RU2265237C1 - Способ оценки надежности и безопасности изделия по результатам неразрушающего контроля - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области неразрушающего контроля несплошностей, неоднородностей и других дефектов материала изделия или группы изделий. Способ заключается в том, что определяют критические размеры χ_кр дефектов в режиме эксплуатации и допустимые в эксплуатации размеры [χ]_д.э. дефектов. Результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах (N_обн,χ), где N_обн - число обнаруженных при контроле дефектов, χ - характеристический размер дефекта. Определяют вероятность обнаружения дефекта Р_вод, исходную дефектность N_исх=f(χ), остаточную дефектность N_ocm=φ(χ) как разность N_исх и N_обн. Остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χ_д и вероятностную часть χ>χ_д, где χ_д - размер дефектов на границе между достоверной и вероятностной частями. По вероятностной части остаточной дефектности определяют вероятность существования дефектов, размеры которых превышают χ_кр, и дефектов, размеры которых превышают [χ]_д.э. Безопасность изделия определяют как вероятность отсутствия дефектов, размеры которых превышают χ_кр, а надежность изделия определяют как вероятность отсутствия дефектов, размеры которых превышают [χ]_д.э. Технический результат - определение фактического уровня надежности и безопасности изделия до того, как оно разрушится или повредится в эксплуатации. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля (далее НК) несплошностей, неоднородностей и других дефектов материала изделия или группы изделий (деталей, элементов конструкций и т.п.), в том числе ультразвукового, вихретокового, радиографического и других методов НК. Изобретение может применяться в атомной и традиционной энергетике, транспорте, авиации, судостроении, нефтехимии, нефте-, газо- и продуктопроводах, сельскохозяйственных машинах и других областях техники и машиностроения.

В соответствии с существующими правилами и нормами в технике устанавливаются допустимые размеры несплошностей, превышение которых запрещено. Такие несплошности называются дефектами. Дефекты в случае их обнаружения методами неразрушающего контроля устраняются ремонтом.

Считается, что после проведения неразрушающего контроля и ремонта по его результатам всех выявленных дефектов в изделии отсутствуют дефекты. При этом считается, что надежность и безопасность изделия в эксплуатации обеспечена (см., например, нормативные документы в области атомной энергетики: «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок» ПНАЭГ-7-008-89, «Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварные соединения и наплавки. Правила контроля» ПНАЭГ-7-010-89, Госатомнадзор России, Энергоатомиздат, 1991 г.).

На самом деле в настоящее время в технике практически отсутствуют методы и средства неразрушающего контроля, гарантированно, со 100%-ной достоверностью выявляющие все дефекты. Поэтому всегда имеется определенная вероятность пропуска дефекта, в том числе и дефекта, представляющего опасность (то есть развитие которого во время эксплуатации приведет к повреждению изделия или его разрушению). Известно (например, Гурвич А.К. «Надежность дефектоскопического контроля как надежность комплекса «Дефектоскоп - оператор - среда», Дефектоскопия, 1992 г., №3, с.5-13), что практически во всех случаях НК имеется существенная вероятность пропуска дефекта больших размеров, существенно превышающих допустимые размеры. На практике оказывается, что практически всегда после НК и устранения выявленных дефектов в изделии еще остаются дефекты. Именно эти оставшиеся дефекты в конечном итоге и определяют надежность и работоспособность изделия.

Существующие методы оценки надежности изделия основаны на формально-математических подходах, в которых не учитываются реальные оставшиеся в изделии дефекты. Например, в рамках существующих теорий надежности фактический уровень надежности изделия определяют по результатам математической обработки так называемого потока отказов однотипных изделий, находящихся в эксплуатации (Острейковский В.А. «Эксплуатация атомных станций», Москва, Энергоатомиздат, 1999 г., раздел 3.5: «Методы анализа несплошностей оборудования АЭС»). Недостаток таких подходов состоит в том, что находящиеся в эксплуатации изделия должны повредиться или разрушиться, прежде чем можно будет оценить их фактический уровень надежности и безопасность.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в том, что оно позволяет произвести оценку реальной дефектности изделия после контроля и ремонта выявленных дефектов и определить фактический уровень надежности и безопасности изделия до того, как оно разрушится или повредится в эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в способе определения надежности и безопасности изделия, включающем определение дефектности изделия методом неразрушающего контроля и ремонт изделия по результатам контроля, отличающийся тем, что определяют для конкретного изделия или группы m однотипных изделий критические размеры χ_кр дефектов в режиме эксплуатации и допустимые в эксплуатации размеры [χ]_д.э дефектов, результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах (N_обн, χ), где N_обн - число обнаруженных при контроле дефектов, χ - характеристический размер дефекта, причем при контроле однотипных изделий результаты контроля суммируют и представляют в виде одной гистограммы, определяют вероятность обнаружения дефекта Р_вод, определяют исходную дефектность N_исх=f(χ), определяют остаточную дефектность N_ocm=φ(χ) как разность N_исх и N_обн, остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χ_д и вероятностную часть χ>χ_д, где χ - характеристический размер дефекта, χ_д - размер дефектов на границе между достоверной и вероятностной частями, определяемый из:

где χ_макс - максимально возможные размеры дефектов в данном изделии;

по вероятностной части остаточной дефектности определяют надежность изделия Н как вероятность отсутствия в изделии несплошности недопустимого размера по формуле:

при этом часть надежности, связанную с разрушением изделия и, следовательно, потенциально связанную со здоровьем и/или жизнью людей и экологией окружающей изделие среды, определяют как характеристику безопасности изделия Б (в соответствии с законом РФ «О техническом регулировании» от 15.12.2002 г.), которую определяют как вероятность отсутствия в изделии несплошности, по размерам равной или большей χ_кр по формуле:

Как правило, в качестве характеристического размера χ дефекта выбирается линейный размер дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.

В одном из вариантов апроксимируют гистограмму (N_обн, χ) уравнением

N_обн(χ)=A₁χ^-n1{1-(1-η)exp[-α(χ-χ₀)]-η} или

N_обн(χ)=A₂exp(-n₂χ){1-(1-η)exp[-α(χ-χ₀)]-η}

где A₁, A₂, n₁, n₂, α, η - постоянные, которые определяют из условия максимального приближения уравнения N_обн(χ) к результатам контроля, представленным в виде гистограммы,

χ₀ - минимально доступный для выявления размер дефекта,

исходную дефектность N_исх определяют по формуле

N_исх=Aχ^-n

а вероятность обнаружения дефекта Р_вод по формуле:

Р_вод=1-(1-η)exp[-α(χ-χ₀)]-η

В частном случае в качестве характеристического размера принимают малую полуось а эллипса, которым схематизируют дефект, при этом соотношение а/с принимают постоянным для всех а, определяемым из условия максимальной скорости развития дефекта в эксплуатационных условиях.

При этом минимально доступный для выявления размер дефекта χ₀ определяют при настройке дефектоскопа, применяемого при контроле изделия, или как минимальный размер дефекта, который был выявлен при контроле.

Для упрощения вычислений постоянную η можно принимать равной 0.

В другом варианте изготавливают тест-образец, предназначенный для определения характеристик неразрушающего контроля несплошностей в материале изделия, осуществляют контроль этого тест-образца методом неразрушающего контроля и контроль изделия, который производится тем же методом, что и контроль тест-образца, при этом тест-образец изготавливают в форме изделия или его наиболее ответственной части из того же материала и по той же технологии, что и изделие с расположенными случайным образом дефектами с различными характеристическими размерами χ, определяют вероятность обнаружения дефектов P_вод(χ)

P_вод(χ)=N_{обн то}(χ)/N_{зал то}(χ),

где N_{обн то} - число обнаруженных при контроле тест-образца дефектов,

N_{зал то} - число заложенных при изготовлении образца дефектов,

исходную дефектность изделия определяют после НК изделия как

N_исх=N_{обн изд}/Р_вод(χ)

гистограмму (N_исх,χ) апроксимируют уравнением N_исх=f(χ) или N_исх=f(а,c), где а, с - линейные размеры дефектов,

а остаточную дефектность N_ост определяют по формуле

N_ocm(χ)=N_исх(χ)-N_{обн изд} или

N_ocm(а,c)=N_исх(a,c)-N_{обн изд}(а,с)

При этом тест-образец содержит две группы дефектов: дефекты, размеры которых лежат в области дефектов, допустимых при эксплуатации, и размеры которых лежат в области критических для изделия в режиме эксплуатации, при этом дефекты имитируют дефекты эксплуатационной и технологической природы.

При этом гистограмму (N_исх,χ) апроксимируют уравнением типа N_исх=A_χexp(-n_χχ), или N_исх=A_аexp(-n_aа), или N_исх=A_а,c exp[-n_a,c(а²/c)], или N_исх=A_F exp(-nF), или

или

или

или

где а, с - линейные размеры дефекта,

F - площадь дефекта

n, A - коэффициенты, выбираемые из условия максимального приближения аналитической кривой к экспериментальным данным.

На фиг.1 изображена схематизация дефекта в трубопроводе эллипсом с полуосями а и с, на фиг.2 - совокупность дефектов критических и допустимых размеров, на фиг.3 - гистограмма выявленных в изделии дефектов, на фиг.4 - кривые исходной и остаточной дефектности, вероятности выявления дефектов.

Способ может применяться для конкретного изделия или группы однотипных изделий, качество изготовления, надежность и безопасность которого необходимо обеспечить с применением известного метода НК при проведении контроля оператором известной квалификации с последующим ремонтом выявленных дефектов.

Методами механики разрушения определяют критические размеры дефектов в режиме эксплуатации для данного изделия χ_кр и предельно допустимые в эксплуатации дефекты [χ]_д.э (нормы дефектов изделия), определяемые по действующим нормативным документам и/или ТУ на изготовление (например, для атомной техники - по нормативной методике М-02-91, описанной в...), χ - характеристический размер дефекта, например, выбирается линейный размер дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта. Надо отметить, что дефекты, определяющие качество, - это дефекты, размеры которых находятся в интервале от размеров минимальных доступных для выявления дефектов (поискового) до размеров дефектов, допустимых при изготовлении и выше; дефекты, определяющие надежность, - это дефекты, размеры которых находятся в интервале от браковочного при изготовлении до допустимого при эксплуатации и выше; дефекты, определяющие безопасность, - от допустимых при эксплуатации до критических размеров и выше.

Совокупность дефектов критических размеров (кривая 3), допустимых в эксплуатации размеров (кривая 2), а также допустимые размеры несплошностей при изготовлении (кривая 1) изображены на фиг.2.

Проводят неразрушающий контроль изделия (НК) выбранным методом (ультразвуковым, вихретоковым, радиографическим и другими методами НК) и техническими средствами контроля операторами определенной квалификации и затем устраняют в нем обнаруженные дефекты (ремонтом).

Результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах «характеристический размер дефекта χ - количество выявленных дефектов данного размера N_{обн изд}».

Далее определяют вероятность обнаружения дефекта Р_вод, исходную дефектность N_исх=f(χ) и остаточную дефектность N_ост=φ(χ) как разность N_исх и N_обн.

Указанные зависимости можно определять различными методами.

Согласно одному из вариантов результаты НК представляют в виде аналитических выражений.

Структура уравнения, которое может описать результаты НК, представленные на гистограмме, фиг.3, следующая:

N_обн(χ)=N_исх(χ)P_вод(χ)

где N_обн - число обнаруженных при контроле дефектов на единицу характеристического размера. Если в качестве характеристического размера выбрана малая полуось эллипса, которым схематизируют дефект, то размерность N_обн - мм^-1;

N_исх - функция исходной (до НК и ремонта) дефектности с той же размерностью, что и N_обн,

Р_вод - вероятность обнаружения дефекта данного размера χ.

Вид функций N_исх и Р_вод определяется, исходя из условия наибольшей простоты выражения, минимального числа констант и соответствия физически обусловленной зависимости N_исх и Р_вод от χ. В первом приближении могут быть использованы следующие уравнения:

N_исх=Aχ^-n,

Р_вод=1-(1-η)exp[-α(χ-χ₀)]-η

N_обн(χ)=Aχ^-n{1-(1-η)exp[-α(χ-χ₀)]-η}

где A, n, α, η, χ₀ - постоянные.

Определяют численные значения постоянных А, n, α, η из условия максимального приближения уравнения N_обн(χ) к результатам НК, представленным в виде гистограммы.

При этом χ₀ - минимально доступный для выявления размер дефекта - определяют при настройке дефектоскопа, применяемого при контроле изделия, или как минимальный размер дефекта, который был выявлен при контроле; η в первом приближении можно принять равной 0. В результате остается три неизвестных, что существенно облегчает задачу их определения.

Определить постоянные А, n, α можно либо решая систему трех уравнений относительно А, n и α, которые получают, если взять три точки на гистограмме, либо их определяют с использованием метода наименьших квадратов.

Остаточную дефектность N_ост определяют как разность N_исх и N_обн:

N_ост(χ)=N_исх(χ)-N_обн(χ).

При этом число оставшихся после НК и ремонта дефектов в изделии определяют в трех диапазонах: остаточную дефектность

в области дефектов, важных для безопасности, определяют в виде числа дефектов в изделии, размеры которых равны или больше критических размеров χ_кр в режиме эксплуатации изделия:

при

при

изделие не имеет запаса безопасности и не может быть допущено к эксплуатации;

остаточную дефектность

, в области дефектов, важных для надежности, определяют в виде числа дефектов, размеры которых превышают размеры дефектов [χ]_д.э., предельно допустимых в эксплуатации изделия:

при

при

изделие не имеет запаса надежности;

где m - число однотипных изделий.

При построении гистограммы горизонтальная ось χ должна включать критический размер дефекта, даже если в результате контроля все выявленные дефекты не достигали критических размеров.

В случае контроля нескольких однотипных изделий все результаты контроля суммируют и представляют в виде одной гистограммы. Чем большее количество изделий было проконтролировано, тем достовернее получаемый окончательный результат.

Согласно другому варианту для определения зависимостей Р_вод (вероятность обнаружения дефекта), N_исх=f(χ) (исходная дефектность) и N_ост=φ(χ) (остаточная дефектность) изготавливают тест-образец.

С учетом реальных эксплуатационных нагрузок и условий определяют для изделия (например, трубопровода, фиг.1) методами механики разрушения (с учетом коэффициентов безопасности) дефекты (несплошности).

Совокупность дефектов критических размеров (кривая 3), допустимых в эксплуатации размеров (кривая 2), а также допустимые размеры несплошностей при изготовлении (кривая 1) изображены на фиг.2.

Тест-образец изготавливается по форме изделия и в масштабе примерно 1:1 к изделию или его наиболее ответственной части. Наиболее ответственная часть изделия - это та часть изделия, в которой наиболее вероятно возникновение дефектов (сварные швы, места максимальных эксплуатационных воздействий и т.п.) или разрушение которых представляет опасность. Тест-образец выполняют из того же материала и по той же технологии, что и изделие. В тест-образцы закладывают искусственные дефекты трех типов:

- дефекты, размеры которых лежат в интервале от размеров дефектов, допустимых при эксплуатации, до размеров критических для изделия в режиме эксплуатации дефектов,

- дефекты, размеры которых лежат в интервале от размеров допустимых при изготовлении дефектов до размеров дефектов, допустимых при эксплуатации.

При этом дефекты (несплошности) должны имитировать дефекты эксплуатационной природы. Эксплуатационные дефекты - дефекты, которые могут развиться от технологических дефектов или зародиться и развиться под действием эксплуатационных нагрузок (трещины усталости, трещины коррозионного растрескивания под напряжением и т.п.).

Все заложенные дефекты должны быть скрытыми от операторов НК, т.е. быть внутренними (подповерхностными) или, если дефект поверхностный, располагаться в месте, недоступном для визуального обнаружения (или иметь размеры, которые невозможно зафиксировать визуально).

Также следует отметить, что дефекты располагают в образце случайным образом, например, с использованием таблиц случайных чисел.

Минимальное допустимое расстояние между дефектами определяют исходя из условия существования одиночных дефектов (если закладываются одиночные дефекты) или меньше - для групповых трещин (условия взаимного влияния известны, например, Методические рекомендации МР 108.7-86, М., ЦНИИТМАШ, 1986).

Число дефектов каждого типа должно быть достаточным для статистической обработки результатов, например, не менее 9 шт. (При меньшем количестве результаты менее достоверны.)

Любой дефект консервативно можно смоделировать трещиной, а любую трещину можно описать эллипсом с полуосями: короткой а и длинной с.

Возможны различные варианты закладки дефектов в тест-образец.

В тест-образец закладывают дефекты в виде эллипсов, а соотношение осей эллипса принимают исходя из условия максимальной скорости роста дефекта в эксплуатационном поле напряжений.

В тест-образец закладывают дефекты в виде эллипсов, при этом соотношение осей эллипса принимают произвольное, а в качестве характеризующей размер дефекта величины принимают площадь плоскостного дефекта или площадь проекции объемного дефекта на плоскость вероятного развития дефекта.

В тест-образец закладывают дефекты в виде эллипсов, при этом количество дефектов и соотношение осей эллипса выбирают с использованием математических методов планирования эксперимента исходя из условия минимизации числа закладываемых дефектов (К.Дэниел. Применение статистики в промышленном эксперименте, из-во «Мир», М. 1979).

В случае, если закладываемые в тест-образец дефекты не имеют форму эллипса, то их схематизируют эллипсами.

После изготовления тест-образца производят его контроль с использованием тех же средств и методов контроля и операторами той же квалификации, которые затем будут применяться при контроле изделия, результаты контроля сравниваются с реальными дефектами, заложенными в тест-образец.

Для каждого характеристического размера дефекта определяется достоверность в виде функции вероятности обнаружения дефектов Р_вод(χ)

P_вод(χ)=N_{обн то}(χ)/N_{зал то}(χ),

где N_{обн то} - число обнаруженных при контроле тест-образца дефектов,

N_{зал то} - число заложенных при изготовлении образца дефектов.

По результатам контроля строят кривую вероятности выявляемости дефектов для данной детали данным методом НК в зависимости от характеристического размера дефектов. Кривую вероятности выявления дефектов от размеров дефектов "а" и "с" (любой дефект в материале консервативно можно описать эллипсом с полуосями а и с) можно аппроксимировать наиболее близко описывающим экспериментальные результаты контроля уравнением, например

P_вод=1-(1-η)exp[-α_HK(а-а₀)(c-c₀)]-η, или

или

P_вод=1-(1-η)exp[-α_HK(χ-χ₀)]-η

Где α_HK - коэффициент достоверности НК, характеризует увеличение выявляемости дефектов в зависимости от его размера;

η - постоянная, характеризующая предельную выявляемость контроля данным методом при сколь угодно большом размере дефекта; если размеры детали небольшие, то данной величиной можно пренебречь, введя соответствующую корректировку величины α_HK;

χ - характеристический размер дефекта, например, его площадь;

χ₀ - минимальный характеристический размер дефекта;

а₀, с₀ - минимальные размеры дефектов, доступные для выявления НК.

Далее проводят контроль изделия, а результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах «характеристический размер дефекта χ - количество выявленных дефектов данного размера N_{обн изд}».

Исходную дефектность N_исх определяют как отношение N_{обн изд}/Р_вод(χ); полученную гистограмму апроксимируют уравнением типа N_исх=A_χ exp(-n_χχ), или

или

или

или

или

где а, с - линейные размеры дефекта,

ρ_с - функция распределения величины с, например нормальный закон распределения,

F - площадь дефекта,

n, A, D,

- коэффициенты, выбираемые из условия максимального приближения аналитической кривой к экспериментальным данным, при этом

- среднее значение с, D - дисперсия.

В качестве характеристического размера можно принять малую полуось а эллипса, которым схематизируют дефект, при этом соотношение а/с принимают постоянным для всех а исходя из условия максимальной скорости роста дефекта в условиях эксплуатации; при этом

, например, в случае однородного поля напряжений а/с=2 и нормального закона для распределения с со средним значением с=2а и дисперсией D=а/2 получаем

Остаточную дефектность получают как разность между N_исх и N_{обн изд}. При этом N_{обн изд} определяют из аналитического выражения N_исх·Р_вод(χ), т.е. остаточную дефектность N_ост можно представить в виде уравнения

N_ост=N_исх(1-Р_вод).

Безопасность изделия Б определяют как вероятность отсутствия в изделии дефектов, больше или равных χ_кр, где остаточную дефектность

в области дефектов, важных для безопасности, определяют в виде числа дефектов в изделии, размеры которых равны или больше критических размеров χ_кр в режиме эксплуатации изделия:

остаточную дефектность

в области дефектов, важных для надежности (надежность Н), определяют в виде вероятности отсутствия дефектов, размеры которых превышают размеры дефектов χ_д,э предельно допустимых в эксплуатации изделия:

Далее остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χ_д, в которой дефекты с размерами χ≤χ_д существуют достоверно, и вероятностную часть χ>χ_д, в которой дефекты с размерами χ>χ_д могут быть, а могут и не быть.

Границу между достоверной и вероятностной частями остаточной дефектности определяют из условия:

где χ_макс - максимально возможные размеры дефектов в данном изделии.

По вероятностной части остаточной дефектности определяют вероятность существования дефектов, размеры которых превышают χ_кр, и дефектов, размеры которых превышают [χ]_д.э

Безопасность изделия определяют как вероятность существования дефектов, размеры которых превышают χ_кр, а надежность изделия определяют как вероятность дефектов, размеры которых превышают [χ]_д.э.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Необходимо обеспечить качество двух трубопроводов внутренним диаметром D=800 мм, толщиной стенки S=34 мм из перлитной стали. Критические размеры дефектов в поперечных сварных швах представлены на фиг.2 (кривая 1). Допустимые в эксплуатации дефекты определили с использованием уравнений механики разрушения и коэффициентов запаса прочности (кривая 2 на фиг.2). Нормы дефектов в эксплуатации представлены на фиг.2 кривой 3.

В результате НК штатным методом и средствами до начала эксплуатации (после монтажа) было обнаружено 60 несплошностей.

Все выявленные несплошности (дефекты) представлены в виде гистограммы на фиг.3.

При этом в качестве характеристического размера дефекта выбрана ширина дефекта в направлении толщины стенки, а точнее - малая полуось эллипса, которыми схематизировали все выявленные дефекты.

При соотношении а/c≈0,5 критическому размеру дефекта соответствует а=15 мм, [а]_д.э.=6 мм, [а]_изг.=1,15 мм (фиг.2).

Несмотря на то, что максимальный размер выявленного дефекта составил а_макс=13 мм, ось абсцисс содержит критический размер а=15 мм.

Уравнение, описывающее число выявленных дефектов N_обн в зависимости от размеров а:

N_обн=Aа^-n[1-exp[-α(а-а₀)].

По результатам контроля минимальный выявленный дефект имел а=0,6 мм.

Для определения постоянных А, n, α решают систему из трех уравнений относительно этих постоянных:

1-е уравнение получают для точки с координатами (а=1 мм, N_обн=20) по фиг.3:

20=A·1^-n[1-exp[-α(1-0,6)]];

2-е уравнение получают для точки с координатами (а=5 мм, N_обн=4) по фиг.3:

4=A·5^-n[1-exp[-α(5-0,6)]];

3-е уравнение получают для точки с координатами (а=13 мм, N_обн=0,66) по фиг.3:

0,66=A·13^-n[1-exp[-α(13-0,6)]].

Для 3-его уравнения N_обн=0,66 получено как осреднение числа выявленных дефектов в интервале от 11 до 13 мм, что составило 2/3, где 2 - число выявленных дефектов, 3 - число интервалов.

Окончательно система уравнений имеет вид:

20=A·[1-exp(-0,4α)]

4=A·5^-n[1-exp[(-4,4α)]];

0,66=A·13^-n[1-exp(-12,4α)]].

Решение системы уравнений относительно A, n, α дало следующие результаты:

A=1000 мм, n=2,56, α=0,05 мм^-1.

Подставляя постоянные А, n, α в соответствующие уравнения, получают:

уравнение исходной дефектности:

N_исх=1000а^-2,56;

уравнение вероятностей обнаружения дефекта:

Р_вод=1-exp[-0,05(а-0,6)];

уравнение остаточной дефектности

N_ост(χ)=N_исх(χ)-N_обн(χ).

Полученные уравнения представлены на фиг.4.

Решают уравнения

и

При этом а_макс=S, где S - толщина стенки трубопровода. Результаты решения представлены на фиг.5 в виде кривой 1. Допустимые в эксплуатации и критические дефекты отмечены соответственно [а] и а_кр

Окончательно получили

а_д=14 мм; Н=1-1=0; Б=1-0,55=0,45.

Так как значения надежности и безопасности для характеристик остаточной дефектности в соответствии с кривой 1 недопустимо низки, изделие было забраковано и отправлено на доработку. После доработки изделия провели повторный контроль и ремонт изделия, по результатам которого была получена кривая 2. В этом случае надежность составила

а безопасность составила

По полученным результатам изделие было допущено в эксплуатацию.

Claims (9)

1. Способ определения надежности и безопасности изделия, включающий определение дефектности изделия методом неразрушающего контроля, отличающийся тем, что определяют для конкретного изделия или группы m однотипных изделий критические размеры χ_кр дефектов в режиме эксплуатации и допустимые в эксплуатации размеры [χ]_д.э. дефектов, результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах (N_обн,χ), где N_обн - число обнаруженных при контроле дефектов, χ - характеристический размер дефекта, причем при контроле m однотипных изделий результаты контроля суммируют и представляют в виде одной гистограммы, определяют вероятность обнаружения дефекта Р_вод, определяют исходную дефектность N_исх=f(χ), определяют остаточную дефектность N_ост φ(χ) как разность N_исх и N_обн, остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χ_д и вероятностную часть χ>χ_д, где χ - характеристический размер дефекта, χ_д - размер дефектов на границе между достоверной и вероятностной частями, определяемый из

где χ_макс - максимально возможные размеры дефектов в данном изделии;

по вероятностной части остаточной дефектности определяют надежность изделия Н как вероятность отсутствия в изделии несплошности недопустимого размера по формуле

при этом часть надежности, связанную с разрушением изделия, определяют как характеристику безопасности изделия Б, которую определяют как вероятность отсутствия в изделии несплошности, по размерам равной или большей χ_кр, по формуле

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве характеристического размера χ дефекта выбирается линейный размер дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что апроксимируют гистограмму (N_обн, χ) уравнением:

N_обн(χ)=A₁χ^-n1{1-(1-η)ехр[-α(χ-χ₀)]-η} или

N_обн(χ)=A₂exp(-n₂χ){1-(1-η)ехр[-α(χ-χ₀)]-η},

где А₁, А₂, n₁, n₂, α, η - постоянные, которые определяют из условия максимального приближения уравнения N_обн (χ) к результатам контроля, представленным в виде гистограммы;

χ₀ - минимально доступный для выявления размер дефекта, исходную дефектность N_исх определяют по формуле

N_исх=Аχ^-n,

а вероятность обнаружения дефекта Р_вод формуле

Р_вод=1-(1-η)ехр[-α(χ-χ₀)]-η.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве характеристического размера принимают малую полуось a эллипса, которым схематизируют дефект, при этом соотношение a/с, где с - большая полуось эллипса, принимают постоянным для всех a, определяемым из условия максимальной скорости развития дефекта в эксплуатационных условиях.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что минимально доступный для выявления размер дефекта χ₀ определяют при настройке дефектоскопа, применяемого при контроле изделия, или как минимальный размер дефекта, который был выявлен при контроле.

6. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что постоянную η принимают равной 0.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что изготавливают тест-образец, предназначенный для определения характеристик неразрушающего контроля несплошностей в материале изделия, осуществляют контроль этого тест-образца методом неразрушающего контроля и контроль изделия, который производится тем же методом, что и контроль тест-образца, при этом тест-образец изготавливают в форме изделия или его наиболее ответственной части из того же материала и по той же технологии, что и изделие с расположенными случайным образом дефектами с различными характеристическими размерами χ, определяют вероятность обнаружения дефектов Р_вод (χ):

P_вод(χ)=N_{обн. то}(χ)/N_{зал. то}(χ),

где N_{обн. то} - число обнаруженных при контроле тест-образца дефектов;

N_{зал. то} - число заложенных при изготовлении образца дефектов, исходную дефектность определяют как

N_исх=N_{обн. изд}/P_вод(χ),

гистограмму (N_исх,χ) апроксимируют уравнением N_исх=f(χ) или N_исх=f(a,с), где а, с - линейные размеры дефектов,

а остаточную дефектность N_ост определяют по формуле

N_ост(χ)=N_исх(χ)-N_{обн. изд} или

N_ост(a,c)=N_исх(a,c)-N_{обн. изд} (a,c).

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что тест-образец содержит группы дефектов: дефекты, размеры которых лежат в области дефектов, допустимых при эксплуатации, и размеры которых лежат в области критических для изделия в режиме эксплуатации, при этом дефекты имитируют дефекты эксплуатационной и технологической природы.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что гистограмму (N_исх,χ) апроксимируют уравнением типа N_исх=А_χехр(-n_χχ), или N_исх=А_aехр(-n_aa), или N_исх=A_a,c ехр[-n_a,c(a²/с)], или N_исх=А_F exp(-nF), или

или

где a, с - линейные размеры дефекта;

F - площадь дефекта;

n, A - коэффициенты, выбираемые из условия максимального приближения аналитической кривой к экспериментальным данным.

Images