Настроечные образцы для ультразвуковой дефектоскопии​

Определение термина «настроечный образец» (НО) содержится в ГОСТ Р ИСО 5577-2009 и ГОСТ Р 55724-2013. Под ним подразумевается образец, который изготовлен из того же материала, что и объект контроля (либо схожего с ним по акустическим свойствам), и предназначен для настройки амплитудной и/или временной шкалы ультразвукового дефектоскопа или толщиномера. Ёмкое и точное определение также содержится в знаменитой монографии «Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении», написанной легендарным экспертом в области УЗК – Евгением Фёдоровичем Кретовым. Под образцом там понимается средство для ультразвукового контроля, выполненное в виде твёрдого тела и предназначенное для хранения и воспроизведения геометрических размеров, скорости звука, затухания и иных значений физических величин, по которым, в свою очередь, производится проверка и настройка параметров работы дефектоскопа и пьезоэлектрических преобразователей.

Настроечные образцы представляют собой бруски (пластины/фрагменты труб/гибов/сварные соединения/длинномерный прокат) прямоугольной или иной формы с подповерхностными и/или выходящими на поверхность искусственными отражателями различных размеров, которые специально заложены на разной глубине. Впрочем, п. 6.6 переводного ГОСТ Р ИСО 16810-2016 допускает применение «специальных образцов» не с искусственными, а с «идентифицированными естественными отражателями» (то есть прошедшими метрологическую аттестацию). Как бы то ни было, НО – это один из важнейших атрибутов для УЗ-дефектоскопии, без которого корректная настройка аппаратуры и обеспечение надёжности результатов контроля попросту невозможны. Именно поэтому без образцов (СОП) и мер (СО) не обходится ни один участок УЗК, будь то полевая испытательная лаборатория или ОТК на заводе.

На поверхности калибровочных и настроечных образцов (о разнице между ними - чуть ниже) также наносят вспомогательные шкалы и прочую техническую информацию:

• обозначение типа изделия (СО, СОП, НО и прочие маркировки);
• наименование руководящего документа, по которому проводится контроль и изготовлен образец;
• марка материала (стали, алюминия, титана, латуни или иного сплава). Например, Ст3, Ст20, Ст40 и другие. Особняком стоит «полупрозрачный» СО-1, для производства которого используется органическое стекло;
• скорость распространения в материале продольных ультразвуковых волн. В стали 20, для примера, она равняется 5900±59 м/с (при температуре 20±5 ˚С);
• шкала значений угла ввода луча (зачастую от 10 до 70 ˚С, шаг – 1 ˚С);
• характеристики (диаметр, глубина) отражателей (например, 2.0x1.2 мм или 2.0x1.5 мм);
• толщина (у плоских образцов), плюс радиус изгиба (у хордовых);
• линейная шкала в мм для определения точки выхода стрелы;
• заводской номер.

В помощь дефектоскописту многие производители дополнительно наносят «прицелы» (вспомогательные риски) рядом с отражателями для более точного выставления датчика. Впрочем, на образцах продольных или стыковых сварных швов, которые изготавливаются по индивидуальным заказам, – маркировка и вовсе может быть минимальной.

От качества изготовления образцов, в конечном счёте, зависит точность измерения площади и глубины залегания несплошностей, а значит, и результаты отбраковки объектов контроля. Поэтому НО подлежат метрологическому обслуживанию (аттестации), а некоторые комплекты мер есть и в СИ. Срок действия свидетельства об аттестации образцов обычно составляет 3 года. Подробнее о метрологии мы поговорим чуть ниже.

Плоскодонные отражатели в настроечных образцах для УЗД обычно выполняются посредством микрофрезерования на фрезерных и координатно-расточных станках, при котором металл снимают слоями всего по 5–10 мкм. Геометрические характеристики сегментных отражателей, например, регламентированы методикой СТО 00220256-005-2005 (об этом также чуть позже). Вне зависимости от разновидности и способа получения искусственных отражателей, ключевое к ним требование – воспроизводимость характеристик (прежде всего, амплитуды) эхо-сигналов. Ещё одна важная оговорка – по поводу шероховатости, которая также должна быть идентичной шероховатости поверхности у объекта контроля. Чаще всего значение не превышает Rz40.

Поставляются НО с паспортом, сертификатом о калибровке (предоставляется по запросу) и футляром (кейсом). Базовые требования к образцам содержатся в ГОСТ 8.315-2019.

Разберёмся в терминологии​

В уже упомянутой нами книге Е.Ф. Кретова, равно как и в томе №3 справочника «Неразрушающий контроль» под редакцией В.В. Клюева, употребляются термины «стандартные образцы» (СО) и «стандартные образцы предприятий» (СОП). Разница между ними в том, что первые – государственные. Их производство регламентировано стандартами, в которых указаны требования к материалам и геометрии. СО (или ГСО) используются на объектах различных категорий, поскольку предназначены для определения фактической точки выхода, стрелы ПЭП, времени задержки в призме, угла ввода, мёртвой зоны. А проверка этих параметров предусмотрена во всех методиках по УЗК, независимо от категории объекта.

СОП – это уже «продукт» ведомственных нормативно-технических документов и руководящей документации, действующей в отдельных отраслях и/или даже на отдельных предприятиях. Стандартные образцы предприятий используют для того, чтобы настраивать амплитудную и временную шкалу – чувствительность, глубиномер, ВРЧ или АРД-диаграммы – для контроля конкретного вида изделий, заданной толщины, из конкретного материала. В ряде случаев НО могут применяться даже вместо СО, если это оговорено в руководящей документации на контроль. Например, из-за большой кривизны поверхности или когда толщина ОК превышает 100 мм и при настройке нужно учесть квазиискривление УЗ-луча и затухание.

Так вот: термины «стандартные образцы» и «стандартные образцы предприятий» были прописаны в ныне утратившем силу ГОСТ 14782-86 (в качестве определений в приложении №1 даны ссылки на ГОСТ 8.315). Поэтому долгое время в обиходе профессионального сообщества употреблялись термины «СО» и «СОП» как официально утверждённые. Однако затем были приняты упомянутые выше ГОСТ Р ИСО 5577-2009 и ГОСТ Р 55724-2013. В них (п. 2.7.3 в первом и п. 3.1.11 во втором) уже употребляется термин «настроечный образец». Он, по идее, пришёл на смену «стандартным образцам» и «стандартным образцам предприятия», правда, в повседневной речи дефектоскопистов УЗК последние по-прежнему употребляются чаще (наряду с распространённым сокращением – «СОПы»). В некоторых источниках также можно встретить термин «испытательные образцы» (например, в ГОСТ 24507-80).

Отдельно надо сказать о так называемых мерах. Мера – это и есть СО. Она также применяется для настройки системы "дефектоскоп + пьезоэлектрический преобразователь" и проведения контроля на опасном производственном объекте, подведомственном Ростехнадзору. Мера должна соответствовать обязательным метрологическим требованиям, предъявляемым к СИ с целью обеспечения единства измерений, и иметь свидетельство о поверке. Если же объект контроля не подпадает под сферу государственного регулирования, то образцы подлежат лишь добровольной калибровке. В п. 3.1.9 указанного выше стандарта также говорится о том, что мера (калибровочный образец) – это образец из определённого материала с заданной чистотой обработки поверхности и режимом термообработки, «предназначенный для калибровки (поверки) и определения параметров» прибора для УЗК.

Наконец, ещё одна «форма исполнения» настроечных образцов – меры моделей дефектов. Под моделью дефекта понимается нарушение сплошности основного металла или сварного соединения, отличающееся неправильной геометрической формой и способное «заменить» реальный дефект при настройке аппаратуры, отработке методик контроля, подготовке персонала и пр. Пример – КМД 2-0. Это комплект из двух брусков с боковыми цилиндрическими отверстиями, при помощи которых у дефектоскопов проверяют чувствительность и погрешность определения координат отражателей.

Для чего предназначены настроечные образцы​

Как мы увидим далее, у каждого типа стандартных образцов – свой конкретный набор функций. Если абстрагироваться от частностей, то все они предназначены для того, чтобы:
1) проверять работоспособность дефектоскопа и ПЭП;
2) производить корректную настройку прибора;
3) обеспечивать достоверность и воспроизводимость результатов контроля;
4) соблюдать требования руководящей документации, обезопасить себя от неприятных последствий по итогам дубль-контроля, независимой инспекции и аудита.

Как это работает​

К каждому настроечному образцу прилагается паспорт, в котором указываются его технические параметры:

• высота изделия;
• сведения о зарубках (отверстиях) – диаметр и допустимое смещение центров отверстий от номинального расположения;
• скорость распространения продольных УЗ-волн;
• величина смещения рисок шкал;
• затухание продольных УЗ-волн (по сравнению с эталоном);
• межповерочный интервал (обычно составляет 3 года);
• материалы для консервации и порядок расконсервации;
• свидетельство о приёмке, гарантия производителя и пр.

В общем виде идею использования настроечных образцов в ультразвуковой дефектоскопии можно понимать следующим образом.

1. Предположим, вам предстоит прозвучивание сварного соединения. Какие в нём есть дефекты (и есть ли они вообще) – вы, по естественным причинам, понятия не имеете.
2. У вас в руках ультразвуковой дефектоскоп с подключённым к нему преобразователем. Вы не можете просто включить прибор, подойти к стыку и начать водить искателем, наблюдая за сигналом на экране. Дефектоскоп – сложное устройство, в котором множество переменных настроек. Чтобы не пропустить дефекты, вы должны быть на 100% уверены в том, что все они заданы верно (особенно усиление сигнала) и что прибор способен выявить несплошности (как минимум, те, которые 100% не укладываются в нормы браковки).
3. Вот здесь-то и возникает потребность в настроечном образце, которые содержит несплошности с заранее известными характеристиками. В паспорте НО чётко прописана глубина залегания и диаметр отражателей в мм, отражательная способность в дБ. Это всё меняет: когда вы прикладываете датчик к СОПу – вы чётко знаете, что ищете.
4. Если прибор и ПЭП исправны, если вы строго следовали техкарте и если сам образец выполнен качественно, то получение заданного сигнала от искусственного отражателя – подтверждает, что система «оператор-дефектоскоп-преобразователь» работает, как положено. Можно переходить к контролю объекта и меньше переживать за то, что недопустимые дефекты останутся незамеченными.

И нормативные документы, и технологические карты предписывают проверять настройки ультразвукового дефектоскопа на стандартных образцах не реже, чем 2 раза за смену (встречается также формулировка «через каждые 4 часа»). Плюс обязательно перед проведением контроля и по его завершении. Конечно, на практике из-за нехватки времени всё немного иначе. Тем не менее – и дефектоскописты это отчётливо осознают – от правильности настроек зависит воспроизводимость результатов контроля.

Интересная особенность при работе со стандартными образцами предприятий, если предстоит контролировать трубопровод, заполненный продуктом. В таком случае следует настраиваться по СОПу, который наполовину погружён в минеральное масло (или транспортируемый продукт - например, нефть). Если же такой возможности нет, то чувствительность настраивают с учётом поправочных коэффициентов, которые должны быть указаны в технологической инструкции на контроль.

Иногда качество изготовления образцов оставляет желать лучшего. Из-за этого даже на двух, казалось бы, одинаковых зарубках, расположенных по разные стороны, «набегает» разница между сигналами в несколько дБ. Если нет уверенности в том, что настроечный образец выполнен по всем требованиям, то для настройки прибора лучше использовать только какую-то одну зарубку, а не обе.

Говоря о работе с настроечными образцами для УЗ-дефектоскопии, нельзя не вспомнить о пальпировании. «Пальпировать» применительно к СОПам для УЗК – значит аккуратно постукивать пальцем (можно предварительно смочить его в контактной жидкости) по поверхности в области местоположения зарубки. Делают это для того, чтобы наверняка убедиться, что на экране дефектоскопа мы видим сигнал именно от данного отражателя. Если дефектоскопист трогает именно ту зарубку, которую и нужно было найти, то амплитуда обязательно изменится. Это будет заметно на развёртке. Пальпирование – простой и надёжный способ. Главное – следить, чтобы полость БЦО не оставалась заполненной контактной смазкой.

Виды настроечных и калибровочных образцов​

С точки зрения конструкции (формы) и особенностей исполнения они подразделяются на несколько основных категорий.

• Плоские (в виде пластин) и трубные. Первые универсальные: подходят для того, чтобы настраивать чувствительность и длительность развёртки для контроля как листовых, так и трубных изделий. Трубные производятся из прямых участков труб того же диаметра, что и объект контроля (хотя некоторые НТД допускают их замену на плоские, если диаметр не превышает 325 мм), и могут иметь стыковые либо продольные сварные соединения. Но это - если затухание в шве сильно отличается от затухания в основном металле (обычно при толщине более 30 мм). Отдельная подкатегория – хордовые настроечные образцы, которые отличаются от трубных наличием торцевых плоскодонных отражателей и предназначены для работы с хордовыми и/или притёртыми преобразователями. Хордовые НО могут изготавливаться из стали либо из полиэтилена. Кроме того, выделяют также образцы трубных гибов для работы по инструкции И 23 СД-80.

• «Утюг» («клин»). Представляет собой параллелепипед со скошенными гранями и плоскодонными отверстиями на разной глубине, но может выполняться в форме блоком с разными геометрическими параметрами и даже в виде цилиндров. Изготавливается по индивидуальным заказам, под конкретные требования НТД и, как правило, из того же материала, что и сам объект контроля. «Утюг» не является СИ и был придуман для того, чтобы настраивать чувствительность дефектоскопа и убедиться в том, что он корректно определяет эквивалентные размеры дефектов. Подходит для работы как с прямыми, так и с наклонными ПЭП. Искусственные отражатели закладывают на разной глубине со сторон, перпендикулярно планируемому углу ввода УЗ-колебаний (зависит от толщины стенки, типа дефектов и пр.).

• С плоскодонными (дисковыми), угловыми, цилиндрическими, сферическими отражателями. Плоскодонные отверстия хороши тем, что чем они больше, тем выше амплитуда эхо-сигнала от них. "Плоскодонки" считаются основным типом искусственного отражателя в нашей стране. По своей отражательной способности они соответствуют тонким дискам, имитирующим реальные дефекты типа трещин, которые, к слову, являются одними из самых опасных. Разница между эхо-сигналами от дисков и плоскодонных отверстий прослеживается только при малых размерах. В остальном - "плоскодонки" хоть и сложны в изготовлении, но всё же высверлить отверстие с плоским дном, ориентированное перпендикулярно ходу ультразвукового луча, намного легче, чем заложить в НО плоский диск заданного размера, заданной ориентации и на заданной глубине. Самый распространённый тип углового отражателя – классическая зарубка. Её вертикальная рабочая грань перпендикулярна плоскости сканирования, а вся она находится в зоне акустического пучка. Один из главных документов, в которых содержатся параметры зарубок, – ОП-501 ЦД-97. В некоторых источниках даже допускается нанесение зарубки непосредственно на ОК с последующей зашлифовкой. Риска и паз – по сути, одно и то же. Данные понятия есть в справочнике Ю.В. Ланге и Л.В. Воронковой «Контроль неразрушающий акустический: термины и определения» (2003 год), согласно которому, риска (прямоугольный паз) – плоский угловой отражатель, высота которого расположена целиком в зоне акустического пучка, но длина – выходит за его пределы. Собственно, в этом и состоит отличие от зарубки. Сегментные отражатели представляют собой плоские сегменты, плоскость которых направлена перпендикулярно падающему акустическому пучку. Они прописаны в СТО 00220256-005-2005 (подбор стандартного образца – по приложению А, технология изготовления – по приложению Б) и ОСТ 36-75-83 (способ изготовления описан в приложении №6). Сегментные отражатели изготавливают на поверхности настроечного образца путём фрезерования на координатно-расточном станке (на фрезерном тоже разрешено). Глубину фрезерования и угол наклона фрезы подбирают по справочным таблицам и графикам для фрез разных диаметров (3 или 6 мм) и разных углов призм (30, 40, 50, 53, 55˚ и др.). В качестве инструментов для выполнения сегментных отражателей используют шпоночные фрезы, цилиндрические свёрла, свёрла типа «перо» и пр. Готовые стандартные образцы с сегментными отражателями применяются для настройки предельной чувствительности и оценки величины дефектов. Ещё один тип искусственного отражателя – сквозное цилиндрическое отверстие, которое встречается в американских стандартах API. Ещё есть засверловка – угловой отражатель в виде несквозного цилиндрического отверстия. Его ось перпендикулярна поверхности НО, высота – меньше ширины пучка (в дальней зоне – ширины основного лепестка диаграммы направленности ПЭП). Засверловку делают таким образом, чтобы лучи отражались от боковой поверхности цилиндра и поверхности образца. В литературе также встречаются двугранные углы, вогнутые цилиндрические поверхности, плоскости, отверстия со сферическим дном и многое другое. Разновидности искусственных отражателей в стандартных образцах для ультразвуковой дефектоскопии, по-хорошему, заслуживают отдельного большого текста. Про несплошности в образцах, которые используются для обучения и квалификационных экзаменов, можно почитать в ГОСТ Р 58713-2019. В этом стандарте приведены типы и параметры несплошностей для разных методов неразрушающего контроля (УЗК – в том числе) и категорий объектов (сварные швы, отливки, поковки, трубная и иная продукция).

• С наплавкой и без. Первые особенно распространены в атомной энергетике и на объектах химической, нефтехимической отрасли. Словом, там, где для защиты котлов, трубопроводов и ёмкостного оборудования практикуют биметаллические соединения и всякого рода наплавленные поверхности. Если же объект без наплавки – нужны обычные СОПы.

• На расслоение. Настроечные образцы этого типа содержат одно или несколько плоскодонных отверстий либо выемки прямоугольной или квадратной формы (поперечный размер чаще всего 5 или 6 мм) на 1/2, 1/3, 1/4 от номинальной толщины (или на другую глубину). Требования к таким НО содержатся, например, в п. 8.5.9 РД-25.160.10-КТН-016-15. Образцы этого типа используют для настройки браковочного уровня чувствительности и выявления расслоений в случае, если заводскую кромку трубы обрезают более чем на 30 мм. В этом случае контролю подвергается участок 60 мм, прилегающий к сварному шву. Данный вид контроля предусмотрен также при установке ремонтной конструкции – в этом случае закладывается прозвучивание участков 100 мм по обе стороны от сварного соединения. Стандартные образцы выполняются в виде гладких трубчатых заготовок и предназначаются для первичной проверки чувствительности УЗ-аппаратуры. Требования к НО на расслоение также встречаются в СТО Газпром 2-2.4-083-2006 (п. 10.6.4, 10.6.7 и другие), ГОСТ Р ИСО 10124-99 (разделы 5, 6) и т.д.
• Для традиционного УЗК и контроля с применением фазированных антенных решёток и/или TOFD. К первой категории относятся почти все НО, которые фигурируют в этом тексте. Образцы для ФАР и TOFD изготавливаются преимущественно по зарубежным документам (ASTM E 2491, ISO 13588, ISO 10863 и др.).

Помимо классических стандартных образцов в виде труб и пластин, можно вспомнить также более экзотичные НО – в виде анкерных болтов, шпилек, валов и пр.

И конечно, не будем забывать про настроечные образцы для ультразвуковой толщинометрии. Их также доступно большое множество, от классических «ступенек» до комплектов типа КУСОТ-180. Подробнее о них мы поговорим в отдельном обзоре. А пока – рассмотрим подробнее самые распространённые марки стандартных образцов именно для дефектоскопии.

СО-1​

Этот стандартный образец отличается тем, что изготавливается из оргстекла и при этом имеет:

• 13 отверстий (боковых цилиндрических отражателей – БЦО) диаметром 2 мм, расположенных на разной глубине (от 5 до 65 мм). Выявляя их глубину в мм, оператор может определять и настраивать условную чувствительность ультразвукового дефектоскопа с ПЭП на частоте от 1,25 до 5,0 МГц. Чем большая глубина выявляемых отражателей, тем выше чувствительность. В 1970-1980-х гг. аппаратура для УЗК была не такой мощной. Назначение СО-1 состояло в том, чтобы определить, хватит ли мощности генератора для выявления БЦО на заданной глубине. У современных дефектоскопов с этим нет никаких проблем – они позволяют обнаруживать отражатели на глубине 65 мм и более. Во многом поэтому – потребность в СО-1 постепенно отпала сама собой. Исключение составляет судостроение, где по-прежнему остаются в силе старые ОСТы и методики, при работе по которым в лабораториях по-прежнему применяются СО-1;
• цилиндрические отверстия диаметром 15, 20 и 30 мм – для того, чтобы проверять лучевую разрешающую способность наклонного ПЭП. Если с ней нет проблем, то на экране дефектоскопа отображаются 3 импульса от этих отверстий. Расстояние между ними соответствует 5,5 мм на стали (между первым и вторым) и 11 мм (между вторым и третьим);
• пропил на торцевой части – для проверки точности глубиномера при работе с прямым ПЭП. Время прохождения УЗ-колебаний до пропила составляет 20±1 мкс (для стали это эквивалентно 59 мм). К слову, скорость распространения волны в СО-1 составляет 2670±133 м/с (при частоте 2,5±0,2 МГц и температуре 20±5 ˚С);
• паз глубиной 2,5 мм и паз глубиной 5,0 мм – тоже для проверки разрешающей способности, но уже не наклонных, а прямых ПЭП. Если он работает корректно, то на экране дефектоскопа видно 3 импульса – по одному от каждой ступеньки, плюс донный.

Отметим, что СО-1 упоминается в ныне отменённом ГОСТ 14782-86, но отсутствует в ГОСТ Р 55724-2013, действующем по состоянию на май 2021 года. СО-1 – морально (а во многих лабораториях – уже и физически) устаревшие средства для УЗД с очень большим затуханием и ограниченным «функционалом» (для настройки ВРЧ, например, использовать его довольно затруднительно).

Тем не менее, СО-1 по-прежнему применяются, особенно в учебных центрах и в лабораториях, где есть ученики дефектоскопистов. При помощи СО-1 демонстрируют разницу в скорости распространения продольных и поперечных волн.

СО-2, СО-2А и СО-2Р​

Первый образец – калибровочный. Изготавливается из сталей марок 3 или 20 и предназначается для настройки дефектоскопа перед контролем изделий из низколегированных и малоуглеродистых сталей. В отличие от СО-1, СО-2 есть в новом ГОСТ Р 55724-2013. Мера продаётся с сертификатом о калибровке и широко используется в лабораториях неразрушающего контроля для того, чтобы:

• определять погрешность глубиномера при работе с прямым ПЭП;
• измерять угол ввода при работе с наклонным ПЭП. Для этого предусмотрено отверстие диаметром 6 мм, а сверху – шкала со значениями угла ввода. Перемещая преобразователь вдоль этой градуировки, оператор следит за амплитудой эхо-сигнала. В том положении, где она будет максимальной, и считывается значение со шкалы;
• проверять минимальную глубину прозвучивания и «мёртвую зону» преобразователя. Для этого в «бруске» изготавливаются два сквозных цилиндрических отверстия диаметром 2 мм, расположенные на глубине 3 мм и 8 мм;
• определять условную и предельную чувствительность УЗ-дефектоскопа. Делается это по сквозному боковому цилиндрическому отверстию. Оно же помогает выявить угол ввода луча, угол раскрытия основного лепестка диаграммы направленности и т.д.

СО-2 – стандартный образец, который можно встретить практически в любой лаборатории неразрушающего контроля и метрологической центре. Если, конечно, там нет V1 или V2.

СО-2А отличается от СО-2 тем, что производится из материалов, чьи акустические свойства не совпадают с акустическими свойствами низколегированных и малоуглеродистых сталей. А именно – если, например, значения скоростей распространения продольных волн отличаются более, чем на 5%. Как пример – нержавеющая или аустенитная сталь, алюминий и пр. СО-2А производится из того же сплава, что и сам объект. Сколько именно должно быть отражателей и на каком расстоянии друг от друга (по центрам) они должны находиться – прописывается в нормативно-технической документации на конкретный объект контроля. СО-2А (забегая вперёд – как и СО-3А) упоминается, например, в п. 2.2.1 методики РД 24.201.07-90.

В ГОСТ 18576-96 по контролю рельсов также упоминается СО-2Р. Функционал такой же, как и у СО-2. Отличие же от него состоит в том, что у СО-2Р не один, а два опорных отражателя (диаметром по 6 мм) и не два цилиндрических отверстия диаметром по 2 мм, а четыре – диаметрами 3, 6, 8 и 12 мм.

СО-2Р был создан Анатолием Константиновичем Гурвичем. Задумка состояла в том, чтобы снабдить дефектоскопистов, которые выполняют контроль рельсов, уложенных в путь, одним стандартным образцом, позволяющим производить проверку и настройку всех необходимых в работе параметров УЗ-дефектоскопа и преобразователя. В первую очередь – стрелу ПЭП и точку выхода луча. Большое количество отражателей обусловлено тем, что специалистам при контроле путей и стрелочных переводов приходится иметь дело с самыми разными углами ввода. Отсюда – потребность в 4-х отверстиях для определения мёртвой зоны.

СО-2Р был выпущен ограниченным тиражом и не пошёл в серийное производство – вместо него было решено сделать ставку на СО-3Р. В настоящее время СО-2Р применяется узким кругов специалистов в научно-исследовательских, учебных целях, а также для индивидуального решения сложных технических задач. Например, для проверки стрелы у притёртых преобразователей после механической обработки призмы.

СО-3, СО-3А, СО-3Р​

Как и СО-2, образец СО-3 также относится к категории мер. Как указано в приложении А к стандарту ГОСТ Р 55724-2013, СО-3 рекомендовано использовать для того, чтобы проверять точку выхода луча и стрелу наклонного ПЭП (в мм) – по расстоянию между точкой выхода луча до торца ПЭП в направлении прозвучивания. Кроме того, при помощи данного калибровочного образца можно проверять предельную чувствительность дефектоскопа – по опорному сигналу от закругления (радиус которого, к слову, равен 55 мм). Ещё один вариант применения – настройка глубиномера (при работе как с наклонным, так и с прямым преобразователем). Наконец, СО-3 задействуют в случае, когда нужно проверить время распространения УЗ-колебаний в призме (чтобы правильно рассчитать задержку).

В СО-3 нет искусственных отражателей. Главная его особенность – полуцилиндрическая («горбатая») поверхность. Ещё есть метрическая шкала с делениями от 0 до 20 мм (в обе стороны) и центральными рисками.

Ещё одна интересная разновидность – СО-3Р. Это тоже мера, выполненная в виде прямоугольного блока, но с одной скруглённой гранью. И очень широким функционалом. СО-3Р изготавливается по ГОСТ 18576-96 и фигурирует в ГОСТ Р 55724-2013, согласно которому его применяют для того, чтобы проверять и настраивать:

• частоту УЗ-колебаний;
• чувствительность;
• угол ввода и точку выхода луча;
• погрешность глубиномера и измерения координат залегания несплошностей;
• мёртвую зону;
• разрешающую способность;
• угол раскрытия диаграммы направленности в плоскости падения волны;
• шаг сканирования.

В настроечном образце СО-3Р закладывают 4 сквозных цилиндрических отверстия диаметром 2 мм и одно отверстие диаметром 6 мм. Ориентируясь по нему, определяют угол ввода, условную и предельную чувствительность, ширину основного лепестка диаграммы направленности. СО-3Р широко используется, например, на объектах железнодорожного транспорта – для настройки дефектоскопов перед контролем путей и деталей подвижного состава. В составе комплекта ККО-3 образец СО-3Р включен в Госреестр СИ РФ.

СО-4​

Не особо популярная разновидность стандартных образцов, раскритикованная не в одном учебнике по УЗК. В ГОСТ Р 55724-2013 не упоминается. Идея СО-4 была в том, чтобы измерять длину волны и рассчитать частоту следования зондирующих импульсов, возбуждаемых преобразователем под углом 40–65 градусов и с частотой 1,25–5,0 МГц. Образец выполнен в форме блока (плиты, «утюга») со скошенной под углом 50 градусов гранью, на которой предусмотрено 2 паза шириной по 2 мм, протяжённостью 120 мм и глубиной до 4 мм. Изготавливается СО-4 из стали марки 20, так что скорость распространения поперечной ультразвуковой волны в материале составляет 3250±32 м/с. Если же изделие выполняется из иного металла, то обозначение меняется на СО-4А. Главная проблема СО-4 - сложность применения и низкая точность результатов при измерении частоты.

V1 (К1)​

От перечисленных выше настроечных образцов этот отличается тем, что выполнен по международным стандартам ISO 2400-1972 и EN 12223, но упоминается также в российских ГОСТ Р 55724-2013 и РД 34.17.302-97 (ОП 501 ЦД-97). Изделие внешне напоминает СО-3Р, но отличается углом цилиндрической поверхности (не 55, а 100 мм), наличием выступа с пропилом и большим отверстием, в которое запрессован цилиндр из оргстекла диаметром 50 мм. Кроме этого, V1 изготавливается со сквозным цилиндрическим отверстием диаметром 1,5 мм, по которому проверяют предельную чувствительность.

Настроечный образец V1 (К1, №1) – многозадачный. С его помощью дефектоскопист УЗК может:

• настраивать глубиномер и линейность развёртки;
• настраивать скорость развёртки поперечных волн;
• определять точку выхода, стрелу и угол ввода наклонного ПЭП;
• проверять минимальную глубину прозвучивания и мёртвую зону прямых ПЭП;
• проверять условную чувствительность дефектоскопа и т.д.

Паз имеет глубину 6 мм и помогает с определением разрешающей способности прямых пьезоэлектрических преобразователей. Что же касается двугранного угла, образованного ровной плоскостью и цилиндрической поверхностью, то его назначение в том, чтобы задавать опорный сигнал дефектоскопа при работе с наклонным ПЭП. В составе комплекта ККО-2, например, V1 внесён в Госреестр СИ РФ, вместе со своим «собратом» – V2.

V2 (К2)​

Создан для того, чтобы проводить проверку работоспособности и настраивать параметры пьезоэлектрических преобразователей (как прямых, так и наклонных). V2 (№2) задействуют, когда необходимо:

• настроить длительность развёртки у прямого или наклонного ПЭП. В первом случае датчик прикладывают к боковой грани, получают необходимое количество донных импульсов и перемножают его на толщину образца. С наклонными ПЭП немного иначе. В зависимости от угла ввода преобразователь прикладывают к шкале 40–60˚ или 65–75˚, после чего дожидаются максимального эхо-сигнала от боковой цилиндрической поверхности (R25 или R50);
• настроить предельную чувствительность контроля с наклонными ПЭП (для этого и нужны боковые цилиндрические поверхности R25 и R50, отдалённые от нулевой риски на 25 мм и 50 мм соответственно);
• определить угол ввода, точку выхода луча и время задержки у наклонных ПЭП;
• определить опорный уровень сигнала, по амплитуде которого будут строиться АРД-диаграммы.

В качестве отражателя предусмотрено боковое цилиндрическое отверстие диаметром 5 мм. Шкала с рисками 65˚, 70˚ и 75˚ предусмотрена для наклонных ПЭП с углом ввода 65–75˚. Шкала 40˚, 50˚, 60˚ – для наклонных датчиков с углом ввода 35–65˚. Риски без цифровых обозначений помогают определять точку выхода и стрелу наклонного преобразователя от меньшей цилиндрической поверхности (R25).

Как и в случае с V1, настроечный образец V2 прописан в ГОСТ Р 55724-2013 и одобрен в РД 34.17.302-97 (ОП 501 ЦД-97), но изначально он изготавливается по зарубежным нормативам – ISO 2400:2012, ISO 7963:2006 и др.

Метрологическое обеспечение стандартных образцов для ультразвуковой дефектоскопии​

В п. 8.5.7.7 РД-25.160.10-КТН-016-15 и в п. 10.3.1.17 СТО Газпром 2-2.4-083-2006 написано ясно: СОП должны регулярно проходить метрологическую аттестацию и иметь свидетельство о поверке с паспортом.

Однако: на форуме «Дефектоскопист.ру» есть письмо из ФГУП «ВНИИОФИ» №9-5/6210 от 16.10.2013 года, в котором указано, что СО-1, СО-2 и СО-3 – НЕ подлежат утверждению типа СИ и поверке. Их можно применять исключительно для настройки ультразвукового дефектоскопа, но не для поверки и метрологического обслуживания. При этом – требование о наличии паспорта к каждому стандартному образцу по-прежнему актуально.

Другое дело – комплект КОУ-2, состоящий из стандартных образцов СО-1, СО-2, СО-3, СО-4 и предназначенный для базового эхо-импульсного метода при работе с совмещёнными ПЭП, которые имеют плоскую «подошву», рабочую частоту 1,25 МГц и ширину до 20 мм. КОУ-2 выпускался кишинёвским АО «Интроскоп» (Молдова). Комплект был внесён в Госреестр СИ РФ, однако срок свидетельства истёк ещё 27 июня 2016 года. Тем не менее, те образцы, которые были изготовлены до этой даты, по-прежнему признаются в качестве СИ и останутся таковыми вплоть до их полного изнашивания. То есть очень долго, если за ними ухаживать (об этом – чуть ниже).

Зато по состоянию на апрель 2020 года в Госреестре СИ РФ под №65329-16 доступен набор КМУ-55724, свидетельство об утверждении которого действует до 6 октября 2021 года. Правда, в отличие от КОУ-2, КМУ-55724 состоит всего из двух мер – СО-2 и СО-3. Тем не менее, в продаже до сих пор можно встретить так называемые комплекты КОУ-2М, которые, по сути, идентичны КОУ-2, но выпускаются уже другими предприятиями и предназначены не для поверки, а для калибровки, проверки работоспособности и настройки аппаратуры для УЗ-контроля. В Госреестре СИ РФ также зарегистрированы комплекты ККО-3 (состоит из СО-2, СО-3 и СО-3Р) и ККО-2 (V1 и V2).

Кроме КОУ-2 и КМУ-55724, для поверки ультразвуковых дефектоскопов в метрологических центрах применяют комплекты МД2, МД4, МЭТ-300, КМТ-176, КСО-2 (для контроля изделий из алюминиевых сплавов) и др.

Наконец, отдельно стоит упомянуть комплекты мер моделей дефектов КММД, внесённые в Госреестр СИ РФ. Изготавливаются в виде элементов трубопроводов (диаметром 10–1420 мм) либо листовых заготовок толщиной 2–60 мм из материала, аналогичного исследуемому объекту, включая сталь разных марок (3, 20, 15Х1МФ1 и другие), а также титан, латунь, алюминий и др. КММД заявлены как «комплекты образцов чувствительности». Используются как для метрологического обслуживания аппаратуры для акустического контроля, так и для настройки, проверки работоспособности системы дефектоскоп-ПЭП при ручном УЗК. В каждом образце закладываются искусственные отражатели, имитирующие корневые дефекты и соответствующие разным уровням чувствительности – поисковому, браковочному, пороговому и т.д. Шаг между отражателями подбирается исходя из ТЗ заказчика и положений НТД – комплекты КММД разработаны с учётом действующих национальных стандартов, документов «Газпрома», Росатома и пр.

Нечто аналогичное КММД есть и в железнодорожном хозяйстве: поверку аппаратуры для РУЗК и АУЗК осей колёсных пар железнодорожного подвижного состава осуществляют с использованием комплекта мер дефектов КОИД-САУЗК-ОС-1. Его применение прописано в инструкции МУ 07.87-2010. КОИД-САУЗК-ОС-1 есть и в Госреестре СИ РФ, и в реестре ОАО «РЖД». В стандартных образцах из этого комплекта имеются плоскодонные отражатели и цилиндрические отверстия на разных глубинах залегания. Набор содержит до 13 образцов, которые по геометрии и материалу соответствуют чистовой и получистовой осям, шейке, а также средней, подступичной и предподступичной части.

Как ухаживать за СОПами​

Новые стандартные образцы поставляются в специальной смазке для защиты от коррозии. Для очистки изделия (так называемой расконсервации) рекомендуется протереть его сначала салфетками, пропитанными бензином или уайт-спиритом, а затем – насухо вытереть чистой безворсовой ветошью. Очищая СОП от смазки, следует убедиться, что в полости зарубок не осталось никакой жидкости – иначе амплитуда сигнала может получиться некорректной. Если требуется хранение на длительный срок, то лучше снова нанести на изделия, например, оружейное масло, завернуть в бумагу, ветошь и убрать в тёмное прохладное место.

Важная оговорка​

Этот текст не претендует на то, чтобы полностью исчерпать вопрос о стандартных образцах в ультразвуковой дефектоскопии. Для этого едва ли хватило бы докторской диссертации. Можно было ещё поговорить о контрольных образцах (упоминаются в книге В.Г. Щербинского «Технология ультразвукового контроля сварных соединений», 2005 год), которые используются в атомной энергетике для проверки фокусного расстояния прямых раздельно-совмещённых ПЭП, углового отклонения прямых и наклонных ПЭП и пр. Что касается НО по иностранным нормативам, то здесь тоже ещё о многом можно рассказать – например, про калибровочный образец по ISO 19675:2016 для настройки и проверки дефектоскопов, работающих с фазированными решётками (упоминается и в нашем ГОСТ Р 50.05.13-2019, раздел 6.3.5). Свои отраслевые стандартные образцы есть в ж/д отрасли (в их числе – комплекты ОСО, ранее выпускавшиеся фирмой «Радиоавионика»). Сообщество «Дефектоскопист.ру» всегда приветствует пытливость ума и желание глубоко разбираться в предмете. Поэтому если (когда) у вас возникнут вопросы по стандартным (настроечным) образцам – регистрируйтесь на форуме и смело задавайте вопросы в разделе «Ультразвуковой контроль».

Где купить настроечные образцы​

В комплект поставки образцов, как правило, входит футляр (кейс, контейнер), чехол, паспорт. Опционально – сертификат о калибровке (в зависимости от изготовителя). Среди партнёров проекта "Дефектоскопист.ру" есть, как минимум, два уважаемых производителя калибровочных и настроечных образцов для УЗД и УЗТ.