Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций

Учет достоверности контроля качества сварных соединений

Достоверность контроля определяет вероятность принятия безоши-' бочных решений в отношении качества сварного соединения. С позиции прочности конструкции, содержащей трещиноподобные дефекты, достовер­ность контроля следует рассматривать как вероятность p{h > hKp) пропуска хотя бы одного дефекта размером h > hKp. Очевидно, что p(h > /гкр) непосред­ственно связана с вероятностью обнаружения дефектов p(h), которая зави­сит от свойств конструкционного материала, конфигурации элемента конст­рукции, формы и местоположения дефекта, метода контроля и его реальной чувствительности, методики и аппаратуры, квалификации оператора и дру­гих факторов. В качестве статистической оценки р(И) обычно принимают отношение числа обнаруженных дефектов при контроле заданным методом к общему числу имеющихся (выявляемость дефектов).

Кривая выявляемое™ дефектов в сварных соединениях как правило имеет вид восходящей экспоненты. Граничный размер наименьшего выяв­ляемого дефекта /го входит в показатель экспоненты и зависит от чувстви­тельности контроля:

p{ii) = 1 - ехрЩ/г - И0)]. (3.28)

Например, функция выявляемое™ дефектов в сварных стыковых соеди­нениях толщиной 40 мм при ультразвуковом контроле выражается уравнением p(s) -1 - ехр[-0,17(5 - 9)]; при гамма-контроле — p(s) = 1 - ехр[-0,12(5 - 6)], где 5 — площадь дефекта, мм2.

В настоящее время систематизированные данные по выявляемое™ дефектов весьма ограничены. В литературе наиболее полно представлены результаты исследования выявляемое™ дефектов при ультразвуковом кон-

троле сварных соединений перлитных сталей толстостенных конструкций применительно к объектам ядерной энергетики (рис. 3.36).

Представленные данные можно аппроксимировать функцией типа (3.28):

TOC o "1-5" h z Кривая на рис. 3.36 X h0

1................................ -0,06 2,95

2........................ -0,114 3,55

3........................ -0,123 3,36

4........................ -0,180 4,70

5........................ -0,207 1,24

6........................ -0,122 0,270

Достоверность ультразвукового контроля конструкций из аустенитно - го материала может оказаться еще ниже (рис. 3.37). Приведенные результа­ты свидетельствуют о том, что с вероятностью р = 0,05 возможен пропуск дефектов весьма крупных размеров вплоть до 40...50 мм. Это подчеркивает значительную роль фактора выявляемости дефектов при контроле качества сварных соединений в проблеме обеспечения надежности конструкций.

Вместе с тем распределение размеров дефектов, не зафиксированных при контроле, зависит не только от их выявляемое™ данным методом, но и от исходной степени засоренности шва дефектами и функции распределения их размеров F(h).

Статистическая оценка функции риска пропуска при контроле качест­ва хотя бы одного дефекта размером, превышающим h, в шве единичной длины L0 может быть выражена как

/ — плакированные трубы диаметром 840 мм, толщина стенки 60 мм; 2 — ау - стенитные трубы диаметром 254 мм, толщина стенки 15 мм; 3 — литые аусте - нитные трубы диаметром 840 мм, толщина стенки 60 мм

pp(h, n,F(h),p(h)) = 1 - exp[-v(/?)], (3.29)

где

со

v(h) = [il[l-p(h)f(h)dh; (3.30)

h

(і — математическое ожидание общего количества дефектов в шве длиной Ь0; fih) — плотность вероятности, соответствующая характерной для данной технологии изготовления функции распределения размеров дефектов F{h) p(h) — условная вероятность обнаружения дефектов заданного размера h при контроле качества (выявляемость дефектов).

Параметры, характеризующие дефектность сварных соединений ц и F(h) в выражении (3.30) подлежат экспериментальному определению на ос­нове статистического анализа данных контроля в условиях штатной техно­логии производства.

По аналогии с (3.16) вероятностную модель обеспечения трещино­стойкости, учитывающую выявляемость дефектов при контроле можно за­писать в виде

(3-31)

где hKр — случайная величина, для которой функция распределения pa(h, o,Kc) подсчитывается с учетом случайного рассеяния характеристик

статической трещиностойкости h$aKT — случайная величина, которая

подсчитывается по (3.28) с учетом случайного разброса размеров дефектов F(h) и вероятности их обнаружения P(h) при контроле.

Следующее выражение по аналогии с (3.18) позволяет определить ве­роятность разрушения при статическом нагружении сварного соединения с трещиноподобными дефектами, пропущенными при выполнении контроля качества:

(3.32)

Зависимость (3.29), фактически характеризующая технологическую наследственность сварного соединения, приобретенную при изготовлении и оставшуюся незамеченной при контроле качества, является основой для прогнозирования ресурса конструкции при различных видах нагружения. В частности, она может служить для имитационного моделирования процесса разрушения при циклическом нагружении, что позволяет на вероятностной основе учесть в совокупности такие факторы, как нагруженность, дефект­ность и разброс характеристик трещиностойкости материала для выбранно­го технологического процесса сварки, достоверность применяемых методов неразрушающего контроля.

В отличие от других методов расчет на основе зависимости (3.29) дает сравнительную количественную оценку надежности, которая в комплексе характеризует решения, принятые на стадии проектирования и возможности их реализации в производстве.