ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ОБРАЗЕЦ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ФЛАНЦЕВОГО РАЗЪЕМА С РЕЗЬБОВЫМИ ГНЕЗДАМИ

Полезная модель относится к устройствам для неразрушающего контроля структуры и обнаружения дефектов в металлических изделиях и может быть использована для проверки и оценки работоспособности и эффективности системы ультразвукового контроля (УЗК), а также для обеспечения способности системы УЗК определять характеристики и параметры несплошностей и качество металла фланцевого разъема парогенератора АЭС.
Известен испытательный образец (эталонный блок) ультразвукового контроля поверхностей зубьев шестерни и корней зубьев, который выполнен в виде параллелепипеда из стали, снабженный горизонтальными сквозными отверстиями различного размера.
(CN 211318303 (U), G01N 29/04, G01N 29/30, опубликовано 21.08.2020) Недостатком известного испытательного образца (ИО) ультразвукового контроля, включающего глухие цилиндрические отверстия вблизи резьбовых гнезд, является невозможность его использования для аттестации систем контроля металла фланцевого разъема. Известный ИО содержит только искусственные отражатели, не содержит опасные характерные дефекты металла во фланцах ПГ типа реалистичных и реальных трещин, трещиноподобных дефектов и не может быть использован для аттестации систем УЗ контроля.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для ультразвукового контроля внутренней резьбы фланца, выполненное в виде полого цилиндра с внутренней резьбой. Устройство - испытательный образец представляет собой часть фланца со стаканом, вдоль направления резьбы которого в канавках резьбы содержатся три несплошности в виде искусственных горизонтальных трещин различной глубины. Толщина испытательного образца составляет 40 мм, а кривизна K = 1/80. (CN 207992126 (U), G01N 29/30, опубликовано 19.10.2018). Известный настроечный образец снабжен глухими резьбовыми отверстиями, используется для настройки параметров дефектоскопа при ультразвуковом контроле конкретного типоразмера фланцевых соединений. Для УЗК других типоразмеров он не пригоден. Он также не пригоден для испытаний и аттестации систем УЗК из-за отсутствия в нем несплошностей в виде реальных трещин.
Задачей полезной модели является создание испытательного образца ультразвукового контроля фланцевого разъема с резьбовыми гнездами, который изготовлен из стали той же марки, имеет конструкцию и размеры, аналогичные контролируемому элементу, включает в себя характерные несплошности металла и обеспечивает возможность аттестации и оценки эффективности системы УЗК надежно выявлять несплошности в виде трещин различного происхождения, в том числе определять характеристики и параметры несплошностей, и с их помощью оценивать качество металла.
Техническим результатом, достигаемым от использования полезной модели, является повышение качества настройки систем УЗК и надежности выявления системами УЗК дефектов фланцевых разъемов парогенераторов атомных электростанций.
Технический результат достигают тем, что испытательный образец ультразвукового контроля фланцевого разъема с резьбовыми гнездами снабжен несплошностями, выполненными между витками резьбы вдоль направления резьбы, причем образец выполнен в виде части плоского фланца, толщиной 115 мм, снабженного со стороны верхней поверхности двумя глухими резьбовыми гнездами, при этом в первом резьбовом гнезде одна несплошность в виде первой трещины выполнена на расстоянии 77 мм от верхней поверхности образца запрессовкой цилиндрической вставки с трещиной в отверстие, выполненное в теле образца, и две несплошности в виде первого и второго имитаторов трещины выполнены механической обработкой на расстоянии 35 мм и 5 мм от верхней поверхности образца соответственно, во втором резьбовом гнезде одна несплошность в виде второй трещины выполнена на расстоянии 34 мм от верхней поверхности образца запрессовкой цилиндрической вставки с трещиной в отверстие, выполненное в теле образца, и три несплошности в виде третьего, четвертого и пятого имитаторов трещины, выполненных механической обработкой на расстоянии 65 мм, 65 мм и 10 мм от верхней поверхности образца соответственно, при этом образец снабжен первым плоскодонным отражателем диаметром 4,4 мм, который расположен между первым резьбовым гнездом и внешним закругленным краем образца, а также вторым плоскодонным отражателем диаметром 3,1 мм, который расположен между резьбовыми гнездами, причем расстояние плоскодонных отражателей от верхней поверхности образца составляет 88 мм.
Технический результат также достигается тем, что образец выполнен с глухими резьбовыми гнездами М48 с длиной резьбовой части 90 мм и шагом резьбы 5 мм, с расстоянием между вертикальными осями резьбовых гнезд 102,3 мм при расстоянии вертикальных осей резьбовых гнезд от внешнего закругленного края фланца 44,0-46,0 мм;
первая трещина выполнена шириной 15 мм и глубиной 6,4 мм, а вторая трещина - шириной 10 мм и глубиной 3,2 мм;
ширина раскрытия всех имитаторов трещин составляет 0,3±0,1 мм; в первом резьбовом гнезде первый имитатор трещины выполнен шириной 26,9 мм и глубиной 3,2 мм, а второй имитатор трещины выполнен шириной 26,9 мм и глубиной 3,2 мм;
во втором резьбовом гнезде третий имитатор трещины выполнен шириной 31,0 мм и глубиной 6,4 мм, четвертый имитатор трещины - шириной 26,9 мм и глубиной 3,2 мм, пятый имитатор трещины - шириной 26,9 мм и глубиной 3,2 мм;
вершины несплошностей расположены под углом наклона вертикального сечения, проходящего через вершину несплошности и ось резьбового гнезда, к вертикальному сечению, проходящему через оси резьбовых гнезд, причем вершина первой трещины выполнена под углом 0°, вершина второй трещины - под углом 90°, вершина первого имитатора трещины - под углом 125°, вершина второго имитатора трещины - под углом 35°, вершина третьего имитатора трещины - под углом 0°, вершина четвертого имитатора трещины - под углом 150°, вершина пятого имитатора трещины - под углом 25°;
ось первого отражателя расположена на расстоянии 39 мм от оси первого резьбового гнезда, а ось второго плоскодонного отражателя расположена на расстоянии 41 мм от оси первого резьбового гнезда.
Полезная модель, имеющая различные трещины различного происхождения и расположения в теле испытательного образца, обеспечивает повышение надежности выявления дефектов в виде трещин фланцевых разъемов парогенераторов атомных электростанций системами ультразвукового контроля.
Конструкция испытательного образца по полезной модели включает следующие конструктивные элементы (фиг.1-2), где:
Г1, Г2 - первое и второе глухое резьбовое гнездо;
T1, Т2 - трещины, выполненные в первом и втором резьбовом гнезде соответственно;
ИТ1, ИТ2 - первый и второй имитаторы трещин, выполненные в первом резьбовом гнезде;
ИТ3, ИТ4, ИТ5 - третий, четвертый и пятый имитаторы трещин, выполненные во втором резьбовом гнезде;
ОТ1, ОТ2 - плоскодонные отражатели;
α - угол наклона вершин несплошностей;
1 - внешний закругленный край образца;
2 - заготовка образца для имплантирования;
3 - концентратор напряжений;
4 - трещина;
5 - цилиндрическая вставка с трещиной.
a
Испытательный образец по полезной модели (фиг.1,2) представляет собой часть (в виде закругленной плиты с внешним закругленным краем 1) плоского фланца, например, фланцевого разъема люка-лаза Ду500 второго контура парогенератора АЭС, в масштабе 1:1 со следующими габаритными размерами: длина Х=192 мм, ширина Y=150 мм, толщина Z=115 мм. Со стороны верхней поверхности образец снабжен двумя глухими резьбовыми гнездами М48 (Г1 и Г2) с длиной резьбовой части 90 мм, шагом резьбы 5 мм и выполнен из стали марки 10ГН2МФА с шероховатостью обработки поверхностей образца не хуже R 6,3 мкм. Расстояние между осями резьбовых гнезд составляет 102,3 мм, при расстоянии центров резьбовых гнезд от закругленного края 1 фланца 44,0-46,0 мм (фиг.2).
Испытательный образец по полезной модели содержит внедренные несплошности (дефекты) в виде трещин и имитаторов трещин, которые обеспечивают возможность аттестации и оценки работоспособности и эффективности системы УЗК надежно выявлять параметры несплошностей.
Несплошности в резьбовых гнездах выполнены между витками резьбы вдоль направления резьбы (фиг.1)
В первом резьбовом гнезде Г1 несплошности выполнены (фиг.1,2) в виде первой трещины Т1 и двух имитаторов трещины ИТ1 и ИТ2. Первая трещина Т1 шириной 15 мм и глубиной 6,4 мм выполнена запрессовкой цилиндрической вставки 5 (фиг.3) с трещиной в отверстие, выполненное в теле образца, на расстоянии 77 мм от верхней поверхности образца. Несплошность в виде первого имитатора трещины ИТ1 шириной 26,9 мм и глубиной 3,2 мм выполнена механической обработкой на расстоянии 35 мм от верхней поверхности образца, и вторая несплошность в виде второго имитатора трещины ИТ2 шириной 26,9 мм и глубиной 3,2 мм выполнена механической обработкой на расстоянии 5 мм от верхней поверхности образца. Имитаторы трещин ИТ1 и ИТ2 выполнены с шириной раскрытия 0,3±0,1 мм.
Во втором резьбовом гнезде Г2 (фиг.1, 2) несплошности выполнены в виде второй трещины Т2 и трех имитаторов трещины ИТ3, ИТ4 и ИТ5. Вторая трещина Т2 шириной 10 мм и глубиной 3,2 мм выполнена запрессовкой цилиндрической вставки 5'' (фиг.3) с трещиной в отверстие, выполненное в теле образца, на расстоянии 34 мм от верхней поверхности образца. Несплошность в виде третьего имитатора трещины ИТ3 шириной 31,0 мм и глубиной 6,4 мм выполнена механической обработкой на расстоянии 65 мм от верхней поверхности образца, несплошность в виде четвертого имитатора трещины ИТ4 шириной 26,9 мм и глубиной 3,2 мм выполнена механической обработкой на расстоянии 65 мм от верхней поверхности образца, несплошность в виде пятого имитатора трещины ИТ4 шириной 26,9 мм и глубиной 3,2 мм выполнена механической обработкой на расстоянии 5 мм от верхней поверхности образца. Ширина раскрытия имитаторов трещин ИТЗ, ИТ4 и ИТ5 составляет 0,3±0,1 мм.
Вершины несплошностей расположены под углом наклона а (фиг.2) вертикального сечения, проходящего через вершину несплошности и ось резьбового гнезда, к вертикальному сечению, проходящему через оси первого и второго резьбового гнезда. Для первой трещины угол наклона ее вершины составляет 0°, для второй трещины - 90°, для первого имитатора трещины -125°, для второго имитатора трещины - 35°, для третьего имитатора трещины - 0°, для четвертого имитатора трещины - 150°, для пятого имитатора трещины - 25°.
Испытательный образец по полезной модели также снабжен двумя плоскодонными отражателями ОТ1 и ОТ2, выполненными на расстоянии 88 мм от верхней поверхности образца. Первый отражатель выполнен с диаметром 4,4 мм, а второй отражатель = с диаметром 3,1 мм. Ось первого плоскодонного отражателя ОТ1 размещена между первым резьбовым гнездом и внешним закругленным краем 1 образца на расстоянии 39 мм от оси первого резьбового гнезда, а ось второго плоскодонного отражателя ОТ2 размещена между осями резьбовых гнезд на расстоянии 41 мм от оси первого резьбового гнезда. Отражатели выполнены известными способами механической обработки металлов и обеспечивают выполнение оценки качества металла в соответствии с действующими нормами по оценке качества.
Испытательный образец по полезной модели используется для проверки работоспособности и эффективности систем УЗК металла фланцев парогенераторов АЭС типа ВВЭР при аттестации вновь разработанных методик и систем УЗК и оценке возможности использования их при контроле металла АЭС. Количество и расположение несплошностей образца обеспечивает повышение надежности выявления дефектов в виде трещин фланцевых разъемов парогенераторов атомных электростанций системами ультразвукового контроля.
Трещины Т1 и Т2 могут быть вырезаны из дефектного оборудования АЭС или получены искусственным путем и внедрены (имплантированы) в испытательный образец известными способами, включающими (фиг.2, 3):
- изготовление заготовки 2 образца из металла испытательного образца для имплантирования;
- выполнение в заготовке 2 концентратора 3 напряжений в виде надреза, приложение к заготовке 2 переменной нагрузки F до образования трещины 4, например, усталостной трещины требуемой глубины, удаление поверхностного слоя материала толщиной, не меньшей глубины надреза;
- вырезание имплантируемого образца в виде цилиндрической вставки 5 требуемого размера с расположением трещины 4 или на боковой поверхности вставки (вдоль или поперек оси цилиндра), или на торцевой поверхности;
- шлифовка и полировка поверхности цилиндрической вставки 5 с трещиной 4 и ее тестирование;
- изготовление в испытательном образце по полезной модели в требуемом месте сквозного отверстия с диаметром меньшим, чем диаметр цилиндрической вставки 5 с трещиной;
- шлифовка и полировка поверхности полученного отверстия;
- горячая посадка запрессовкой при температуре менее 500°С цилиндрической вставки 5 в отверстие испытательного образца с размещением трещины 4 в требуемом месте (на требуемой глубине залегания и требуемом угле а);
- заваривание отверстия в испытательном образце с использованием металла испытательного образца;
- механическая обработка поверхности испытательного образца. (SU 750324, G01N 1/28, опубликовано 28.07.1980; CN 101710040,
G01N 1/28; G01N 1/32, опубликовано 19.05.2010; WO 9819155, G01M 19/00, G01N 29/30, опубликовано 07.05.1998)
При изготовлении испытательного образца по полезной модели для имплантирования трещин Т1 и Т2 цилиндрические вставки 5 и 5'' были выполнены с трещинами 4, размещенными поперек оси вставки и в их середине (фиг.3), а отверстия для их горячей посадки запрессовкой были выполнены вдоль внешней резьбы гнезд Г1 и Г2 (фиг.2)
Имитаторы трещин на требуемой глубине залегания и углом расположения α получают известными способами фрезерования и/или электроэрозии.
В процессе аттестационных испытаний системой и/или методикой УЗК испытательный образец по полезной модели обеспечивает выявление всех несплошностей, определение и оценку их размеров и параметров, позволяет на основе полученных характеристик оценивать качество металла фланцевого разъема с резьбовыми гнездами действующего оборудования АЭС.