ГОСТ Р 52891-2007

ГОСТ Р 52891-2007 Контроль залишкової технологічної напруги методом лазерної інтерферометрії. Загальні вимоги

ГОСТ Р 52891-2007
Група Т59

НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

КОНТРОЛЬ ЗАЛИШКОВИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ НАПРУГ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЇ ІНТЕРФЕРОМЕТРІЇ

Загальні вимоги

Control residual technological stresses by laser interferometrical method. 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 РОЗРОБЛЕН Інститутом проблем механіки Російської академії наук (ІПМех РАН)

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 585-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

Залишкові технологічні напруги можуть бути однією з причин руйнування конструкцій [1], що робить актуальними методи та інструментальні засоби їхнього об'єктивного контролю.
Основна труднощі визначення залишкових напруг у тому, що це напруги врівноважені за матеріалом конструкції. Одним із способів порушення цієї врівноваженості та прояву залишкових напруг через переміщення є створення ненаскрізного зондувального отвору або кільцевої проточки [2], які вносять лише незначний дефект, зазвичай порівнянний з допустимими технологічними дефектами конструкції.
Розміри та глибина зондувальних отворів, допустимі для виробів, що передбачаються для подальшої експлуатації, визначаються користувачем цього стандарту, який здійснює таку експлуатацію.
Найбільш ефективним способом реєстрації переміщень в околиці зондувального отвору є спосіб лазерної інтерферометрії. В основі цього способу лежить інтерферометрична реєстрація малих переміщень, що виникають в околиці ненаскрізного отвору, просвердленого в досліджуваній зоні матеріалу об'єкта контролю з залишковими напругами [3].

Даний стандарт послужить методичною основою застосування методу лазерної інтерферометрії у поєднанні зі свердлінням зондувального отвору визначення залишкових напруг при вирішенні широкого класу інженерних завдань, що вимагають оперативної оцінки напруженого стану матеріалу у складі відповідальних технічних об'єктів.

1 Область застосування

Цей стандарт встановлює основні вимоги до порядку визначення залишкових технологічних напруг у матеріалі технічних об'єктів методом зондувального отвору з використанням лазерної інтерферометрії як у лабораторних, так і в натурних умовах при відпрацюванні та контролі технологій виготовлення виробів та конструкцій, при оцінці залишкового ресурсу в процесі експлуатації.

Цей стандарт поширюється на лазерно-интерферометрический метод визначення основних напруг та його орієнтації в приповерхневому шарі матеріалу конструкції, глибина якого визначається глибиною зондувального отвору.

У цьому стандарті описані два способи виконання вимірювань:

- Повний аналіз із застосуванням ступінчастого свердління для визначення поля залишкових напруг по глибині;

— оцінний експрес-аналіз, що допускає спрощений порядок підготовки поверхні об'єкта контролю, проведення вимірювань та розрахунку напруги.

Даний стандарт встановлює порядок визначення напруги, усереднених по глибині свердління або по глибині ступеня при ступінчастому свердлінні.

Цей стандарт поширюється на визначення залишкових напруг, що виникають внаслідок зварювання, термообробки, пластичної деформації, накопичення втомних ушкоджень тощо , а також напруг, створених в об'єкті зовнішніми навантаженнями.

2 Нормативні посилання

У цьому стандарті використано нормативні посилання на такі стандарти:

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

ГОСТ 12.1.040-83 Система стандартів безпеки праці. Лазерна безпека. загальні положення

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

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

ГОСТ 2601-84 Зварювання металів. Терміни та визначення основних понять

ГОСТ 2789-73 Шорсткість поверхні. Параметри та характеристики

ГОСТ 13344-79 Шкірка шліфувальна тканинна водостійка. Технічні умови

Примітка — При користуванні цим стандартом доцільно перевірити дію стандартів посилань в інформаційній системі загального користування — на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання та метрології в мережі Інтернет або за щорічно видається інформаційному покажчику «Національні стандарти», опублікованому 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:

- модуль пружності (Юнга), ДПа;

- Рівень залишкових напруг, МПа;

, - Головні напруги, усереднені по глибині зондувального отвору, МПа;

- Абсолютна похибка вимірювання напруг, МПа;

- Межа плинності, МПа;

, - Діаметр і глибина зондувального отвору, мм;

, , - Прямокутна система координат;

, - Кути повороту напрямів головних напруг щодо осей координат;

- Довжина хвилі лазерного випромінювання, мкм;

- Переміщення кромки отвору, мкм;

- Число інтерференційних смуг;

- Середньоарифметичне відхилення профілю, мкм.

3.2 У цьому стандарті застосовані такі скорочення:

СР - напружений стан;

ОК - об'єкт контролю;

СІ – засоби вимірювань.

4 Вимоги до безпеки робіт

4.1 До проведення контролю допускають осіб, які пройшли навчання за використовуваним методом та апаратурою контролю залишкових технологічних напруг.

4.2 При проведенні робіт з визначення механічних напруг лазерно-інтерферометричним методом оператор повинен керуватися ГОСТ 12.1.040, ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.3.002 та правилами технічної безпеки при експлуатації електроустановок споживачів, затвердженими Держенергонаглядом.

4.3 Роботу проводять відповідно до вимог безпеки, викладених в інструкції з експлуатації апаратури, що входить до складу використовуваних засобів вимірювальної техніки.

4.4 У методиці проведення лазерно-интерферометрических вимірів контролю конкретного елемента технічної системи вказують вимоги, дотримання яких обов'язково під час роботи з контролю об'єктів цьому підприємстві.

4.5 При організації робіт з контролю дотримуються вимог пожежної безпеки згідно з ГОСТ 12.1.004.

5 Вимоги до об'єкта контролю

5.1 Місцезнаходження зони контролю та стан поверхні в цій зоні повинні забезпечити умови встановлення оптичного блоку інтерферометра та можливість створення зондувального отвору.

5.2 Товщина О. К. в зоні свердління, щоб уникнути зростання похибки вимірювання понад встановлену в 9.3 повинна бути не менше трьох максимальних глибин зондувального отвору.

5.3 Повинен бути відомий матеріал ОК та його модуль пружності .

5.4 Поверхня О. К. у галузі вимірювань готують відповідно до 7.3.

6 Вимоги до засобів вимірювань

6.1 Склад засобів вимірів

СІ включають:

- Оптичний блок;

- Комп'ютер з відеовходом;

- програмне забезпечення;

- Механічний блок.

6.2 Призначення та влаштування засобів вимірювальної техніки

6.2.1 Оптичний блок призначений для спостереження за мікропереміщеннями досліджуваної ділянки поверхні ОК і являє собою виносний модуль (інтерферометричний датчик поля переміщень), розміщений у корпусі, пристосованому для закріплення в різних просторових положеннях у різних місцях ОК, наприклад, на площині, опуклій або увігнутої циліндричної поверхні, біля виступаючих та вхідних кутів та ін.

Виносний модуль містить джерело лазерного випромінювання, оптичну систему та відеокамеру.

6.2.2 Комп'ютер із відеовходом призначений для прийому та обробки, у тому числі в реальному масштабі часу, сигналу, що надходить із відеокамери виносного модуля, за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення.

6.2.3 Програмне забезпечення СІ призначене для відображення досліджуваної ділянки поверхні ОК на екрані комп'ютера, запису зображень досліджуваної ділянки поверхні ОК до і після свердління зондувального отвору, створення інтерферограми шляхом обробки вихідних зображень, визначення типу напруг (розтягують або стискують) в режимі реальному масштабі часу та розрахунку величини та напрями основних залишкових напруг.

6.2.4 Механічний блок призначений для утворення зондувального отвору. Як механічний блок може бути використане як спеціальне обладнання, так і обладнання загального призначення.

Спеціальне обладнання, призначене, наприклад, для хімічного травлення, для свердління корончатими свердлами, для абразивної обробки, для високошвидкісного свердління і т. п. у тому числі для східчастого свердління.

Для експрес-аналізу ОК, виконаних з конструкційних матеріалів, що легко обробляються, застосовують металорізальне обладнання загального призначення, у тому числі ручні свердлильні машини.

6.3 Вимоги до методичного забезпечення засобів вимірювальної техніки

6.3.1 Методичне забезпечення СІ має містити документи, що встановлюють:

— призначення та сфера застосування СІ;

- склад та основні характеристики засобів апаратного та програмного забезпечення, що включають норми на похибку вимірювання;

- методи та засоби досягнення сумісності СІ, у тому числі інформаційної, електричної, енергетичної, програмної, конструкторської, експлуатаційної;

- правила агрегатування засобів апаратного та програмного забезпечення та організації їх взаємодії;

- Посібник, що встановлює порядок проведення робіт з вимірювання напруг.

6.3.2 Опис функціональних можливостей СІ в експлуатаційних, конструкторських та програмних документах ОК та СІ має відображати характеристики апаратного та програмного забезпечення.

6.4 Первинна інформація кожної зони контролю повинна постійно зберігатися на зовнішніх носіях, захищених від несанкціонованого доступу.

7 Порядок підготовки до проведення вимірювань

7.1 Підготовка до проведення вимірювань містить такі основні етапи:

- Аналіз технічних документів на об'єкт та складання карти обстеження;

- Підготовка об'єкта до вимірювань.

7.2 Аналіз технічних документів та складання карти обстеження

7.2.1 На підставі вивчення технічної документації на об'єкт проводять аналіз:

- Матеріалів, з яких виготовлені елементи об'єкта; їх фізико-механічні характеристики, режими термічної обробки;

- видів СР елементів конструкцій;

- Умов експлуатації.

7.2.2 На підставі аналізу, проведеного відповідно до 7.2.1, та з урахуванням вимог 4.4 та 4.5 складають карту характерних ділянок контролю об'єкта, наприклад, для зварних сполук – зварний шов, зона термічного впливу, зона основного металу (див. ГОСТ 2601 ).

7.2.3 Виходячи з видів СР та пружних характеристик матеріалу в зонах контролю, вибирають необхідне розташування, кількість, діаметр та глибину зондувальних отворів на ділянках вимірювань.

Примітка — Щоб уникнути зростання похибки вимірювання, центри зондувальних отворів повинні розташовуватися один від одного не менше ніж на 4-5 їх діаметрів. Максимальна глибина зондувального отвору рекомендується не більше 1/3 товщини ОК в зоні свердління, щоб уникнути спотворення напружено-деформованого стану та зростання похибки вимірювання понад встановлену в 9.3.

7.3 Підготовка об'єкта до вимірів

7.3.1 Первинна підготовка включає очищення від бруду, іржі, бризок металу від зварювання, промивання та знежирення ділянок вимірювань та місць для встановлення приладу.

7.3.2 Вторинна підготовка включає такі дії:

— у зонах контролю обирають або готують для кожного засвердлювання плоскі ділянки з характерними розмірами не менше ніж п'ять діаметрів зондувального отвору;

- за необхідності вирівнюють ділянки шліфуванням або іншою механічною обробкою; шорсткість підготовленої поверхні має бути не більше 3,2 мкм по ГОСТ 2789.

Примітка — Слід враховувати, що механічна обробка може змінити поверхневу залишкову напругу, і тому вона неприйнятна у разі дослідження залишкових напруг у приповерхневому шарі товщиною 0,2-0,3 мм;

При проведенні повного аналізу після механічної обробки рекомендується видалити поверхневий шар травлення на глибину 0,2-0,3 мм.


- проводять розмітку отворів на досліджуваній ділянці (у типових випадках рекомендується підготувати шаблон розміщення отворів);

- при проведенні експрес-аналізу намічені точки можна накернити;

- після розмітки досліджувану ділянку протирають бязевим або ватним тампоном, зволоженим спиртом, ацетоном чи бензином чистоти Ч4.

Примітка — Для посилення дифузного розсіювання поверхню в зоні спостереження, тобто біля отворів, що намічаються, можна додатково обробити шліфувальною шкіркою зернистістю 4-8 Н за ГОСТ 13344 або нанести на неї тонкий шар фарби сріблянки.

8 Порядок проведення вимірювань

8.1 Проведення одиничного виміру

8.1.1 Оптичний блок приладу встановлюють на ділянці, що досліджується.

8.1.2 Запуск програми обробки первинної оптичної інформації.

8.1.3 Проводять першу експозицію ділянки, що досліджується.

8.1.4 Проводять свердління зондувального отвору на вибрану глибину.

8.1.5 Проводять другу експозицію.

8.2 Проведення наступних вимірів проводять повторенням 8.1; при проведенні ступінчастого свердління зондувального отвору для кожного ступеня повторюють дії 8.1.3-8.1.5.

Примітка — Між експозиціями неможливо:

- торкатися корпусу оптичного блоку;

— торкатися ділянки вимірювання чим-небудь, крім свердла та спеціального м'якого пензлика для видалення стружки.

Магнітну стружку допускається видаляти намагніченим предметом, не торкаючись поверхні.

9 Правила обробки результатів вимірювань

9.1 Обробку результатів вимірювань проводять за допомогою спеціалізованої програми створення та обробки електронних спекл-інтерферограм.

Оброблена спекл-інтерферограма зазвичай є симетричною системою смуг, число яких пропорційно значенням головних напруг і , що існували в цьому місці об'єкта до висвердлювання отвору, а орієнтація осей симетрії системи смуг збігається з напрямками , головних напруг щодо обраної системи координат , , .

9.2 У разі вимірювання нормальних переміщень число смуг , пораховане по якомусь напрямку від центру отвору, довжина хвилі , та переміщення кромки отвору пов'язані формулою

. (1)

Переміщення кромки отвору пов'язані з рівнем залишкової напруги в околиці зондувального отвору, який визначається рішенням відповідної задачі теорії пружності, закладеного в спеціалізовану програму, або наближено (при ) для цілей експрес-аналізу за формулою

, (2)

де і - апроксимуючі константи: ( 30 МПа, 10 МПа·мм);

- Еталонний діаметр, рівний 2 мм;

- модуль пружності алюмінію, що дорівнює 70 ГПа.

9.3 Похибка засобів вимірювань

Похибка С. І. визначається точністю визначення мікропереміщень поверхні тіла в околиці зондувального отвору.

При проведенні експрес-аналізу число полоc візуально визначають за інтерферограмою з точністю ±0,5 смуги. Абсолютна похибка визначення напруг, що виникає при цьому, залежить від модуля пружності матеріалу досліджуваного об'єкта і параметрів отвору і визначається за наближеною формулою

. (3)

Примітка — Максимальна похибка має місце при мінімальному введенні в матеріал, наприклад, 1 мм, 4 мм похибка вимірювання становить 10 МПа для алюмінію та сплавів на його основі та 30 МПа для сталей. Зі збільшенням глибини та діаметра зондуючого отвору похибка вимірювання даним методом відповідно знижується.

10 Правила оформлення результатів вимірів

10.1 Зондуючі отвори нумерують, їх координати та розміри записують у карту (протокол) контролю (рекомендується вести в електронному вигляді та у спеціальному журналі), ділянки вимірювань фотографують.

10.2 Опис кожного зондуючого отвору та результати вимірювань фіксують у протоколі.

10.3 Додаткові відомості, що підлягають запису, порядок оформлення та зберігання протоколів (або висновків) встановлюють у технічній документації на контроль.

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

10.5 Результати обстеження повинні зберігатись до наступного контролю ОК.

Бібліографія