Об авторах

Круглое Борис Андреееич

Начальник отдела ЦНИИ КМ «Прометей», канд. физ.-мат. наук, III уровень по акустиче­скому методу контроля.

 

 

 

 

 

Розина Марина Витальевна

В. н. с. ЦНИИ КМ «Прометей», канд. техн. наук, III уровень по акустическому методу конт­роля.

 

В 1999 г. Центральный научно-исследова­тельский институт конструкционных материалов "Прометей" отметил свое 60-летие. Институт имеет богатый опыт и значительные достижения в области разработки конструкционных матери­алов для нужд народного хозяйства и, в первую очередь, - для судостроения и атомной энер­гетики. В настоящее время - это крупнейший и уникальный по своему научно-техническому потенциалу материаловедческий центр.

Лаборатория неразрушающего контроля (ЛНК), естественное и необходимое подразделе­ние такого института, несколько моложе - ей в 2000 г. исполняется 50 лет.

Около 30 лет лабораторией руководил Л. М. Яблоник. В 1950-70-е гг. число сотрудников ЛНК колебалось вблизи 50 человек, а сейчас в ней осталось всего 14. Это высоко­квалифицированные специалисты - те, кто стоял у истоков развития дефектоскопии в отрасли. Среди них 9 специа­листов 3-го уровня квалификации, остальные - 2-го. На фото (рис. 1) - почти весь наличный состав лаборатории.

 

Рис. 1. Коллектив лаборатории дефектоскопии ЦНИИ КМ «Прометей»

Тематика работ лаборатории в большой степени определяется направлениями деятель­ности основных исследовательских подразделе­ний института и является неотъемлемой частью общеинститутской тематики. Директор ЦНИИ КМ "Прометей" И. В. Горынин не подписывает тех­ническое задание на тему по разработке нового материала, если в нем не предусмотрены воп­росы НК.

Наряду с разработкой технологии контро­ля и нормативных критериев применительно к конкретной продукции (как серийной, так и вновь разрабатываемой) лаборатория большое внимание уделяет другому, не менее важному, направлению работ, которое диктуется логикой совершенствования самих методов контроля, имеет целью их опережающее развитие и ини­циируется специалистами по дефектоскопии.

В 1960-70-е гг. темпы разработки и создания новых конструкционных материалов стимулировали и быстрое развитие исследований в области НК. Поначалу чувстви­тельность контроля устанавливалась исходя из предельных возможностей метода и во многих случаях принималась в качестве браковочной. Надо сказать, что установленные тогда нормы оценки годности некоторых групп поковок и сварных соединений (например, для корпусов атомных ре­акторов) не изменились и по сей день.

К счастью, технология изготовления ответственных объектов была настолько высокой, что использование пре­дельных возможностей НК не тормозило производство. Как говорил заместитель директора В. В. Ардентов (курировав­ший вопросы НК), при высоком уровне технологии целью дефектоскопии является не обнаружение дефектов, а полу­чение информации об их отсутствии. Только при низком уровне качества продукции целью контроля является ее сортировка на годную и негодную.

Важнейшими показателями информацион­ной технологии НК являются чувствительность и надежность. Введенная недавно на Западе про­цедура так называемой валидации технологий и систем НК, или (в наших терминах) аттестации методик контроля, была обязательной в отрасли при выпуске нормативных и методических доку­ментов с конца 1960-х гг. Она предусматривала, в частности, этап массовой апробации опытной методики и оценку чувствительности и надежно­сти НК в условиях реального производства.

Исследования и разработки ЛНК, выполненные по такой схеме, привели в конце 1970-х гг. к созданию строй­ной отраслевой системы методической документации по каждому из следующих методов контроля: радиографичес­кому, ультразвуковому, магнитопорошковому, капиллярному, вихретоковому, визуально-измерительному и контролю гер­метичности. В стремлении к унификации методик зачастую объединялись принципы и подходы к контролю объектов су­достроения и атомной энергетики. Благодаря этому отрас­левая система достаточно универсальна и используется многими предприятиями металлургической и смежных ма­шиностроительных отраслей практически без корректировки. Вместе с тем мы одними из первых ввели в производствен­ную практику технологические карты контроля типовых объ­ектов, разрабатываемые при технологической подготовке производства.

Методический опыт ЛНК обусловил ее участие в создании государственной методи­ческой документации. Так, основополагающие государственные стандарты по методам НК соз­даны либо нами, либо с нашим участием (в ка­честве соисполнителей или согласующей сто­роны).

В конце 1980-х гг. в результате совместной работы специалистов ЦНИИ КМ "Прометей", ЦНИИТМАШ, НИКИМТ, Ижорского завода и других заинтересованных организаций были созданы унифицированные методики контроля основ­ных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов атомных энергети­ческих установок, входящие в утвержденную Госатомнадзо­ром группу документов "Правила и нормы в атомной энерге­тике". Во многих из них использованы наши методические наработки.

Поскольку ЦНИИ КМ "Прометей" является го­ловной материаловедческой организацией в об­ласти атомной энергетики, в 1990 г. лаборатории было поручено проводить аттестацию специалис­тов по НК, являющихся членами аттестационных комиссий на предприятиях, производящих и экс­плуатирующих объекты, подве­домственные Гос­атомнадзору Опыт проведения та­ких аттестаций позволил лабо­ратории в 1992 г. организовать ат­тестационный центр под эги­дой Националь­ного аттестаци­онного комитета. Сейчас этот центр имеет сви­детельство Госстандарта России, лицензии Госгортехнадзора России и Морского Регистра, раз­решение Госатомнадзора России на проведение сертификации по шести видам контроля.

Специалисты нашего института не раз выполняли работы по оценке возмож­ности ремонта и сохране­ния архитектурных памят­ников и других городских объектов. Например, мы ис­следовали Медного всад­ника и ноги коня Николая I (который стоит на двух точ­ках опоры). А в феврале 1999 г. нам принесли на контроль лапу льва с Льви­ного мостика. (Рис. 2)

Рис. 2. Капиллярная дефектоскопия лапы льва с Львиного мостика с целью установления оптимальной технологии контроля скульптур львов

Институт имеет собственную опытно-произ­водственную базу, нуждающуюся в помощи специ­алистов по дефектоскопии, и в то же время даю­щую им возможность опробования своих разработок.

Далее приводятся примеры основных, на наш взгляд, достижений лаборатории НК ЦНИИ КМ "Прометей" в области различных видов и методов контроля. В составлении каж­дого раздела принимали участие соответствующие специа­листы, так что статью можно считать плодом коллективного творчества. В авторский коллектив входят: М. А. Максименко, Л. А. Николаева, Г. П. Семенов, Ю. И. Удралов и М. К. Федорова.

1. Радиационные методы контроля

В этом направлении развиты, усовершенст­вованы и стандартизированы методики, а также осуществлена разработка аппаратуры и мате­риалов для радиографического контроля (РГК).

В частности, с привлечением специализированных организаций разработаны гамма-дефектоскопы "Стапель" для просвечивания сварных швов в монтажных и стапель­ных условиях (толщина просвечиваемой стали 50 мм) и "Стапель-20" (толщина стали 100 мм), РИД-11 ("Гаммарид") с подачей источника излучения к просвечиваемому участку по гибкому шлангу-ампулопроводу на расстояние до 10 м, "Нева" и РИД-44 для панорамного просвечивания сварных швов обечаек большого диаметра (до 12 м) в условиях спе­циальных защитных камер, ДВС для фронтального просве­чивания сварных швов с толщиной стали до 50 мм в стесненных условиях и ряд других узкоспециализированных гамма-дефектоскопов.

С привлечением "Казниихимфотопроект" разработа­ны радиографические пленки РТ-11, РТ-12, РТ-13, РТ-14 и РТ-15 на лавсановой основе, обеспечивающие возможность их ускоренной химической обработки в автоматах для фо­тообработки при повышенной температуре фоторастворов.

Разработана конструкция установок для сенситомет­рических испытаний радиографических пленок с использо­ванием радионуклидных источников излучения ¹⁹²Іг и ⁶⁰Со.

Создан негатоскоп Н-1 для расшифровки рентгенов­ских и гамма-снимков с оптической плотностью до 3,5 Б, не уступающий по своим характеристикам лучшим зарубеж­ным образцам.

Разработаны унифицированная методика РГК сварных соединений и оборудования атомных энергетических уста­новок; ГОСТ 7512, включающий основные схемы просвечива­ния сварных швов и предусматривающий 3 класса чувстви­тельности РГК; ГОСТ 23055, устанавливающий 7 классов соединений из металлов и сплавов, выполненных сваркой плавлением с толщиной свариваемых элементов от 1 до 400 мм по максимально допустимым размерам дефектов, вы­являемых при РГК.

2. Акустические методы контроля

В части УЗК лабораторией разработаны принципы, схемы и оптимальные параметры прозвучивания основных типов массовых полу­фабрикатов (листового, сортового и профильно­го проката, бесшовных труб, поковок, отливок, штамповок) в условиях металлургического про­изводства и на судостроительных и машино­строительных предприятиях, а также методы контроля сварных и паяных соединений и на­плавки. Разработаны, изданы и внедрены в про­изводство ^ отраслевых стандартов, регламен­тирующих методику УЗК различных объектов.

Рис. 3. Ультразвуковой контроль заготовок в опытном производстве

 

Первый ультразвуко­вой дефектоскоп мы приобре­ли в 1953 г., это был по тем временам один из лучших мировых образцов - УД12-Т производства ЛЭТИ. А сей­час в нашем распоряжении - последнее слово техники - "Авгур".

В наших стандартах по УЗК поковок и сварных со­единений впервые появилась классификация объектов по степени их доступности и пригодности для контроля. Необ­ходимость контроля крупногабаритных изделий (корпусов атомных реакторов, гребных валов и винтов и т.п.) постави­ла задачу настройки чувствительности дефектоскопов без тест-образцов. В начале 60-х гг. институт был одним из пио­неров широкого внедрения на судостроительных и машино­строительных предприятиях нового тогда способа настройки ультразвуковых дефектоскопов с помощью АРД-диаграмм.

В развенчании мифа о непригодности для УЗК аустенитных сварных швов наши сотрудники также были одними из первых. В шестидесятых годах И.С. Школяр установил, что, исходя из фазового состава наплавленного металла, который определяется по структурной диаграмме Шеффлера, можно прогнозировать прозвучиваемость аустенитных сварных соединений. На этой основе разработаны средства и технологии, позволившие внедрить УЗК вместо РГК в ус­ловиях массового производства аустенитных сварных соеди­нений судокорпусных конструкций из высокопрочных сталей. В этой работе принимали участие Л. М. Яблоник, Б. А. Круглов и В. А. Щукин.

При инициативном участии сотрудников ЛНК прово­дились работы по обеспечению судостроения и атомной энергетики высококачественными металлургическими полу­фабрикатами отечественного производства с использованием автоматизированных установок для УЗК листового проката и труб. В этих работах принимали участие Л. М. Яблоник, Б. А. Круглов, Л. А. Николаева, Г. А. Трофимова, Ю. И. Удралов. Выполнялись также работы по автоматизации процес­са УЗК сварных соединений (Б. А. Круглов, Н. А. Новик), резьбопаяных соединений (В. Д. Захаров) и других изделий.

Совместные со специалистами по конст­рукционной прочности исследования служебных свойств объектов контроля, содержащих дефек­ты, и статистические исследования реальной дефектности продукции позволили выработать обоснованные критерии отбраковки.

Разработана теория пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), позволившая создать первые согласованные ПЭП, малочувствитель­ные к неровностям контактной поверхности (Л. М. Яблоник).

Теоретически и экспериментально исследовано взаи­модействие упругих волн с несплошностями при произволь­ном взаимном положении излучателя, дефекта и приемника ультразвука. Установлены информационные возможности геометрооптической и дифракционной составляющих отра­женного от дефекта сигнала и разработан ряд методик для целей дефектометрии (Б. А. Круглов).

Разработана теория зеркального эхо-метода по стредл-схеме и технология контроля низколегированных сварных соединений на поперечные трещины (Б. А. Круглов, С. О. Прохоров, В. А. Щукин).

Усовершенствована теория акустического тракта зеркального эхо-метода по схеме "тандем" с приемом трансформированных на дефекте волн (Б. А. Круглов).

3. Магнитные и электромагнитные методы

В этом направлении ЛНК разработала ме­тодику контроля крупногабаритных литых и ко­ваных деталей, используемых в судостроении, в частности, лопастей гребных винтов, комингсов.

Вихретоковый метод контроля применялся в судо­строении для контроля труб судовых энергетических уста­новок, листов, объемных корпусных конструкций. Для этого были разработаны и изготовлены механизированные и авто­матизированные установки и робототехнические комплексы.

Работы по этой тематике выполняли Л. И. Николае­ва, Г. И. Кубанец, М. А. Максименко, А. В. Казанцев и др.

4. Контроль проникающими веществами

Этот вид контроля включает в себя группу методов обнаружения сквозных дефектов ме­таллоконструкций (газовые и жидкостные мето­ды контроля герметичности) и группу методов выявления поверхностных дефектов (капилляр­ные методы контроля). В институте успешно раз­рабатываются и усовершенствуются как методы и способы контроля проникающими вещества­ми, так и дефектоскопические материалы.

В работах по этим направлениям участвовали сотрудники В. С. Антипов, В. Г. Виноградов, С. Н. Гурьянова, В. И. Зайцев. Т. Я. Закатова, Г. П. Семенов, М. А. Стулова, М. К. Федорова, П. С. Ханьжин.

Разработан комплекс способов контроля герметич­ности жидкостными методами с использованием люминофоров и цветных пенетрантов:

-  люминесцентно-гидравлический метод, при использова­нии которого люминофор растворяется в воде, подавае­мой внутрь изделия;

-  гидравлический метод с люминесцентным индикаторным покрытием, наносимым на поверхность опрессованного водой изделия;

-  капиллярный способ обнаружения сквозных дефектов с использованием люминофоров в качестве проникающих жидкостей.

Особое место занимают разработанные лаборато­рией способы, позволяющие в одном технологическом про­цессе совместить несколько операций контроля. Один из них позволяет совместить гидравлические испытания с выявле­нием и идентификацией сквозных и поверхностных дефектов.

Второй совмещенный способ направлен на контроль незамкнутых конструкций и конструкций с односторонним доступом. Он позволяет идентифицировать индикаторные следы от поверхностных и сквозных дефектов при прове­дении контроля капиллярным методом с повторным нанесе­нием проявителя.

Предложен и всесторонне исследован термовакуум­ный способ контроля герметичности, обеспечивающий мак­симальную пороговую чувствительность масс-спектрометрического гелиевого контроля. Способ особенно эффективен для контроля тонкостенных изделий, в которых велика ве­роятность наличия очень малых сквозных дефектов.

Научно обоснованы и предложены эффективные тех­нологии и режимы подготовки объектов к контролю герметич­ности (например, вакуумированием и нагревом в вакууме) и к капиллярному контролю (нагревом, нанесением сорбента) с целью освобождения полостей дефектов от загрязнений и жид­ких сред, препятствующих проникновению пробных веществ.

Разработаны новые составы проникающих красящих веществ - пенетрантов. В частности, водорастворимый кра­ситель, синтезируемый из промышленно выпускаемого кра­сителя, положен в основу совместной с Санкт-Петербург­ским технологическим институтом разработки пенетранта "Гидроколор -540". Также был синтезирован продукт, на ос­нове которого разработан спирторастворимый люминофор.

Для обоснованного выбора способов контроля и де­фектоскопических материалов были разработаны системы классификации, связывающие воедино требования к объек­там контроля с возможностями способов и материалов и с условиями подготовки к проведению контроля. Классифи­кация систем контроля герметичности (5 классов) и классов чувствительности капиллярного контроля (3 класса) введе­ны в практику судостроения, атомной энергетики, энерго­машиностроения, химического машиностроения.

5. Разработка средств неразрушающего контроля

В каждом из предыдущих разделов упоминались раз­работки средств контроля для НК. В лаборатории НК в ЦНИИ КМ "Прометей" в разные годы работали специалисты по разработке радиоэлектронной аппаратуры, датчиков и пре­образователей разного типа, средств малой механизации и т. п. В составе института имеются конструкторский отдел и опытное производство, силами которых были созданы мно­гие системы механизированного и автоматизированного контроля. Нередко вопросы малой механизации решались силами самих заводов под руководством наших специалис­тов. Так, на большинстве судостроительных заводов были созданы очень простые установки (как правило, на базе ста­ренького токарного станка) для механизированного прозвучивания цилиндрических кованых заготовок. На рис. 4-6 приведены фотографии некоторых установок.

 

Рис. 4. Установка для автоматизированного вихретокового контроля труб КГРТ «ГУЛ»

 

5. Комплексные системы контроля

Комплексы, включающие различные методы НК, применяются обычно в тех случаях, когда одного метода недостаточно для обнаружения дефектов разного типа или разного местоположения, в частности на трубопрокатных (сдаточный контроль) и на судостроительных заводах (вход­ной контроль).

При формировании систем неразрушающего контро­ля (СНК) используются методы планирования эксперимента и выбора оптимального сочетания методов (Г. И. Николаев, Л. А. Николаева, Г. И. Кубанец, М. В. Розина).

 Рис. 5. Робототехнический комплекс для УЗК труб

При выборе критериев оптимизации СНК нами (впервые в области НК) применен критерий максимума функции желательности, предложенный Харрингтоном и по­зволяющий оптимизировать СНК по большому количеству параметров с разной размерностью, в том числе и с исполь­зованием ранговых оценок. Этот подход был применен к вы­бору оптимального сочетания методов для ультразвукового, вихретокового и визуально-оптического контроля труб по 12 параметрам. Разработку этого направления выполняли Л. С. Ерохина, Г. И. Кубанец, Л. А. Николаева. Впоследствии этот подход позволил отдать предпочтение УЗК перед РГК при контроле сварных швов судовых трубопроводов.

При выборе параметров оптимизации на одном из первых мест стоит надежность контроля, а следом за нею можно поставить информативность, для количественной оценки которой мы использовали энтропийный подход и разработали методику ее расчета для систем НК (М. В. Розина). В списке параметров за следующие места спорят стоимость, оперативность, радиационная опасность и дру­гие, в том числе экологические, эргономические.

 Рис. 6. Установка для вихре­токового контроля листов