СПОСОБ ОЦЕНКИ РАЗМЕРОВ ДЕФЕКТОВ В НАПРАВЛЕНИИ ПРОСВЕЧИВАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G01N23/18 

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано при радиографическом контроле сварных соединений.

Известен способ оценки размеров дефекта в направлении просвечивания, основанный на визуальном сравнении оптических плотностей изображений канавок эталона-имитатора и выявляемых на снимке дефектов контролируемого сварного соединения (Румянцев С.В. Радиационная дефектоскопия, М., Атомиздат, 1974, стр.62-263).

Способом, наиболее близким по своей технической сути заявляемому и принятым в качестве прототипа, является способ оценки размеров дефектов в направлении просвечивания (патент РФ №2240538, МПК G01N 23/18, официальный бюллетень ФСпоИСПТЗ «Изобретения. Полезные модели» №32 (111), 2004 года), основанный на установке на контролируемое изделие эталонов-имитаторов с эталонными дефектами различной ширины, но одинаковой глубины, фотометрировании полученного снимка, построении по данным фотометрирования изображений эталонных дефектов кривой распределения ΔD/γ_D=f(b), где ΔD - контраст изображения дефекта, γ_D - коэффициент контрастности радиографической пленки в районе изображения дефекта, b - ширина эталонного дефекта, и оценке размера реальных дефектов в направлении просвечивания путем сравнения распределения ΔD/γ_D=f(b) для эталонных дефектов и фотометрически замеренных значений ΔD/γ_D реальных дефектов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение трудоемкости, повышение надежности и точности оценки размеров дефектов в направлении просвечивания.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе оценки размера дефекта в направлении просвечивания Δd^р.д., заключающемся в радиографировании эталонных и реальных дефектов, фотометрировании полученных изображений (при ширине изображения не менее требуемой чувствительности контроля k, мм) и сравнении значений их контрастов ΔD, отнесенных к коэффициенту контрастности γ_D, выполняют следующие операции:

1) предварительно строят или выбирают из ранее построенных зависимости величины ΔD/γ_D эталонных канавок и эталонных отверстий от ширины b (диаметра ⊘) эталонного дефекта, соответствующие просвечиваемой толщине контролируемого изделия, которые получают по данным фотометрирования радиографических снимков образцов с эталонными канавками и отверстиями различной ширины (диаметра), но одинаковой глубины, просвеченных при заданных параметрах радиографического контроля изделия;

2) просвечивают контролируемое изделие с размещенным на нем каким-либо эталонным дефектом - канавкой, отверстием, выступом, проволочкой известного размера Δd^эт.д - и по полученному снимку фотометрически замеряют величины ΔD/γ_D эталонного (эт.д) и реальных (р.д) дефектов;

3) определяют поправочный коэффициент, учитывающий различие в ширине сравниваемых эталонного и реальных дефектов

k_b=(ΔD/γ_D)^распр. _{(b, ⊘)эт.д.}/(ΔD/γ_D)^распр. _{(b.⊘)р.д.},

где (ΔD/γ_D)^распр. _{(b, ⊘)эт.д.}, (ΔD/γ_D)^распр. _{(b.⊘)р.д.} - ординаты кривой распределения ΔD/γ_D=f(b, ⊘) при значениях абцисс соответственно b(⊘)=b(⊘)_эт.д. и b(⊘)=b(⊘)_р.д., при этом для эталонного дефекта типа отверстия используется зависимость ΔD/γ_D=(ΔD/γ_D)^{распр.(отв)}=f(⊘) для цилиндрических отверстий, а для эталонного дефекта типа канавки, выступа, проволочки - зависимость ΔD/γ_D=(ΔD/γ_D)^{распр.кан}=f(b) для прямоугольных канавок;

4) определяют поправочный коэффициент, учитывающий различие в форме (соотношение l/b длины дефекта к его ширине) сравниваемых эталонного и реальных дефектов

где - ординаты кривой распределения ΔD/γ_D=f(b, ⊘),соответствующего применяемому эталонному элементу (отверстие, канавка) при b=b_р.д. или ⊘=⊘_р.д., а величину

определяют интерполированием по длине реального дефекта b_р.д.≤l_р.д.≤3b_р.д. или b_р.д.≤l_р.д.≤10 мм при 3b_р.д.≥10 мм между точками кривых зависимостей

ΔD/γ_D ^кан=f(b) и ΔD/γ_D ^отв=f(⊘) на линии b(⊘)=b_р.д., при этом

[ΔD/γ_D]^{интерполир}=ΔD/γ_D ^кан при l_р.д.≥3b_р.д. или l_р.д.≥10 мм и

[ΔD/γ_D]^{интерполир}=ΔD/γ_D ^отв при l_р.д.≥b_р.д.;

5) определяют размер в направлении просвечивания реального дефекта по выражению Δd^р.д.=k_з k_в k_ф [(ΔD/γ_D)^р.д./(ΔD/γ_D)^эт.д.]Δd^эт.д., где коэффициент k_з=l для пустотелых дефектов (поры, непровары, утяжины, проплавы) и k_з=μ/(μ-μ_д)≅ρ/(ρ-ρ_д) для дефектов с заполнением (шлаковые включения), μ, μ_д.; ρ, ρ_д - соответственно линейные коэффициенты ослабления излучения и плотность для основного металла и вещества заполнения дефекта.

Сущность изобретения поясняется графиком.

На чертеже показана зависимость контраста изображения ΔD/γ_D эталонных дефектов типа прямоугольных канавок и цилиндрических отверстий от поперечного размера дефекта b, ⊘; стальной образец с просвечиваемой толщиной d=40 мм, гамма-источник Ir-192, радиографическая пленка D4, параметры радиографирования соответствуют требованиям ГОСТ 7512-82, чувствительность контроля по проволочному эталону k=⊘^пр.эт. _min=0,5 мм.

Представленные на чертеже зависимости ограничены диапазоном поперечных размеров дефектов b(⊘)≥k, поскольку при ширине изображения дефекта менее требуемой чувствительности контроля оценка по снимкам размера Δd^р.д. не может считаться достаточно надежной из-за перекрытия геометрической и собственной нерезкостей с противоположных сторон(границ) изображения и возрастания погрешностей фотометрирования.

Зависимость контраста изображения ΔD/γ_D дефекта заданной ширины b от его длины l, т.е. от соотношения l/b, имеет место при l/b≤3 (l<10 мм) и практически не наблюдается при l/b>3 и l>10 мм (см. Зуев В.М. Оценка выявляемости дефектов при радиографическом контроле сварных соединений, Дефектоскопия, 1997, №12, стр.33-42, а также фиг.1).

Пример конкретного выполнения способа.

Заявленным способом проводилась оценка размеров в направлении просвечивания дефектов типа непроваров, вертикально (в направлении просвечивания) вытянутых пор (свищей) и шлаковых включений при радиографировании труднодоступного для контроля сварного соединения толщиной 40 мм. Просвечивание проводилось гамма-излучением источника Ir-192 на радиографическую пленку D4. Параметры радиографирования соответствовали требованиям ГОСТ 7512-82. Чувствительность контроля по проволочному эталону k=⊘^пр.эт. _min=0,5 мм. Дополнительно для целей оценки Δd^р.д. был установлен канавочный эталон №3 по ГОСТ 7512-82 (канавки одинаковой ширины b=3 мм).

Предварительно проводилось просвечивание стального образца толщиной 40 мм с установленными на нем эталонами-имитаторами с канавками и отверстиями глубиной Δd=3 мм и шириной b, ⊘=0,5; 1; 2; 3; 5; 10; 20 мм (длина канавок l=20 мм). Источник излучения - Ir-192, радиографическая пленка D4, чувствительность контроля k=⊘^пр.эт. _min=0,5 мм. По данным фотометрирования снимков построены зависимости ΔD/γ_D ^{кан.,отв}=f(b, ⊘), которые представлены на чертеже (в относительном выражении).

Для радиографической пленки типа D4 в рабочем диапазоне оптической плотности D=1-4 коэффициент контрастности γ_D≅kD, где k=const, что позволяет при оценке Δd^р.д. вместо значений ΔD/γ_D использовать непосредственно замеряемые по снимку значения ΔD/D_ф, где D_ф - оптическая плотность фона.

В рассматриваемом примере реальные дефекты сравнивались с эталонной канавкой глубиной Δd^эт.д.=4 мм, шириной b_эт.д.=3 мм, длиной l_эт.д.=14 мм (стандартный канавочный эталон). Фотометрически замеренное значение ΔD/D^эт.д. _ф=0,07.

На снимках сварного соединения были выявлены дефекты:

непровар Н30 длиной l=30 мм, шириной b=5 мм, ΔD/D^H30 _ф=0,07;

непровар H15 длиной l=15 мм, шириной b=0,7 мм, ΔD/D^H15 _ф=0,07;

пора (свищ) П1,2 диаметром ⊘=1,2 мм, ΔD/D^П1,2 _ф=0,07;

шлаковое включение Ш5×3 длиной l=5 мм, шириной b=3 мм, ΔD/D^Ш5×3 _ф=0,03.

С помощью графиков зависимостей ΔD/γ_D=f(b, ⊘), представленных на чертеже, были определены значения поправочных коэффициентов k_в и k_ф:

k_в ^Н30=0,71/0,77=0,92; k_ф ^Н30=1,00;

k_в ^Н15= 0,71 /0,62=1,15; k_ф ^Н30=1,00;

k_в ^П1,2= 0,71 /0,65=1,10; k_ф ^П1,2=0,65/0,55=1,18;

k_в ^Ш5×3=0,71/0,71=1,0; k_ф ^Ш5×3=0,71/0,68=1,04.

Коэффициент заполнения для шлаковых включений в стали при ρ_ст=7,8 г/см³, ρ_ш≅2,3 г/см³ составляет: k_з≅ρ_ст/(ρ_ст-ρ_ш)=7,8/5,5≅1,4.

Размер дефектов в направлении просвечивания, рассчитанный по выражению Δd^р.д.=k_з k_в k_ф [(ΔD/γ_D)^р.д./(ΔD/γ_D)^эт.д.]Δd^эт.д. составил:

Δd^Н30=0,92×[0.07/0,07]×4=3,7 мм;

Δd^Н15=1,15×[0,07/0,07]×4=4,6 мм;

Δd^П1,2=1,10×1,18×[0,07/0,07]×4=5,2 мм;

Δd^Ш5×3=1,4×1,04×[0,03/0,07]×4=2,5 мм.

Приведенный пример показывает необходимость при оценке по снимку размеров дефектов в направлении просвечивания учета различий в поперечных размерах и форме сравниваемых эталонных и реальных дефектов. При оценке размера Δd^р.д. лишь по соотношению контрастов или оптических плотностей изображений эталонных и реальных дефектов, что имеет место в применяемом на практике методе дефектометров, указанные выше дефекты Н30; Н15; П1,2 были бы классифицированы (ΔD/D^р.д. _ф=ΔD/D^эт.д. _ф=0,07) как имеющие одинаковый размер Δd=4 мм, существенно различаясь при этом своим фактическим размером Δd^р.д.. При обычном допускаемом нормативном размере Δd^р.д.=10%d это привело бы в рассматриваемом случае к 50% недобраковке выявленных дефектов сварного соединения.

Таким образом заявляемый способ позволяет существенно повысить надежность и точность оценки размера дефекта в направлении просвечивания и снизить трудоемкость радиографического контроля в тех случаях, когда установка на контролируемое изделие специальных эталонов с набором отверстий и канавок различной ширины невозможна или затруднена, или приводит, вследствие больших габаритов эталонов-имитаторов, к искажениям в построении зависимостей ΔD/γ_D=f(b, ⊘). Получение таких зависимостей на образцах не представляет сложности. Предложенный способ позволяет ограничиться установкой на контролируемое изделие лишь одного какого-либо эталонного элемента (канавки, проволочки), что практически решает существующую проблему оценки размера Δd^р.д. дефектов конструктивно сложных сварных соединений: швов приварки патрубков и труб к корпусам и трубным доскам, кольцевых сварных соединений 1 трубопроводов малого диаметра и т.п.

Использование: для оценки размеров дефектов в направлении просвечивания. Сущность: заключается в том, что осуществляют радиографирование эталонных и реальных дефектов, фотометрирование полученных изображений и сравнение значений их контрастов ΔD, отнесенных к коэффициенту контрастности γ_D, строят или выбирают из ранее построенных зависимости величины ΔD/γ_D эталонных канавок и эталонных отверстий от ширины b (диаметра ⊘) эталонного дефекта, соответствующие просвечиваемой толщине контролируемого изделия, которые получают по данным фотометрирования радиографических снимков образцов с эталонными канавками и отверстиями различной ширины (диаметра), но одинаковой глубины, просвеченных при заданных параметрах радиографического контроля изделия, просвечивают контролируемое изделие с размещенным на нем каким-либо эталонным дефектом - канавкой, отверстием, выступом, проволочкой известного размера Δd^эт.д. и по полученному снимку фотометрически замеряют величины ΔD/γ_D эталонного (эт.д.) и реальных (р.д.) дефектов, затем определяют поправочный коэффициент (k_b), учитывающий различие в ширине сравниваемых эталонного и реальных дефектов, поправочный коэффициент (k_ф), учитывающий различие в форме (соотношение l/b длины дефекта к его ширине) сравниваемых эталонного и реальных дефектов, а также коэффициент (k_з), характеризующий пустотелость дефектов или их заполнение какими-либо включениями, после чего с использованием данных коэффициентов определяют размер дефекта в направлении просвечивания. Технический результат: снижение трудоемкости, повышение надежности и точности оценки размеров дефектов в направлении просвечивания. 1 ил.

Способ оценки размеров дефектов в направлении просвечивания Δd^р.д., заключающийся в радиографировании эталонных и реальных дефектов, фотометрировании полученных изображений (при ширине изображения не менее требуемой чувствительности контроля k, мм) и сравнении значений их контрастов ΔD, отнесенных к коэффициенту контрастности γ_D, отличающийся тем, что предварительно строят или выбирают из ранее построенных зависимости величины ΔD/γ_D эталонных канавок и эталонных отверстий от ширины b (диаметра ⊘) эталонного дефекта, соответствующие просвечиваемой толщине контролируемого изделия, которые получают по данным фотометрирования радиографических снимков образцов с эталонными канавками и отверстиями различной ширины (диаметра), но одинаковой глубины, просвеченных при заданных параметрах радиографического контроля изделия, просвечивают контролируемое изделие с размещенным на нем каким-либо эталонным дефектом - канавкой, отверстием, выступом, проволочкой известного размера Δd^эт.д. и по полученному снимку фотометрически замеряют величины ΔD/γ_D эталонного (эт.д.) и реальных (р.д.) дефектов, затем определяют поправочный коэффициент, учитывающий различие в ширине сравниваемых эталонного и реальных дефектов

k_b=(ΔD/γ_D)^распр. _{(b, ⊘)эт.д.}/(ΔD/γ_D)^распр. _{(b.⊘)р.д.},

где (ΔD/γ_D)^распр. _{(b, ⊘)эт.д.}, (ΔD/γ_D)^распр. _{(b.⊘)р.д.} - ординаты кривой распределения ΔD/γ_D=f(b,⊘) при значениях абцисс, соответственно, b(⊘)=b(⊘)_эт.д. и b(⊘)=b(⊘)_p.д.,

при этом для эталонного дефекта типа отверстия используется зависимость ΔD/γ_D=(ΔD/γ_D)^{распр.(отв)}=f(⊘) для цилиндрических отверстий, а для эталонного дефекта типа канавки, выступа, проволочки - зависимость ΔD/γ_D=(ΔD/γ_D)^{распр.(кан)}=f(b) для прямоугольных канавок и поправочный коэффициент, учитывающий различие в форме (соотношение l/b длины дефекта к его ширине) сравниваемых эталонного и реальных дефектов

где ΔD/γ_D=(ΔD/γ_D)^{распр.(кан)} _{(b, ⊘)р.д.} - ординаты кривой распределения ΔD/γ_D=f(b, ⊘), соответствующего применяемому эталонному элементу (отверстие, канавка) при b=b_р.д. или ⊘=⊘_р.д., а величину

определяют интерполированием по длине реального дефекта b_р.д.≤l_р.д.≤3b_р.д. или b_р.д.≤l_р.д.≤10 мм при 3b_р.д.≥10 мм между точками кривых зависимостей ΔD/γ_D ^{распр.(кан)}=f(b) и ΔD/γ_D ^{распр.(отв)}=f(⊘) на линии b(⊘)=b_р.д.,

при этом [ΔD/γ_D]^{интерполир}=ΔD/γ_D ^{распр.(кан)} при l_р.д.≥3b_р.д. или l_р.д.≥10 мм и [ΔD/γ_D]^{интерполир}=ΔD/γ_D ^{распр.(отв)} при l_р.д.=b_р.д., после этого определяют размер в направлении просвечивания реального дефекта по выражению Δd^р.д.=k_зk_вk_ф[(ΔD/γ_D)^р.д./(ΔD/γ_D)^эт.д.]Δd^эт.д.,

где коэффициент k_з=1 для пустотелых дефектов (поры, непровары, утяжины, проплавы) и k_з=μ/(μ-μ_д)≅ρ/(ρ-ρ_д) для дефектов с заполнением (шлаковые включения), μ, μ_д.;

ρ, ρ_д - соответственно линейные коэффициенты ослабления излучения и плотность для основного металла и вещества заполнения дефекта.