 16810-2016 допускает применение «специальных образцов» не с искусственными, а с «идентифицированными естественными отражателями» (то есть прошедшими метрологическую аттестацию). Как бы то ни было, НО – это один из важнейших атрибутов для УЗ-дефектоскопии, без которого корректная настройка аппаратуры и обеспечение надёжности результатов контроля попросту невозможны. Именно поэтому без образцов (СОП) и мер (СО) не обходится ни один участок УЗК, будь то полевая испытательная лаборатория или ОТК на заводе.

От качества изготовления образцов, в конечном счёте, зависит точность измерения площади и глубины залегания несплошностей, а значит, и результаты отбраковки объектов контроля. Поэтому НО подлежат метрологическому обслуживанию (аттестации), а некоторые комплекты мер есть и в СИ. Срок действия свидетельства об аттестации образцов обычно составляет 3 года. Подробнее о метрологии мы поговорим чуть ниже.

Плоскодонные отражатели в настроечных образцах для УЗД обычно выполняются посредством микрофрезерования на фрезерных и координатно-расточных станках, при котором металл снимают слоями всего по 5–10 мкм. Геометрические характеристики сегментных отражателей, например, регламентированы методикой СТО 00220256-005-2005 (об этом также чуть позже). Вне зависимости от разновидности и способа получения искусственных отражателей, ключевое к ним требование – воспроизводимость характеристик (прежде всего, амплитуды) эхо-сигналов. Ещё одна важная оговорка – по поводу шероховатости, которая также должна быть идентичной шероховатости поверхности у объекта контроля. Чаще всего значение не превышает Rz40.

Поставляются НО с паспортом, сертификатом о калибровке (предоставляется по запросу) и футляром (кейсом). Базовые требования к образцам содержатся в ГОСТ 8.315-2019.

Разберёмся в терминологии

В уже упомянутой нами книге Е.Ф. Кретова, равно как и в томе №3 справочника «Неразрушающий контроль» под редакцией В.В. Клюева, употребляются термины «стандартные образцы» (СО) и «стандартные образцы предприятий» (СОП). Разница между ними в том, что первые – государственные. Их производство регламентировано стандартами, в которых указаны требования к материалам и геометрии. СО (или ГСО) используются на объектах различных категорий, поскольку предназначены для определения фактической точки выхода, стрелы ПЭП, времени задержки в призме, угла ввода, мёртвой зоны. А проверка этих параметров предусмотрена во всех методиках по УЗК, независимо от категории объекта.

СОП – это уже «продукт» ведомственных нормативно-технических документов и руководящей документации, действующей в отдельных отраслях и/или даже на отдельных предприятиях. Стандартные образцы предприятий используют для того, чтобы настраивать амплитудную и временную шкалу – чувствительность, глубиномер, ВРЧ или АРД-диаграммы – для контроля конкретного вида изделий, заданной толщины, из конкретного материала. В ряде случаев НО могут применяться даже вместо СО, если это оговорено в руководящей документации на контроль. Например, из-за большой кривизны поверхности или когда толщина ОК превышает 100 мм и при настройке нужно учесть квазиискривление УЗ-луча и затухание.

Так вот: термины «стандартные образцы» и «стандартные образцы предприятий» были прописаны в ныне утратившем силу ГОСТ 14782-86 (в качестве определений в приложении №1 даны ссылки на ГОСТ 8.315). Поэтому долгое время в обиходе профессионального сообщества употреблялись термины «СО» и «СОП» как официально утверждённые. Однако затем были приняты упомянутые выше ГОСТ Р ИСО 5577-2009 и ГОСТ Р 55724-2013. В них (п. 2.7.3 в первом и п. 3.1.11 во втором) уже употребляется термин «настроечный образец». Он, по идее, пришёл на смену «стандартным образцам» и «стандартным образцам предприятия», правда, в повседневной речи дефектоскопистов УЗК последние по-прежнему употребляются чаще (наряду с распространённым сокращением – «СОПы»). В некоторых источниках также можно встретить термин «испытательные образцы» (например, в ГОСТ 24507-80).

Отдельно надо сказать о так называемых мерах. Мера – это и есть СО. Она также применяется для настройки системы «дефектоскоп + пьезоэлектрический преобразователь» и проведения контроля на опасном производственном объекте, подведомственном Ростехнадзору. Мера должна соответствовать обязательным метрологическим требованиям, предъявляемым к СИ с целью обеспечения единства измерений, и иметь свидетельство о поверке. Если же объект контроля не подпадает под сферу государственного регулирования, то образцы подлежат лишь добровольной калибровке. В п. 3.1.9 указанного выше стандарта также говорится о том, что мера (калибровочный образец) – это образец из определённого материала с заданной чистотой обработки поверхности и режимом термообработки, «предназначенный для калибровки (поверки) и определения параметров» прибора для УЗК.

Наконец, ещё одна «форма исполнения» настроечных образцов – меры моделей дефектов. Под моделью дефекта понимается нарушение сплошности основного металла или сварного соединения, отличающееся неправильной геометрической формой и способное «заменить» реальный дефект при настройке аппаратуры, отработке методик контроля, подготовке персонала и пр. Пример – КМД 2-0. Это комплект из двух брусков с боковыми цилиндрическими отверстиями, при помощи которых у дефектоскопов проверяют чувствительность и погрешность определения координат отражателей.

Для чего предназначены настроечные образцы

1) проверять работоспособность дефектоскопа и ПЭП;

2) производить корректную настройку прибора;

3) обеспечивать достоверность и воспроизводимость результатов контроля;

4) соблюдать требования руководящей документации, обезопасить себя от неприятных последствий по итогам дубль-контроля, независимой инспекции и аудита.

Как это работает

Иногда качество изготовления образцов оставляет желать лучшего. Из-за этого даже на двух, казалось бы, одинаковых зарубках, расположенных по разные стороны, «набегает» разница между сигналами в несколько дБ. Если нет уверенности в том, что настроечный образец выполнен по всем требованиям, то для настройки прибора лучше использовать только какую-то одну зарубку, а не обе.

Говоря о работе с настроечными образцами для УЗ-дефектоскопии, нельзя не вспомнить о пальпировании. «Пальпировать» применительно к СОПам для УЗК – значит аккуратно постукивать пальцем (можно предварительно смочить его в контактной жидкости) по поверхности в области местоположения зарубки. Делают это для того, чтобы наверняка убедиться, что на экране дефектоскопа мы видим сигнал именно от данного отражателя. Если дефектоскопист трогает именно ту зарубку, которую и нужно было найти, то амплитуда обязательно изменится. Это будет заметно на развёртке. Пальпирование – простой и надёжный способ. Главное – следить, чтобы полость БЦО не оставалась заполненной контактной смазкой.

Виды настроечных и калибровочных образцов

Помимо классических стандартных образцов в виде труб и пластин, можно вспомнить также более экзотичные НО – в виде анкерных болтов, шпилек, валов и пр.

И конечно, не будем забывать про настроечные образцы для ультразвуковой толщинометрии. Их также доступно большое множество, от классических «ступенек» до комплектов типа КУСОТ-180. Подробнее о них мы поговорим в отдельном обзоре. А пока – рассмотрим подробнее самые распространённые марки стандартных образцов именно для дефектоскопии.

Тем не менее, СО-1 по-прежнему применяются, особенно в учебных центрах и в лабораториях, где есть ученики дефектоскопистов. При помощи СО-1 демонстрируют разницу в скорости распространения продольных и поперечных волн.

СО-2, СО-2А и СО-2Р

СО-2А отличается от СО-2 тем, что производится из материалов, чьи акустические свойства не совпадают с акустическими свойствами низколегированных и малоуглеродистых сталей. А именно – если, например, значения скоростей распространения продольных волн отличаются более, чем на 5%. Как пример – нержавеющая или аустенитная сталь, алюминий и пр. СО-2А производится из того же сплава, что и сам объект. Сколько именно должно быть отражателей и на каком расстоянии друг от друга (по центрам) они должны находиться – прописывается в нормативно-технической документации на конкретный объект контроля. СО-2А (забегая вперёд – как и СО-3А) упоминается, например, в п. 2.2.1 методики РД 24.201.07-90.

В ГОСТ 18576-96 по контролю рельсов также упоминается СО-2Р. Функционал такой же, как и у СО-2. Отличие же от него состоит в том, что у СО-2Р не один, а два опорных отражателя (диаметром по 6 мм) и не два цилиндрических отверстия диаметром по 2 мм, а четыре – диаметрами 3, 6, 8 и 12 мм.

СО-2Р был создан Анатолием Константиновичем Гурвичем. Задумка состояла в том, чтобы снабдить дефектоскопистов, которые выполняют контроль рельсов, уложенных в путь, одним стандартным образцом, позволяющим производить проверку и настройку всех необходимых в работе параметров УЗ-дефектоскопа и преобразователя. В первую очередь – стрелу ПЭП и точку выхода луча. Большое количество отражателей обусловлено тем, что специалистам при контроле путей и стрелочных переводов приходится иметь дело с самыми разными углами ввода. Отсюда – потребность в 4-х отверстиях для определения мёртвой зоны.

СО-2Р был выпущен ограниченным тиражом и не пошёл в серийное производство – вместо него было решено сделать ставку на СО-3Р. В настоящее время СО-2Р применяется узким кругов специалистов в научно-исследовательских, учебных целях, а также для индивидуального решения сложных технических задач. Например, для проверки стрелы у притёртых преобразователей после механической обработки призмы.

СО-3, СО-3А, СО-3Р

Как и СО-2, образец СО-3 также относится к категории мер. Как указано в приложении А к стандарту ГОСТ Р 55724-2013, СО-3 рекомендовано использовать для того, чтобы проверять точку выхода луча и стрелу наклонного ПЭП (в мм) – по расстоянию между точкой выхода луча до торца ПЭП в направлении прозвучивания. Кроме того, при помощи данного калибровочного образца можно проверять предельную чувствительность дефектоскопа – по опорному сигналу от закругления (радиус которого, к слову, равен 55 мм). Ещё один вариант применения – настройка глубиномера (при работе как с наклонным, так и с прямым преобразователем). Наконец, СО-3 задействуют в случае, когда нужно проверить время распространения УЗ-колебаний в призме (чтобы правильно рассчитать задержку).

В СО-3 нет искусственных отражателей. Главная его особенность – полуцилиндрическая («горбатая») поверхность. Ещё есть метрическая шкала с делениями от 0 до 20 мм (в обе стороны) и центральными рисками.

V1 (К1)

От перечисленных выше настроечных образцов этот отличается тем, что выполнен по международным стандартам ISO 2400-1972 и EN 12223, но упоминается также в российских ГОСТ Р 55724-2013 и РД 34.17.302-97 (ОП 501 ЦД-97). Изделие внешне напоминает СО-3Р, но отличается углом цилиндрической поверхности (не 55, а 100 мм), наличием выступа с пропилом и большим отверстием, в которое запрессован цилиндр из оргстекла диаметром 50 мм. Кроме этого, V1 изготавливается со сквозным цилиндрическим отверстием диаметром 1,5 мм, по которому проверяют предельную чувствительность.

V2 (К2)

Как и в случае с V1, настроечный образец V2 прописан в ГОСТ Р 55724-2013 и одобрен в РД 34.17.302-97 (ОП 501 ЦД-97), но изначально он изготавливается по зарубежным нормативам – ISO 2400:2012, ISO 7963:2006 и др.

Метрологическое обеспечение стандартных образцов для ультразвуковой дефектоскопии

В п. 8.5.7.7 РД-25.160.10-КТН-016-15 и в п. 10.3.1.17 СТО Газпром 2-2.4-083-2006 написано ясно: СОП должны регулярно проходить метрологическую аттестацию и иметь свидетельство о поверке с паспортом.

Однако: на форуме «Дефектоскопист.ру» есть письмо из ФГУП «ВНИИОФИ» №9-5/6210 от 16.10.2013 года, в котором указано, что СО-1, СО-2 и СО-3 – НЕ подлежат утверждению типа СИ и поверке. Их можно применять исключительно для настройки ультразвукового дефектоскопа, но не для поверки и метрологического обслуживания. При этом – требование о наличии паспорта к каждому стандартному образцу по-прежнему актуально.

Другое дело – комплект КОУ-2, состоящий из стандартных образцов СО-1, СО-2, СО-3, СО-4 и предназначенный для базового эхо-импульсного метода при работе с совмещёнными ПЭП, которые имеют плоскую «подошву», рабочую частоту 1,25 МГц и ширину до 20 мм. КОУ-2 выпускался кишинёвским АО «Интроскоп» (Молдова). Комплект был внесён в Госреестр СИ РФ, однако срок свидетельства истёк ещё 27 июня 2016 года. Тем не менее, те образцы, которые были изготовлены до этой даты, по-прежнему признаются в качестве СИ и останутся таковыми вплоть до их полного изнашивания. То есть очень долго, если за ними ухаживать (об этом – чуть ниже).

Зато по состоянию на апрель 2020 года в Госреестре СИ РФ под №65329-16 доступен набор КМУ-55724, свидетельство об утверждении которого действует до 6 октября 2021 года. Правда, в отличие от КОУ-2, КМУ-55724 состоит всего из двух мер – СО-2 и СО-3. Тем не менее, в продаже до сих пор можно встретить так называемые комплекты КОУ-2М, которые, по сути, идентичны КОУ-2, но выпускаются уже другими предприятиями и предназначены не для поверки, а для калибровки, проверки работоспособности и настройки аппаратуры для УЗ-контроля. В Госреестре СИ РФ также зарегистрированы комплекты ККО-3 (состоит из СО-2, СО-3 и СО-3Р) и ККО-2 (V1 и V2).

Кроме КОУ-2 и КМУ-55724, для поверки ультразвуковых дефектоскопов в метрологических центрах применяют комплекты МД2, МД4, МЭТ-300, КМТ-176, КСО-2 (для контроля изделий из алюминиевых сплавов) и др.

Наконец, отдельно стоит упомянуть комплекты мер моделей дефектов КММД, внесённые в Госреестр СИ РФ. Изготавливаются в виде элементов трубопроводов (диаметром 10–1420 мм) либо листовых заготовок толщиной 2–60 мм из материала, аналогичного исследуемому объекту, включая сталь разных марок (3, 20, 15Х1МФ1 и другие), а также титан, латунь, алюминий и др. КММД заявлены как «комплекты образцов чувствительности». Используются как для метрологического обслуживания аппаратуры для акустического контроля, так и для настройки, проверки работоспособности системы дефектоскоп-ПЭП при ручном УЗК. В каждом образце закладываются искусственные отражатели, имитирующие корневые дефекты и соответствующие разным уровням чувствительности – поисковому, браковочному, пороговому и т.д. Шаг между отражателями подбирается исходя из ТЗ заказчика и положений НТД – комплекты КММД разработаны с учётом действующих национальных стандартов, документов «Газпрома», Росатома и пр.

Нечто аналогичное КММД есть и в железнодорожном хозяйстве: поверку аппаратуры для РУЗК и АУЗК осей колёсных пар железнодорожного подвижного состава осуществляют с использованием комплекта мер дефектов КОИД-САУЗК-ОС-1. Его применение прописано в инструкции МУ 07.87-2010. КОИД-САУЗК-ОС-1 есть и в Госреестре СИ РФ, и в реестре ОАО «РЖД». В стандартных образцах из этого комплекта имеются плоскодонные отражатели и цилиндрические отверстия на разных глубинах залегания. Набор содержит до 13 образцов, которые по геометрии и материалу соответствуют чистовой и получистовой осям, шейке, а также средней, подступичной и предподступичной части.

Как ухаживать за СОПами

Где купить настроечные образцы

Вместо заключения

Этот текст не претендует на то, чтобы полностью исчерпать вопрос о стандартных образцах в ультразвуковой дефектоскопии. Для этого едва ли хватило бы докторской диссертации. Можно было ещё поговорить о контрольных образцах (упоминаются в книге В.Г. Щербинского «Технология ультразвукового контроля сварных соединений», 2005 год), которые используются в атомной энергетике для проверки фокусного расстояния прямых раздельно-совмещённых ПЭП, углового отклонения прямых и наклонных ПЭП и пр. Что касается НО по иностранным нормативам, то здесь тоже ещё о многом можно рассказать – например, про калибровочный образец по ISO 19675:2016 для настройки и проверки дефектоскопов, работающих с фазированными решётками (упоминается и в нашем ГОСТ Р 50.05.13-2019, раздел 6.3.5). Свои отраслевые стандартные образцы есть в ж/д отрасли (в их числе – комплекты ОСО, ранее выпускавшиеся фирмой «Радиоавионика»).

Источник

Стандартные образцы

Стандартные образцы применяют для обеспечения единства измерений; проверке основных параметров при аттестации и проверке работоспособности ПЭП; метрологической поверке ультразвуковых дефектоскопов; настройке ультразвукового дефектоскопа на заданный режим работы для контроля конкретного изделия.

Стандартный образец СО-1 применяют для определения условной чувс­твительности, проверки разрешающей способности по лучу и погрешности глубиномера, калиброванного в единицах времени, определения угла призмы ПЭП (рисунок 154). Образец СО-1 изготовлен из органического стекла марки ТОСП по ГОСТ 17622. Скорость распространения продольной ультразвуковой волны на частоте 2,5±0,2 МГц при температуре 20±5°С должна быть равна 2670±133 м/с.

Для настройки условной чувствительности, выражаемой в миллиметрах, в СО-1 предусмотрены отверстия 1 диаметром 2 мм, расположенные на разной глубине (рисунок 154). Глубина расположения этих отражателей указана в миллиметрах на образце около каждого отражателя. Исходящие от отражателей линии соответствуют углам падения волны (т.е. углам призмы ПЭП, выполненной из органического стекла).

Проверку глубиномера дефектоскопов осуществляют путем измерения интервалов времени между зондирую­щим и донными импульсами, отраженными от прорези 7 длиной 70 мм,которая находится на расстоянии 27 ммот рабочей плоскости паза в образце. Интервал времени между зондирующим и первым донным импульсами, а также между любыми двумя последующими донными им­пульсами должен составлять 20±2 мкс.

Концентрические отверстия 5 и ступенчатый выступ 6 на образце СО-1 позволяют оценить разрешающую способ­ность по лучу (по дальности) при контроле наклонным и прямым преобразователями, а шкала 8 на нижней поверхности образца предназначена для определения угла призмы наклонных ПЭП с призмой из органического стекла.

Стандартный образец СО-1Р применяют для определения условной чув­ствительности, выражаемой в миллиметрах, в рельсовых дефектоскопах при контроле эхо-методом (рисунок 155). Образец СО-1P изготовлен из органического стекла марки ТОСП по ГОСТ 17622. Скорость распространения продольной ультразвуковой волны на частоте 2,5±0,2 МГц при температуре 20±5°С должна быть 2670±133 м/с.

CO-1Pотличается от СО-1тем, что в нем отверстия имеют диаметр в пять раз больше –10 ммвместо 2 мм. Это сделано для строгого взаимного соответствия этих образцов, так как глубины залегания соответствующих отверстий в них различны. Кроме того, количество отверстий в СО-1P в два раза меньше, чем в СO-1, так как одно и то же отверстие при озвучивании его с разных рабочих поверхностей может использоваться для настройки на две разные чувствительности (например, на условные чувствительности 20 мм и 40 мм).

Стандартный образец СО-2 применяют для определения условной и предельной чув­ствительности в децибелах, мертвой зоны, погрешности глубиномера, погрешности измерения координат, угла ввода луча, ширины диаграммы направленности ПЭП. Образец СО-2 (рисунок 156) изготовлен из стали марки 20 по ГОСТ 1050 или стали мар­ки 3 по ГОСТ 14637. Скорость распространения продольной волны в образце при темпера­туре 20±5°С должна быть равна 5900±59 м/с.

Шкалы значений угла ввода луча стандартного образца СО-2 градуируют в со­ответствии с уравнением

где H — глубина расположения центра отверстия диаметром 6 мм.

Нуль шкалы должен совпадать с осью, проходящей через центр отверстия диаметром 6+0,3 мм перпендикулярно к рабочим поверхностям образца, с точностью ±0,1 мм.

Настройка дефектоскопа на условную чувствительность, измеряемую в децибелах, также производится по цилиндрическому отверстию диаметром 6 мм, используя шкалы значений угла ввода.

Мертвая зона дефектоскопа с пре­образователем проверяется на отверстиях диаметром 2 мм, расположенных на глубине 3 и 8 мм.

Стандартный образец СО-3 применяют для определения точки выхода ультразвукового луча и стрелы п преобразователя. Стандартный образец СО-3 (рисунок 157) изготавливают из стали марки 20 по ГОСТ 1050 или стали марки 3 по ГОСТ 14637. Скорость распространения продольной волны в образце при температуре 20±5°С должна быть 5900±59 м/с. На боковых и рабочей поверхностях образца долж­ны быть выгравированы риски, проходящие через центр полуокружности и по оси рабочей поверхности. В обе стороны от рисок на боковые поверхности наносят шка­лы. Нуль шкалы должен совпадать с центром образца с точностью ± 0,1 мм.

Рисунок 157 – Образец СО-3

Стандартный образец СО-ЗР (рисунок 158) применяют для определения: условной и предельной чувствительности в децибелах; мертвой зоны; погрешности глубиномера и погрешности измерения координат отражателя; точки выхода луча и стрелы наклонного преобразователя; угла ввода ультразвуковых колебаний. Стандартный образец совмещает в себе функции СО-2 и СО-3. Образец СО-ЗР изготовлен из стали марки 20 по ГОСТ 14637. Скорость рас­пространения продольной волны в материале образца при температуре 20±5°С должна быть 5900±118 м/с.

Источник