Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 50.05.21-2019 "Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Нормы допустимых несплошностей основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей оборудования и трубопроводов атомных станций. Порядок разработки" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 апреля 2019 г. N 123-ст)

Conformity assessment system for the use of nuclear energy. Norms of allowable discontinuities of the base metal, welded joints and deposited surfaces of equipment, pipelines of nuclear power plants. Development procedure

ОКС 27.120.99

Дата введения - 1 августа 2019 г.
Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Акционерным обществом "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (АО "Концерн Росэнергоатом")

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 322 "Атомная техника"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 апреля 2019 г. N 123-ст

4 Введен впервые

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт устанавливает порядок разработки и применения норм допустимых несплошностей в основном металле, сварных соединениях и наплавленных поверхностях (далее - металле) оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций при проведении оценки соответствия в форме контроля при эксплуатации, проводимого в соответствии с федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии [1], устанавливающими правила контроля металла при эксплуатации.

1.2 Настоящий стандарт предназначен для разработки норм допустимых несплошностей в металле оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций, для которых в [1] не установлены нормы оценки их качества.

1.3 Настоящий стандарт распространяется на оборудование, трубопроводы и другие элементы атомных станций (за исключением корпуса реактора) с реакторными установками типа водо-водяной энергетический реактор, реактор большой мощности канальный и энергетический гетерогенный петлевой реактор с шестью петлями циркуляции теплоносителя.

1.4 Настоящий стандарт может применяться для исследовательских ядерных установок, при условии его включения в состав проектной или конструкторской документации.

1.5 Настоящий стандарт не применяется для разработки норм толщин стенок с механизмами деградации, которые приводят к изменению толщины стенки оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций в процессе эксплуатации (например, эрозионно-коррозионный износ, кавитация, эрозия и т.д.).

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р 50.05.15 Система оценки соответствия в области использования атомной энергии. Оценка соответствия в форме контроля. Неразрушающий контроль. Термины и определения.

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения. Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 50.05.15, [1], а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 доминирующий механизм деградации: Один из нескольких механизмов деградации, старения, повреждений металла, приводящий к наиболее быстрому росту несплошности.

3.2 критический размер несплошности: Геометрические размеры несплошности, которые определены без коэффициентов запаса прочности.

3.3 нормы допустимой несплошности: Допустимые геометрические размеры несплошности металла оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций.

3.4 расчетная несплошность: Используемая в расчете несплошность, представленная в виде трещины.

4 Обозначения и сокращения

4.1 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

АС - атомная станция;

ГИ - гидравлические испытания;

КИН - коэффициент интенсивности напряжений;

МГИ - металлографические исследования;

МКЭ - метод конечных элементов;

МРЗ - максимальное расчетное землетрясение;

НДС - напряженно-деформированное состояние;

НУЭ - нормальные условия эксплуатации;

ПКД - проектная и конструкторская документация.

4.2 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

а - высота поверхностной расчетной несплошности, м;

с - полудлина расчетной несплошности, м;

s - толщина стенки, м;

[K_I] - допускаемое значение коэффициента интенсивности напряжений, ;

K_I - коэффициент интенсивности напряжений для трещины нормального отрыва, ;

Т_к - критическая температура хрупкости материала, °С;

Т - температура, °С;

K_IC - критический коэффициент интенсивности напряжений для трещины нормального отрыва, ;

n_к - коэффициент запаса для коэффициента интенсивности напряжений;

- температурный запас для коэффициента интенсивности напряжений, °С;

J - значение J-интеграла, Н/мм;

[J] - допускаемое значение J-интеграла, Н/мм;

J_c - критическое значение J-интеграла, Н/мм;

n_j - коэффициент запаса для J-интеграла;

[а]_с, [с]_а - максимально допустимые размеры расчетной несплошности, м;

, - увеличение размеров расчетной несплошности при циклическом и статическом нагружении, м;

R - радиус трубопровода, м;

- общие мембранные напряжения, МПа;

- общие изгибные напряжения, МПа;

- предел текучести при расчетной температуре, МПа;

- предел прочности при расчетной температуре, МПа;

n_а, n_c - коэффициенты запаса для методики по предельным пластическим состояниям;

- остаточные напряжения до проведения гидравлических испытаний ( = ), МПа;

- мембранные напряжения, вызванные гидравлическими испытаниями;

- остаточные напряжения после проведения гидравлических испытаний, МПа;

- фактическое значение предела текучести, МПа;

- остаточные напряжения в основном металле, МПа;

s_w - толщина шва, м;

х - координата по нормали к поверхности, м;

R - коэффициент асимметрии цикла напряжений;

N - количество циклов нагружения элемента конструкции в эксплуатации;

t - длительность статического нагружения, с;

- скорость роста трещины для статического нагружения, м/с;

K_st - значение коэффициента интенсивности напряжений при статическом нагружении, ;

C_st, n - характеристики диаграммы коррозионно-статического разрушения;

- скорость роста трещины для циклического нагружения, м/с;

- размах коэффициента интенсивности напряжений, ;

С₀, m - характеристики кинетической диаграммы усталостного разрушения;

K_min, K_max - минимальное и максимальное значения коэффициента интенсивности напряжений, ;

n_aN, n_cN - коэффициенты запаса на прирост размеров трещины а и с соответственно при циклическом нагружении;

n_aS, n_cS - коэффициенты запаса на прирост размеров трещины а и с соответственно при статическом нагружении.

5 Общие положения

5.1 Нормы допустимых размеров несплошностей металла оборудования, трубопроводов и других элементов АС (далее - Нормы) применяются при проведении эксплуатационного неразрушающего контроля для оценки результатов контроля.

5.2 При разработке Норм должны быть проанализированы механизмы образования и развития дефектов с учетом норм и правил [2].

5.3 Нормы необходимо определять по доминирующему механизму повреждения (деградации) с учетом опыта эксплуатации на основании критериев прочности с учетом скорости развития несплошностей. Нормы могут определяться как на весь срок службы, так и на межконтрольный период.

5.4 При сравнении Норм с результатами неразрушающего контроля необходимо учитывать погрешности измерений, установленные для методик контроля, входящих в систему неразрушающего контроля.

5.5 При разработке Норм должны использоваться значения механических и физических свойств, характеристики статической и циклической трещиностойкости основного металла, металлов сварных соединений и металла наплавленных поверхностей с учетом их прогнозируемого состояния до следующего контроля или на весь срок эксплуатации.

6 Исходные данные для разработки Норм

Исходными данными для разработки Норм являются:

- данные ПКД;

- наименование контролируемого элемента;

- данные проектно-конструкторских чертежей и фактические геометрические размеры оборудования, трубопровода или другого элемента АС;

- фактические значения механических и физических свойств, характеристики статической и циклической трещиностойкости сталей для основного металла, металлов сварных соединений и металла наплавленных поверхностей, при их отсутствии - данные документов по стандартизации с учетом деградации свойств основного металла;

- способ изготовления сварного соединения и способ нанесения наплавленных поверхностей (при их наличии);

- условия проведения термической обработки после изготовления сварного соединения и/или нанесения наплавленной поверхности;

- условия эксплуатации элемента (температура, давление, весовые нагрузки, параметры среды);

- срок службы с момента ввода в эксплуатацию, с момента замены или ремонта оборудования, трубопровода или другого элемента АС;

- данные предэксплуатационного и эксплуатационного контроля исследуемого контролируемого элемента;

- опыт эксплуатации сварных соединений (наличие, особенности и размеры обнаруженных несплошностей), данные МГИ (при наличии).

7 Порядок разработки Норм

7.1 Порядок разработки Норм должен включать:

- определение расчетной зоны оборудования или трубопровода;

- определение расчетных значений геометрических размеров рассчитываемого элемента. При этом необходимо учитывать влияние коррозии, эрозии или их сочетание на весь период планируемой эксплуатации, а при использовании фактических значений необходимо еще учитывать погрешности измерений;

- определение расчетных значений механических и физических свойств, характеристик статической и циклической трещиностойкости с учетом возможных и/или фактических механизмов деградации металла, металла сварного соединения и металла наплавленных поверхностей на период планируемой эксплуатации;

- определение НДС для расчетной зоны оборудования, трубопровода для режимов эксплуатации НУЭ, ГИ и НУЭ в сочетании с МРЗ с указанием граничных условий;

- определение расчетных значений остаточных напряжений в основном металле, металле сварного соединения и металле наплавленных поверхностей;

- расчет допустимых размеров несплошностей на прогнозируемый момент времени.

7.2 Нормы рекомендуется оформлять в виде, представленном в приложении А.

8 Расчет допустимых размеров несплошностей

8.1 Общие положения

8.1.1 Расчеты допустимых размеров несплошностей необходимо проводить с использованием:

- КИН - только для элементов, которые находятся в хрупком/квазихрупком состоянии в процессе эксплуатации;

- критериев предельно-пластических состояний - только для элементов, которые находятся в вязком состоянии в процессе эксплуатации;

- J-интеграла - для элементов, которые находятся в хрупком (квазихрупком) или вязком состоянии в процессе эксплуатации.

8.1.2 Расчеты допустимых размеров несплошностей необходимо проводить для поверхностных и подповерхностных несплошностей, ориентированных в продольном и поперечном направлении.

8.1.3 Для случая поверхностной несплошности в качестве расчетной принимается полуэллиптическая трещина с полуосями а и с, выходящая на поверхность рассматриваемой зоны.

Для случая подповерхностной несплошности в качестве расчетной принимается поднаплавочная полуэллиптическая трещина, локализованная в основном металле (или в сварном шве), малая ось которой перпендикулярна поверхности стенки рассматриваемой зоны и контур трещины (берега) соприкасается с поверхностью раздела "основной металл (или сварной шов) - антикоррозионная наплавка".

8.2 Расчет допустимых размеров несплошностей по критериям сопротивления разрушению

8.2.1 Допустимые размеры расчетной несплошности определяются из соотношения сопротивления хрупкому разрушению с использованием КИН

.

(1)

8.2.2 Зависимость [K_I] от [T - Т_K] получают как огибающую двух кривых, определяемых по исходной температурной зависимости K_IC. Одна из этих кривых получается делением ординат исходной кривой на коэффициент запаса n_k, другая - смещением исходной кривой вдоль оси абсцисс на значение температурного запаса .

Значения коэффициентов запаса n_k и температурного запаса для различных режимов нагружения элемента (компонента) приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения коэффициента запаса n_k и температурного запаса

Режим нагружения	nk
НУЭ *	2	30
ГИ *	1,5	30
НУЭ в сочетании с МРЗ *	1,0	0
* Категории режимов применяются в соответствии с проектом.

8.2.3 Для определения допустимых размеров несплошностей с использованием J-интеграла используется условие

,

(2)

где [J] = , a n_j - определяется в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2 - Значения коэффициента запаса n_j

Режим нагружения	nj
НУЭ *	2
ГИ *	1,5
НУЭ в сочетании с МРЗ *	1,0
* Категории режимов применяются в соответствии с проектом.

8.2.4 Исходные температурные зависимости K_IC или J_c принимаются по данным, приведенным в соответствующих аттестационных отчетах по материалам (основной металл, сварные соединения), или по техническим решениям, согласованным с головной материаловедческой организацией, или по федеральным нормам и правилам в области использования атомной энергии, устанавливающим требования к проведению расчета на прочность оборудования, трубопроводов и других элементов АС.

Допускается применять зависимости K_IC или J_c, полученные с использованием архивного материала конкретного оборудования и трубопроводов на представительном количестве образцов, в соответствии с требованиями документов по стандартизации.

8.2.5 При расчете допустимых размеров несплошностей в случае подповерхностной несплошности остаточные напряжения, вызванные наплавленной поверхностью, не учитывают, а для случая поверхностной несплошности их необходимо учитывать. Для консервативного учета рекомендуется использовать процедуру, указанную в приложении Б.

8.2.6 При оценке сопротивления разрушению несплошности, располагающейся в металле наплавленных поверхностей, допускается использовать J_R-кривые. Если такие кривые отсутствуют, то допускается принимать, что характеристики сопротивления разрушения металла наплавленных поверхностей соответствуют характеристикам основного металла.

8.2.7 Расчет КИН или J-интеграла необходимо проводить в соответствии с требованиями документов по стандартизации по расчету на прочность. Для расчета рекомендуется использовать МКЭ.

8.3 Расчет допустимых размеров несплошностей по предельным пластическим состояниям

8.3.1 При оценке по предельным пластическим состояниям учитывают только напряжения, вызванные действием механических нагрузок. Температурные, компенсационные, остаточные и другие напряжения, вызванные заданными перемещениями и деформациями, не учитываются.

8.3.2 В качестве предельных напряжений принимают

.

(3)

8.3.3 При расчетах по предельным пластическим состояниям допустимые размеры трещин определяются из следующих соотношений:

- для цилиндрических оболочек с несплошностями, ориентированными в кольцевом направлении, используют зависимости

,

(4)

где

;

(5)

- для цилиндрических оболочек с несплошностями, ориентированными в осевом направлении:

;

(6)

.

(7)

Таблица 3 - Коэффициенты запаса для различных режимов нагружения

Режим нагружения	nа	, nc
НУЭ *	3	2
ГИ *	2	2
НУЭ в сочетании с МРЗ *	1	2
* Категории режимов применяются в соответствии с проектом

8.3.4 Допускается использовать методы расчета, основанные на использовании других критериев, например J-интеграла, метод R6, предельные пластические состояния, в соответствии с требованиями документов по стандартизации.

8.4 Определение допустимых размеров несплошностей

8.4.1 Допустимая высота [а] и допустимая полудлина [с] расчетной несплошности определяются из соотношений:

;

(8)

.

(9)

8.4.2 Расчет [а]_i, [с]_i проводится по условию обеспечения сопротивления, хрупкому разрушению или по методике предельных пластических состояний по 8.2 и 8.3 соответственно. Расчет , приведен в приложении В.

8.4.3 Нормы допустимых несплошностей должны устанавливаться с учетом требования норм и правил [1] [(перечисление д) 159)], согласно которому размер несплошности, с учетом скорости ее роста, не должен достигать половины критического размера в течение времени до очередного контроля.

Примечание - Дополнительно для определенных [а]_i, [с]_i должно быть проверено выполнение требований по статической прочности.

Библиография

[1]	Федеральные нормы и правила НП-084-15	Правила контроля основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей при эксплуатации оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций
[2]	Федеральные нормы и правила НП-096-15	Требования к управлению ресурсом оборудования и трубопроводов атомных станций. Основные положения