Диагностика состояния сварных соединений и конструкций

Г.А. Бигус, А.Л. Ремизов, А.А. Дерябин
Диагностика состояния  
сварных соединений и конструкций
Курс лекций
Учебное пособие
2-е издание, исправленное
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 620.179.17 
ББК 22.32 
 Б59 
 
 
 
 
    
 
Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Технологии сварки и диагностики» 
Рекомендовано Научнометодическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия 
 
Рецензенты:  
канд. техн. наук М.Е. Комов 
канд. техн. наук, доцент Ю.Ю. Инфимовский 
 
 
 
 
Бигус, Г. А.  
                               
ISBN 978+5+7038+5190+6 
Предлагаемое учебное пособие содержит описание физических основ и мето+
дов акустико+эмиссионного контроля и вибродиагностики опасных производ+
ственных объектов. Рассмотрены методики оценки технического состояния диа+
гностируемых объектов. Приведены примеры составления заключения по экспер+
тизе промышленной безопасности опасных производственных объектов и опреде+
ления безопасных режимов их эксплуатации. 
Для студентов кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
 
УДК 620.179.17 
ББК 22.32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018 
 
 МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019, 
 
    с изменениями 
 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978+5+7038+5190+6 
    МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019 
 
Б59 
Издание доступно в электронном виде по адресу 
ebooks.bmstu.press/catalog/47/book2034.html 
 
 
 
                 
                 Диагностика состояния сварных соединений и конструкций. Курс 
лекций : учебное пособие / Г. А. Бигус, А. Л. Ремизов, А. А. Дерябин. —  
2+е изд., испр. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 
315, [5] с. : ил. 

 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
Технический прогресс связан с необходимостью возведения и эксплуата;
ции сложных и опасных объектов и технических средств для удовлетворения 
потребностей людей. К таким опасным объектам можно отнести атомные 
электростанции, аммиачно;холодильные установки, системы транспортиров;
ки нефти и газа, средства авиации и космонавтики. Аварии на подобных объ;
ектах приводят не только к материальным, но и к человеческим потерям. 
В частности, для предотвращения аварий и техногенных катастроф прово;
дят диагностику состояния сварных соединений и конструкций, что позволяет 
оценить остаточный ресурс опасных производственных объектов. 
Диагностика опасных производственных объектов включает в себя 
комплекс работ: визуальный, измерительный, ультразвуковой, акустико;
эмиссионный методы контроля и измерение механических характеристик, 
возможен также и радиационный контроль, т. е. этот комплекс может со;
стоять из любого набора методов неразрушающего контроля. На основании 
работ отечественных и зарубежных ученых значительно усовершенствова;
ны методы и оборудование для неразрушающего контроля. В результате 
появились ультразвуковые томографы, лазерные источники ультразвука, 
бесконтактные преобразователи, решены задачи дифракции ультразвуко;
вых волн. Значительный вклад в развитие диагностики внесли отече;
ственные ученые: С.Я. Соколов (в 1928 г. положил начало применению 
ультразвуковых методов), Н.П. Алешин, В.Г. Щербинский, И.Н. Ермолов, 
Д.Б. Дианов, В.Т. Бобров и многие другие. 
Цель предлагаемого учебного пособия — получение студентами теорети
ческих знаний по проведению диагностических работ, акустикоэмисси
онного метода контроля и вибродиагностики, освоение навыков разработки 
программ по экспертизе промышленной безопасности опасных производ
ственных объектов и проведение оценки их состояния. 
Усвоение знаний оценивается письменным тестом по следующим крите
риям: максимальное число баллов 12, минимальное — 6, экзамен — 30.
Учебное пособие состоит из 26 лекций, усвоение изложенного в них мате
риала позволит студентам самостоятельно выбирать схемы диагностирования 
конкретных объектов (магистральных трубопроводов, ресиверов, компрессор
ных станций и т. п.), разрабатывать методики неразрушающего контроля 
сварных соединений диагностируемых объектов, проводить практическую ди
агностику, оценивать размеры, форму дефектов, устанавливать номиналы 
диагностируемых параметров, составлять алгоритмы оценки фактического 
технического состояния диагностируемого объекта, овладеть расчетными ме
тодами определения безопасных режимов эксплуатации по результатам диа
гностики объектов, определять остаточный ресурс по результатам техническо
го диагностирования. 

Оценки письменных работ: 
x 12–10 баллов — теоретическое содержание дисциплины освоено полно;
стью, без пробелов, необходимые практические навыки работы с освоенным 
материалом сформированы; 
x 9–7 баллов — теоретическое содержание дисциплины освоено полно;
стью, без пробелов, некоторые практические навыки работы с освоенным 
материалом сформированы недостаточно, некоторые виды заданий выпол;
нены с ошибками; 
x 7–6 баллов — теоретическое содержание дисциплины освоено частич;
но, но пробелы не носят существенного характера, необходимые практиче;
ские навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы, 
некоторые из выполненных заданий, возможно, содержат ошибки; 
x 5 баллов и менее — теоретическое содержание дисциплины не освоено, 
необходимые практические навыки работы не сформированы, дополнитель;
ная самостоятельная работа над материалом дисциплины не приведет к ка;
кому;либо значимому повышению качества выполнения учебных заданий. 
Экзаменационные оценки: 
x 24–30 баллов — теоретическое содержание дисциплины освоено полно;
стью, без пробелов, необходимые практические навыки работы с освоенным 
материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения 
учебные задания выполнены, качество их выполнения оценено числом бал;
лов, близким к максимальному; 
x 17–23 балла — теоретическое содержание дисциплины освоено полно;
стью, без пробелов, некоторые практические навыки работы с освоенным 
материалом сформированы недостаточно, все предусмотренные программой 
обучения учебные задания выполнены, качество выполнения ни одного из 
них не оценено минимальным числом баллов, некоторые виды заданий вы;
полнены с ошибками; 
x 16–10 баллов — теоретическое содержание дисциплины освоено частич;
но, но пробелы не носят существенного характера, необходимые практические 
навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы, боль;
шинство предусмотренных программой обучения учебных заданий выполне;
но, некоторые из выполненных заданий, возможно, содержат ошибки; 
x 15 баллов и менее — теоретическое содержание дисциплины не освое;
но, необходимые практические навыки работы не сформированы, все вы;
полненные учебные задания содержат грубые ошибки, дополнительная са;
мостоятельная работа над материалом дисциплины не приведет к какому;
либо значимому повышению качества выполнения учебных заданий.  
Баллы по письменным работам суммируются с результатами выполнен;
ного домашнего задания (максимальное число баллов 10). 
Общая оценка (в баллах) за курс выставляется по следующим критериям: 
x отлично — 100–83; 
x хорошо — 82–59; 
x удовлетворительно — 58–45; 
x неудовлетворительно — 44 балла и менее. 
§È½¼ÀÉÃƺÀ½

§È½¼ÀÉÃƺÀ½
Для более качественного усвоения материала студентам рекомендуется 
проводить самостоятельную работу по следующему алгоритму: 
 перед лекционным занятием предварительно прочитать ту часть учеб
ного пособия, которая будет освещена на лекции, выделив материал, вызы
вающий вопросы; 
 во время лекционного занятия задать вопросы преподавателю по выде
ленным материалам (темам), которые вызвали непонимание или требуют 
дополнительной информации; 
 после лекционного занятия ответить на контрольные вопросы, которые 
помещены  после каждой лекции, при необходимости воспользовавшись ли
тературой, приведенной в учебном пособии; 
 если необходима дополнительная информация (для выполнения курсо
вого проекта или расширения кругозора), задать вопросы преподавателю на 
следующей лекции; 
 в обязательном порядке необходимо учить определения и основные те
зисы лекций; 
 для подготовки к письменным контрольным работам необходимо уметь 
уверенно отвечать на контрольные вопросы, при необходимости использовав 
литературу из приведенного списка. 
 
 
Перед освоением материала учебного пособия рекомендуется повторить 
информацию по ультразвуковым методам неразрушающего контроля, пред
ставленную в курсе лекций «Контроль качества сварных соединений», кото
рый читается в седьмом семестре. 
 
 

 
 
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
Акустическая эмиссия — явление генерации волн напряжения (упругих 
волн) при локальной перестройке структуры исследуемых объектов. 
Акустический шум — случайный процесс, при его измерении используют 
такие же характеристики, как при измерении случайной вибрации. 
Алгоритм технического диагностирования (контроля технического состоя;
ния) (Algorythm of Technical Diagnosis) по ГОСТ 20911—89 — совокупность 
предписаний, определяющих последовательность действий при проведении 
диагностирования (контроля). 
Анализ критичности отказа — процедура, с помощью которой исследуют, 
оценивают и ранжируют по критичности возможные отказы, их последствия 
и причины возникновения. 
Безопасность — свойство системы при изготовлении и в случае наруше;
ния работоспособного состояния во время эксплуатации не создавать угрозу 
для жизни и здоровья людей, а также для окружающей среды. 
Безотказность — свойство системы непрерывно сохранять работоспособ;
ное состояние в течение некоторой наработки. 
Вибрация — относительно малые перемещения твердого тела или его то;
чек при механических колебаниях относительно положения равновесия. 
Виброакустическая диагностика — направление технической диагностики, 
основанное на использовании в качестве диагностических сигналов механи;
ческих колебаний деталей и узлов, акустических колебаний в твердых, жид;
ких и газообразных средах. 
Виброперемещение — перемещение точки или системы под действием 
вибрации. 
Виброскорость — скорость движения точки или системы под действием 
вибрации. 
Вибростенд — вибрационная испытательная или калибровочная машина, 
к рабочей платформе (вибростолу) которой крепятся изделия для вибраци;
онных испытаний или датчики виброизмерительной аппаратуры, подвергае;
мой калибровке (тарированию) или поверке. 
Дефекты формы сварных швов — несоответствие конструктивных элемен;
тов сварных швов указанным в чертежах. 
Диагностическая модель — формализованное описание объекта, необхо;
димое для решения задач диагностирования. 
Длительность импульса – промежуток времени между пересечениями пе;
редним и задним фронтами импульса выбранного порога, задаваемого зна;
чением порогового напряжения. 
Долговечность — свойство системы сохранять работоспособное состояние 
до наступления предельного состояния при установленном порядке техниче;
ского обслуживания и ремонта. 

Живучесть — свойство, характеризующее способность системы сохранять 
свою работоспособность (или восстанавливать в течение заданного времени) 
при внешних воздействиях, не предусмотренных условиями эксплуатации 
(превышающих установленные эксплуатационные уровни, например, при 
землетрясении, грозовых разрядах и т. п.). 
Исправность — состояние, при котором изделие соответствует всем тре;
бованиям, установленным нормативно;технической документацией. 
Контролеспособность — свойство изделия обеспечивать достоверную оценку 
его технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов. 
Критерий отказа — признак или совокупность признаков нарушения рабо;
тоспособного состояния объекта, установленных в нормативно;технической 
или конструкторской документации. 
Критический элемент — элемент, отказ которого практически приводит к 
отказу системы (ее составной части) в целом. 
Критичность отказа — обобщенная характеристика отказа с учетом веро;
ятности появления и значимости его последствий. 
Максимальная (пиковая) амплитуда — максимальное отклонение от нуле;
вой точки или от положения равновесия. 
Математическая модель объекта диагностирования (детерминированная 
или вероятностная) — описание объекта в исправном и в неисправном его 
состояниях в виде формальных зависимостей между возможными воздей;
ствиями на объект и его реакциями на эти воздействия. 
Микрофон — электроакустический преобразователь, с помощью которого 
акустические колебания в воздушной среде преобразуются в электрический 
сигнал. 
Надежность — свойство системы сохранять во времени в установленных 
пределах значения всех параметров, характеризующих способность выпол;
нять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, тех;
нического обслуживания, хранения и транспортировки. 
Наработка — продолжительность работы системы, выраженная в едини;
цах времени, циклах переключения или других единицах в зависимости от 
вида и назначения системы. 
Начало импульса — пересечение порога уровня дискриминации передним 
фронтом волны. 
Невосстанавливаемый объект — объект, восстановление которого после 
отказа непосредственно во время функционирования считается полностью 
невозможным. 
Неразрушающий контроль — комплекс мероприятий, направленных на 
определение степени поврежденности и оценки оставшегося ресурса работы 
технических средств без вывода этих средств из эксплуатации и нарушения 
их целостности. 
Нестационарные вибросигналы — сигналы, у которых амплитудные и ча;
стотные параметры изменяются во времени. 
Обеспечение надежности — это комплекс взаимосвязанных организаци;
онно;технических мероприятий, проводимых на всех стадиях жизненного 
ª½ÈÄÀÅÓ
À
ÆÇȽ¼½Ã½ÅÀ×

цикла технической системы, направленных на достижение и сохранение за;
данных требований к надежности. 
Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состо;
яния системы. 
Отказоустойчивость — свойство системы сохранять состояние работоспо;
собности при отказах элементов. 
Переходной вибросигнал — сигнал, начинающийся и заканчивающийся 
на нулевом уровне и продолжающийся в течение конечного времени. 
Периодическая вибрация — колебательный процесс, в котором значения 
колебательной величины повторяются через одинаковые промежутки време;
ни в той же последовательности. 
Показатели живучести системы — количественные оценки возможности 
сохранения системой состояния способности после воздействия на ее эле;
менты повреждающих факторов природных катаклизмов или аварийной си;
туации. 
Показатель надежности — количественная характеристика одного или не;
скольких свойств, составляющих надежность изделия. 
Предельное состояние — состояние системы, при котором его дальнейшая 
эксплуатация недопустима или нецелесообразна либо восстановление его 
работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. 
Работоспособное состояние — состояние системы, при котором значения 
всех параметров, характеризующих способность системы выполнять задан;
ные функции, соответствуют требованиям нормативно;технической и кон;
структорской документации. 
Ремонтопригодность — свойство системы, заключающееся в приспособ;
ленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния 
путем технического обслуживания и ремонта. 
Ресурсный отказ — отказ, в результате которого объект достигает пре;
дельного состояния. 
Система — совокупность совместно действующих элементов и связей 
между ними, предназначенных для выполнения определенных заданных 
функций. 
Сохраняемость — свойство системы сохранять в заданных пределах зна;
чения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требу;
емые функции при хранении и транспортировке. 
Техническая диагностика — область знаний, охватывающая теорию, мето;
ды и средства, определяющие техническое состояние объекта. 
Экспертиза промышленной безопасности — оценка соответствия объекта 
экспертизы предъявляемым к нему требованиям промышленной безопасно;
сти, результатом которой является заключение. 
Эффективность — свойство системы создавать некоторый полезный ре;
зультат (выходной эффект) в течение периода эксплуатации при определен;
ных условиях. 
 
 
ª½ÈÄÀÅÓ
À
ÆÇȽ¼½Ã½ÅÀ×

 
 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
АЧХ  
— амплитудно;частотная характеристика 
АЭ  
— акустическая эмиссия 
БПФ  
— быстрое преобразование Фурье 
ВГФ  
— верхняя граница фильтра 
ВИП  
— виброизмерительный преобразователь 
ДПФ  
— дискретное преобразование Фурье 
ИКД  
— интервал контроля длительности 
ИКК  
— интервал контроля конца импульса 
ИКП  
— интервал контроля пика 
ИП  
— измерительный преобразователь 
КД  
— конструкторская документация 
МКЭ  
— метод конечных элементов 
МПД  
— магнитопорошковая дефектоскопия 
НГФ  
— нижняя граница фильтра 
НК  
— неразрушающий контроль 
НТД  
— нормативно;техническая документация 
ПАЭ  
— преобразователь акустической эмиссии 
ПОН  
— программа обеспечения надежности 
ППС  
— приемопередающая станция 
ПЭП  
— пьезоэлектрический преобразователь 
РГК  
— радиографический контроль 
РД  
— руководящие документы 
СКЗ  
— среднеквадратическое значение 
ТЗ  
— техническое задание 
ТФН  
— таблица функций неисправностей 
УЗК  
— ультразвуковой контроль 
ЦД  
— цветная дефектоскопия 
ЦППС  — центральная приемопередающая станция 
 
 

 
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ 
Современное производство, к сожалению, не застраховано полностью от 
крупных производственных аварий. Для их предотвращения необходимо со;
блюдение ряда специальных обязательных правил. В РФ деятельность по за;
щите жизненно важных интересов личности и общества от аварий на опас;
ных производственных объектах и их последствий называется промышленной 
безопасностью. Условия, запреты, ограничения и другие требования, обяза;
тельные для исполнения на опасных производственных объектах, регулиру;
ются Федеральным законом от 21 июля 1997 г. № 116;ФЗ «О промышленной 
безопасности опасных производственных объектов».  
К категории опасных производственных объектов относятся объекты, на 
которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранят;
ся, транспортируются, уничтожаются опасные вещества следующих видов: 
x воспламеняющиеся — газы, которые при нормальном давлении и в 
смеси с воздухом становятся воспламеняющимися, их температура кипения 
при нормальном давлении составляет 20 °С или ниже; 
x окисляющие — вещества, поддерживающие горение, вызывающие вос;
пламенение и (или) способствующие воспламенению других веществ в ре;
зультате окислительно;восстановительной экзотермической реакции; 
x горючие — жидкости, газы, способные самовозгораться, а также возго;
раться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления; 
x взрывчатые — вещества, которые при определенных видах внешнего 
воздействия способны на очень быстрое самораспространяющееся химиче;
ское превращение с выделением теплоты и образованием газов; 
x токсичные — вещества, способные при воздействии на живые организ;
мы приводить к их гибели; характерные показатели токсичности: 
௅ средняя летальная доза при введении в желудок от 15 до 200 мг/кг; 
௅ средняя летальная доза при нанесении на кожу от 50 до 400 мг/кг; 
௅ средняя летальная концентрация в воздухе от 0,5 до 2 мг/л; 
x высокотоксичные — вещества, способные при воздействии на живые 
организмы приводить к их гибели; характерные показатели токсичности: 
௅ средняя летальная доза при введении в желудок не более 15 мг/кг; 
௅ средняя летальная доза при нанесении на кожу не более 50 мг/кг; 
௅ средняя летальная концентрация в воздухе не более 0,5 мг/л; 
x вещества, представляющие опасность для окружающей среды, харак;
терные показатели острой токсичности в водной среде: 
௅ средняя летальная доза при ингаляционном воздействии на рыбу  
в течение 96 ч не более 10 мг/л; 
௅ средняя концентрация яда, вызывающая определенный эффект при 
воздействии на дафнии в течение 48 ч, не более 10 мг/л;