GOST R 52891-2007

GOST R 52891−2007 Contrôle des contraintes technologiques résiduelles par interférométrie laser. Exigences générales

GOST R 52891−2007
Groupe T59

NORME NATIONALE DE LA FÉDÉRATION DE RUSSIE

CONTRÔLE DES CONTRAINTES RÉSIDUELLES DU PROCÉDÉ PAR LA MÉTHODE DE L'INTERFÉROMÉTRIE LASER

Exigences générales

Contrôle des contraintes technologiques résiduelles par méthode interférométrique laser. Exigences générales

OKS 77.040.10

Date de lancement 2010-01-01

Avant-propos

Les objectifs et les principes de la normalisation dans la Fédération de Russie sont établis par la loi fédérale du 27 décembre 2002 N 184-FZ "sur la réglementation technique" et les règles d'application des normes nationales de la Fédération de Russie - GOST R 1.0-2004 "Normalisation dans la Fédération de Russie. Dispositions fondamentales"

À propos de la norme

1 DÉVELOPPÉ par l'Institut des problèmes de mécanique de l'Académie russe des sciences (IPMech RAS)

2 INTRODUIT par le Comité Technique de Normalisation TK 132 "Diagnostics Techniques"

3 APPROUVÉ ET MIS EN VIGUEUR par Arrêté de l'Agence fédérale de réglementation technique et de métrologie du 27 décembre 2007 N 585-st

4 INTRODUIT POUR LA PREMIÈRE FOIS

Les informations sur les modifications apportées à cette norme sont publiées dans l'index d'informations publié annuellement "Normes nationales" et le texte des modifications et modifications - dans les index d'informations publiés mensuellement "Normes nationales". En cas de révision (remplacement) ou d'annulation de cette norme, un avis correspondant sera publié dans l'index d'information publié mensuellement "Normes nationales". Les informations, notifications et textes pertinents sont également publiés dans le système d'information public - sur le site officiel de l'Agence fédérale de réglementation technique et de métrologie sur Internet

Introduction

Les contraintes technologiques résiduelles peuvent être une des raisons de la destruction des ouvrages selon [1], ce qui rend pertinents les méthodes et outils de leur contrôle objectif.
La principale difficulté dans la détermination des contraintes résiduelles est que ces contraintes sont équilibrées par le matériau de construction. Une façon de rompre cet équilibre et de manifester des contraintes résiduelles par des déplacements consiste à créer un trou de sondage non traversant ou une rainure annulaire selon [2], qui n'introduit qu'un défaut mineur, généralement proportionnel aux défauts de conception technologiques admissibles.
Les dimensions et la profondeur des trous de sondage acceptables pour les produits destinés à une opération ultérieure sont déterminées par l'utilisateur de la présente norme effectuant une telle opération.
La méthode la plus efficace pour enregistrer les mouvements à proximité du trou de sondage est la méthode d'interférométrie laser. Cette méthode est basée sur l'enregistrement interférométrique des petits déplacements qui se produisent à proximité d'un trou non traversant percé dans la zone étudiée du matériau de l'objet à tester avec des contraintes résiduelles selon [3].

Cette norme servira de base méthodologique pour appliquer la méthode d'interférométrie laser en combinaison avec le forage d'un trou de sondage pour déterminer les contraintes résiduelles dans la résolution d'une large classe de problèmes d'ingénierie qui nécessitent une évaluation rapide de l'état de contrainte d'un matériau dans le cadre d'objets techniques critiques. .

1 domaine d'utilisation

Cette norme établit les exigences de base pour la procédure de détermination des contraintes de processus résiduelles dans le matériau des objets techniques par la méthode du trou de sondage utilisant l'interférométrie laser à la fois dans des conditions de laboratoire et in situ dans le développement et le contrôle des technologies de fabrication pour les produits et les structures, en évaluer la durée de vie résiduelle pendant le fonctionnement.

Cette norme s'applique à la méthode d'interférométrie laser pour déterminer les contraintes principales et leur orientation dans la couche proche de la surface du matériau de structure, dont la profondeur est déterminée par la profondeur du trou de sondage.

La présente Norme internationale décrit deux méthodes pour effectuer des mesurages :

— analyse complète par forage étagé pour déterminer le champ de contraintes résiduelles en profondeur ;

— analyse expresse évaluative, permettant une procédure simplifiée pour la préparation de la surface de l'objet d'essai, la réalisation des mesures et le calcul des contraintes.

La présente Norme internationale spécifie le mode opératoire de détermination des contraintes moyennées sur la profondeur de forage ou sur la profondeur d'une marche dans le cas d'un forage étagé.

Cette norme couvre la détermination des contraintes résiduelles résultant du soudage, du traitement thermique, de la déformation plastique, de l'accumulation de dommages par fatigue , etc. , ainsi que des contraintes créées dans l'objet par des charges externes.

2 Références normatives

Cette norme utilise des références normatives aux normes suivantes :

GOST 12.1.004−91 Système de normes de sécurité au travail. La sécurité incendie. Exigences générales

GOST 12.1.040−83 Système de normes de sécurité au travail. Sécurité laser. Dispositions générales

GOST 12.2.003−91 Système de normes de sécurité au travail. Matériel de fabrication. Exigences générales de sécurité

GOST 12.3.002−75 Système de normes de sécurité du travail. Processus de manufacture. Exigences générales de sécurité

GOST 2601−84 Soudage des métaux. Termes et définitions des concepts de base

GOST 2789−73 Rugosité de surface. Paramètres et caractéristiques

GOST 13344−79 Toile abrasive imperméable. Caractéristiques

Remarque - Lors de l'utilisation de cette norme, il est conseillé de vérifier la validité des normes de référence dans le système d'information public - sur le site officiel de l'Agence fédérale de réglementation technique et de métrologie sur Internet ou selon l'index d'information publié annuellement "Normes nationales ", qui a été publié à partir du 1er janvier de l'année en cours, et selon les panneaux d'information mensuels correspondants publiés dans l'année en cours. Si la norme de référence est remplacée (modifiée), alors lors de l'utilisation de cette norme, vous devez être guidé par la norme de remplacement (modifiée). Si la norme référencée est annulée sans remplacement, la disposition dans laquelle la référence à celle-ci est donnée s'applique dans la mesure où cette référence n'est pas affectée.

3 Désignations et abréviations

3.1 Les symboles suivants sont utilisés dans cette norme :

— module d'élasticité (Young), GPa ;

— niveau des contraintes résiduelles, MPa ;

, —contraintes principales moyennées sur la profondeur du trou de sondage, MPa ;

— erreur absolue de mesure de contrainte, MPa ;

— limite d'élasticité, MPa ;

, — diamètre et profondeur du trou de sondage, mm ;

, , est un système de coordonnées rectangulaires ;

, sont les angles de rotation des directions de contrainte principales par rapport aux axes de coordonnées ;

est la longueur d'onde du rayonnement laser, μm ;

est le déplacement du bord du trou, µm ;

est le nombre de franges d'interférence ;

— écart moyen arithmétique du profil, µm.

3.2 Les abréviations suivantes sont utilisées dans cette norme :

NS - état de stress ;

OK - l'objet du contrôle ;

SI - instruments de mesure.

4 Exigences de sécurité au travail

4.1 Les personnes formées à la méthode utilisée et aux équipements de surveillance des contraintes résiduelles du procédé sont autorisées à effectuer le contrôle.

4.2 Lors de l'exécution de travaux de détermination des contraintes mécaniques par la méthode laser-interférométrique, l'opérateur doit être guidé par GOST 12 .1.040, GOST 12 .2.003, GOST 12 .3.002 et les règles techniques de sécurité pour le fonctionnement des installations électriques grand public approuvées par le Autorité nationale de surveillance de l'énergie.

4.3 Les travaux sont exécutés conformément aux exigences de sécurité énoncées dans les instructions d'utilisation des équipements faisant partie des instruments de mesure utilisés.

4.4 La procédure pour effectuer des mesures d'interférométrie laser pour contrôler un élément spécifique d'un système technique indique les exigences à respecter lors de travaux sur des objets de surveillance dans une entreprise donnée.

4.5 Lors de l'organisation des travaux de contrôle, les exigences de sécurité incendie selon GOST 12.1.004 sont respectées.

5 Exigences relatives à l'objet du contrôle

5.1 L'emplacement de la zone de contrôle et l'état de la surface dans cette zone doivent fournir les conditions d'installation du bloc optique de l'interféromètre et la possibilité de créer un trou de sondage.

5.2 L'épaisseur de l'O.K . dans la zone de forage, afin d'éviter une augmentation de l'erreur de mesure supérieure à celle spécifiée en 9.3, doit être d'au moins trois profondeurs maximales du trou de sondage.

5.3 Le matériau OC et son module d'élasticité doivent être connus .

5.4 La surface O.C. dans la zone de mesure est préparée conformément à 7.3.

6 Exigences pour les instruments de mesure

6.1 Composition des instruments de mesure

SI comprennent :

- bloc optique ;

- ordinateur avec entrée vidéo ;

- Logiciel;

- bloc mécanique.

6.2 But et disposition des instruments de mesure

6.2.1 L'unité optique est conçue pour surveiller les micro-déplacements de la zone étudiée de la surface OC et est un module distant (capteur interférométrique du champ de déplacement) placé dans un boîtier adapté pour la fixation dans différentes positions spatiales à différents endroits du CO, par exemple, sur un plan, sur une surface cylindrique convexe ou concave, près des coins saillants et entrants, etc.

Le module distant contient une source de rayonnement laser, un système optique et une caméra vidéo.

6.2.2 Un ordinateur doté d'une entrée vidéo est conçu pour recevoir et traiter, y compris en temps réel, le signal provenant de la caméra vidéo du module déporté à l'aide d'un logiciel spécialisé.

6.2.3 Le logiciel MI est conçu pour afficher la zone étudiée de la surface OC sur un écran d'ordinateur, enregistrer des images de la zone étudiée de la surface OC avant et après le forage d'un trou de sondage, créer un interférogramme en traitant le images originales, déterminer le type de contrainte (en traction ou en compression) dans le mode d'observation de l'interférogramme en temps réel et calculer l'amplitude et la direction des principales contraintes résiduelles.

6.2.4 Le bloc mécanique est conçu pour former un trou de sondage. L'équipement spécial et l'équipement à usage général peuvent être utilisés comme une unité mécanique.

Équipements spéciaux conçus, par exemple, pour la gravure chimique, pour le perçage avec des carotteuses, pour le traitement abrasif, pour le perçage à grande vitesse , etc., y compris pour le perçage par étapes.

Pour l'analyse express des OC constitués de matériaux de structure facilement usinables, un équipement de coupe de métal à usage général, y compris des perceuses portatives, est utilisé.

6.3 Exigences pour le support méthodologique des instruments de mesure

6.3.1 Le support méthodologique du MI doit contenir des documents établissant :

- objet et portée de l'IS ;

- composition et principales caractéristiques du matériel et des logiciels, y compris les normes d'erreur de mesure ;

— les méthodes et moyens d'atteindre la compatibilité SI, y compris l'information, l'électricité, l'énergie, les logiciels, la conception, l'exploitation ;

— les règles d'agrégation du matériel et des logiciels et l'organisation de leur interaction ;

- un manuel qui établit la procédure de réalisation des travaux de mesure des contraintes.

6.3.2 La description des capacités fonctionnelles de l'IM dans les documents d'exploitation, de conception et de programme de l'OK et de l'IM devrait refléter les caractéristiques du matériel et du logiciel.

6.4 Les informations primaires pour chaque zone de contrôle doivent être stockées en permanence sur des supports externes protégés contre tout accès non autorisé.

7 Comment se préparer aux mesures

7.1 La préparation des mesures comprend les principales étapes suivantes :

– l'analyse des documents techniques de l'objet et l'établissement d'un plan topographique ;

— préparation de l'objet pour les mesures.

7.2 Examen des documents techniques et cartographie de l'enquête

7.2.1 Sur la base de l'étude de la documentation technique de l'objet, l'analyse est effectuée :

— les matériaux à partir desquels les éléments de l'objet sont fabriqués ; leurs caractéristiques physiques et mécaniques, les modes de traitement thermique ;

- types d'éléments structuraux NS ;

- des conditions de fonctionnement.

7.2.2 Sur la base de l'analyse effectuée conformément à 7.2.1, et en tenant compte des exigences de 4.4 et 4.5, une carte est établie des zones caractéristiques du contrôle de l'objet, par exemple, pour les joints soudés - une soudure , une zone affectée thermiquement, une zone de métaux de base (voir GOST 2601 ).

7.2.3 En fonction des types de NS et des caractéristiques élastiques du matériau dans les zones de contrôle, sélectionner l'emplacement, le nombre, le diamètre et la profondeur requis des trous de sondage dans les zones de mesure.

Remarque - Afin d'éviter une augmentation de l'erreur de mesure, les centres des trous de sondage doivent être éloignés les uns des autres d'au moins 4 à 5 de leur diamètre. Il est recommandé que la profondeur maximale du trou de sondage ne dépasse pas 1/3 de l'épaisseur OC dans la zone de forage afin d'éviter une distorsion de l'état de contrainte-déformation et une augmentation de l'erreur de mesure supérieure à celle spécifiée en 9.3. .

7.3 Préparation de l'objet pour les mesures

7.3.1 La préparation initiale comprend le nettoyage de la saleté, de la rouille, des projections métalliques de soudure, le lavage et le dégraissage des zones de mesure et des emplacements d'installation de l'appareil.

7.3.2 La formation secondaire comprend les activités suivantes :

- dans les zones de contrôle, des méplats aux dimensions caractéristiques d'au moins cinq diamètres du trou de sondage sont sélectionnés ou préparés pour chaque forage ;

- si nécessaire, niveler les zones par meulage ou autre usinage ; La rugosité de la surface préparée ne doit pas dépasser 3,2 µm selon GOST 2789.

Remarque - Il convient de tenir compte du fait que le traitement mécanique peut modifier les contraintes résiduelles de surface et qu'il est donc inacceptable dans le cas de l'étude des contraintes résiduelles dans une couche proche de la surface d'une épaisseur de 0,2 à 0,3 mm ;

Lors d'une analyse complète après traitement mécanique, il est recommandé d'enlever la couche de surface par gravure à une profondeur de 0,2 à 0,3 mm.


- effectuer le marquage des trous dans la zone étudiée (dans les cas typiques, il est recommandé de préparer un gabarit pour placer les trous) ;

- lors d'une analyse expresse, les points visés peuvent être notés ;

- après marquage, la zone à étudier est essuyée avec un calicot grossier ou un coton-tige imbibé d'alcool, d'acétone ou d'essence de pureté Ch4.

Remarque - Pour améliorer la diffusion diffuse, la surface dans la zone d'observation, c'est-à-dire près des trous prévus, peut en outre être traitée avec un papier de verre d'une granulométrie de 4-8 N selon GOST 13344 ou une fine couche de peinture argentée peut être s'y est appliqué.

8 Comment prendre des mesures

8.1 Réalisation d'une seule mesure

8.1.1 Le bloc optique de l'appareil est installé sur la zone étudiée.

8.1.2 Démarrer le programme de traitement des informations optiques primaires.

8.1.3 Procéder à la première exposition du site d'essai.

8.1.4 Percer un trou de sondage à la profondeur sélectionnée.

8.1.5 Effectuez une deuxième exposition.

8.2 La réalisation des mesures suivantes s'effectue en répétant 8.1 ; lors de l'exécution du forage étagé du trou de sondage pour chaque étape, répétez les étapes de 8.1.3 à 8.1.5.

Remarque - Entre les expositions, il est inacceptable :

- toucher le corps du bloc optique ;

- toucher la zone de mesure avec autre chose qu'une perceuse et une brosse douce spéciale pour enlever les copeaux.

Les puces magnétiques peuvent être retirées avec un objet magnétisé sans toucher la surface.

9 Règles de traitement des résultats de mesure

9.1 Les résultats de mesure sont traités à l'aide d'un programme spécialisé de création et de traitement d'interférogrammes de speckle électroniques.

L'interférogramme de speckle traité est généralement un système symétrique de franges dont le nombre est proportionnel aux valeurs des contraintes principales et qui existait à cet endroit de l'objet avant que le trou ne soit percé, et l'orientation des axes de symétrie du système de bandes coïncide avec les directions , contraintes principales par rapport au repère choisi , , .

9.2 Dans le cas de la mesure des déplacements normaux, le nombre de bandes , compté dans n'importe quelle direction à partir du centre du trou, la longueur d'onde , et en mouvement les bords du trou sont reliés par la formule

. (une)

Le déplacement du bord du trou est associé au niveau des contraintes résiduelles au voisinage du trou de sondage, qui est déterminé à partir de la solution du problème correspondant de la théorie de l'élasticité, intégré dans un programme spécialisé, ou approximativement (avec ) aux fins d'analyse expresse selon la formule

, (2)

où et sont des constantes approchées : ( 30 MPa, 10 MPa mm);

— diamètre de référence égal à 2 mm ;

est le module d'élasticité de l'aluminium, égal à 70 GPa.

9.3 Incertitude des instruments de mesure

L'erreur de S.I. est déterminée par la précision de la détermination des microdéplacements de la surface du corps au voisinage du trou de sondage.

Lors de l'analyse express, le nombre de franges est déterminé visuellement par l'interférogramme avec une précision de ± 0,5 franges. L'erreur absolue résultante dans la détermination des contraintes dépend du module d'élasticité du matériau de l'objet à l'étude et des paramètres du trou et est déterminée par la formule approximative

. (3)

Remarque - L'erreur maximale se produit avec une pénétration minimale dans le matériau, par exemple lorsque 1 millimètre Une erreur de mesure de 4 mm est de 10 MPa pour l'aluminium et les alliages à base de celui-ci et de 30 MPa pour les aciers. Avec une augmentation de la profondeur et du diamètre du trou de sondage, l'erreur de mesure par cette méthode diminue en conséquence.

10 règles de communication des résultats de mesure

10.1 Les trous de sondage sont numérotés, leurs coordonnées et tailles sont enregistrées dans la carte de contrôle (protocole) (il est recommandé de la conserver sous forme électronique et dans un journal spécial), les zones de mesure sont photographiées.

10.2 La description de chaque trou de sondage et les résultats des mesures sont consignés dans le protocole.

10.3 Les informations complémentaires à enregistrer, la procédure d'élaboration et de conservation des protocoles (ou conclusions) sont établies dans la documentation technique de contrôle.

10.4 Si les mesures de tension font partie de travaux de recherche, les résultats des mesures sont établis conformément aux prescriptions générales et aux règles d'établissement des rapports de travaux de recherche.

10.5 Les résultats de l'examen doivent être conservés jusqu'au prochain contrôle qualité.

Bibliographie