федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»

Кафедра «Методы и приборы неразрушающего контроля»

Пояснительная записка

к курсовой работе

на тему: «Выбор эффективной системы неразрушающего контроля»

Обучающийся	________________	Сабитов И.А.
	Подпись, дата
Руководитель	________________	Коншина В.Н.
	Подпись, дата

Санкт-Петербург

2020

Содержание

1. Исходные данные…………………………………………………3

2. Описание систем НК, применяемых для контроля ОК в соответствие с заданием………………………………………………..5

3. Расчет вероятности невозникновения аварийной ситуации в ОК после его изготовления………………………………………………...9

4. Расчет вероятности обнаружения дефекта системами НК…...11

5. Расчет технической эффективности систем НК………………12

6. Расчет суммарных затрат на системы НК……………………..13

7. Выбор эффективной системы НК……………………………...15

1 Исходные данные

Исходные данные по варианту №1 отображены в таблице 1.1

Таблица 1.1  Исходные данные

Вариант	Тип соединения	Толщина листов S, мм	Протяженность, м	Системы контроля
1	Стыковое	20	10	С1, С3, С5

Распределение вероятностей ƒ_ki (m) образования числа m дефектов типа-вида ki в тавровых соединениях представлено в таблице 1.2. Данные из таблицы используются в пунктах 3 и 5.

Число m дефектов	ƒki (m) для дефектов типа-вида
	трещины	непровары	включ. недопустимые	включ. допустимые
0	0,999	0,98	0,9815	0,97785
1	0,0009	0,017	0,0124	0,01420
2	0,0001	0,003	0,00393	0,00551
3	0	0	0,00135	0,00185
4	0	0	0,00034	0,00044
5	0	0	0,00001	0,00013
6	0	0	0,00003	0,00002

Таблица 1.2  Распределение вероятностей ƒ_ki (m)

Коэффициенты опасности r_ki для дефектов сварных соединений из стали представлены в таблице 1.3. Данные из таблицы используются в пункте 3.

Таблица 1.3 – Коэффициенты опасности r_ki для дефектов сварных соединений из стали

Для расчетов вероятностей применяем переменную нагрузку и используем следующие дефекты:

• трещина ( );

• непровар односторонний ( );

• цепочка шлаковых включений ( );

• газовая пора округлая ( ).

Допустимым включением является газовая пора, а цепочка шлаковых включений  недопустимым.

Данные для расчета суммарных затрат на систему необходимо брать из таблицы 1.4, представленной ниже.

Таблица 1.4 – Затраты на контроль сварных соединений и на их ремонт

2 Описание систем НК, применяемых для контроля объекта

В соответствии с вариантом №1, при контроле стыковых соединений используются следующие системы неразрушающего контроля:

С1 = <1R;2Мш> просвечивание рентгеном в одном направлении с последующим использованием 2 макрошлифов на торцах сварного соединения;

С3 = <1УЗД;2Мш> ультразвуковой контроль одним оператором с последующим использованием макрошлифов;

C5 = <2УЗД; 2УЗД; 2Мш> последовательный ультразвуковой контроль двумя независимыми звеньями двумя операторами с последующим использованием макрошлифов.

В первой системы НК используется рентгеновское излучение. Для неразрушающего контроля изделий, поверхностей, при исследовании внутренней структуры материалов и деталей используется именно рентгеновский контроль. Его востребованность обусловлена не только оперативностью, с которой можно проводить неразрушающий контроль, но и универсальностью метода.

В зависимости от плотности материала, через которое проходит рентгеновское излучение с различной интенсивностью, различия в пропускной способности отдельных его участков позволяют создавать достоверную картину структуры объекта исследования. Результаты рентгеновского контроля отображаются на рентгеновской пленке с усиливающим экраном, обрабатываются на цифровых системах визуализации или регистрируются цифровыми детекторами - электронными панелями. Использование цифровых систем при получении и обработке изображения позволяет визуализировать структуры объекта в высоком разрешении и контрасте, а также масштабировать их.

Плюсы рентгеновского неразрушающего контроля:

• Неразрушающий метод исследования позволяет определить дефекты, которые невозможно увидеть невооруженным глазом.

• Не требуется разрушение объекта исследования.

• Рентгенография позволяет определить локализацию дефекта относительно плоскости съемки.

• Для проведения исследования необходимо остановить рабочий процесс, однако, не требуется полный демонтаж объекта. По завершении дефектоскопии, если не было выявлено повреждений, объект может продолжать функционировать.

• Быстрый результат. Вы получите ответ сразу же по завершении исследования и обработки данных.

Не существует идеального метода выявления дефектов. Важно знать также и про некоторые минусы технологии.

• Для проведения исследования необходима остановка рабочего процесса и обеспечение специалистам доступа к исследуемым областям объекта. При дефектоскопии печатных плат это не представляется проблемой. Однако, если проводится контроль качества сварных соединений труб, важно освободить их от содержимого на все время проведения исследования.

• Для проведения исследования должен быть обеспечен двухсторонний доступ к объекту.

• Рентгеновское излучение в высоких дозах способно вызывать лучевые ожоги, лучевую болезнь и онкологию. По этой причине для проведения исследования необходимо освободить помещение от персонала.

В системах С3 и С5 используется ультразвуковой метод НК. Ультразвуковой метод неразрушающего контроля – один из акустических методов. Данный метод был предложен советским физиком С.Я. Соколовым в 1928 году и в настоящее время является одним из основных методов неразрушающего контроля.

Методы ультразвуковой дефектоскопии позволяют производить контроль сварных соединений, сосудов и аппаратов высокого давления, трубопроводов, поковок, листового проката и другой продукции. 

При помощи специального оборудования – ультразвукового дефектоскопа и пьезоэлектропреобразователя в объект исследования излучаются и ловятся отраженные ультразвуковые колебания. Данные затем анализируются на предмет выявления дефектов и их эквивалентного размера, формы, вида и глубины нахождения. По времени распространения ультразвука в материале определяют расстояние до дефекта, а по амплитуде отражательного импульса – относительный размер.

В настоящее время существует пять основных методов ультразвукового контроля:

• теневой;

• зеркально-теневой;

• зеркальный;

• эхо-метод;

• дельта-метод.

В промышленности ультразвуковое обследование металла проводят обычно в диапазоне волн от 0,5МГц до10МГц. В некоторых случаях, когда требуется выявить небольшие дефекты, ультразвуковой неразрушающий контроль сварочных швов проводят ультразвуковыми волнами с частотой до 20 МГц.

По сравнению с другими методами неразрушающего контроля ультразвуковой метод обладает важными преимуществами:

• высокая чувствительность к наиболее опасным дефектам типа трещин и непроваров;

• низкая стоимость;

• безопасность для человека (в отличие от рентгеновской дефектоскопии);

• возможностью вести контроль непосредственно на рабочих местах без нарушения технологического процесса;

• при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается;

• возможность проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов.

К недостаткам ультразвукового метода контроля можно отнести невозможность оценки реального размера и характера дефекта, трудности при контроле металлов с крупнозернистой структурой из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука, а также повышенные требования к состоянию поверхности контроля (шероховатости и волнистости).

Макрошлифы — образцы, вырезанные из сварной пластины или из самого изделия в направлении поперек или вдоль шва. Поверхность макрошлифа промывают спиртом и травят специальными реактивами, после чего осматривают невооруженным глазом или с помощью лупы при увеличении до 10.

Данный метод не может служить средством текущего контроля отливок, а используется только в особых случаях, главным образом, в период отработки технологии изготовления новой отливки, при получении ее другим способом литья или систематическом появлении дефектов усадочного происхождения, а также при анализе аварийных разрушений отливки.

Для определения дефектов, нарушающих сплошность стали, применяют реактивы глубокого травления и реактивы поверхностного травления. Возможность их определения основана на том, что соответствующие реактивы более сильно воздействуют на участки с более развитой и активной поверхностью, т.е. именно на те, где имеются дефекты несплошности. Поэтому после травления поверхность макрошлифа в указанных участках протравливается более сильно и глубоко, и они четко выделяются на фоне более выступающих и светлых (т.е. менее сильно протравленных) участков без подобных дефектов. Реактивы глубокого травления используют главным образом для макроанализа слитков (отливок) и проката (поковок).

При исследовании макрошлифа можно определить:

• нарушение сплошности металла: усадочную рыхлость, газовые пузыри и раковины, трещины, пустоты, непровары;

• строение сплавов. Макроанализ выявляет величину, форму и расположение зерен и, в частности, дендритное строение литого металла;

• химическую неоднородность в распределении некоторых элементов по сечению (объему) заготовки, вызванную процессом кристаллизации из жидкости (ликвацию в сплавах серы, фосфора, углерода);

• неоднородность строения сплава, вызванную его последующей обработкой давлением;

• неоднородность сплава, созданную термической или химико-термической обработкой, например, зону цементации в стали, глубину закаленного слоя и др.

При анализе макрошлифа можно определить метод изготовления детали: если наблюдается зеренное строение – деталь получена литьем, если фиксируются волокна (фигуры течения металла) – деталь получена путем пластической деформации.

3 Расчет вероятности невозникновения аварийной ситуации в объекте контроля (ОК) после его изготовления G₀

В

(3.1)

качестве меры надежности технологического процесса сварки примем вероятность G₀ не возникновения аварийной ситуации в объекте в процессе его эксплуатации при заданных условиях, режимах времени. Для вычисления G₀используется формула 2.1, приведеннаяниже.

где ki тип-вид дефекта, ki = ;

р(А_ki) потенциальная опасность дефекта типа-вида ki;

m₀ максимальное число дефектов типа-вида ki в заданном объекте;

ƒ_ki(m)  вероятность образования числа m дефектов типа-вида ki (значения ƒki (m) для различных объектов приведены в табл. 1.2).

В соответствии с заданием следует рассчитать G₀, используя соответствующее распределение вероятности образования определенного числа дефектов определенного типа-вида (табл. 1.2) и условные потенциальные опасности дефектов определенных типов-видов.

Условная потенциальная опасность р(Аki) дефекта типа-вида ki:

р(А_ki) = (3.2)

где rk1- коэффициент опасности дефекта типа-вида ki; гт - коэффициент опасности трещины;

р(Ат) - условная потенциальная опасность трещины р(АТ) = 0,9999.

Условная потенциальная опасность рассчитана и отображена в таблице 3.1.

Таблица 3.1  Условная потенциальная опасность дефектов

Дефект	Трещина	Непровар односторонний	Цепочка шлаковы включений (н)	Газовая округлая пора (д)
r(ki)	0,9999	8	3	1,5
p(Aki)	0,9999	0,0666	0,0249	0,01249

Результаты расчётов вероятностей для каждого дефекта по формуле 3.1 приведены в таблице 3.2, которая представлена ниже.

Таблица 3.2 Вероятности невозникновения дефектов типа-вида ki

Тип дефекта	Трещина	Непровар односторонний	Цепочка шлаковы включений (н)	Газовая округлая пора (д)
G(0i)	0,999	0,998	0,99903	0,99858

Вероятность невозникновения аварийной ситуации G₀= 0,99462.

4 Расчет вероятности обнаружения дефектов системами НК

Система G_j состоит из числа t₀ вариантов методов Mt, каждый из которых характеризуется вероятностью обнаружения P(B_ki/M_t) дефекта конкретного типа-вида:

P(B_ki/C_j) =1 ∏(1-P(B_ki/M_t)) (4.1)

З

Таблица 4.1Значения вероятностей P_д-оп(B_ki/C_j) обнаружения дефектов типа k

начения вероятностей P_д-оп(B_ki/C_j) обнаружения дефектов типа k в сварных соединениях из стали приведены в таблице 4.1

	P(B/R)	P(B/УЗД)	Р(В/Мш)
Трещина	0,7	0,99	0,99
Непровар	0,99	0,99	0,1
Газовая пора	0,99	0,58	0
Цепочка шлак.	0,99	0,74	0

По формуле 4.1 вычислим для каждой системы контроля вероятность обнаружения дефектов. Вычисленные значение вероятностей занесем в таблицу 4.2, представленную ниже.

Таблица 4.2вероятность обнаружения дефектовдля каждой системы контроля

	C1	C3	C5
Трещина	0,97	0,9999	0,9999
Непровар	0,91	0,91	0,99991
Газовая пора	0,99	0,58	0,8236
Цепочка шлак.	0,99	0,74	0,9324