2.5 Исследование и разработка унифицированных количественных показателей оценки дефектности сварных соединений на основе неразрушающих методов контроля

В отдельных работах приводятся показатели качества сварных швов по доле брака, доле суммарной дефектности в процентах и относительной площади дефектов g на участке контроля. Применение таких показателей для условий монтажного производства затруднено по нескольким причинам. Во-первых, нет связи показателей с действующей нормативной документацией по оценке качества. Во- вторых, расчеты показателя относительной площади для кольцевых сварных соединений затруднены. Кроме того, g вуалирует выявление опасного дефекта типа сквозного свища, нарушающего плотность системы. По сравнению с протяженным неглубоким непроваром g свища меньше g непровара.

В практике ряда монтажных организаций для “определения“ уровня брака применяется “показатель” доли забракованных стыков в процентах. Однако этот показатель не раскрывает истинного значения уровня дефектности по способам сварки, трубопроводам с однозначными диаметрами, толщинами, марками стали, монтажным подразделениям и другим особенностям. Поэтому он не может быть объективным и сравнимым.

На основании исследования производственных процессов, возможностей неразрушающих методов контроля (НМК) и действующей нормативно-технической документации (НТД) применительно к монтажным условиям нами предложено использовать показатели качества для всех традиционных методов контроля без дополнительных расчетов и изменения существующей документации на контроль.

Известно, что качество сварных соединений определяется совокупностью таких свойств, как механическая прочность, пластичность, сплошность наплавленного металла шва и околошовной зоны, коррозионная стойкость, состояние поверхности соединения и т.д. Количественную характеристику свойств сварного соединения (участка шва) будем называть показателем качества (Пк).

_n

Пк =  ( C_i), (2.3)

ⁱ⁼¹

__

где  С_i – сумма измеряемых свойств сварного соединения, i = 1, n .

Поскольку качество соединения зависит от всякого рода отклонений соединяемых элементов, поверхности, форм и размеров шва, отклонений по механическим, химическим и структурным характеристикам, называемым в общем случае дефектами, то под показателем качества правомерно рассматривать показатель дефектности (несовершенство) сварного соединения.

Пк =  ( C_i) =  Д_ij , (2.4)

где  Д_ij – сумма дефектов i-го вида с j-характеристиками;

 

i = 1, n ; j = 1, m .

Для оценки протяженности (длины) дефектов в сварном шве на участке контроля, их частоты, типа дефектов, их размерности нами предложен показатель L. Длина “l”, ширина “В” и высота “h” дефекта являются одним из характеристических размеров, которая оговаривается многими техническими условиями.



L_io =  L_io /  n  мм/уч (2.5)

где  n – контрольная выборка стыков (или участков стыка) i-й базовой совокупности;

 L_io – протяженность всех дефектов i-вида i-й базовой совокупности в выборке  n.

Согласно действующих СНиП на трубопроводы различного назначения устанавливается норма недопустимых дефектов в шве. Поэтому показатель L включает как общую, так и недопустимую по СНиП протяженность дефектов – L_o и L_б.



L_iб =  L_iб /  n  мм/уч (2.6)

где  L_iб – протяженность недопустимых дефектов в выборке  n;

L_io, L_iб – средняя протяженность дефектов на один стык или участок стыка.

Показатель L универсален. Отражает состояние технологического процесса по результатам НМК. Может применяться для оценки качества участков сварного шва по отдельному исполнителю, по объекту, группе объектов, в целом по монтажной организации. Обладает большой информативностью о качестве участка шва, сравнимостью. Можно сравнивать показатели между исполнителями, объектами, организациями. Носит статистический характер. Позволяет методами статистического анализа оценивать количество, тип и размерность дефектов.

Для оценки количества дефектов шва на участке контроля нами предложен показатель Д. Формулы оценки примут вид:



Д_io =  Д_io /  n  шт/уч , (2.7)



Д_iб =  Д_iб /  n  шт/уч, (2.8)

где  Д_io – сумма всех дефектов i-вида i-совокупности в выборке  n;

 Д_iб – сумма недопустимых дефектов в выборке  n;

 

Д_io, Д_iб – среднее количество дефектов на один стык или участок стыка.

Показатель Д универсален. Отражает состояние технологического процесса по результатам НМК. Обладает всеми свойствами, присущими показателю L.

Показатели L и Д полностью описывают основные характеристические размеры дефектов. В соответствии с требованиями СНиП расчетные формулы устанавливают общую и недопустимую дефектность. Для оценки структуры дефектности и их соотношений в целом по базовой совокупности стыков введен комплексный показатель (L_o, L_б, Д_о, Д_б). Используя информацию по L или Д или совместно за определенный цикл контроля (неделя, месяц, квартал и т.п.), оказывается возможным характеризовать состояние сварочного производства, его процессов, условий. Такой показатель является представительным для каждой конкретной технологии, исполнителя и в целом строительной организации. Численное выражение показателя и его структура названы нами статистической формулой дефектности базовой совокупности (ФД БС). Общее выражение ФД БС имеет вид:

 

L_о, Д_о

   = П(х_о,х_б) + Ш(y_о,y_б) + Н(z_о,z_б) + ..., (2.9)

L_б, Д_б

где П, Ш, Н – дефекты (поры, шлаковые включения, непровары и т.п.);

x_о,у_о,z_о и х_б,у_б,z_б – общее и недопустимое количество и протяженность дефектов.

Частные выражения ФД БС имеют вид:



L_o =  L_о/  n =  П_о /  n +  Ш_о /  n +  Н_о /  n + ..., (2.10)



L_б =  L_б/  n =  П_б /  n +  Ш_б /  n +  Н_б /  n + ..., (2.11)

где формула (2.10) дает информацию об общей протяженности дефектов L_о, а (2.11) – недопустимую по СНиП протяженность дефектов L_б.

Для оценки дефектности по количеству частные выражения ФД БС будут иметь следующий вид:

Д_o =  Д_о /  n =  П_о /  n +  Ш_о /  n +  Н_о /  n + ..., (2.12)



Д_б =  Д_б /  n =  П_б /  n +  Ш_б /  n +  Н_б /  n + ..., (2.13)

где Д_о, Д_б – общее и недопустимое количество дефектов соответственно.

Для сравнения объема забракованных участков по каждой БС использовали показатель альтернативной оценки, выраженный в процентах к общему объему контроля. Показателем Б_iБс оценивают процент забракованных участков шва (  m) в выборке стыков (  n) i-й БС:

Б_iбс =  m /  n * 100 [ % ] (2.14)

Рекомендуемые области применения показателей дефектности. Показатель количества дефектов Д используют при оценке сварных соединений, имеющих незначительную длину – для трубопроводов диаметром до 100 мм и металлоконструкций с длиной шва до 300 мм. Показатель протяженности дефектов L используют для стыков трубопроводов диаметром от 200 мм и больше и металлоконструкций с длиной шва более 500 мм. Установление границы применимости этих показателей обусловлено типами и размерами встречающихся дефектов в этих соединениях. Статистический анализ сварных швов показывает, что в трубопроводах диаметром до 100 мм чаще всего, до 95 %, возникают объемные дефекты (поры, шлаковые включения), а образующиеся плоскостные дефекты (непровары, подрезы) имеют протяженность от 3 до 4 мм, близкую к объемным дефектам. И вполне правомерно качество швов таких соединений оценивать числом дефектов.

В сварных швах протяженностью более 500 мм наиболее вероятная длина плоскостных дефектов с учетом БС составляет 20 – 200 мм. В этом случае оценка по числу дефектов является необъективной и малоинформативной. Поэтому здесь целесообразно использовать показатель L. Для соединений трубопроводов диаметром 100 – 200 мм или металлоконструкций длиной сварного шва 300 – 500 мм следует применять L или Д в зависимости от протяженности дефектов. При неизвестной протяженности и неотлаженной технологии сварочных процессов необходимо использовать показатели L и Д одновременно.

Количественные показатели применяются для определения состояния технологических процессов и статистического регулирования. Комплексные показатели позволяют осуществлять статистический анализ дефектности по БС, а также факторный анализ связей причина – дефект.

Для исследования параметров дефектности около нормированной СНиП (допустимой) величины 10% и 15% от толщины стенки труб, а также определения потока дефектов от минимально выявляемых до максимальных разработана “шкала уровней дефектности”. “Шкала” состоит из восьми уровней с размерами дефектов, начиная от 2 % – I-й уровень и до 25 % – 8-й уровень, см. таблицу 2.6. Шкала уровней заполняется по каждому типу дефектов. Число уровней – 8, принято исходя из чувствительности методов гамма- и рентгенографии, а также практической различимости по снимку дефектов, размерами 0,2  0,3  0,4 мм. Достигаемая чувствительность радиационных методов контроля составляет 1,5 – 3 % (рентгенография) и 2 – 4 % (гаммаграфия). При такой чувствительности дефекты 1 и 2 уровней выявляются удовлетворительно. По количеству дефектов этих уровней можно охарактеризовать состояние технологического процесса и выявляемость дефектов при контроле в практических условиях. 3, 4 и 5 уровни, наиболее важные, имеют границу нормирования по СНиП, где оператор принимает ответственное решение забраковать выявленный дефект по характеристическому размеру “n” , или пропустить. Уровни 6, 7 и 8 определяют наличие грубых нарушений технологических процессов, приводящих к большим дефектам. Пример заполнения шкалы дефектности приведен в таблице 2.7.

Шкала уровней дефектности позволяет анализировать состояние подготовки производства и технологических процессов, достоверность контроля и наличие субъективности (по уровням 3, 4, 5) в системе “оператор-снимок”, а также вероятность возникновения опасных по величине дефектов (по уровням 6, 7, 8).

В общем виде шкала уровней дефектности развивает формулу дефектности для БС. Заполнение каждого уровня дефектами для каждой совокупности стыков имеет определенное различие, а его значение необходимо для анализа технологических процессов. Одним из важнейших моментов анализа технологических процессов сварочного производства является определение причин той или иной дефектности [83 – 86, 109, 110, 111, 117,118].

Таблица 2.6 – Шкала уровней дефектности

Номер уровня	Размер дефектов, в процентах от толщины стенки конструкции	Размер дефектов, мм	Количество дефектов, шт.
1	2 – 5	Х1	А1
2	5 – 8	Х2	А2
3	8 – 10	Х3	А3
4	10 – 12	Х4	А4
5	12 – 15	Х5	А5
6	15 – 20	Х6	А6
7	20 – 25	Х7	А7
8	> 25	Х8	А8

Таблица 2.7 – Пример заполнения шкалы дефектности

Дефектность	Технология сварки	Контроль качества	Выводы
Х1а1 Х2а2	Не отработана, возможен сплошной брак	Удовлетворительный	Проверить технологические режимы, выявить причины дефектности
Х3а3 Х4а4 Х5а5	Не ясно	Проверить обьективность контроля	Проверить квалификацию оператора, выявить причины дефектности
Х6а6 Х7а7 Х8а8	Необходима наладка технологии	Удовлетворительный	Остановить сварку

Достоверность данных контроля по БС стыков устанавливают на основе принятого метода контроля и показателя дефектности.