При обнаружении дефектов оцени­вают их основные характеристики:

- координаты;

- эквивалентный диаметр или пло­щадь;

- разделение на протяженные и не­протяженные;

- условные границы и (или) услов­ную протяженность;

- условное расстояние между дефек­тами;

- число дефектов.

При необходимости определяют про­странственное положение дефектов.

Координаты дефектов определяют, как рекомендовано в разд. 3.2.1. При кон­троле прямым преобразователем опреде­ляют глубину залегания дефекта от по­верхности ввода, а при контроле наклон­ным преобразователем - глубину залега­ния и расстояние до него по поверхности ОК от точки ввода преобразователя. Часто измерения эквивалентной площади не требуется, достаточно только установить, что она > S0 (уровня фиксации) и < 5) (уровня браковки).

Важно классифицировать дефекты на протяженные и непротяженные (компакт­ные), поскольку во многих заготовках протяженные дефекты не допускаются. Рекомендуется способ измерения, осно­ванный на использовании кривых, пока­занных нарис. 3.18, б (см. разд. 3.2.2).

ГОСТ 24507-80 не устанавливает способов измерения границ дефекта и его условных размеров. ОСТы [180] и [261] предписывают использование абсолютно­го способа измерения условной протяжен­ности, т. е. границей дефекта считается положение точки ввода преобразователя, при котором амплитуда эхосигнала от де­фекта уменьшается до уровня фиксации. Документ [320] предусматривает исполь­зование как абсолютного так и относи­тельного (по уровню 6 дБ) способов изме­рения. При этом из двух измеренных зна­чений выбирается большее.

Если в НТД оговорено допустимое расстояние между несплошностями, то его определяют как расстояние между цен­трами непротяженных несплошностей, или как расстояние между границами про­тяженных несплошностей или как рас­стояние между центром непротяженной и границей протяженной несплошностей. Измерение расстояния между несплошно - стями, залегающими на разной глубине, выполняется с учетом этого расстояния с помощью геометрических построений, приведенных в разд. 3.2.6.

При определении протяженности не­сплошностей и расстояния между ними в направлении окружности в случае цилин­дрической поверхности изделия следует учитывать изменение этих размеров в за­висимости от глубины залегания дефек­тов (см. рис. 3.2). Истинный размер I вы­числяется в соответствии с формулой

! = L(l-2z/D),

где L = СЕ - протяженность (расстояние между несплошностями), измеренная по поверхности цилиндрического изделия диаметром D; г - глубина залегания не - сплошности от поверхности.

На основании сопоставления резуль­татов контроля с требованиями НТД де­лают заключение о годности или браковке заготовки. В НТД на поковки, подлежа­щие У 3-контролю, должны быть указаны: уровень фиксации; недопустимый уровень ослабления донного сигнала и параметры недопустимых дефектов (максимальный эквивалентный размер или площадь, мак­симальная условная протяженность, мак­симальное допустимое число дефектов в определением объеме, допустимое рас­стояние между дефектами), например:

- фиксации подлежат дефекты экви­валентной площадью > У0;

- не допускаются дефекты эквива­лентной площадью > St;

- не допускаются дефекты условной протяженностью > L,

- не допускаются дефекты, вызы­вающие при контроле прямым преобразо­вателем ослабление донного сигнала до уровня < S0;

- допустимое расстояние между фик­сируемыми дефектами > 1-і, мм.

- не допускаются непротяженные дефекты эквивалентной площадью So... Sь если они образуют скопление из п или более дефектов при пространственном расстоянии между наиболее удаленными дефектами, равном или меньшем толщины поковки Н.

В таблице ГОСТ 24507-80 приведе­ны значения So и Sb а также минимального недопустимого числа непротяженных де­фектов в скоплении размером 100 мм. Минимальное недопустимое число дефек­тов в скоплении размером Я вычисляется по формуле п = «0 Я/100 и округляется до целого числа в сторону уменьшения.

Для краткой формулировки норма­тивных требований к качеству заготовок рекомендуется указывать группу их каче­ства в соответствии с указанной таблицей. В поковках, отнесенных к группам 1, 2 и 3, не допускаются ни один протяженный дефект и ни один дефект эквивалентной площадью > S,. Такому условию обычно удовлетворяют металлы вакуумной выплавки.

В поковках, отнесенных к группам 2п, Ъп и 4и, допускаются непротяженные дефекты (например, неметаллические включения, имеющиеся в некоторых ста­лях мартеновской выплавки). В поковках, отнесенных к группе 4L, допускаются не­которые протяженные дефекты, условная протяженность которых меньше 1,5£0, где Ь0 - условная протяженность эквивалент­ного дефекту плоскодонного отверстия.

Следует заметить, что нормы табли­цы довольно жесткие. В качестве примера приведем значения S0 и S] (в мм2) для толщины ОК до 100 мм. Для первой груп­пы качества So= Si = 3; для второй группы S0 = 3, a Si = 5. В ОСТ на поковки энерге­тического оборудования [261] и при той же толщине для атомных электростанций (АЭС) для изделий группы А указаны S0 = 2, Si = 10; изделий группы В - S0 = 4, Sj = 10; изделий группы С - S0 = 6, Si = 20. Для тепловых станций и других объектов котлонадзора указаны S0 = 3, Si = 40. Та - ким образом, нормы по отраслевому стан­дарту, как правило, менее жесткие, чем рекомендовано ГОСТ 24507-80.

Приведем требования технических условий к некоторым поковкам ответст­венного назначения, используемым в энергетике, в том числе в атомном маши­ностроении.

По требованиям ТУ 108.765-78 для деталей АЭС регистрируют несплошности эквивалентным диаметром > 2,2 мм. В поковках из стали обычного качества при контроле прямым преобразователем необ­ходимо регистрировать дефекты эквива­лентной площадью >15 мм2 (диаметром 4,4 мм), а для поковок вакуумно-дугового и электрошлакового переплавов > 10 мм2 (диаметром 3,6 мм).

При контроле наклонным преобразо­вателем регистрируют дефекты по показа­телям группы качества Ъп (ГОСТ 24507- 80), а именно: 5 мм2 при толщине поковки Я < 150 мм; 10 мм2 при 150 < Я < 200 мм; 20 мм2 при Я> 200 мм.

Для заготовок вакуумно-дугового и электрошлакового переплавов при кон­троле прямым преобразователем макси­мально допустимы несплошности с экви­валентной площадью 20 мм2. На квадрат­ном участке площадью 300 см2 суммарная площадь зарегистрированных несплошно - стей не должна быть > 250 мм2, а число несплошостей площадью 20 мм2 - не бо­лее пяти. На любом квадратном участке площадью 1 м2 сумма площадей всех за­фиксированных несплошностей не должна быть >600 мм2.

При контроле наклонным преобразо­вателем не допускаются дефекты эквива­лентной площадью, вдвое меньшей, чем для стали обычного качества Не допуска­ются подлежащие регистрации непротя­женные дефекты, если они образуют ско­пление из пяти и более дефектов при про­странственном расстоянии между наибо­лее удаленными дефектами, равном или меньшем толщины поковки. И для пря­мых, и для наклонных преобразователей не допускаются протяженные дефекты.

Приведем нормы оценки качества поковок, действующие в США и ФРГ, и сопоставим их с принятыми в России. Та­кое сопоставление выполнено Е. Ф. Кре - товым [245, т. 3], ему же принадлежат комментарии. В США нормативные тре­бования при УЗК поковок определяются спецификациями ASTM, которые приво­дятся в Коде ASME [356]. Американские нормативные требования, относящиеся к минимальным несплошностям, подлежа­щим регистрации при УЗК, вошли в ч. V Кода ASME.

В соответствии с Кодом ASME нор­мативные требования по контролю поко­вок включают в себя следующие показа­тели:

- уровень фиксации;

- уровень поисковой чувствительно­сти;

- регистрируемую информацию об обнаруженных несплошностях;

- типовые критерии приемочного уровня качества;

- термины-определения, характери­зующие конкретные ситуации распреде­ления дефектов в ОК.

В соответствии со спецификацией SA-388, включенной в Код ASME, при настройке чувствительности при контроле прямым преобразователем устанавливает­ся контрольный уровень, при котором донный сигнал составляет 75 % высоты экрана дефектоскопа. Затем увеличивают усиление на 14 дБ (в 5 раз) и при такой чувствительности проводят поиск дефек­тов. Недостатки такой системы настройки чувствительности рассмотрены в разд. 2.2.4.5.

Регистрируют несплошность, когда:

- она дает эхосигнал > 10 % ампли­туды донного сигнала;

- несплошность дает индикацию на участке > 38 мм независимо от амплитуды эхосигнала и расположена на одной и той же глубине;

- при регистрации протяженности несплошностей должна быть сделана по­правка на расхождение УЗ-пучка с учетом глубины залегания дефекта;

- несплошности дают эхосигнал, пе­ремещающийся по глубине более чем на 25 мм, при амплитуде > 5 % донного сиг­нала (это характерный признак трещин).

Регистрации подлежат также случаи обнаружения пяти или более несплошно­стей, дающих эхосигналы > 5 % донного сигнала, расположенных в кубе со сторо­ной 50 мм, и если амплитуда донного сиг­нала уменьшается на 20 % или более.

При контроле наклонным преобразо­вателем прибор настраивают так, чтобы амплитуда сигнала от прямоугольной или V-образной риски (с углом при вершине 60°), расположенной на внутренней по­верхности параллельно оси поковки, со­ставляла 75 % высоты экрана дефектоско­па. Риска должна иметь глубину, равную 3 % максимальной толщины контроли­руемой поковки, или 6,35 мм (выбирается меньшее из двух значений), а длину 25,4 мм.

При той же настройке прибора и по­ложении преобразователя на наружной поверхности получают отражение от та­кой же риски на внешней поверхности. Проводят на экране линию, соединяющую вершины эхосигналов от рисок на внут­ренней и наружной поверхностях. Эта линия определяет контрольный уровень чувствительности (уровень фиксации). Регистрируют сигналы от несплошностей амплитудой > 50 % контрольного уровня.

Код ASME не приводит количест­венных значений пределов допустимости, указывая, что они должны устанавливать­ся по соглашению между покупателем и фирмой-изготовителем. Отмечается, что при назначении пределов допустимости должны быть использованы нижеприве­денные критерии.

Для прямого преобразователя - это предельная амплитуда эхосигнала в про­центах от контрольного уровня (или раз­мер отверстия с плоским дном в СО); ос­лабление донного сигнала ниже величины, заданной в процентах от контрольного уровня; предельная амплитуда эхосигнала в процентах от контрольного уровня при наличии заданного в процентах ослабле­ния донного сигнала относительно кон­трольного уровня.

Для наклонного преобразователя за критерий принимается предельная ампли­туда эхосигнала в процентах от амплиту­ды сигнала, отраженного от риски, или амплитуда эхосигнала в процентах от кон­трольного уровня.

В Германии нормативные требования к УЗК поковок устанавливаются отрасле­выми правилами или техническими усло­виями. Для сосудов ядерной энергетики - это КТ А 3201.1 [409]. Нормы на УЗК по­ковок из кованой сортовой стали опреде­лены спецификацией SEP 1921 [412].

Нормативные требования в соответ­ствии с Правилами КТА 3201.1 включают в себя следующие элементы:

- пределы регистрации по амплитуде, выраженные через диаметры плоскодон­ных отражателей, зависящие от толщины поковки и задаваемые таблицей;

- пределы допустимости по мини­мальной глубине залегания обнаружен­ных дефектов от окончательно обработан­ной поверхности поковки;

- допустимость дефектов в зависимо­сти от их ориентации;

- допустимость по протяженности дефекта в зависимости от направления, в котором он развит;

- допустимость по плотности дефек­тов, т. е. их числу на 1 м2 поверхности.

Существуют отдельные требования к зоне сварных кромок и патрубков, куда входят: амплитудный критерий, число дефектов на 1 м длины и минимальное расстояние между дефектами. Правила КТА 3201.1 указывают, что не допускают­ся подлежащие регистрации несплошно­сти, расположенные на расстоянии от окончательно обработанной поверхности, меньшем минимального расстояния 5 мм при номинальной толщине стенки в окон­чательном состоянии Н < 40 мм; 10 мм при 40 < Н < 80 мм, 20 мм при Н > 80 мм.

Несплошности, зарегистрированные при прозвучивании наклонным преобра­зователем, недопустимы, если установле­на их протяженность в направлении тол­щины (т. е. развитые по высоте). В зонах сварных кромок и патрубков не допуска­ются:

- протяженные несплошности;

- несплошности, обнаруженные пря­мым преобразователем, если эхосигнал от них более чем на 12 дБ превышает грани­цу регистрации;

- несплошности, выявленные пря­мым и наклонным преобразователями, если эхосигнал от несплошности, полу­ченный наклонным преобразователем, превышает предел регистрации более чем на 6 дБ;

- несплошности, плотность которых 2 ... 6 шт. на 1 м длины в зависимости от толщины шва.

Расстояние между допустимыми не- сплошностями должно быть > 100 мм. В остальной части объема допускаются ло­кальные несплошности амплитудой до 18 дБ сверх границ регистрации, выявлен­ные при радиальном прозвучивании пря­мым преобразователем; несплошности протяженностью в соответствии с кривой 1 (рис. 3.33), если при наклонном прозву­чивании в этих точках нет превышения величин эхосигналов на 6 дБ сверх грани­цы регистрации. Максимально допустимая длина ограничена величиной 120 мм.

При контроле прямым преобразова­телем в осевом направлении допустимы локальные несплошности, дающие эхо - сигналы, которые превышают уровень фиксации на величину до 12 дБ. Допуска­ются несплошности протяженностью по окружности в соответствии с кривой 2 (см. рис. 3.33), если при наклонном прозвучи­вании отсутствует превышение на 6 дБ

Рис. 3.33. Допустимая протяженность несплошности L, отнесенная к номинальной толщине стенки поковки Н: 1 - превышение уровня регистрации прямым преобразователем; 2 - то же наклонным преобразователем

или более по отношению к уровню реги­страции. Максимально допустимая длина несплошности ограничена при этом 60-ю мм. Несплошности высотой >10 мм по толщине листа недопустимы. Локаль­ная плотность несплошностей на 1 м2 наружной поверхности не должна превы­шать 10 шт.

В спецификации SEP 1921 указывают предел регистрации (уровень фиксации). Пределы допустимости несплошностей в зависимости от назначения поковки или условий эксплуатации отдельных ее час­тей разбивают на классы А - Е, которые включают в себя следующие критерии:

- предел допустимости по амплитуд­ному признаку, измеренный диаметром эквивалентного плоскодонного отражате­ля (этот признак различен для протяжен­ных и непротяженных отражателей);

- максимально допустимую протя­женность несплошности;

- максимально допустимое число не­протяженных несплошностей;

- то же протяженных.

При контроле по спецификации SEP 1921 максимально допускаемые парамет­ры несплошностей определены табл. 3.3 и

3.4.

Несплошности протяженностью, бо­лее указанной в табл. 3.3, могут быть при­няты по согласованию с заказчиком с уче­том предельно допустимого числа не­сплошностей. Так, например, несплош - ность протяженностью 320 мм для класса А может быть зачтена и допущена как четыре несплошности протяженностью 80 мм.

Далее сопоставляются российские нормы контроля поковок с нормами, дей­ствующими в США и ФРГ. При контроле ЗТ-методом Код ASME предусматривает регистрацию участков, в которых донный сигнал ослабляется на 20 % (т. е. на 2 дБ). Однако такое его изменение практически
трудно зарегистрировать на фоне его ко­лебаний, вызванных нестабильностью акустического контакта.

Отечественные нормы в зависимости от толщины поковки предписывают реги­стрировать ослабление на 22 ... 34 дБ. Это реально достижимый уровень регистрации при одновременном контроле эхо - и ЗТ- методами с использованием серийных современных дефектоскопов. Для повы­шения чувствительности при контроле ЗТ - методом необходимо либо выполнять этот контроль отдельно от эхометода, либо применять дефектоскоп с двумя монито­рами, позволяющий организовать отдель­ное слежение за уровнем донного сигнала.

Немецкие правила не приводят нор­мы контроля ЗТ-методом. По-видимому, это связано с достаточно высокой чувст­вительностью эхометода. Например, чув­ствительность, рекомендованная КТА 3201 Л, гарантирует выявление даже неблагопри­ятно ориентированных несплошностей, которые могут представлять опасность для изделия.

Сравнительные данные для прямого преобразователя при контроле поковок сосудов давления эхометодом, приведен­ные к площади плоскодонного дискового отражателя, показывают, что в области толщин до 250 мм нормативные требова­ния по размеру минимально регистрируе­мой несплошности весьма близки к рос­сийским. При толщине > 250 мм немецкие требования значительно мягче, чем отече­ственные и американские. Особенностью американских требований, как отмеча­лось, является переменная чувствитель­ность по сечению заготовки.

Сравнительные данные для наклон­ного преобразователя при контроле поко­вок сосудов давления эхометодом, приве­денные к площади дискового отражателя, свидетельствуют, что границы регистра­ции для толщин до 150 мм по нормам Рос­сии и Германии весьма близки. Для тол­щин > 150 мм нормы Германии сущест­венно жестче, исключение составляют требования России для корпусов реакто­ров АЭС.

Граница регистрации по американ­ским требованиям на один-два порядка ниже европейских требований. Американ­ские нормы позволяют выявить лишь дос­таточно развитые (> 3 % толщины поков­ки) трещины, идущие от поверхности по­ковки, в то время как немецкие и отечест­венные требования (при Н < 150 мм) по­зволяют выявлять дефекты (в том числе трещины) с различной пространственной ориентацией Представляется, что для толщин > 150 мм минимально регистри­руемый дефект в отечественных докумен­тах, относящихся к сосудам давления, следует оставить на уровне 5 ... 7 мм2.

Сравнение пределов допустимости показывает, что наиболее жесткие требо­вания к несплошностям поковок сосудов давления предъявляются отечественными документами, где протяженные несплош­ности не допускаются, а максимально до­пустимый точечный отражатель имеет эквивалентную площадь 20 ... 30 мм2. Российские требования для всех сечений поковки и всех направлений прозвучива - ния одинаковы и различаются только для прямого и наклонного преобразователей. Представляется неправильным, что преде­лы допустимости при контроле наклон­ным преобразователем мягче, чем пря­мым, поскольку дефекты, обнаруженные наклонным преобразователем, уменьшают рабочее сечение заготовки, а прямым - нет. Код ASME не называет количествен­ных критериев допустимости, указывая, что они устанавливаются по соглашению сторон.

Немецкие требования дифференци­руют пределы допустимости в зависимо­сти как от местоположения дефекта в по­ковке, так и от ориентации дефекта. Так, недопустимы дефекты, обнаруженные в приповерхностных зонах поковки. Допус­каются протяженные несплошности, в некоторых случаях до 120 мм, ориентиро­ванные параллельно цилиндрической по­верхности обечайки, в то же время недо­пустимы дефекты протяженностью > 10 мм в направлении толщины стенки.

Недостатком немецких требований можно считать определение допустимой плотности дефектов на 1 м2, поскольку оно лишено физического смысла и пре­следует, по-видимому, лишь цель контро­ля за технологической дисциплиной. В этом смысле надо отдать предпочтение требованиям ГОСТ 24507-80, опреде­ляющим недопустимое число дефектов в шаровом объеме, т. е. для случая, когда имеется взаимное влияние дефектов.

3.3.1.4. Особенности контроля литья

Существенное отличие отливок от за­готовок, обработанных давлением (из­мельчающим структуру), заключается в том, что отливки и слитки (отливки в из­ложницу, подлежащие в дальнейшем об­работке давлением) имеют грубую круп­нозернистую структуру. С учетом этого УЗ обычно контролируют отливки из пер­литных сталей, прошедшие термообработ­ку типа нормализации, измельчающую структуру.

В отливках из сплавов алюминия до­пускается более крупнозернистая структу­ра. Стальные отливки без термообработки проверяют только теневым методом на грубые дефекты. Отливки из сталей аусте­нитного класса, как правило, контролиро­вать не удается.

Слитки проверяют эхо - или теневым методом на определение положения уса­дочной раковины. На поверхностях слитка зачищают лыски шириной ~ 50 мм для улучшения контакта с преобразователем. Литье из отбеленного чугуна и чугуна с шаровидным графитом удовлетворитель­но контролируют на дефекты теми же ме­тодами, что и стальное литье. Другие ви­ды чугуна контролируются очень плохо из-за структурных помех, связанных с рассеянием волн на графитных включени­ях.

Еще одно большое отличие отливок от заготовок, обработанных давлением, состоит в том, что внутренние дефекты в них (раковины, рыхлоты, трещины, ино­родные включения) объемные и могут быть расположены любым образом. Де­фект типа неслитины, возникающий в ре­зультате перерыва в течении жидкого ме­талла, плоскостной, но ориентацию его предвидеть трудно. Если схема контроля предусматривает прозвучивание только при одном направлении лучей, то при контроле отливок выбор этого направле­ния некритичен, так как преимуществен­ная ориентация дефектов отсутствует.

Для контроля отливок документ [307] рекомендует нормы оценки качества, при­веденные в табл. 3.5. Они относятся к не­протяженным несплошностям на участке, проектируемом на поверхность ввода площадью 200 х 300 мм2. При меньших площадях участка число несплошностей уменьшается пропорционально отноше­нию площадей этого участка и участка площадью 200 х 300 мм2.

В случае, если обнаруженные при УЗ-контроле несплошности превышают нормы, приведенные в табл. 3.5, или при контроле прямым преобразователем дон­ный сигнал ослабляется до уровня фикса­ции, отливка или ее отдельный участок должны быть подвергнуты радиографи - чемкому контролю и качество их оцени­вают по результатам этого контроля.

Многие дефекты литья плохо выяв­ляются УЗ. Это усадочные рыхлоты и уса­дочные раковины, имеющие поверхности игольчатого вида.

Опыт Ленинградского металлургиче­ского завода [126], выполняющего массо­вый контроль литья, поковок и сварных соединений, показывает, что дефекты ли­тья, занимающие значительные объемы, часто не выявляются при контроле эхоме - тодом. Например, при радиографическом контроле выходной лопасти гидротурби­ны были обнаружены большие зоны тон­ких усадочных рыхлот. Для уточнения глубины их залегания применили УЗ - эхометод, но даже при настройке на уро­вень фиксации по плоскодонному отвер­стию диаметром 1,5 мм отражения УЗ не были получены. При экспериментальных исследованиях модель усадочной ракови­ны с размерами 50 х 30 х 25 мм давала эхосигнал значительно меньше плоско­донного отверстия диаметром 3 мм.

В [425, с. 408/726] сообщалось о воз­можности контроля отливок из коррози­онно-стойкой стали на усадочные дефек­ты. Контроль выполнялся дефектоско-

пом DSK-70 фирмы Krautkramer (Герма­ния) на частоте 1 МГц, прямым преобра­зователем типа KIS с диаметром пьезо­элемента 34 мм. В качестве контактной среды использовался твердый жир (по - видимому, сало). Образцы для контроля имели форму параллелепипедов с габа­ритными размерами 130 х 130 х 340 мм. Дефекты в образцах типа усадочных рако­вин и трещин удовлетворительно выявля­лись при глубине залегания 110 мм. Они наблюдались с четырех поверхностей об­разцов, но амплитуда эхосигнала сильно изменялась в зависимости от ракурса оз­вучивания. При увеличении расстояния до дефектов до 220 мм выявляемость дефек­тов сильно ухудшалась.