ГОСТ Р 55043-2012

ГОСТ Р 55043-2012 Контроль неруйнівний. Визначення коефіцієнтів пружноакустичного зв'язку. Загальні вимоги

ГОСТ Р 55043-2012
Група Т59

НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Контроль неруйнівний

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ УПРУГОАКУСТИЧНОГО ЗВ'ЯЗКУ

Загальні вимоги

Non-destructive testing. Evaluation of elastic-acoustic coefficients. General requirements

ГКС 77.040.10

Дата введення 2014-01-01

Передмова

1 РОЗРОБЛЕНО Нижегородською філією Федеральної державної бюджетної установи науки Інституту машинознавства ім. А. А. Благонравова Російської академії наук (НФ ІМАШ РАН) та Автономною некомерційною організацією «Науково-дослідний центр контролю та діагностики технічних систем» (АНО «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 8 листопада 2012 р. N 699-ст

4 ВВЕДЕНО ВПЕРШЕ

Правила застосування цього стандарту встановлені у ГОСТ Р 1.0-2012 (розділ 8). Інформація про зміни до цього стандарту публікується у щорічному (станом на 1 січня поточного року) інформаційному покажчику «Національні стандарти», а офіційний текст змін та поправок — у щомісячному інформаційному покажчику «Національні стандарти». У разі перегляду (заміни) або скасування цього стандарту відповідне повідомлення буде опубліковано у найближчому випуску щомісячного інформаційного покажчика «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 (gost.ru)

Вступ

В основі акустичних методів визначення напруженого стану матеріалів і конструкцій лежить пружноакустичний ефект — лінійна залежність швидкості пружних хвиль від напруги, надійне експериментальне визначення якої стало можливим з появою сучасної ультразвукової та радіоелектронної вимірювальної техніки.

Коефіцієнти пружноакустичного зв'язку пов'язують акустичні параметри та механічну напругу. У цьому стандарті регламентована процедура визначення значень коефіцієнтів пружноакустичного зв'язку твердих тіл на основі експериментального визначення коефіцієнтів акустопружного зв'язку в процесі акустомеханічних випробувань, що включають прецизійні вимірювання акустичних параметрів матеріалу при відомому його напруженому стані, а саме, одновісному розтягуванні або стисненні.

Стандарт може бути використаний при акустомеханічних випробуваннях конструкційних матеріалів, які застосовують у різних галузях промисловості, а також нових перспективних матеріалів з невідомими акустичними властивостями.

Матеріали класифіковані за параметром власної акустичної анізотропії, яка обумовлюється анізотропією їх пружних властивостей. Залежно від величини цього параметра, рекомендовані різні способи визначення значень коефіцієнтів пружноакустичного зв'язку.

Цей стандарт послужить методичною основою застосування методу акустопружності при вирішенні широкого класу міцнісних та діагностичних завдань, що вимагають експериментальної оцінки напруженого стану матеріалів промислових конструкцій та об'єктів.

1 Область застосування

Цей стандарт поширюється на експериментальне визначення коефіцієнтів пружноакустичного зв'язку конструкційних матеріалів, що характеризують чутливість методу акустопружності до механічних напруг у матеріалі. Зазначені коефіцієнти використовують при неруйнівному контролі для визначення одно- та двовісних головних напруг, що діють у площині, перпендикулярній до напряму поширення хвиль, для ізотропних та анізотропних матеріалів, напрями головних напруг у яких збігаються з осями симетрії (у тому числі листового прокату, де напруги діють вздовж та поперек прокату).

Стандарт не поширюється на визначення залишкових напруг, що виникають при незворотних змінах матеріалу внаслідок термообробки, пластичної деформації, накопичення втомних ушкоджень тощо.

Цей стандарт встановлює порядок визначення коефіцієнтів пружноакустичного зв'язку матеріалу технічних об'єктів з використанням стандартних зразків, підданих впливу в лабораторних умовах відомих за знаком і величиною напруг, однорідних за обсягом матеріалу, що вивчається.

2 Нормативні посилання

У цьому стандарті використано нормативні посилання на такі стандарти:

ГОСТ 7.32-91 Система стандартів з інформації, бібліотечної та видавничої справи. Звіт про науково-дослідну роботу. Структура та правила оформлення

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

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 25.503-97 Метали. Розрахунки та випробування на міцність. Методи механічних випробувань металів. Метод випробування на стиск

ГОСТ 1497-84 Метали. Методи випробування на розтягування

ГОСТ 2789-73 Шорсткість поверхні. Параметри та характеристики

ГОСТ 28840-90 Машини для механічних випробувань матеріалів

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 щорічним інформаційним покажчиком «Національні стандарти», який опублікований станом на 1 січня поточного року та за випусками щомісячного інформаційного покажчика «Національні стандарти» за поточний рік. Якщо замінений стандарт посилання, на який дано недатоване посилання, рекомендується використовувати діючу версію цього стандарту з урахуванням усіх внесених до цієї версії змін. Якщо замінений стандарт, на який дано датоване посилання, то рекомендується використовувати версію цього стандарту із зазначеним вище роком затвердження (прийняття). Якщо після затвердження цього стандарту до посилального стандарту, на який дано датоване посилання, внесено зміну, що стосується положення, на яке дано посилання, то це положення рекомендується застосовувати без урахування цієї зміни. Якщо стандарт посилається без заміни, то положення, в якому дано посилання на нього, рекомендується застосовувати 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:

4 Вимоги безпеки

4.1 До виконання вимірювань допускають операторів, які мають навички експлуатації обладнання ультразвукового контролю, які вміють користуватися стандартами та галузевими нормативними та технічними документами за акустичними методами контролю, що пройшли навчання роботі з застосовуваними СІ та атестованих на знання правил безпеки у відповідній галузі промисловості.

4.2 При проведенні робіт з визначення КУАС матеріалу оператор повинен керуватися ГОСТ 12.1.001, ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12 .3.002 та правилами технічної безпеки під час експлуатації електроустановок споживачів, затвердженими Держенергонаглядом.

4.3 Роботу слід проводити відповідно до вимог безпеки, викладених в інструкції з експлуатації апаратури, що входить до складу використовуваних СІ.

4.4 При проведенні акустомеханічних випробувань з використанням конкретної випробувальної машини (стенда для механічних випробувань) слід дотримуватись вимог безпеки, викладених як в інструкції з її експлуатації, так і прийнятих у випробувальній лабораторії (на ділянці випробувальних машин).

5 Вимоги до засобів вимірювань

5.1 Як СІ можуть бути використані установки, зібрані із серійної апаратури, та спеціалізовані прилади для визначення напруг акустичним (ультразвуковим) методом, сертифіковані та повіряні в установленому порядку.

5.2 СІ повинні забезпечувати проведення вимірювань луною методом з використанням акустичних імпульсів з плавною огинаючою.

5.3 У комплект СІ повинні входити ЕАП, що забезпечують випромінювання та прийом імпульсів зсувних та поздовжніх пружних хвиль, що розповсюджуються за нормаллю до поверхні матеріалу.

5.4 На підставі відомостей про значення коефіцієнта матеріалу застосовують СІ, для яких допустима абсолютна похибка вимірювання затримки задовольняє умову

, (1)

де - Метрологічний запас, значення якого знаходиться в інтервалі від 3 до 5;

- максимальне значення абсолютної похибки вимірювання затримки , що обчислюється за формулою

, (2)

де - Абсолютна похибка визначення КАУС ;

- Припустима абсолютна похибка вимірювання напруги.

5.5 Вимоги до програмного забезпечення засобів вимірювальної техніки

5.5.1 Алгоритмічна частина програмного забезпечення повинна забезпечувати обчислення затримок імпульсів з похибкою відповідно до 5.4.

5.5.2 Програмне забезпечення має враховувати умови проведення акустичних вимірювань, зокрема температурний режим.

5.5.3 Первинна акустична інформація для кожного випробування повинна постійно зберігатись на зовнішніх носіях, захищених від несанкціонованого доступу.

5.6 Вимоги до методичного забезпечення засобів вимірювальної техніки

5.6.1 Методичне забезпечення СІ має містити методику виконання вимірювань, а також документи, що встановлюють:

— призначення та сфера застосування СІ;

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

- 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.

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

6 Вимоги до зразків для випробувань

6.1 Для проведення акустомеханічних випробувань матеріалів застосовується два види відомого напруженого стану: одновісна напруга розтягування та (або) одновісна напруга стиснення.

6.2 Клас шорсткості поверхні зразків під ЕАП – не нижче 2,5 за ГОСТ 2789 .

6.3 Під час проведення випробувань на розтягнення використовуються плоскі зразки згідно з ГОСТ 1497 .

6.4 Поряд з вимогами ГОСТ 1497 слід дотримуватись наступних рекомендацій щодо проведення прецизійних акустичних вимірювань при навантаженні зразка.

6.4.1 Для дозволу акустичних імпульсів на товщині зразка рекомендується використовувати зразки конструкційних матеріалів завтовшки 8-10 мм, але не менше 5-6 мм.

6.4.2 З метою виключення реверберації та поперечних резонансів за шириною зразка вона має бути не менше трьох поперечних розмірів ЕАП.

6.5 Для проведення випробувань під час стиснення матеріалу використовуються зразки двох типів.

6.5.1 Плоскі універсальні зразки для проведення випробувань як на розтягування, так і на стиснення, що задовольняють додаткові рекомендації:

- для запобігання втраті стійкості та виникнення бочкоподібності при навантаженні слід вибирати форму поперечного перерізу, максимально наближену до квадратної;

- Співвідношення довжини робочої частини та площі поперечного перерізу вибирають із умови має бути не менше трьох поперечних розмірів ЕАП.

6.5.2 Зразки для проведення випробувань тільки на стиск повинні задовольняти вимоги до зразків II типу за ГОСТ 25.503. має бути не менше трьох поперечних розмірів ЕАП.

7 Вимоги до випробувального обладнання

7.1 Для навантаження зразка використовують машини для механічних випробувань матеріалів за ГОСТ 28840 .

7.2 Вибір випробувального обладнання здійснюється таким чином, щоб у зразку створити напругу, що становить 0,6-0,8 , а також забезпечити умови для здійснення прецизійних акустичних вимірів 6.4.

7.3 Для випробування зразків універсального типу використовують машини, що допускають як розтяг, так і стиск матеріалу. У цьому випадку бажано використовувати один і той же зразок матеріалу, виготовлений відповідно до вимог 6.4 та 6.5.

7.4 Для випробування зразків на стиск використовують преси та інше випробувальне обладнання, що задовольняє вимоги 7.2. При цьому слід враховувати, що для багатьох матеріалів при стисканні перевищує при розтягуванні.

7.5 Випробувальні машини повинні забезпечувати необхідне навантаження з допустимим відхиленням напруги не більше 1 МПа протягом проміжку часу, необхідного для проведення акустичних вимірювань (значення цього проміжку залежить від кваліфікації оператора та СІ, що використовуються).

8 Порядок підготовки до проведення випробувань

8.1 Під час підготовки до випробувань слід виконати аналіз технічних документів та сертифікатів на матеріал з метою ідентифікації марки та технології обробки матеріалу та визначення його механічних характеристик ( , межа міцності) за документацією або шляхом проведення механічних випробувань

8.2 Слід визначити значення з похибкою, яка не перевищує 0,1%. База вимірів (абсолютне значення затримок зсувних хвиль) в оцінці параметра акустичної анізотропії має бути щонайменше 50 мкс. Якщо цього досягти неможливо, необхідно стежити, щоб абсолютна похибка вимірювання значення не перевищувала 0,1%.

8.3 Виготовлення зразків для випробувань

8.3.1 Для слабко анізотропного матеріалу ( не перевищує 1%) виготовляють не менше 3 зразків відповідно до вимог 6.2-6.5.

8.3.2 Для сильно анізотропного матеріалу ( перевищує 1%) виготовляють не менше ніж по 3 зразки, вирізаних вздовж і впоперек спрямування осей симетрії ортотропного матеріалу.

Примітка — У тих випадках, коли клас симетрії пружних властивостей матеріалу відрізняється від вищевказаного, рішення про кількість зразків приймається досвідченим шляхом.

8.3.3 За механічними характеристиками матеріалу та розмірами зразків вибирають випробувальне обладнання відповідно до розділу 7.

8.3.4 Складають програму ступінчастого навантаження зразка від початкового навантаження, що відповідає значенню одновісної напруги не більше 0,1 , до навантаження, що відповідає 0,8 . Рекомендується передбачити не менше п'яти ступенів навантаження для подальшої регресійної обробки результатів випробувань.

9 Порядок проведення випробувань

9.1 Зразок із закріпленими на ньому ЕАП поміщають у машину для механічних випробувань, домагаються правильної його центрування та прикладають до нього невелике навантаження для забезпечення надійної фіксації зразка у захватах.

Примітка — При випробуваннях на стиснення не потрібно прикладати попереднє навантаження.

9.2 На кожному ступені навантаження проводять вимірювання затримок імпульсів пружних хвиль, що поширюються в матеріалі по нормалі до поверхні зразка, як при збільшенні, так і при зменшенні навантаження. Потім зразок виймають із машини. Кожне навантаження («вгору-вниз») проводять тричі. Перед новим навантаженням ЕАП знімають та знову встановлюють на зразок.

9.3 Для кожного ступеня навантаження вимірюють затримки зсувних хвиль, поляризованих вздовж і поперек напряму додатка навантаження, а також затримки поздовжньої хвилі, що поширюються в матеріалі нормалі до поверхні зразка. База вимірів зсувних хвиль по 8.2, для поздовжніх хвиль не менше 30 мкс.

9.4 Допускається проведення вимірювань для всіх трьох типів хвиль одночасно, так і окремо для кожного типу хвилі. Перший варіант краще, однак, при цьому повинні бути виконані вимоги 6.4.2, а також 6.5.1 і 6.5.2 з урахуванням того, що зона вимірювань повинна знаходитися в середині зразка і відстань між кожним із захоплень і цією зоною повинна бути не меншою ширина зразка.

9.5 Результати акустичних вимірювань за всіх навантажень, а також отримані при визначенні власної анізотропії матеріалу, вносять до журналу випробувань, форма якого наведена у додатку А.

10 Обробка результатів випробувань

10.1 Обчислюють коефіцієнти лінійної регресії залежностей величини ( 1, 2, 3 для відповідних типів хвиль) від відповідних значень напруг , використовуючи метод найменших квадратів. КАУС є тангенсами кута нахилу до осі. залежності .

10.2 Коефіцієнт кореляції залежності має бути не менше 0,9. Для залежностей , допускається коефіцієнт кореляції щонайменше 0,8.

Примітка — Для виключення суттєвих помилок при експериментальному визначенні величин КУАС за результатами акустомеханічних випробувань слід мати на увазі, що для основних матеріалів коефіцієнт від'ємний і має найбільше абсолютне значення; коефіцієнт , а коефіцієнт . Значення і позитивні.

10.3 Визначення КУАС для слабко анізотропного матеріалу

10.3.1 КУАС слабко анізотропного матеріалу розраховують за формулами:

- для двовісного СР

; ;

- Для одновісного НС

, .

10.3.2 Визначають середні значення величин КУАС за вимірами на трьох зразках та величину розкиду відповідних значень.

10.4 Визначення КУАС для сильно анізотропного матеріалу

10.4.1 КУАС сильно анізотропного матеріалу розраховують за формулами:

- для двовісного СР

, , ,

де , - Середні значення коефіцієнтів акустопружного зв'язку за результатами вимірювань на зразках, вирізаних вздовж і поперек прокату, які розраховують за формулами:

, ;

- Для одновісного НС

, .

Примітка - Знак « » означає напрямок вздовж прокату, знак « » - Поперек прокату (для матеріалів, виготовлених прокатом).

11 Оформлення результатів випробувань

11.1 Результати випробувань фіксують у журналі, форму якого наведено у додатку А.

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

11.2. Якщо акустомеханічні випробування є частиною науково-дослідних робіт, то результати вимірювань слід оформлювати відповідно до вимог ГОСТ 7.32.

Додаток, А (рекомендований). Форма журналу експериментального визначення величин КУАС матеріалу

Додаток А
(рекомендоване)

Електронний текст документа
підготовлений АТ «Кодекс» і звірений за:
офіційне видання
М: Стандартінформ, 2014