CC BY
111
УДК 620.179.161
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ПЛОЩАДИ ТОЧЕЧНОГО И
ПРОТЯЖЕННОГО ВНУТРЕННИХ ДЕФЕКТОВ СВАРНЫХ ШВОВ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗАВОДСКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
М.Ю. Наркевич, К.Д. Обухов
METHOD OF DETERMINATION OF EQUIVALENT AREA OF INTERNAL POINT AND EXTENDED DEFECTS IN WELDS ULTRASONIC INSPECTION QUALITY
STEEL CONSTRUCTION PREFABRICATION
M.Y. Narkevich, K.D. Obukhov
Аннотация. С 01 июля 2010 г. в России вступил в силу Федеральный закон № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», устанавливающий минимально необходимые требования к зданиям и сооружениям, а также к связанным со зданиями и с сооружениями процессам проектирования, строительства, монтажа и эксплуатации, в том числе и по механической безопасности. Вследствие этого произошли значительные изменения в подходе к нормированию (включая оценку качества) по изготовлению и монтажу стальных строительных конструкций.
Ключевые слова: стальные конструкции строительные; нормирование; нормы браковки; неразрушающий контроль; оценка качества; внутренние дефекты.
Abstract. On July 1, 2010 the Federal law № 384-FZ «Technical regulations on the safety of buildings and structures» entered into force. The law sets minimum requirements for buildings and structures as well as the related processes of design, construction, assembly and use including mechanical safety. As a result significant changes in approach to standardization (including estimation of quality) occurred concerning the production and assembly of building steel structures.
Keywords: building steel structures; standardization; rejection criteria; non-destructive testing; estimation of quality; internal defects.
Введение
На сегодняшний день вопросы, связанные с качеством изготовления стальных строительных конструкций, являются крайне актуальными. Их актуальность связана, прежде всего, с тем, что большое количество несущих строительных конструкций каркасных зданий и сооружений (в т.ч. промышленных) выполняется в металлическом исполнении.
При изготовлении и монтаже стальных строительных конструкций подавляющее количество соединений выполняется на сварке. Основной проблемой в этом случае является контроль сплошности сварного шва, т.е. поиск внутренних дефектов (несплошностей), определение их прямых или косвенных характеристик и сравнения их с так называемыми браковочными показателями (нормами браковки).
Основными методами неразрушающего контроля, позволяющими выявлять внутренние дефекты сварных швов и околошовной зоны являются радиографический и ультразвуковой.
Наибольшее распространение получил ультразвуковой метод неразрушающего контроля [2]. Экспериментальным путем установлено, что производительность ультразвукового контроля в среднем в 3-10 раз выше радиографического.
Оценка качества сварных швов и околошовной зоны стальных строительных конструкций осуществляется путем сравнения параметров обнаруженных несплошностей с их предельно допустимыми значениями.
Основной характеристикой одиночной несплошности при ультразвуковом контроле является значение её эквивалентной площади 8экв, мм2.
Авторами статьи предлагается следующая методика по нормированию одиночных точечных и протяженных дефектов при ультразвуковом контроле наклонными преобразователями стальных строительных конструкций заводского изготовления.
Выбор сферической и цилиндрической моделей дефектов в качестве искусственного отражателя объясняется тем, что отражение от поверхности сферы и цилиндра ультразвуковых волн характеризуется большим рассеянием, чем от плоского отражателя. Следовательно, обеспечив при ультразвуковом контроле выявляемость сферического и цилиндрического дефектов, мы обеспечим выявляемость плоскостного.
Для пересчета одного вида дефекта в другой использованы приближенные формулы акустического тракта для наклонного совмещенного преобразователя с круглым пьезоэлектрическим элементом [3].
Методика предусматривает последовательность действий с целью определения эквивалентной площади внутренних дефектов при ультразвуковом контроле. Формулы здесь не нужны, достаточно уже полученных таблиц. Отдельным шагом методики следует учесть и уровень качества конструкций.
Сперва приравняем амплитуду эхосигнала от плоскодонного отражателя амплитуде эхосигнала от сферы и от цилиндра и сократим повторяющиеся величины. После необходимо выразить радиус дефекта Ь через его диаметр ё и рассчитать длину поперечной ультразвуковой волны (при скорости поперечной волны в стали 3260 м/с). И определяем эквивалентную площадь одиночной несплошности.
При контроле толщин от 6 до 16 мм включительно преобразователем с частотой 5,0 МГц и углом ввода 650 получим к = 0,65 мм. При контроле толщин от 16 до 60 мм включительно преобразователем с частотой 2,5 МГц и углом ввода 650 получим к = 1,3 мм.
Предложенные нормы браковки являются, безусловно, достаточно жесткими, однако практически достижимыми в заводских условиях.
Рассмотрим первый пример. Для этого сравним значения диаметра поры, взяв эквивалентную площадь одиночных несплошностей из МДС 53-1.2001 и таблицы 1.
Таблица 1 - Эквивалентная площадь несплошности при сферических дефектах
Номинальная толщина элементов, мм Параметры преобразователя Эквивалентная площадь одиночной несплошности Бэкв, мм2 по уровням качества
высокий средний низкий
6 а = 650 □ = 5,0 МГц 0,8 1,0 1,2
8 1,0 1,3 1,6
10 1,3 1,6 2,0
12 1,6 2,0 2,3
14 1,8 2,3 2,7
16 2,0 2,6 3,1
от 16 до 20 а = 650 □ = 2,5 МГц 3,9 5,2 6,5
от 20 до 40 3,9 5,2 6,5
от 40 до 60 3,9 5,2 6,5
Таблица 2 - Эквивалентная площадь несплошности при цилиндрических дефектах
Номинальная толщина элементов, мм Параметры преобразователя Эквивалентная площадь протяженной несплошности Бэкв, мм2 по уровням качества
высокий средний низкий
6 а = 650 □ = 5,0 МГц 0,44 (0,56) 0,49 (0,63) 0,53 (0,69)
8 0,6 (0,75) 0,65 (0,84) 0,71 (0,92)
10 0,73 (0,94) 0,81 (1,05) 0,89 (1,15)
12 0,87 (1,13) 0,98 (1,26) 1,07 (1,38)
14 1,02 (1,32) 1,14 (1,47) 1,25 (1,61)
16 1,16 (1,5) 1,3 (1,68) 1,42 (1,84)
от 16 до 20 а = 650 □ = 2,5 МГц 2,91 (3,76) 3,25 (4,2) 3,56 (4,6)
от 20 до 40 4,11 (5,3) 5,03 (6,5) 5,81 (7,51)
от 40 до 60 5,03 (6,5) 6,17 (7,96) 7,12 (9,19)
В рекомендациях по монтажу стальных строительных конструкций МДС 53-1.2001 нормы браковки по амплитуде эхосигналов выражены в виде эквивалентной площади дефекта. В частности при контроле сварных швов толщиной 6 мм указана предельная эквивалентная площадь 2,0 мм .
В таблице 1, номинальной толщине 6 мм соответствует эквивалентная площадь одиночной несплошности равная 1,2 мм2 (при низком качестве контроля).
Выясним, какой размер пор соответствует данным уровням браковки. Прозвучивание таких швов, как правило, выполняется наклонным преобразователем с частотой 5,0 МГц и углом ввода 65°.
Вначале определим длину поперечных волн, излучаемых данным преобразователем:
Х = CT /F = 3260/5-106 = 0,65 мм Теперь нетрудно найти диаметры пор:
DЭКВ.cф. = Sd /Х = 2,0/0,65 = 3,08 мм2 - из МДС 53-1.2001
DЭКВ СФ = Sd / Л = 1,2 / 0,65 = 1,85 мм2 - из таблицы 1
По полученным значениям видно, что предложенные нормы браковки являются достаточно жесткими и более точными, чем нормы браковки из рекомендаций по монтажу стальных строительных конструкций.
В качестве второго примера найдем эквивалентную площадь бокового цилиндрического отверстия 06 мм в образце СО-2 толщиной 59 мм.
Вначале найдем расстояние между отверстием 06 и преобразователем. Был проведен эксперимент. С помощью дефектоскопа найдено время задержки эхосигнала от бокового цилиндрического отверстия Т = 54,2 мкс. Скорость поперечных волн в стали CT = 3260 м/с. Вычисляем расстояние:
Я = 1/2СТ • Т = 1/2• 3260• 54,2-10-6 = 88,3 мм Далее найдем длину волны:
Л = СТ /F = 3260/5,0• 106 = 0,65 мм Вычислим эквивалентную площадь, радиус цилиндра Ь = 3 мм,
^ = Л/ъШ^Ь = 0,65/2^88,3 • 3 = 5,29 мм2
Данное значение эквивалентной площади соответствует нормам браковки из табл. 2.
Заключение
Результаты расчетов по определению предельно допустимых эквивалентных площадей одиночных несплошностей для стальных строительных конструкций заводского изготовления при сферических дефектах представлены в таблице 1 (с округлением до десятых), при цилиндрических дефектах представлены в таблице 2, на расстоянии равном 1/2 (5/6) от номинальной толщины стыкового шва (с округлением до сотых).
ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон № 384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
2. Report on the actual situation of INSTITUTE DR. FORSTER. Information for customer and friends of INSTITUTE DR. FORSTER, No 12/Dec, 1993.
3. Бархатов В.А. Методические указания. Расчет эквивалентной площади и эквивалентных размеров отражателей в ультразвуковом контроле изделий [Электронный ресурс] URL: http://fpribor.ru/uploadedFiles/files/Methodics/Calculate_Size_of_Reflectors.pdf (дата обращения: 01.03.2017).
4. Наркевич М.Ю. Проблемы контроля и оценки качества при изготовлении и монтаже стальных строительных конструкций зданий и сооружений // Архитектура. Строительство. Образование: материалы междунар. науч.-практ. конф. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. С. 130-136.
5. Конструкции городских сооружений и зданий: учеб. пособие/ М.Ю. Наркевич, С.А. Нищета. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. 172 с.
6. Наркевич М. Ю. Стандартизация и сертификация продукции конструкций: учеб. пособие. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. 83 с.
7. Наркевич М.Ю. Основы метрологии, стандартизации, сертификации и контроля качества: учеб. пособие - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. - 136 с.
8. Нищета С.А., Емельянов О.В., Наркевич М.Ю. Расчет и проектирование строительных металлических конструкций: учеб. пособие. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. 176 с.
9. Наркевич М. Ю. Конструкции предварительно обжатых трубобетонных колонн городских сооружений и зданий // Электронный журнал «Предотвращение аварий зданий и сооружений», 2012. С. 1-7. URL: http://pamag.ru/pressa/construction-turboconcrete.
10. Наркевич М.Ю., Кришан А.Л. Анализ существующих методик расчета внецентренно сжатых трубобетонных колонн городских сооружений и зданий // Электронный журнал «Предотвращение аварий зданий и сооружений», 2012. С. 1-5. URL: http://pamag.ru/pressa/analysis-methods_calc.
11. Кришан А.Л., Астафьева М.А., Наркевич М.Ю., Римшин В.И. Определение деформационных характеристик бетона // Естественные и технические науки. Москва: Изд-во: «Спутник+», 2014. С. 367-369.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Наркевич Михаил Юрьевич Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, Россия, кандидат технических наук, доцент. E-mail: [email protected]
Обухов Кирилл Дмитриевич Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, Россия, магистрант. E-mail: [email protected]
Narkevich Michail Yurievich Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, Magnitogorsk, Russia, Candidate of Technical Science, аssociate professor. E-mail: [email protected]
Obukhov Kirill Dmitrievich Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, Magnitogorsk, Russia, undergraduate.
E-mail: [email protected]
Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 450019, Магнитогорск, Ленина пр-кт, 38, Обухов К.Д. 8(919)121-76552
