RU2518409C1 - Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами - Google Patents

Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами Download PDF

Info

Publication number
RU2518409C1
RU2518409C1 RU2013125294/11A RU2013125294A RU2518409C1 RU 2518409 C1 RU2518409 C1 RU 2518409C1 RU 2013125294/11 A RU2013125294/11 A RU 2013125294/11A RU 2013125294 A RU2013125294 A RU 2013125294A RU 2518409 C1 RU2518409 C1 RU 2518409C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
defect
product
defects
residual
determined
Prior art date
Application number
RU2013125294/11A
Other languages
English (en)
Inventor
Геннадий Викторович Аркадов
Александр Федорович Гетман
Александр Васильевич Михальчук
Владимир Александрович Пиминов
Александр Георгиевич Казанцев
Original Assignee
ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО ВНИИАЭС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО ВНИИАЭС) filed Critical ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (ОАО ВНИИАЭС)
Priority to RU2013125294/11A priority Critical patent/RU2518409C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2518409C1 publication Critical patent/RU2518409C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к методам испытаний, в частности к методам неразрушающего контроля. Гамма-процентный ресурс изделия определяют по результатам ультразвукового, вихретокового, радиографического и прочих методов неразрушающего контроля дефектов материала изделия или группы изделий. Способ основан на оценке остаточной дефектности с использованием тест-образца со скрытыми дефектами. Достигается возможность оценки реальной дефектности изделия после контроля и ремонта выявленных дефектов и определения фактического уровня гамма-процентного ресурса изделия до того, как оно разрушится или повредится в эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к способам испытаний, в частности, для оценки показателей долговечности изделия, точнее гамма-процентного ресурса изделия. Изобретение может применяться в транспорте, атомной и традиционной энергетике, авиации, судостроении, нефтехимии, нефте-, газо- и продуктопроводах, сельскохозяйственных машинах и других областях техники и машиностроения.
Гамма-процентный ресурс - это ресурс, в течение которого изделие не достигнет предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах (ГОСТ53480-2009 Надежность в технике. Термины и определения).
В качестве прототипа выбран способ определения качестве изделий, раскрытый в патенте RU 2243586 C1 (опубликован 27.12.2004). Данный способ позволяет определять остаточную дефектность. Однако данный способ не позволяет определять параметры надежности изделия, в частности гамма-процентный ресурс, и их изменение в ходе эксплуатации изделия.
Предельные состояния изделий (механических изделий), как правило, связаны с дефектами металла (или другого конструкционного материала), из которого изготовлено изделие. В соответствие 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. В процессе эксплуатации несплошности и дефекты материала изделия могут развиваться и увеличиваться в размере, приводя к окончательной поломке или разрушению изделия. Для своевременного выявления опасных несплошностей применяют неразрушающий контроль.
Гамма-процентный ресурс изделия настоящим изобретением предлагается определять по результатам 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.
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, Аркадов Г.В., Гетман А.Ф., Родионов А.Н. Надежность оборудования и трубопроводов АЭС и оптимизация их жизненного цикла, М., Энергоатомиздат, 2010; 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 долговечность изделия.
Существующие методы оценки гамма-процентного ресурса изделия основаны на формально-математических подходах, в которых не учитываются реальные оставшиеся в изделии дефекты. Например, в рамках существующих теорий надежности фактический уровень гамма-процентного ресурса 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 гамма-процентного ресурса изделия до того, как оно разрушится или повредится в эксплуатации.
Пример осуществления изобретения иллюстрируется следующими графическими материалами.
На фиг.1 представлены кривые остаточной дефектности до начала эксплуатации и в конце эксплуатации. На фиг.2 изображена схематизация дефекта в трубопроводе эллипсом с полуосями a и c. На фиг.3 показана совокупность дефектов критических и допустимых размеров. На фиг.4 показана гистограмма выявленных в изделии дефектов, кривые исходной и остаточной дефектности. На фиг.5 показан график для определения вероятности обнаружения дефектов.
Технический результат достигается тем, что способ определения гамма-процентного ресурса изделия включает определение дефектности изделия методом неразрушающего контроля, при этом 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 для конкретного изделия или группы m однотипных изделий критические размеры χкр дефектов в режиме эксплуатации и допустимые в эксплуатации размеры [χ]д.э. дефектов, результаты контроля изделия представляют в виде гистограммы в координатах (Nобн, χ), где Nобн - 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 дефектов Pвод на упомянутом тест-образце, определяют исходную дефектность Nисх=f(χ), определяют остаточную дефектность Nост=φ(χ) как разность Nисх и Nобн, остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χд и вероятностную часть χ>χд, где χ - характеристический размер дефекта, χд - размер дефектов на границе между достоверной и вероятностной частями, определяемый из
χ д χ м а к с ϕ ( χ ) d χ = 1
Figure 00000001
,
где χмакс - максимально возможные размеры дефектов в данном изделии;
полученная вероятностная часть остаточной дефектности принимается за начальную кривую остаточной дефектности, которая сдвигается вправо на графике в координатах (lgPр; χ), где Pр - вероятность разрушения, за счет развития дефектов в эксплуатации, при этом величину развития определяют расчетным путем в зависимости от механизма и условий эксплуатации; полученную новую кривую принимают за конечную кривую остаточной дефектности и по ней определяют значения гамма-процентного ресурса по критериям либо появления недопустимого в эксплуатации дефекта, либо по критерию разрушения, при этом в первом случае используют уравнение
γt([χ]д.э.)=[1-Ppд.э.)]×100%,
а во втором случае уравнение
γtкр)=[1-Ppкр)]×100%.
Отличительной чертой данного способа является то, что для определения гамма-процентного ресурса используют тест-образец, фактически идентичный изделию.
По вероятностной части конечной остаточной дефектности определяют вероятность гамма-процентного ресурса изделия γt как вероятность отсутствия в изделии несплошности недопустимого размера по формуле:
γ t ( [ χ ] д . э . ) = [ 1 1 m [ χ ] д . э . χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]
Figure 00000002
а гамма-процентный ресурс изделия по критерию разрушения можно определить как вероятность отсутствия в изделии несплошности, по размерам равной или большей χкр, по формуле:
γ t ( χ к р ) = [ 1 1 m χ к р χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]
Figure 00000003
Для того чтобы гамма-процентный ресурс выразить в процентах, надо величину γt([χ]д.э.) или γtкр) умножить на 100%.
Как правило, в качестве характеристического размера χ дефекта выбирается линейный размер a дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.
В одном из вариантов аппроксимируют гистограмму (Nобн, χ) уравнением
Nобн(χ)=A1χ-n1{1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η} или
Nобн(χ)=A2exp(-n2χ){1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η},
где A1, А2, n1, n2, η - постоянные, которые определяют из условия максимального приближения уравнения Nобн(χ) к результатам контроля, представленным в виде гистограммы, а α определяют с использованием тест-образца,
χ0 - минимально доступный для выявления размер дефекта,
исходную дефектность Nисх определяют по формуле:
Nисх=Аχ-n
а вероятность обнаружения дефекта Pвод аппроксимируют по результатам контроля тест-образца формулой:
Pвод=1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η.
В частном случае в качестве характеристического размера χ принимают малую полуось a 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.
Зависимость (Nисх, χ) апроксимируют уравнением типа Nисхχexp(-nχχ), или Nисх=Aaехр(-na a), или Nисх=Aa,cexp[-na,c(a 2/c)], или Nисх=AFexp(-nF), или N и с х = A χ χ n χ
Figure 00000004
, или N и с х = A a a n a
Figure 00000005
, или N и с х = A a , c ( a 2 / c ) n a , c
Figure 00000006
, или N и с х = A F F n F
Figure 00000007
,
где а, с - линейные размеры дефекта,
F - площадь дефекта,
n, A - коэффициенты, выбираемые из условия максимального приближения аналитической кривой к экспериментальным данным.
Способ может применяться для конкретного изделия или группы однотипных изделий, гамма-процентный ресурс которых надо определить, 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 χкр 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). χ - характеристический размер дефекта, например, выбирается линейный размер дефекта, или комбинация линейных размеров дефекта, или площадь дефекта, или объем дефекта.
Фиг.1 иллюстрирует тот факт, что определенная указанным выше способом кривая остаточной дефектности принимается за исходную (то есть на момент оценки, например, до начала эксплуатации) остаточной дефектностью (кривая 1 на фиг.1), которая за время эксплуатации tэ (за счет того, что дефекты подрастут) сдвинется вправо (фиг.1, кривая 2). Новую кривую остаточной дефектности принимают за конечную кривую остаточной дефектности.
Совокупность дефектов критических размеров (кривая 3), допустимых в эксплуатации размеров (кривая 2), а также допустимые размеры несплошностей при изготовлении (кривая 1) изображены на фиг.3.
Проводят неразрушающий контроль изделия (НК) выбранным методом (ультразвуковым, вихретоковым, радиографическим и другими методами НК), техническими средствами контроля и 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 Nобн изд».
Далее определяют исходную дефектность Nисх=f(χ) и остаточную дефектность Nост=φ(χ) по уравнению Nисх(χ)=Nобн(χ)/Pвод(χ) как разность Nисх и Nобн.
Указанные зависимости можно определять следующим способом. Результаты НК представляют в виде аналитических выражений. Структура уравнения, которое может описать результаты НК, представленные на гистограмме, фиг.4, следующая:
Nобн(χ)=Nисх(χ)Pвод(χ)
где Nобн - число обнаруженных при контроле дефектов на единицу характеристического размера. Если в качестве характеристического размера выбрана малая полуось эллипса, которым схематизируют дефект, то размерность Nобн - мм-1;
Nисх - функция исходной (до НК и ремонта) дефектности с той же размерностью, что и Nобн;
Pвод - вероятность обнаружения дефекта данного размера χ.
Вид функции Nисх определяется исходя из условия наибольшей простоты выражения, минимального числа констант и соответствия физически обусловленной зависимости Nисх от χ.
В первом приближении могут быть использованы следующие уравнения:
Nисх=Aχ-n,
Pвод=1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η,
Nобн(χ)=Aχ-n{1-(1-η)exp[-α(χ-χ0)]-η},
где A, n, α, η, χ0 - постоянные.
Определяют численные значения постоянных A, n, α, η из условия максимального приближения уравнения Nобн(χ) к результатам НК, представленным в виде гистограммы. При этом α и η определили ранее на тест-образце.
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 две неизвестных, что существенно облегчает задачу их определения.
Определить постоянные A и n можно либо решая систему двух уравнений относительно A и n, которые получают, если взять две точки на гистограмме, либо их определяют с использованием метода наименьших квадратов.
Остаточную дефектность Nост определяют как разность Nисх и Nобн:
Nост(χ)=Nисх(χ)-Nобн(χ).
При этом число оставшихся после НК и ремонта дефектов в изделии определяют в трех диапазонах: остаточную дефектность N о с т , к р Σ
Figure 00000008
в области дефектов, важных для безопасности, определяют в виде числа дефектов в изделии, размеры которых равны или больше критических размеров χкр в режиме эксплуатации изделия: N о с т , к р Σ = 1 m χ к р χ п р е д N о с т ( χ ) d χ
Figure 00000009
; при N о с т , к р Σ < 1
Figure 00000010
имеется вероятность неразрушения изделия; при N о с т , к р Σ 1
Figure 00000011
изделие не имеет запаса безопасности и не может быть допущено к эксплуатации;
остаточную дефектность N о с т , д . э . Σ
Figure 00000012
в области дефектов, важных для надежности, определяют в виде числа дефектов, размеры которых превышают размеры дефектов [χ]д.э., предельно допустимых в эксплуатации изделия:
N о с т , д . э . Σ = 1 m χ д . э . χ п р е д N о с т ( χ ) d χ
Figure 00000013
; при N о с т , д . э . Σ 1
Figure 00000014
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.
Кривую вероятности выявления дефектов от размеров дефектов "a" и "с" (любой дефект в материале консервативно можно описать эллипсом с полуосями a и с) можно аппроксимировать наиболее близко описывающим экспериментальные результаты контроля уравнением, например
Pвод=1-(1-η)exp[-αНК(a-a 0)(c-c0)]-η, или
P в о д = 1 ( 1 η ) exp [ α Н К ( a a 0 ) a c ] η
Figure 00000015
, или
Pвод=1-(1-η)exp[-αНК(χ-χ0)]-η
где αНК - 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 αНК;
χ -характеристический размер дефекта, например его площадь;
χ0 - минимальный характеристический размер дефекта;
а0, c0 - 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 Nобн изд».
Исходную дефектность Nисх определяют как отношение Nобн изд/Pвод(χ); полученную гистограмму апроксимируют уравнением типа Nисх=Aχexp(-nχχ), или N и с х = A χ χ n χ
Figure 00000016
, или N и с х = A a a n a
Figure 00000017
, или N и с х = A a , c ( a 2 / c ) n a , c
Figure 00000018
, или N и с х = A F F n F
Figure 00000019
, или
N и с х = A a a n a ρ ( c )
Figure 00000020
, или N и с х = A a , c a n 1 2 π D exp [ ( c c ¯ ) 2 2 D 2 ( c ) ]
Figure 00000021
где а, с - линейные размеры дефекта,
ρc - функция распределения величины с, например, нормальный закон распределения,
F - площадь дефекта,
n, A, D, c ¯
Figure 00000022
- коэффициенты, выбираемые из условия максимального приближения аналитической кривой к экспериментальным данным, при этом c ¯
Figure 00000023
- среднее значение с, а D - дисперсия.
В качестве характеристического размера можно принять малую полуось a 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
N и с х = 0 c м а к с ϕ ( a , c ) d c = f ( a )
Figure 00000024
, например, в случае однородного поля напряжений a/с=2 и нормального закона для распределения с со средним значением с=2a и дисперсией D=a/2 получаем
N и с х = 0 c м а к с A a n 1 2 π D exp [ ( c c ¯ ) 2 2 D 2 ( c ) ] d c = = A a n 0 c м а к с 2 a π exp [ ( c 2 a ) 2 / 0,5 a 2 ] d c = A a n
Figure 00000025
Остаточную дефектность получают как разность между Nисх и Nобн изд. При этом Nобн изд определяют из аналитического выражения Nисх·Pвод(χ), т.e. остаточную дефектность Nост можно представить в виде уравнения
Nост=Nисх(1-Pвод).
Далее остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χд, в которой дефекты с размерами χ≤χд существуют достоверно, и вероятностную часть χ>χд, в которой дефекты с размерами χ>χд могут быть, а могут и не быть.
Границу между достоверной и вероятностной частями остаточной дефектности определяют из условия:
χ д χ м а к с ϕ ( χ ) d χ = 1
Figure 00000026
,
где χмакс - максимально возможные размеры дефектов в данном изделии.
Полученная таким образом вероятностная часть остаточной дефектности будет начальной кривой остаточной дефектности. За время эксплуатации tэ (за счет того, что дефекты подрастут) эта кривая сдвинется вправо (кривая 2 на фиг.1). Величины сдвигов вправо можно определить по известным формулам в зависимости от исходного размера дефекта, например по нормативному документу в атомной энергетике РД ЭО-0330 или упоминавшейся выше монографии Аркадова Г.В., Гетмана А.Ф. и Родионова А.Н. Полученная новая кривая остаточной дефектности будет конечной остаточной дефектностью.
По вероятностной части конечной остаточной дефектности определяют вероятность гамма-процентного ресурса изделия γt как вероятность отсутствия в изделии несплошности недопустимого размера по формуле:
γ t ( [ χ ] д . э . ) = [ 1 1 m [ χ ] д . э . χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]
Figure 00000002
,
а гамма-процентный ресурс изделия по критерию разрушения можно определить как вероятность отсутствия в изделии несплошности, по размерам равной или большей χкр, по формуле:
γ t ( χ к р ) = [ 1 1 m χ к р χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]
Figure 00000003
.
Для того чтобы гамма-процентный ресурс выразить в процентах, надо величину γt([χ]д.э.) или γtкр) умножить на 100%.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Необходимо определить гамма-процентный ресурс на конец проектного срока эксплуатации трубопровода внутренним диаметром D=800 мм, толщиной стенки S=34 мм из перлитной стали. Критические размеры дефектов в поперечных сварных швах представлены на фиг.3 (кривая 3). Допустимые в эксплуатации дефекты определили с использованием уравнений механики разрушения и коэффициентов запаса прочности (кривая 2 на фиг.3). Нормы дефектов при изготовлении представлены на фиг.3 кривой 1.
В результате НК штатным методом и средствами до начала эксплуатации (после монтажа) было обнаружено 71 несплошность.
Все выявленные несплошности (дефекты) представлены в виде гистограммы на фиг.4.
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 a/с≈0,5 критическому размеру дефекта соответствует a кр=28 мм, [a]д.э.=11 мм, [a]изг.=1,15 мм (фиг.2).
Несмотря на то, что максимальный размер выявленного дефекта составил a макс=13 мм, ось абсцисс содержит критический размер a=28 мм.
Уравнение, описывающее число выявленных дефектов Nобн в зависимости от размеров a:
Nобн=Aa -n[1-exp[-α(a-a 0)]].
По результатам контроля минимальный выявленный дефект имел a=0,6 мм, то есть a 0=0,6 мм.
Вероятность обнаружения дефектов определяют с использованием тест-образца и аппроксимируют выражением Pвод=1-exp[-α(1-0,6)].
Для определения постоянных А, n решают систему из двух уравнений относительно этих постоянных:
1-е уравнение получают для точки с координатами (a=1 мм, Nобн=20) по фиг.4:
20=A·1-n[1-exp[-α(1-0,6)]];
2-е уравнение получают для точки с координатами (a=5 мм, Nобн=4) по фиг.4:
4=A·5-n[1-exp[-α(5-0,6)]];
3-е уравнение получают для точки с координатами (a=13 мм, Nобн=0,66) по фиг.4 и его можно использовать для уточнения коэффициентов A и n:
0,66=A·13-n[1-exp[-α(13-0,6)]].
Для 3-го уравнения Nобн=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 и n дало следующие результаты:
А=1000 мм, n=2,56. Коэффициент α=0,05 мм-1 определен ранее экспериментально из тест-образца.
Подставляя постоянные A, n, а в соответствующие уравнения, получают уравнение исходной дефектности:
Nисх=1000a -2,56;
уравнение вероятностей обнаружения дефекта:
Pвод=1-exp[-0,05(a-0,6)];
уравнение остаточной дефектности
Nост(χ)=Nисх(χ)-Nобн(χ).
Полученные уравнения представлены на фиг.4 и фиг.5.
Решают уравнения
γ t ( [ χ ] д . э . ) = [ 1 1 m [ χ ] д . э . χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]
Figure 00000002
γ t ( χ к р ) = [ 1 1 m χ к р χ м а к с ϕ ( χ ) d χ ]
Figure 00000003
где φ(χ)=φ(χ)=Nост(a)=Nисх(a)-Nобн(a), а m=1
При этом aмакс=S, где S - толщина стенки трубопровода. Результаты решения представлены на фиг.1 в виде кривой 1. Допустимые в эксплуатации и критические дефекты отмечены соответственно [a] и a кр.
Результаты расчета в координатах {lg(1-χ); a} наносим на график (кривая 1 на фиг.1). Полученная кривая 1 является начальной кривой вероятностной части остаточной дефектности.
Во время эксплуатации дефекты будут расти. Механизм роста может быть различным в зависимости от условий эксплуатации. В нашем случае превалирует рост дефектов под действием циклических нагрузок. В этом случае используем уравнение типа:
d a d N = C ( Δ K 1 1 R ) m
Figure 00000027
,
в котором
C и m - постоянные, зависящие от материала и условий эксплуатации;
R - коэффициент асимметрии цикла, для цилиндра давления равен 0;
ΔK1 - размах коэффициента интенсивности напряжений.
Коэффициент интенсивности напряжений при неоднородном распределении напряжений в районе трещины определяют по уравнению:
K 1 = Y * σ к р * ( a / 1000 ) 0,5
Figure 00000028
,
где
Y=(2-0,82(a/c))/[1-(0,89-0,57(a/c)0,5)3(a/c)l,5]3,25,
σкр=0,61 σA+0,39σB+[0,11(a/с)-0,28(a/s)(1-(a/c)0,5)](σAB), (5)
σA - напряжение в вершине трещины;
σB - напряжение на поверхности детали в корне трещины.
Для частного случая Y = 1.12 π
Figure 00000029
.
Интегрируя приведенное выше выражение, его можно представить в виде:
N = a 0 a k 1 / C ( Δ K 1 1 R ) m d a
Figure 00000030
Подставляя в выражение предыдущие выражения и решая его относительно конечного размера трещины a к, можно определить подрост трещины Δa N под воздействием N циклов нагружения.
Определяя указанным способом подрост дефектов для верхней, средней и нижней частей начальной кривой остаточной дефектности для числа циклов нагружения на конец проектного срока эксплуатации, получим конечную кривую остаточной дефектности (кривая 2 на фиг.1).
По конечной кривой остаточной дефектности определяем гамма-процентный ресурс трубопровода по критериям обнаружения недопустимого дефекта и по критерию разрушения (разрыва), соответственно
γt([χ]д.э.)=1-Pр(a д.э.) и γtкр)=1-Pр(a кр),
или для представления вероятностей в процентах величины γt необходимо умножить на 100%. Проводя указанные вычисления, окончательно получим:
- гамма-процентный ресурс на конец проектного срока эксплуатации по критерию появления недопустимого в эксплуатации дефекта
γt([χ]д.э.)=1-Pр(a д.э.)=1-(2×х10Е-2)×100%=98%;
- гамма-процентный ресурс на конец проектного срока эксплуатации по критерию разрушения трубопровода
γtкр)=1-Pр(a кр)=1-(3×10E-6)×100%=99,9997%.
Как следует из приведенного примера, способ позволяет определять гамма-процентный ресурс с высокой степенью достоверности.

Claims (2)

1. Способ определения гамма-процентного ресурса изделия, включающий определение дефектности изделия методом неразрушающего контроля, 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 для конкретного изделия или группы m однотипных изделий критические размеры χкр дефектов в режиме эксплуатации и допустимые в эксплуатации размеры [χ]д.э. дефектов, результаты контроля представляют в виде гистограммы в координатах (Nобн, χ), где Nобн - 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 дефектов Pвод на упомянутом тест-образце, определяют исходную дефектность Nисх=f(χ), определяют остаточную дефектность Nост=φ(χ) как разность Nисх и Nобн, остаточную дефектность разделяют на достоверную часть χ≤χд и вероятностную часть χ>χд, где χ - характеристический размер дефекта, χд - размер дефектов на границе между достоверной и вероятностной частями, определяемый из
χ в χ м а к с ϕ ( χ ) d χ = 1
Figure 00000031
,
где χмакс - максимально возможные размеры дефектов в данном изделии;
полученная вероятностная часть остаточной дефектности принимается за начальную кривую остаточной дефектности, которая сдвигается вправо на графике в координатах (lgPр; χ), где Pр - вероятность разрушения, за счет развития дефектов в эксплуатации, при этом величину развития определяют расчетным путем в зависимости от механизма и условий эксплуатации; полученную новую кривую принимают за конечную кривую остаточной дефектности и по ней определяют значения гамма-процентного ресурса по критериям либо появления недопустимого в эксплуатации дефекта, либо по критерию разрушения, при этом в первом случае используют уравнение
γt([χ]д.э.)=[1-Pрд.э.)]×100%,
а во втором случае уравнение
γtкр)=[1-Pркр)]×100%.
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.
RU2013125294/11A 2013-05-31 2013-05-31 Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами RU2518409C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125294/11A RU2518409C1 (ru) 2013-05-31 2013-05-31 Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125294/11A RU2518409C1 (ru) 2013-05-31 2013-05-31 Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2518409C1 true RU2518409C1 (ru) 2014-06-10

Family

ID=51216368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013125294/11A RU2518409C1 (ru) 2013-05-31 2013-05-31 Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2518409C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2664891C1 (ru) * 2015-03-26 2018-08-23 Мицубиси Хеви Индастриз, Лтд. Способ оценки остаточного срока службы трубы

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2098732A (en) * 1981-05-20 1982-11-24 Atomic Energy Authority Uk Detection of defects in tubes by ultrasonic techniques
RU2243586C1 (ru) * 2003-04-08 2004-12-27 Закрытое акционерное общество "Координационный центр по надежности, безопасности и ресурсу оборудования и трубопроводам атомных электростанций" Способ определения качества изделия по достоверной и вероятностной частям остаточной дефектности
EP2217852A1 (en) * 2007-11-08 2010-08-18 LITE-ON IT Corporation 2d gesture light control based on ultra sound echo detection

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2098732A (en) * 1981-05-20 1982-11-24 Atomic Energy Authority Uk Detection of defects in tubes by ultrasonic techniques
RU2243586C1 (ru) * 2003-04-08 2004-12-27 Закрытое акционерное общество "Координационный центр по надежности, безопасности и ресурсу оборудования и трубопроводам атомных электростанций" Способ определения качества изделия по достоверной и вероятностной частям остаточной дефектности
EP2217852A1 (en) * 2007-11-08 2010-08-18 LITE-ON IT Corporation 2d gesture light control based on ultra sound echo detection

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2664891C1 (ru) * 2015-03-26 2018-08-23 Мицубиси Хеви Индастриз, Лтд. Способ оценки остаточного срока службы трубы

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2301992C2 (ru) Способ определения показателей безотказности изделия по результатам неразрушающего контроля
Brennan Risk based maintenance for offshore wind structures
RU2518407C1 (ru) Способ проведения неразрушающего контроля изделия во время его эксплуатации
RU2243586C1 (ru) Способ определения качества изделия по достоверной и вероятностной частям остаточной дефектности
RU2518409C1 (ru) Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля с использованием тест-образцов со скрытыми дефектами
RU2518413C1 (ru) Способ оценки гамма-процентного ресурса изделия по результатам неразрушающего контроля
RU2531428C1 (ru) Способ обеспечения заданного уровня надежности изделия на основе непрерывного мониторинга эксплуатационных нагрузок и неразрушающего контроля по его показаниям
Dubov et al. Detection of local stress concentration zones in engineering products—The lacking link in the non-destructive testing system
RU2529096C1 (ru) Способ повышения гамма-процентного ресурса изделия
RU2265237C1 (ru) Способ оценки надежности и безопасности изделия по результатам неразрушающего контроля
Reddy et al. Role of fracture mechanics in failure analysis
RU2243585C1 (ru) Способ определения вероятности обнаружения дефектов, исходной и остаточной дефектности с использованием результатов неразрушающего контроля
Idroas et al. Imaging of pipeline irregularities using a PIG system based on reflection mode ultrasonic sensors
Ancione et al. Application of statistical analysis for the identification of critical bottom areas due to corrosion in atmospheric storage tanks
Anastasopoulos et al. Acoustic emission inspection of spherical metallic pressure vessels
RU2518688C1 (ru) Способ гидравлических или пневматических испытаний изделий, работающих под давлением, во время их эксплуатации
RU2254562C2 (ru) Способ определения исходной и остаточной дефектности изделия с использованием тест-образцов
RU2296986C2 (ru) Способ доведения изделия до заданного уровня качества, надежности и безопасности с учетом методики контроля (варианты)
RU2542684C1 (ru) Способ повышения достоверности контроля герметичности изделий
RU2243565C2 (ru) Способ определения достоверности неразрушающего контроля (нк) дефектов, определяющих качество изготовления, надежность и безопасность эксплуатации изделия
Gumerov et al. Residual Operation Life Estimation of Trunk Oil Pipeline Submerged Crossing
RU2243566C1 (ru) Способ определения целесообразного числа неразрушающих контролей изделия
RU2243549C1 (ru) Способ оценки квалификации оператора неразрушающего контроля в области дефектов, важных для безопасности эксплуатации изделия
Yablonskikh et al. Strain Demand and Capacity Assessment Based on In Line Inspection of Axial and Bending Strains
Torres et al. Detection of crack-related features within dented pipe using electromagnetic acoustic transduction (EMAT) technology

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150601

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20161110