ГОСТ Р 52890-2007

ГОСТ Р 52890-2007 Контроль неруйнівний. Акустичний метод контролю напруги у матеріалі трубопроводів. Загальні вимоги

ГОСТ Р 52890-2007
Група Т59

НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Контроль неруйнівний

АКУСТИЧНИЙ МЕТОД КОНТРОЛЮ НАПРУГ У МАТЕРІАЛІ ТРУБОПРОВІДІВ

Загальні вимоги

Non-destructive testing. Визначення stresses в матеріалі pipelines за ultrasound метод. General requirements

ГКС 77.040.10

Дата введення 2010-01-01

Передмова

Цілі та принципи стандартизації в Російській Федерації встановлені Федеральним законом від 27 грудня 2002 р. N 184-ФЗ «Про технічне регулювання», а правила застосування національних стандартів Російської Федерації - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизація в Російській Федерації. Основні положення"

Відомості про стандарт

1 РОЗРОБЛЕНО Нижегородською філією Інституту машинознавства ім. А. А. Благонравова Російської академії наук (НФ ІМАШ РАН), Товариством з обмеженою відповідальністю «ІНКОТЕС» (ТОВ «ІНКОТЕС»), Відкритим акціонерним товариством «Науково-дослідний центр контролю та діагностики технічних систем» (ВАТ «НДЦ КД»)

2 ВНЕСЕН Технічним комітетом зі стандартизації ТК 132 "Технічна діагностика"

3 ЗАТВЕРДЖЕНИЙ І ВВЕДЕНИЙ У ДІЮ Наказом Федерального агентства з технічного регулювання та метрології від 27 грудня 2007 р. N 584-ст

4 ВВЕДЕНО ВПЕРШЕ


Інформація про зміни до цього стандарту публікується в інформаційному покажчику «Національні стандарти», що щорічно видається, а текст змін і поправок — у щомісячно видаваних інформаційних покажчиках «Національні стандарти». У разі перегляду (заміни) або скасування цього стандарту відповідне повідомлення буде опубліковане у щомісячному інформаційному покажчику «Національні стандарти». Відповідна інформація, повідомлення та тексти розміщуються також в інформаційній системі загального користування - на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання та метрології в мережі Інтернет

Вступ

Монтаж та експлуатація трубопровідних систем пов'язані з впливом на їх напружений стан безлічі різних факторів, які не завжди можливо врахувати при розрахунках на міцність будівельних і експлуатованих трубопроводів. Прямі вимірювання механічної напруги в контрольних точках трубопровідної системи можуть бути ефективно використані як для перевірки правильності таких розрахунків, так і для оперативної діагностики технічного стану трубопровідних об'єктів.

Одним з найперспективніших методів вимірювання механічних напруг у матеріалі без його руйнування є акустичний метод, що ґрунтується на пружноакустичному ефекті – лінійній залежності швидкості поширення пружних хвиль від напруг, надійне експериментальне визначення якої забезпечене завдяки наявності сучасної вимірювальної техніки.

Цей стандарт розроблений з метою забезпечення методичної основи застосування методу акустичної тензометрії для уточнення результатів розрахунків міцності складних трубопровідних систем, а також для визначення реального напруженого стану матеріалу трубопроводів різного призначення.

1 Область застосування

Цей стандарт поширюється на акустичний ехо-метод визначення одновісних або двоосьових (осьових та окружних) напруг 1-го роду в матеріалі трубопроводів в умовах пружної деформації.

Цей стандарт встановлює основні вимоги до порядку визначення механічних напруг, усереднених по товщині матеріалу та площі ультразвукового пучка, з використанням об'ємних ультразвукових хвиль, що розповсюджуються в стінці труби в радіальному напрямку. Метод акустичної тензометрії, що встановлюється стандартом, може бути застосований як при стендових випробуваннях труб, так і в натурних умовах, при монтажних, пуско-налагоджувальних роботах і в процесі експлуатації.

Метод, що встановлюється стандартом, може бути використаний для тонкостінних (з ставленням внутрішнього діаметра труби до товщини стінки не менше 20) безшовних і прямошовних металевих труб діаметром понад 325 мм, що застосовуються для будівництва магістральних і технологічних трубопроводів.

2 Нормативні посилання

У цьому стандарті використано нормативні посилання на такі стандарти:

ГОСТ Р 8.625-2006 Державна система забезпечення єдності вимірів. Термометри опору з платини, міді та нікелю. Загальні технічні вимоги та методи випробувань

ГОСТ 12.1.001-89 Система стандартів безпеки праці. Ультразвук. Загальні вимоги безпеки

ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартів безпеки праці. Пожежна безпека. Загальні вимоги

ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартів безпеки праці. Загальні санітарно-гігієнічні вимоги до повітря робочої зони

ГОСТ 12.1.019-79 Система стандартів безпеки праці. Електробезпека. Загальні вимоги та номенклатура видів захисту

ГОСТ 12.1.038-82 Система стандартів безпеки праці. Електробезпека. Гранично допустимі значення напруги дотику та струмів

ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартів безпеки праці. Устаткування виробниче. Загальні вимоги безпеки

ГОСТ 12.2.013.0-91 (МЕК 745-1-82) Система стандартів безпеки праці. Машини електричні ручні. Загальні вимоги безпеки та методи випробувань

ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартів безпеки праці. Процеси виробничі. Загальні вимоги безпеки

ГОСТ 2768-84 Ацетон технічний. Технічні умови

ГОСТ 2789-73 Шорсткість поверхні. Параметри та характеристики

ГОСТ 10587-84* Смоли епоксидно-діанові не затверджені. Технічні умови
______________
* Стандарт діє лише на території Російської Федерації.

ГОСТ 17299-78 Спирт етиловий технічний. Технічні умови

ГОСТ 26266-90 Контроль неруйнівний. Перетворювачі ультразвукові. Загальні технічні вимоги

Примітка — При користуванні цим стандартом доцільно перевірити дію посилальних стандартів в інформаційній системі загального користування — на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання та метрології в мережі Інтернет або за інформаційним покажчиком «Національні стандарти», що щорічно видається, опублікований станом на 1 січня , та за відповідними інформаційними покажчиками, що щомісяця видаються, опублікованими в поточному році. Якщо стандарт посилається (змінений), то при користуванні цим стандартом слід керуватися замінним (зміненим) стандартом. Якщо стандарт зв'язку скасовано без заміни, то положення, в якому дано посилання на нього, застосовується в частині, що не зачіпає це посилання.

3 Позначення та скорочення

3.1 У цьому стандарті застосовані такі позначення:

3.2 У цьому стандарті застосовані такі скорочення:

СР - напружений стан;

ОК - об'єкт контролю;

СІ - засіб вимірювань;

ПЕП - п'єзоелектричний перетворювач.

4 Загальні положення

4.1 Вимірювання осьових та окружних напруг у точці вимірювань виконують методом акустопружності відповідно до загальних вимог методики [1].

4.2 Принцип методу заснований на існуючій в області пружних деформацій лінійної залежності швидкостей поширення об'ємних пружних хвиль у напрямку, перпендикулярному до площини дії напруги, від механічних напруг, що діють в осьовому та окружному напрямках.

4.3 Для тонкостінних труб, навантажених внутрішнім тиском, напруги в радіальному напрямку малі в порівнянні з напругами в осьових та окружних напрямках. Тому напружений стан вважають локально плоским, залежністю швидкостей поширення об'ємних пружних хвиль від радіальної напруги нехтують.

4.4 Для вимірювання осьової та окружної напруги при двовісному напруженому стані використовують зсувні хвилі, поляризовані в напрямках дії напруг, а також поздовжні хвилі.

Для вимірювання одновісної напруги використовують зсувні хвилі, поляризовані вздовж і поперек напряму дії напруги, або зсувну хвилю, поляризовану вздовж напрямку дії напруги, і поздовжню хвилю.

Напрямок поширення хвиль - радіальний (перпендикулярно до площини дії вимірюваної напруги).

4.5 Схема прозвучування матеріалу відповідає луна-методу ультразвукового контролю. Спосіб збудження пружних коливань – контактний. Вид випромінюваного сигналу - «радіоімпульс» з високочастотним (ультразвуковим) заповненням, плавною огинаючої та ефективною тривалістю (на рівні 0,6 максимальної амплітуди) 2-4 періоди основної частоти.

4.6 Випромінювання та прийом акустичних сигналів забезпечують спеціалізовані прийомопередавальні (суміщені) ПЕП поздовжніх та зсувних хвиль за ГОСТ 26266 .

4.7 Вимірювані напруги є усередненими за обсягом ультразвукового пучка, що визначається поперечними розмірами ПЕП та товщиною матеріалу. Як правило, це головна напруга у площині, перпендикулярній до радіального напрямку. Значення напруг відраховують від їх початкового рівня, що відповідає початковим значенням акустичних параметрів , і .

4.8 Розрізняють два режими визначення механічних напруг за даними ультразвукових вимірювань: акустичну тензометрію, коли значення початкових затримок двох зсувних, з взаємно перпендикулярною поляризацією, і поздовжньої хвиль визначають безпосередньо в точці вимірювань до виникнення шуканих напруг, і безнульову акустичну визначають на зразках - представниках матеріалу труби або іншим непрямим способом. Порядок проведення безнульової акустичної тензометрії та оцінки похибки вимірювання у цьому режимі описаний у додатку А.

4.9 Коефіцієнти пружноакустичного зв'язку (КУАС), що застосовуються для переходу від акустичних параметрів до «силових» (значень напруги), є характеристиками матеріалу, що визначаються модулями його лінійної та нелінійної пружності. Значення КУАС для трубних сталей мають бути визначені з максимально допустимою відносною похибкою ±10%.

4.10 Вплив температури на точність вимірювання напруги враховують за допомогою термоакустичного коефіцієнта.

5 Вимоги до безпеки робіт

5.1 До виконання вимірювань та обробки їх результатів допускають операторів, що володіють навичками експлуатації обладнання ультразвукового неруйнівного контролю, які вміють користуватися загальноросійськими та галузевими нормативними і технічними документами по акустичним методам контролю, що пройшли навчання роботі з застосовуваними СІ та атестованих на знання.

5.2 При проведенні робіт з визначення механічних напруг акустичним методом оператор повинен керуватися ГОСТ 12.1.001, ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.3.002 та правилами технічної безпеки при експлуатації електроустановок споживачів по ГОСТ 12.1.021 та ГОСТ 12.1.019.

5.3 Роботи проводять відповідно до вимог безпеки, викладених в інструкції з експлуатації апаратури, що входить до складу використовуваних СІ.

5.4 Загальні санітарно-гігієнічні вимоги до повітря робочої зони – за ГОСТ 12.1.005.

5.5 При організації робіт з визначення механічних напруг акустичним методом повинні бути дотримані вимоги пожежної безпеки згідно з ГОСТ 12.1.004.

6 Вимоги до засобів вимірювань

6.1 В якості СІ використовують установки, зібрані з серійної апаратури, або спеціалізовані прилади для визначення напруги (далі — прилади), сертифіковані та повірені в установленому порядку.

6.2 СІ повинні містити комплект ПЕП, що забезпечують випромінювання та прийом зсувних та поздовжніх пружних хвиль.

6.3 При необхідності до складу СІ включають контактний термометр з характеристиками згідно з ГОСТ Р 8.625.

6.4 Вимоги до допустимої похибки засобів вимірювальної техніки

На підставі відомостей про значення коефіцієнтів акустопружного зв'язку , , матеріалу ОК застосовують СІ, для яких допустима абсолютна похибка вимірювання затримки задовольняє умову

, (1)

де (3-5) - метрологічний запас;

- максимально допустиме значення абсолютної похибки вимірювання затримки t, що обчислюється за формулою

, (2)

де - Мінімальний за абсолютною величиною коефіцієнт акустопружного зв'язку ОК;

- Абсолютна похибка вимірювання коефіцієнта акустопружного зв'язку ОК;

- допустима абсолютна похибка вимірювання напруги;

- Межа плинності матеріалу.

6.5 Вимоги до програмного забезпечення засобів вимірювальної техніки

6.5.1 Алгоритмічна частина програмного забезпечення повинна виконувати обчислення акустичних параметрів з похибкою відповідно до 6.4.

6.5.2 Програмне забезпечення має враховувати умови проведення акустичних вимірювань на ОК, зокрема температурний режим.

6.5.3 Первинна акустична інформація для кожної зони контролю повинна постійно зберігатись на зовнішніх носіях, захищених від несанкціонованого доступу.

6.6 Допоміжні пристрої та матеріали

6.6.1 Шліфувальний інструмент для підготовки поверхні за ГОСТ 12.2.013.0.

6.6.2 Знежирююча рідина (спирт за ГОСТ 17299 або ацетон за ГОСТ 2768 ) для підготовки поверхні.

6.6.3 Контактна рідина (епоксидна смола за ГОСТ 10587 ).

7 Вимоги до об'єкта контролю

7.1 Товщина стінки трубопроводу повинна бути принаймні в 20 разів менше діаметра труби.

7.2 Температура поверхні у точці виміру: 0 °С-80 °С.

7.3 Перед встановленням ПЕП поверхню очищають від бруду, окалини, іржі та знежирюють.

7.4 Клас шорсткості поверхні в точці вимірювань – не нижче 2,5 (ГОСТ 2789).

7.5 Відстань від точки вимірювання до зварного шва — не менше подвоєної товщини стінки труби.

7.6 В'язкість контактної рідини при температурі вимірювання повинна відповідати в'язкості епоксидної смоли при температурі 25 °С: 12-25 Па·с (ГОСТ 10587).

8 Порядок підготовки до проведення вимірювань

8.1 Вивчають сертифікати на матеріал трубопроводу.

8.2 Визначають вид напруженого стану трубопроводу (одновісний або двовісний).

8.3 Визначають розташування точок вимірювань та вибирають схему вимірювання напруги.

8.4 Приводять стан поверхні у вибраних точках у відповідність до умов проведення вимірювань (7.3, 7.4).

8.5 Розміри підготовлених поверхонь повинні втричі перевищувати відповідні розміри п'єзопластин ПЕП.

8.6. Наносять шар контактної рідини на підготовлену поверхню трубопроводу.

8.7 Встановлюють ПЕП на поверхню трубопроводу, підключають до приладу (виконують одночасно для трьох ПЕП в одному корпусі або послідовно для ПЕП в роздільному виконанні).

8.8 Включають прилад, перевіряють його працездатність, виводячи на екран відеоконтрольного пристрою тимчасову розгортку сигналів, що приймаються.

8.9 Перевіряють якість акустичного контакту (на екрані відеоконтрольного пристрою без значних видимих спотворень повинні спостерігатися багаторазово відображені імпульси, затримка яких при рахунку від першого відображеного імпульсу повинна становити значення, що забезпечують необхідну відповідно до 6.4 точність вимірювань напруги).

8.10 Перевіряють відсутність на тимчасовій розгортці додаткових імпульсів, викликаних або наявністю в області вимірювання додаткових поверхонь, що відбивають (дефектів, шарів), або неправильною орієнтацією перетворювача зсувних коливань щодо осей симетрії матеріалу.

8.11 При необхідності вимірюють у вибраних точках температуру поверхні трубопроводу з похибкою ±1 °С.

9 Порядок проведення вимірювань

Для кожного типу хвилі, що застосовується при вимірі, виконують такі операції:

9.1 На тимчасовій розгортці вибирають «перший» луна-імпульс (як правило, перший відбитий імпульс) і наступний за ним «другий» луна-імпульс для вимірювання затримки імпульсу при його пробігу подвійної товщини матеріалу.

9.2 Для «першого» ехо-імпульсу відраховують момент часу, що відповідає певній реперній точці профілю імпульсу.

Примітка — Як реперна точка, як правило, вибирають одну з точок перетину сигналом нульового рівня.

9.3 Для «другого» ехо-імпульсу з тією ж похибкою, що і для «першого», визначають момент часу, що відповідає тій же реперній точці профілю цього імпульсу.

9.4 За різницею часу визначають затримку імпульсу .

Примітка — Якщо не задовольняє нерівності

, (3)

проводять вимір тимчасового інтервалу між «першим» та « -м» луна-імпульсами ( - Порядковий номер луна-імпульсу на тимчасовій розгортці), враховуючи умову (3). Порядок виміру аналогічний порядку виміру .

Для перевірки збігу реперних точок «першого» та « -го» луна-імпульсів, а також для оцінки допустимості ступеня фазового спотворення « -го» луна-імпульсу використовують наступне співвідношення:

, (4)

де - Число відображень « -го» луна-імпульсу щодо «першого»; - Період високочастотного заповнення імпульсу.

9.5 Після встановлення п'єзоелектричних перетворювачів вимірюють початкові значення затримок хвиль кожного типу, що застосовуються при вимірюванні. Після застосування навантаження вимірюють поточні значення затримок для відповідних хвиль.

9.6 Після вимірювання початкових значень допускається зняття ПЕП з контрольованого об'єкта з повторним їх встановленням у ті ж точки для вимірювання поточних значень.

9.7 Отримані для кожного типу хвилі тимчасові розгортки рекомендується записувати до бази даних для зберігання та подальшого уточнення (за потреби) значень тимчасових затримок.

10 Правила обробки результатів вимірів

Обчислення механічних напруг проводять відповідно до рекомендацій методики [1].

10.1 Для двовісного СР напруги обчислюють за формулами:

, (5)

. (6)

10.2 Для одновісного СР напруги обчислюють за формулами:

, або , (7)

, або . (8)

Примітка — Перший варіант (використання зсувних хвиль) є кращим, оскільки використовуються хвилі одного типу і алгоритм нечутливий до температурних змін. І тут формули визначення напруг можна записати як

, , (9)

де , ; , .

10.3 При малих (менше 0,02) значення параметрів , їх можна записати у вигляді

(10)

і рахувати величину параметром власної анізотропії матеріалу, а величину - Параметром анізотропії в напруженому стані. Тоді формули для розрахунку осьових або окружних одновісних напруг можна записати у вигляді

, , (11)

де величина ( ) визначає ступінь акустичної анізотропії, наведеної одновісною напругою.

10.4 Якщо різниця температур ( ) між початковими та поточними вимірами перевищує 10 °C, то для обліку температурного фактора величини замінюють на .

10.5 Якщо величини , розрізняються суттєво (більш ніж на 1,5%-2%), матеріал вважають анізотропним і розрахунок двовісного СР проводять за формулами:

, (12)

, (13)

де , - Коефіцієнти пружноакустичного зв'язку для напруг, що діють вздовж і поперек напрямку утворює труби відповідно.

10.6 Одновісне напруження в анізотропному матеріалі розраховують за формулою

(14)

або

, (15)

де , - Коефіцієнти пружноакустичного зв'язку для одновісної напруги, що діє вздовж і поперек напрямку утворює труби відповідно.

11 Правила оформлення результатів контролю

11.1 Результати контролю фіксують у журналі, форма якого наведена у додатку Б.

Додаткові відомості, що підлягають запису, порядок оформлення та зберігання журналу (або висновків) слід встановлювати у технічних документах на контроль.

11.2 Якщо вимірювання напруги є частиною науково-дослідних робіт, результати вимірювань оформлюють відповідно до загальних вимог та правил оформлення звітів про науково-дослідні роботи.

11.3 Результати контролю зберігають до наступного контролю.

Додаток, А (рекомендований). Вимірювання механічних напруг у режимі безнульової акустичної тензометрії

Додаток А
(рекомендоване)

А.1 Принципову можливість вимірювання напруги в режимі безнульової акустичної тензометрії, коли з якихось причин нездійсненні акустичні вимірювання до виникнення напруги, визначають для труб конкретної специфікації на основі наявних баз даних або експериментально.

А.2 У режимі безнульової акустичної тензометрії вимірюють затримки імпульсів пружних хвиль, що відповідають поточному напруженому стану матеріалу. При цьому вибирають базові значення тимчасових затримок зсувних і поздовжньої хвиль так, щоб число ехо-імпульсів було для них однаковим. Якщо з якихось причин це неможливо, у розрахункових алгоритмах враховують відповідний коефіцієнт перерахунку.

А.3 За відсутності необхідних баз даних початкові значення акустичних параметрів, що відповідають ненапруженому стану матеріалу труби даної специфікації, визначають експериментально (на ненавантажених частинах труби, аналогічних трубах, зразках - представниках матеріалу труби або безпосередньо в точці вимірювань іншими акустичними або іншими способами). Адекватність труб або зразків-представників ненавантаженому стану матеріалу у точці вимірювань має бути підтверджена посиланнями на виконавчі документи, сертифікати чи інші документи.

А.4 Основними відомостями для ухвалення рішення про принципову можливість оцінки напруженого стану матеріалу труб конкретної специфікації в режимі безнульової акустичної тензометрії є: технологія виготовлення (безшовні, одношовні, двошовні), клас міцності та (або) марка сталі, завод-виробник. Їх знаходять у технічних документах на труби чи іншими способами.

А.5 Додаткові відомості про акустичні властивості матеріалу труб отримують експериментально. Для цього вибирають не менш як п'ять контрольних точок, рівномірно розташованих по периметру труби, і стільки ж точок по довжині труби. У цих точках визначають величини , , з необхідною точністю. Бажано проводити вимірювання на ненавантажених частинах трубопроводу чи аналогічних ненавантажених трубах. Допускається проводити вимірювання безпосередньо на трубопроводі, що діє, за умови, що достовірно відомі значення діючих напруг у точках вимірювань.

А.6 Попередня оцінка принципової можливості вимірювання напруги в режимі безнульової акустичної тензометрії заснована на порівнянні параметрів акустичної анізотропії у зазначених контрольних точках. Обчислюють величини - розкид значень параметра анізотропії по периметру труби та - Розкид значень параметра анізотропії за її довжиною.

А.6.1 Якщо виконуються нерівності

0,2%, 0,2% (А.1)

то допускається можливість вимірювання напруги в режимі безнульової акустичної тензометрії, при цьому помилку визначення напруги оцінюють за формулами:

- Для одновісного напруженого стану

, (А.2)

- Для двовісного напруженого стану

, , (А.3)

де , - Розкид величин , .

Рекомендується застосовувати режим безнульової акустичної тензометрії, якщо відповідні помилки не перевищують 30% межі плинності.

А.6.2 Якщо 0,2%, то помилка визначення напруг може досягати значення межі плинності матеріалу трубопроводу та перевищувати його. У цьому випадку або приймають рішення про недоцільність здійснення безнульової акустичної тензометрії для труб такої специфікації, або застосування додаткових акустичних або інших способів визначення власної акустичної анізотропії матеріалу в точці вимірювань.

А.6.3 Якщо 0,2%, але 0,2%, то можливість вимірювання напруги в режимі безнульової акустичної тензометрії обумовлена прив'язкою початкових акустичних параметрів до точок, розташованих на однаковій відстані від зварного шва (для прямошовних труб), або застосуванням додаткових акустичних або інших способів визначення власної акустичної анізотропії матеріалу в точці .

У цьому випадку проводять вимірювання А.5 не менше ніж на двох трубах зі збільшенням не менше ніж у 2 рази числа точок вимірювань по периметру труби.

А.7 Результати дослідження принципової можливості вимірювання напруги в режимі безнульової акустичної тензометрії із зазначенням розташування точок вимірювань повинні бути оформлені у вигляді висновку.

А.8 Обчислення значень напруги в режимі безнульової акустичної тензометрії проводять по 10.1 і 10.2 з урахуванням 10.3, при цьому як значення затримок , , використовують значення затримок , , отримані відповідно до А.5.

Додаток Б (рекомендований). Форма протоколу вимірів

Додаток Б
(рекомендоване)

ПРОТОКОЛ
вимірювання механічних напруг

9 Таблиця 1 - Значення акустичної анізотропії в точках вимірювань та число луна-імпульсів

11 Таблиця 2 - Результати вимірювань

Примітки

1 У таблиці 1 вказують номер луна-імпульсу, що використовується для вимірювання затримок:

- для зсувної хвилі, поляризованої паралельно утворює труби;

— для зсувної хвилі, поляризованої перпендикулярно до труби, що утворює;

- для поздовжньої хвилі;

2 У таблиці 2 у графах «Початкові значення» та «Поточні значення» допускається замість значень відповідних затримок зазначати найменування записів у базі даних із виміряними значеннями.

Бібліографія

Електронний текст документа
підготовлений АТ «Кодекс» і звірений за:
офіційне видання
М: Стандартінформ, 2009