Анализ требований к средствам метрологического обеспечения методов и средств ультразвукового контроля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Установление требований к акустическим мерам и стандартным образцам и контроль за их выполнением при производстве и аттестации является важной задачей. В данной работе рассмотрены параметры, влияющие на скорость распространения упругих волн в стали, определен их вклад в суммарную неопределенность измерения скорости распространения продольной волны. На основе полученных данных проведен анализ стандартов, посвященных ультразвуковым методам контроля, в части требований к стандартным образцам. Проведенное исследование позволило установить, что предъявляемые действующими стандартами требования не в достаточной степени учитывают ряд факторов, которые могут повлиять на характеристики ультразвуковых мер и стандартных образцов. Стандартные образцы, изготовленные без учета этих факторов, с большой вероятностью не позволяют адекватно оценить метрологические характеристики ультразвукового оборудования.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Александр Игоревич Шихов

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II

Автор, ответственный за переписку.
Email: shihov-gol@mail.ru
Россия, 21-я линия, 2, Васильевский остров, Санкт-Петербург, 199106

Кирилл Валерьевич Гоголинский

Петербургский институт ядерной физики имени Б. П. Константинова

Email: nanoscan@yandex.ru
Россия, Орлова роща, 1, Гатчина, Ленинградская обл., 188300

Алексей Сергеевич Зубарев

А3 Инжиниринг

Email: info@a3-eng.com
Россия, Нагорный проезд, 7, стр. 1, Москва, 117105

Яков Гаврилович Смородинский

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук

Email: jack.sm@mail.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

Дарья Вячеславовна Копытина

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II

Email: daryakopytina2000@yandex.ru
Россия, 21-я линия, 2, Васильевский остров, Санкт-Петербург, 199106

Анна Александровна Виноградова

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II

Email: Vinogradova_AA@pers.spmi.ru
Россия, 21-я линия, 2, Васильевский остров, Санкт-Петербург, 199106

Список литературы

  1. Grigorev E., Nosov V. Improving quality control methods to test strengthening technologies: A multilevel model of acoustic pulse flow // Applied Sciences. 2022. V. 12 (9). doi: 10.3390/app12094549
  2. Федоров В.В. О метрологическом статусе образцов для ультразвукового неразрушающего контроля // Неразрушающий контроль и диагностика. 2011. № 3.
  3. Гоголинский К.В., Сясько В.А. Современное состояние и проблемы законодательного регулирования, метрологического обеспечения и стандартизации в области неразрушающего контроля // Законодательная и прикладная метрология. 2019. № 4. С. 15—21. EDN: MQQRAH.
  4. РМГ 29-2013. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения: дата введения 2015-01-01. Москва: Стандартинформ, 2014. 60 с.
  5. ГОСТ ISO Guide 33—2019 СТАНДАРТНЫЕ ОБРАЗЦЫ. Надлежащая практика применения стандартных образцов: дата введения 01.08.2020. «Уральский научно-исследовательский институт метрологии» (ФГУП «УНИИМ»).
  6. Gonchar A., Solovyov A., Klyushnikov V. Ultrasonic Study of Longitudinal Critically Refracted and Bulk Waves of the Heat-Affected Zone of a Low-Carbon Steel Welded Joint under Fatigue // Acoustics. 2024. No. 6. P. 593—609. doi: 10.3390/acoustics6030032
  7. Mogilner L.Y., Syasko V.A., Shikhov A.I. Modeling Defects in Ultrasonic Nondestructive Testing: State-of-the-Art and Prospects // Russ. J. Nondestruct. Test. 2024. V. 60. P. 481—500. doi: 10.1134/S1061830924700657
  8. Chassignole B., El Guerjouma R., Ploix M.-A., Fouquet T. Ultrasonic and structural characterization of anisotropic austenitic stainless steel welds: Towards a higher reliability in ultrasonic non-destructive testing // NDT & E International. 2010. V. 43. P. 273. doi: 10.1016/j.ndteint.2009.12.005
  9. Noritaka Y., Mohammadjavad F., Ryouji S., Takashi F., Masayuki T. High frequency ultrasonic inspection of the bonded interface between a divertor monoblock and a cooling pipe // Fusion Engineering and Design. 2023. P. 187. doi: 10.1016/j.fusengdes.2022.113367
  10. Popov G., Bolobov V., Zhuikov I., Zlotin V. Development of the Kinetic Equation of the Groove Corrosion Process for Predicting the Residual Life of Oil-Field Pipelines // Energies. 2023. V. 16. P. 7067. doi: 10.3390/en16207067
  11. Романко А.А. Меры ультразвукового неразрушающего контроля: регламентация технических требований // Измерительная техника. 2023. No. 3. P. 55. doi: 10.32446/0368-1025it.2023-3-55-60
  12. Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений: сайт. URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/4/items/1382458 (дата обращения: 05.07.2023).
  13. РД-50-407-83 Методические указания. Основные параметры преобразователей наклонных для ультразвукового контроля сварных соединений на частоту 1,25–5 МГц с углами призмы 30-55°. Методика выполнения измерений: дата введения 1984-07-01. Москва: Изд-во стандартов, 1983. 20 с.
  14. ГОСТ 26266—90 Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Общие технические требования: дата введения 1991-01-01. Москва: Стандартинформ, 2010. 18 с.
  15. ГОСТ 18576—96 Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые: дата введения 2002-01-01. Минск: Изд-во стандартов, 2001. 31 с.
  16. ГОСТ Р 55724—2013 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые: дата введения 2015-07-01. Москва: Стандартинформ, 2014. 27 с.
  17. Liu W., Lian J. Microstructure Effects on the Plastic Anisotropy of a Fine-Structured Dual-Phase Steel // Procedia Manufacturing. 2020. V. 47. P. 1552. doi: 10.1016/j.promfg.2020.04.349
  18. Bolobov V.I., Il’nur U.L., Zhukov V.S., Popov G.G. Using the Magnetic Anisotropy Method to Determine Hydrogenated Sections of a Steel Pipeline // Energies. V. 16. P. 5585—5585. doi: 10.3390/en16155585
  19. Konchus D.A., Pryakhin E.I., Sivenkov A.V. Structural variations on the surface of metallic products at laser marking // CIS iron and steel review. 2021. P. 96—101. doi: 10.17580/cisisr.2021.02.18
  20. Alekseev V.I., Barakhtin B.К., Zhukov A.S. Chemical heterogeneity as a factor of improving the strength of steels manufactured by selective laser melting technology // Journal of Mining Institute. 2020. V. 242. P. 191. doi: 10.31897/PMI.2020.2.191
  21. Volokitina I., Fediuk R., Siziakova E.V., Kolesnikov A. Development of a Thermomechanical Treatment Mode for Stainless-Steel Rings // Materials. No. 15. P. 4930—4930. doi: 10.3390/ma15144930
  22. Gromyka D.S., Gogolinskiy K.V. Introduction of evaluation procedure of excavator bucket teeth into maintenance and repair: Promptse. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2023. No. 8. P. 94—111. [In Rus.]. doi: 10.25018/0236_1493_2023_8_0_94
  23. Kok Y., Tan X.P., Wang P., Nai M.L.S., Loh N.H., Liu E., Tor S.B. Anisotropy and heterogeneity of microstructure and mechanical properties in metal additive manufacturing: A critical review // Materials & Design. 2018. V. 139. P. 565. doi: 10.1016/j.matdes.2017.11.021
  24. Pryakhin E.I., Sharapova D.M. Understanding the structure and properties of the heat affected zone in welds and model specimens of high-strength low-alloy steels after simulated heat cycles // CIS Iron and Steel Review. 2020. V. 19. P. 60—65. doi: 10.17580/cisisr.2020.01.12
  25. Vera L., Hugo V.C., Edgard M.S., Silva A.A., Manuel R.S. Tavares Nondestructive characterization of microstructures and determination of elastic properties in plain carbon steel using ultrasonic measurements // Materials Science and Engineering: A. 2010. V. 527. P. 16. doi: 10.1016/j.msea.2010.03.090
  26. Mishakin V.V., Gonchar A.V., Kurashkin K.V., Klyushnikov V.A., Kachanov M. On low-cycle fatigue of austenitic steel. Part I: Changes of Poisson’s ratio and elastic anisotropy // International Journal of Engineering Science. 2021. V. 168. P. 103567. doi: 10.1016/j.ijengsci.2021.103567
  27. Klyushnikov V.A. Influence of plastic deformation temperature on ultrasonic and electromagnetic properties of austenitic steel // Materials Today: Proceedings. 2019. V. 19. P. 2320. doi: 10.1016/j.matpr.2019.07.679
  28. Luo Z., Jin S, Zou L., Zhu X., Lin Li. Gain-scale ultrasonic properties measurement of cast austenitic stainless steel // Measurement. 2020. V. 151. doi: 10.1016/j.measurement.2019.107231
  29. Chen Y., Luo Z., Zhou Q., Zou L., Lin L. Modeling of ultrasonic propagation in heavy-walled centrifugally cast austenitic Stainless steel based on EBSD analysis // Ultrasonics. 2015. V. 59. P. 31. doi: 10.1016/j.ultras.2015.01.009
  30. Takahashi S., Motegi R. Measurement of third-order elastic constants and applications to loaded structural materials // SpringerPlus. 2015. V. 4. No. 25. doi: 10.1186/s40064-015-1019-2
  31. Li Z., He J., Teng J., Wang Y. Internal Stress Monitoring of In-Service Structural Steel Members with Ultrasonic Method // Materials. 2016. V. 9. No. 223. doi: 10.3390/ma9040223
  32. Acevedo R., Sedlak P., Kolman R., Fredel M. Residual stress analysis of additive manufacturing of metallic parts using ultrasonic waves: State of the art review // Journal of Materials Research and Technology. 2020. V. 9. No. 4. P. 9457. doi: 10.1016/j.jmrt.2020.05.092
  33. Bazargan M., Almqvist B.S.G., Motra H.B., Broumand P., Schmiedel T., Hieronymus, C.F. Elastic Wave Propagation in a Stainless-Steel Standard and Verification of a COMSOL Multiphysics Numerical Elastic Wave Toolbox // Resources. 2022. No. 11. P. 49. doi: 10.3390/resources11050049
  34. Salmi A., Eleonora A. Residual stress analysis of thin AlSi10Mg parts produced by Laser Powder Bed Fusion // Virtual and Physical Prototyping. 2020. V. 15 (1). P. 49—61. doi: 10.1080/17452759.2019.1650237
  35. ГОСТ Р ИСО 7963—20 «Неразрушающий контроль. Ультразвуковой контроль. Технические условия для эталонного образца № 2».
  36. Mutua J., Nakata Sh., Onda T., Chen Zhong-Chun. Optimization of selective laser melting Polyanskiy V.A., parameters and influence of post heat treatment on microstructure and mechanical properties of maraging steel // Materials & Design. 2018. V. 139. P. 486. doi: 10.1016/j.matdes.2017.11.042
  37. Mooney B., Kourousis Kyriakos I., Raghavendra R. Plastic anisotropy of additively manufactured maraging steel: Influence of the build orientation and heat treatments // Additive Manufacturing. 2019. V. 25. P. 19. doi: 10.1016/j.addma.2018.10.032
  38. Tretyakov D., Belyaev A., Shaposhnikov N. Acoustic anisotropy and localization of plastic deformation in aluminum alloys // Materials Today: Proceedings. 2020. V. 30. P. 413. doi: 10.1016/j.matpr.2019.12.387
  39. Alekseeva Е.L., Belyaev A.K., Grishchenko A.I., Mansyrev D.E., Polyanskiy V.A., Tretyakov D.A., Shvetsov O.V. The Initiation Mechanism of Plastic Strain Localization Bands and Acoustic Anisotropy // Procedia Structural Integrity. 2017. No. 6. P. 128. doi: 10.1016/j.prostr.2017.11.020
  40. Belyaev A.K., Polyanskiy V.A., Semenov A.S., Tretyakov D.A., Yakovlev Y.A. Investigation of the correlation between acoustic anisotropy, damage and measures of the stress-strain state // Procedia Structural Integrity. 2017. No. 6. P. 201. doi: 10.1016/j.prostr.2017.11.031
  41. Malmström M., Jansson A., Hutchinson B. Application of Laser-Ultrasonics for Evaluating Textures and Anisotropy // Appl. Sci. 2022. No. 12. P. 10547. doi: 10.3390/app122010547
  42. Lhémery A., Calmon P., Chatillon S., Gengembre N. Modeling of ultrasonic fields radiated by contact transducer in a component of irregular surface // Ultrasonics. 2002. V. 40. P. 231. doi: 10.1016/S0041-624X(02)00143-9
  43. Chiang E.H., Adler R.S., Meyer C.R., Rubin J.M., Dedrick D.K., Laing T.J. Quantitative assessment of surface roughness using backscattered ultrasound: The effects of finite surface curvature // Ultrasound in Medicine & Biology. 1994. V. 20. P. 123. doi: 10.1016/0301-5629(94)90077-9
  44. Alanisamy R.P., Pyun D.-K., Findikoglu A.T. Accurate Ultrasonic Thickness Measurement for Arbitrary Time-Variant Thermal Profile // Sensors. 2024. V. 24. P. 5304. doi: 10.3390/s24165304
  45. Kowalczyk J., Jósko M., Wieczorek D., Sędłak K., Nowak M. The Influence of the Hardness of the Tested Material and the Surface Preparation Method on the Results of Ultrasonic Testing // Appl. Sci. 2023. V. 13. P. 9904. doi: 10.3390/app13179904
  46. Lukomski T., Stepinski T. Steel hardness evaluation based on ultrasound velocity measurements // Insight Non-Destr. Test. Cond. Monit. 2010. V. 52. P. 592—596. doi: 10.1784/insi.2010.52.11.592
  47. Duijster A., Volker A., Van den Berg F., Celada-Casero C. Estimation of Grain Size and Composition in Steel Using Laser UltraSonics Simulations at Different Temperatures // Appl. Sci. 2023. V. 13. P. 1121. doi: 10.3390/app13021121
  48. ГОСТ Р 8.637—2007 ГСИ. Стандартные образцы для метрологического обеспечения средств неразрушающего контроля трубопроводов. Общие требования: дата введения 2008-10-01. Москва: Стандартинформ, 2008. 5 с.
  49. ГОСТ Р 50.05.02—2018 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Ультразвуковой контроль сварных соединений и наплавленных покрытий: дата введения 2018-03-01. Москва: Стандартинформ, 2018. 90 с.
  50. ГОСТ 28831—90 Прокат толстолистовой. Методы ультразвукового контроля: дата введения 1992-01-07. Москва: Изд-во стандартов, 1992. 7 с.
  51. ГОСТ 21120—75 Прутки и заготовки круглого и прямоугольного сечения. Методы ультразвуковой дефектоскопии: дата введения 1977-01-01. Москва: Изд-во стандартов, 1989. 7 с.
  52. ГОСТ 24507—80 Контроль неразрушающий. Поковки из черных и цветных металлов. Методы ультразвуковой дефектоскопии: дата введения 1982-01-01. Москва: Стандартинформ, 2010. 10 с.
  53. ГОСТ Р 50.05.13—2019 Система оценки в области использования атомной энергии. Ультразвуковой контроль сварных соединений с применением технологии фазированных решеток: дата введения 2019-08-01. Москва: Стандартинформ, 2019. 24 с.
  54. ГОСТ Р 50.05.18—2019 Система оценки в области использования атомной энергии. Соединения сварных деталей из сталей различных структурных классов для оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Порядок ультразвукового контроля: дата введения 2019-08-01. Москва: Стандартинформ, 2019. 15 с.
  55. ГОСТ Р 50.05.05—2018 Система оценки в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Ультразвуковой контроль основных материалов (полуфабрикатов): дата введения 2018-03-01. Москва: Стандартинформ, 2018. 32 с.
  56. ГОСТ Р ИСО 16831—2016 Контроль неразрушающий. Контроль ультразвуковой. Определение характеристик и верификация ультразвукового оборудования для измерений толщины: дата введения 2016-11-01. Москва: Стандартинформ, 2016. 20 с.
  57. ГОСТ 21397—81 Контроль неразрушающий. Комплект стандартных образцов для ультразвукового контроля полуфабрикатов и изделий из алюминиевых сплавов. Технические условия: дата введения 1983-01-01. Москва: Изд-во стандартов, 1981. 10 с.
  58. ГОСТ 22727—88 Прокат листовой. Методы ультразвукового контроля: дата введения 1989-01-07. Москва: Изд-во стандартов, 1988. 15 с.
  59. ГОСТ 31244—2004 Контроль неразрушающий. Оценка физико-механических характеристик элементов технических систем акустическим методом. Общие требования: дата введения 2010-04-01. Москва: Стандартинформ, 2010. 11 с.
  60. ГОСТ 26126—84 Контроль неразрушающий. Соединения паяные. Ультразвуковые методы контроля качества: дата введения 1985-01-07. Москва: Изд-во стандартов, 1984. 9 с.
  61. ГОСТ 14782—86 Контроль неразрушающий. Сварные соединения. Методы ультразвуковые: дата введения 1988-01-01. Москва: Изд-во стандартов, 1986.
  62. ГОСТ Р 50.05.03—2022 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Ультразвуковой контроль и измерение толщины монометаллов, биметаллов и антикоррозийных покрытий: дата введения 2023-03-01. Москва: Институт стандартизации, 2022. 46 с.
  63. ГОСТ Р 50.05.04—2018 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Унифицированные методики. Ультразвуковой контроль сварных соединений из стали аустенитного класса: дата введения 2018-03-03. Москва: Стандартинформ, 2018. 28 с.
  64. ГОСТ Р 57932—2017 Композиты полимерные. Акустико-ультразвуковой контроль изготовленных намоткой сосудов, работающих под давлением: дата введения 2018-06-06. Москва: Стандартинформ, 2017. 14 с.
  65. ГОСТ Р ИСО 16809—2015 Контроль неразрушающий. Контроль ультразвуковой. Измерение толщины: дата введения 2016-03-01. Москва: Стандартинформ, 2015. 36 с.
  66. ГОСТ 22727—88 Прокат листовой. Методы ультразвукового контроля: дата введения 1989-01-07. Москва: Изд-во стандартов, 1988. 15 с.
  67. ГОСТ Р 56814—2015 Композиты полимерные. Ультразвуковой контроль материала внешних слоев и материала внутреннего слоя «сэндвич»-конструкций: дата введения 2017-01-01. Москва: Стандартинформ, 2016. 15 с.
  68. ГОСТ 14637—89 Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия: дата введения 1991-01-01. Москва: Стандартинформ, 2008. 11 с.
  69. ГОСТ 1050—2013 Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия: дата введения 2015-01-01. Москва: Стандартинформ, 2014. 36 с.
  70. Кадиса Р.Л., Нежиховского Г.Р., Симина В.Б. Руководство ЕВРАХИМ / СИТАК Количественное описание неопределенности в аналитических измерениях Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement / под общей редакцией Л.А. Конопелько. 2-е издание перевод с английского. Санкт-Петербург: ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, 2002. 149 с.
  71. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / А.С. Зубченко, М.М. Колосков, Ю.В. Каширский. Под общей редакцией А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.
  72. Жданеев О.В., Зайцев А.В., Лобанков В.М. Метрологическое обеспечение аппаратуры для геофизических исследований // Записки Горного института. 2020. Т. 246. С. 667—677. doi: 10.31897/PMI.2020.6.9

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок 1 – Контрольный образец для определения отклонения акустической оси прямых и наклонных преобразователей

Скачать (45KB)
Метаданные
3. Рисунок 2 – Контрольный образец для определения глубины фокуса прямых преобразователей (материал – Ст.3)

Скачать (39KB)
Метаданные
4. Рисунок 3 – Образец для калибровки разрешающей способности: w – ширина ступеньки; r – высота ступеньки; L – длина образца

Скачать (16KB)
Метаданные
5. Рис. 1. Контрольный образец для определения отклонения акустической оси прямых и наклонных преобразователей.

Скачать (134KB)
Метаданные
6. Рис. 2. Контрольный образец для определения глубины фокуса прямых преобразователей (материал — Ст. 3).

Скачать (134KB)
Метаданные
7. Рис. 3. Образец для калибровки разрешающей способности: w — ширина ступеньки; r — высота ступеньки; L — длина образца.

Скачать (69KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025