CC BY
57
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ПЕРСПЕКТИВЫ И РАЗВИТИЕ НОРМАТИВНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ФАЗИРОВАННЫХ РЕШЕТОК В
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
1 2 3
Мендес-Монтеро Ф. , Кантемиров И.Ф. , Вальес-Лосано Дж. Email: Mendez-Montero1169@scientifictext.ru
1Мендес-Монтеро Франк - магистрант; 2Кантемиров Игорь Финсурович - доктор технических наук, доцент; 3Вальес-Лосано Джессика - магистрант, кафедра сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
г. Уфа
Аннотация: в работе представлены различные подходы в различных отраслях в Российской Федерации к созданию технологических карт, руководящих документов и стандартов, позволяющих осуществлять надежное, продуктивное и точное применение ультразвукового контроля с использованием приборов с фазированными антенными решетками (ФАР), так как применение технологии ФАР в методах неразрушающего контроля (НК) в России затруднено из-за отсутствия соответствующей нормативно-технической базы, опыта работы с данным типом оборудования и специального программного обеспечения.
Ключевые слова: технология фазированных решеток, фазированная антенная решетка, методы неразрушающего контроля, ультразвуковой контроль, диагностика, руководящий документ, стандарт.
PROSPECTS AND DEVELOPMENT OF REGULATORY DOCUMENTATION ON THE APPLICATIONOF PHASED ARRAY TECHNOLOGYIN THE RUSSIAN FEDERATION
12 3
Mendez-Montero F. , Kanteimirov I.F. , Valles-Lozano J.
1Mendez-Montero Frank - Undergraduate; 2Kantemirov Igor Finsurovich - Doctor of Technical Sciences, Associate Professor;
3Valles-Lozano Jessica - Undergraduate, DEPARTMENT OF CONSTRUCTION AND REPAIR OF GAS AND OIL PIPELINES AND STORAGE FACILITIES, UFA STATE PETROLEUM TECHNICAL UNIVERSITY, UFA
Abstract: the paper presents various approaches in various industries in the Russian Federation to the creation of technological cards, guidance documents and standards that allow reliable, productive and accurate application of ultrasonic monitoring using devices with phased array technology, since the use of this technology in non-destructive testing methods in the Russian Federation is difficult due to the lack of a regulatory and technical base and work experience with this type of equipment and special software.
Keywords: phased array technology, phased array antenna, non-destructive testing methods, ultrasonic testing, diagnostics, regulatory documents, standards.
УДК 620.179.16
Введение: В настоящее время в различных отраслях промышленности остро стоит вопрос о повышении безопасности эксплуатируемых объектов и оборудования, происходит
возрастание объёмов и темпов проведения работ по их обследованию и диагностике с целью определения текущего технического состояния. Одним из основных способов по обеспечению безопасности является применение новейших перспективных методов неразрушающего контроля (НК).
При этом все более актуальными становятся задачи по повышению объективности и достоверности получаемых результатов НК. Разработанные в последнее время стандарты устанавливают дополнительные повышенные требования, как к получаемым результатам ультразвукового контроля (УЗК), так и к определению типов и характеристик выявленных дефектов. И одной из передовых технологий, позволяющих вывести ультразвуковой контроль на новый уровень качества, является использование приборов с фазированными антенными решетками (ФАР).
Метод ультразвуковой диагностики с применением ФАР
Метод ультразвуковой диагностики с применением фазированной решётки позволяет вести контроль самых сложных объектов, без применения более дорогостоящих (в том числе из-за высокой стоимости расходных материалов) методов, таких как радиографический, магнитопорошковый или капиллярный.
По мнению Российского общества по неразрушающему контролю (РОНКТД), метод фазированной решётки - это один из наиболее перспективных методов контроля в ближайшем будущем.
Ультразвуковые системы с фазированными решётками могут использоваться почти при всех видах диагностирования, где задействованы традиционные ультразвуковые дефектоскопы. Данная технология чаще всего применяется для контроля качества сварных швов и выявления трещин и трещиноподобных дефектов, в самых разных отраслях промышленности - аэрокосмической, энергетической, нефтехимической, в производстве непрерывнолитых металлических заготовок и трубной арматуры, в строительстве и обслуживании газонефтепроводов и металлических конструкций.
Развитие нормативной документации по применению ФАР в России
Несмотря на все преимущества использования метода фазированных решеток в неразрушающем контроле применение данных приборов в России затруднено из-за отсутствия нормативно-технической базы, опыта работы с данным типом оборудования и специального программного обеспечения. Если вторая проблема довольно легко решается путём практических занятий, то отсутствие нормативной документации требует проведения специальных исследований и применения нестандартных подходов к ним.
В авиационной промышленности НК по методу ФАР уже нашёл достаточно широкое применение. Именно поэтому в 2018 году состоялась X Всероссийская конференция «ТестМат. Основные тенденции, направления и перспективы развития методов неразрушающего контроля в аэрокосмической отрасли», в которой все были представлены доклады, посвященные теории и практике неразрушающего контроля металлических материалов, полимерных композиционных материалов, клеевых соединений, функциональных материалов и покрытий применительно к деталям авиационных двигателей, агрегатов крыла, элементов, работающих в условиях интенсивного циклического нагружения.
Кроме того на базе «Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов» (ВИАМ) с 2010 года проводятся исследования и разработка методик ультразвукового неразрушающего контроля полимерных композиционных материалов (ПКМ) с использованием метода фазированных решёток. Решён ряд задач по увеличению производительности, чувствительности и достоверности контроля монолитных деталей и конструкций, изготавливаемых из углепластика. Все работы выполнены в рамках реализации комплексного научного направления 2.3 «Методы неразрушающих исследований и контроля» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»).
Проведён ряд исследований конструктивно-подобных образцов из ПКМ, имитирующих типичных детали и конструкции из ПКМ, применяемые в авиационной технике. Показано,
17
что использование метода фазированных решеток позволяет решить ряд задач, которые в настоящее время ставятся перед неразрушающим контролем монолитных ПКМ. А именно: выявление всех основных производственных и эксплуатационных дефектов с повышенной в 1,5-2 раза чувствительностью (эквивалентной выявлению плоскодонного отражателя диаметром 5 мм) относительно существующих технологий контроля с применением одноэлементных преобразователей; улучшение интерпретации результатов контроля за счёт использования В- и С-сканов в реальном масштабе времени; повышение производительности контроля до 10 раз за счёт использования широкозахватных преобразователей; увеличение выявляемости более мелких дефектов в 3...5 раз по сравнению с контролем по существующей технологии с применением одноэлементных преобразователей [1].
По результатам проведенных исследований был разработан ряд нормативно-технических документов, регламентирующих процедуру проведения ультразвукового контроля монолитных деталей и конструкций из ПКМ с использованием метода фазированных решёток, в частности контроля деталей и конструкций из ПКМ, применяемым в новейшем самолёте МС-21 [1].
Можно утверждать, что применение метода фазированных решёток в различных отраслях промышленности Российской Федерации находится на разных уровнях и этапах развития. Так в атомной энергетике, где широко достаточно широко распространено применение ФАР, в 2019 году вступил в силу национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 50.05.13-2019 «Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Ультразвуковой контроль сварных соединений с применением технологии фазированных решеток. Порядок проведения».
В этом стандарте устанавливается порядок проведения оценки соответствия в форме ультразвукового контроля с применением технологии фазированных решеток. Стандарт распространяется на сварные соединения трубопроводов и оборудования из сталей перлитного и аустенитного классов, а также сталей различных структурных классов атомных энергетических установок и других элементов атомных станций, выполненных в соответствии с федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии [2].
Данный стандарт предназначен для контроля сварных соединений из сталей перлитного класса толщиной от 5,5 до 400 мм включительно с радиусом кривизны околошовной наружной поверхности не менее 150 мм для продольных швов и 32 мм для кольцевых швов, а также сталей аустенитного класса и сталей различных структурных классов толщиной от 4,5 до 100 мм включительно с радиусом кривизны околошовной наружной поверхности не менее 100 мм для продольных швов и 32 мм для кольцевых швов [2].
Как и ожидалось, в последние годы возросло использование метода ФАР в нефтяной промышленности. В результате все более актуальной становится задача в создании и применении соответствующих нормативных документов.
К сожалению, в настоящее время в области нефтяной и газовой промышленности не существует национального стандарта Российской Федерации по методу ФАР, такого как в атомной энергетике. Однако, в системе отраслевой стандартизации ПАО АК «ТРАНСНЕФТЬ» разработан и внедрен в практику ряд руководящих документов, направленных на неразрушающий контроль и техническую диагностику магистральных трубопроводов транспорта нефти и нефтепродуктов. В рамках данных документов можно найти информацию и рекомендации по методу контроля ФАР.
Первый опыт внедрения подходов к стандартизации неразрушающего контроля по методу ФАР был осуществлён в 2009 году, через Руководящий документ «Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов» РД 19.100.00-КТН-001-10. Данный документ включает главу о методах ультразвукового контроля, в которой были даны очень краткие конкретные инструкции по использованию ФАР.
Этот документ был заменён в 2015 году, вместо него сейчас используется Руководящий документ «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных
18
трубопроводов» РД-25.160.10-КТН-016-15. В этом документе значительно расширены инструкции по использованию методики ФАР, включая главу по ультразвуковому контролю и, в частности, раздел именно по ФАР «Основные положения технологии ультразвукового контроля стыковых кольцевых сварных соединений дефектоскопами с фазированными решётками» [3].
В 2019 году также ПАО «Транснефть» введен Руководящий документ «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Техническое диагностирование технологических трубопроводов» РД-23.040.00-КТН-054-19. В нём также можно найти инструкции по ФАР, но менее подробно, чем в вышеупомянутом документе РД-25.160.10-КТН-016-15.
Выводы: Мировой рост использования методов ультразвукового контроля и, в частности метода ФАР, привёл к включению этой перспективной во многих отношениях технологии в такие стандарты, как ASME и ISO. В последнее время применение метода ФАР в Российской Федерации также возросло, что привело к включению соответствующих разделов в несколько руководящих документов. Однако в сфере нефтяной промышленности до сих пор отсутствует специализированный стандарт или регламент, который содержал бы соответствующие инструкции и полностью регулировал бы вопросы использования технологии ФАР для контроля нефтегазовых объектов.
Комплекс преимуществ метода ФАР, в первую очередь универсальность, высокая эффективность и достоверность результатов приводит к тому, что с каждым годом расширяется его применение, что в свою очередь определяет необходимость скорейшего утверждения стандарта, регулирующего применение ультразвуковых дефектоскопов с фазированными антенными решетками.
Список литературы /References
1. Бойчук А.С., Генералов А.С., Далин М.А., Диков И.А. Контроль монолитных деталей и конструкций авиационной техники, изготавливаемых из ПКМ, ультразвуковым методом неразрушающего контроля с использованием фазированных решеток // X Всероссийская конференция«ТестМат. Основные тенденции, направления и перспективы развития методов неразрушающего контроля в аэрокосмической отрасли»: межд. конф. (Москва, 9 февраля 2018). Москва: ВИАМ, 2018. C. 18-31.
2. ГОСТ Р 50.05.13-2019 Ультразвуковой контроль сварных соединений с применением технологии фазированных решеток. Порядок проведения.
3. РД-25.160.10-КТН-016-15. «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов» ОАО «АК Транснефть», 2015. 187 с.
4. Воронков В.А., Воронков И.В., Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. О применимости технологии антенных решеток в решении задач УЗК опасных производственных объектах // В мире НК, 2011. № 1 (51). С. 64—70.
5. Прохоренко А.А. Определение возможностей дефектоскопов с ФАР по фокусировке ультразвукового пучка // В мире неразрушающего контроля, 2014. № 3 (65). С. 56-60.
6. Афанасьева В.Б., Чернова Н.В. Современные методы неразрушающего контроля // Успехи современного естествознания, 2011. № 7. С. 73-74.
