舰船用热交换器管道的涡流检验方法(报审稿)

显示全部楼层 · 2013-5-17 08:44:01

前言
本标准的附录A为资料性附录。
本标准由中国船舶工业集团公司提出。
本标准由中国船舶工业综合技术经济研究院归口。
本标准起草单位：中国船舶工业综合技术经济研究院。
本标准主要起草人：魏华兴、孙猛。

舰船用热交换器管的涡流检验方法

1　范围
本标准规定了舰船用热交换器管（以下简称热交换器管）涡流检验的一般要求、检验程序和方法、检测结果评定等。
本标准适用于非铁磁性材料(例如铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等)制成的在役热交换器直管的涡流检验，不适用于翅片管（含肋片管）、波纹管、螺旋管的涡流检验。
2　规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。
GB/T 9445  无损检测人员资格鉴定与认证
GB/T 12604.6—2008  无损检测  术语  涡流检测
GB/T 14480  涡流探伤系统性能测试方法
3　术语和定义
GB/T 12604.6—2008界定的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1　
绝对模式  absolute mode
涡流检测探头的信号根据检测的一段管子(包括毗连的结构件和具有传导性能的壳体)的总电磁特性进行响应的模式。
注：绝对模式对于较浅或变化不明显的管壁缺陷、支承结构件和具有传导性能的壳体是很灵敏的。
3.2　
差动模式  differential mode
涡流检测探头的两个线圈反向串联在一起，同时对被检件临近区域进行检测，因电磁信号差异而使系统产生不平衡指标的模式。
   注：差动模式对于明显的不连续变化非常灵敏，可以获得敏感的缺陷信号。
3.3　
缺陷  defect
管子局部出现的不连续之处，例如管壁变薄、凹痕或裂纹等，该处的尺寸、形状、方向、位置或性能已不符合设计标准要求，对管子的用途会造成不利影响。
3.4　
对比试样  calibration sample
带有预制缺陷的代表性管子，用来对涡流检测仪器进行设定和校准。
3.5　
线圈  coil
涡流检测探头的电子线圈，可在检测部位产生电涡流从而检测出该部位的电磁响应。
3.6　
信噪比  signal-to-noise ratio
信号幅值与噪声值的比值。
3.7　
信号混合  signal mix
通过清除或抑制不良信号，采取多个频率对涡流检测信号进行矢量混合或相减以增强信噪比的方法。
4　一般要求
4.1　涡流检测系统
4.1.1　一般规定
4.1.1.1　涡流检测系统应具有激励、放大、信号处理、信号显示、声光报警与信号输出等功能。
4.1.1.2　涡流检测系统及有关仪器性能的测试方法按GB/T 14480的有关要求进行。
4.1.2　涡流检测仪器
4.1.2.1　涡流检测仪器应按制造厂商的使用说明书进行复验（例如灵敏度、重复性等）。
4.1.2.2　涡流检测仪器可选用单频率或多频率涡流检测仪器，应满足以下要求：
a）能在需要的试验频率下工作；
b）能连续或同时在差动模式和绝对模式下工作。能同时以多频率在差动模式和绝对模式下检测的仪器可不用进行复验（仅适用于多频率涡流检测仪器）；
c）能自动或手动地平衡阻抗电桥；
d）能进行360°相位变化；
e）能调整涡流信号幅值；
f）能抑制或消除混合信号中不需要的信号（仅适用于多频率涡流检测仪器）。
4.1.3　探头
4.1.3.1　应使用内插式探头对热交换器管进行检测。根据检测要求，可选用下列一种或多种探头：
a）带有两个线圈的差动式探头；
b）单线圈绝对式探头（用以检测因修磨而造成的管壁缺陷。若涡流检测仪器能在绝对模式下使用差动式线圈工作，可不必选用单线圈绝对式探头）；
c）其他专门用途的探头，例如轴向缠绕线圈式探头、旋转式探头、扁平线圈式探头、偏磁线圈式探头等。
4.1.3.2　探头的填充系数应不小于0.75。
4.1.3.3　探头线圈宽度应为2.0 mm～3.0 mm。其中差动式探头两线圈之间的间隙应不小于线圈宽度的1/2，且不大于线圈宽度。
4.1.4　探头牵引装置
探头牵引装置应以恒定速度移动探头，且不应造成被检件表面损伤。探头移动速度不应超过涡流检测系统的信号响应速度。
4.1.5　信号显示和指示设备
信号显示和指示设备的频率响应，应使探头在静态和动态时的高峰信号幅值变化小于10%。
4.2　对比试样
4.2.1　对比试样管子应与被检验管子的外径、壁厚相同，并具备相同或相似的材料类型（化学成分和热处理状态）、表面状态以及电磁特性等。
4.2.2　对比试样管子应平直，表面无异物，无影响校准的缺陷。
4.2.3　对比试样管子表面的缺陷程度应被测量和检验，检验记录应保存完整，以备复查。
4.3　检测环境
4.3.1　实施涡流检测的场地温度和相对湿度应控制在仪器设备和被检管子允许的范围内。
4.3.2　检测场地附近不应有影响仪器设备正常工作的磁场、振动、腐蚀性气体或其他干扰。
4.4　检验人员
从事涡流检验的人员应取得符合GB/T 9445要求的资质证书。
5　对比试样
5.1　Ⅰ型对比试样
5.1.1　Ⅰ型对比试样见图1，用于差动模式下对热交换器管表面凹痕类缺陷进行相位分析与评估。

说明：
1——对比试样；
2——模拟环形支承。
图1  Ⅰ型对比试样

5.1.2　Ⅰ型对比试样上人工缺陷的位置和尺寸如下：
a）孔1为一个贯穿管壁的通孔，对外径不大于20 mm的管子，孔径为1.3 mm；对于外径大于20 mm的管子，孔径为1.7 mm；
b）孔2、孔3、孔4均为平底孔，从管子的外壁面钻入，深度分别为80%、60%、40%的管子壁厚，孔径分别为2 mm、2.8 mm、4.8 mm；
c）孔5为四个平底孔，从管子的外壁面钻入，深度为20%管子壁厚，沿管子的周向在同一横截面上成90°均布，孔径为4.8 mm；
d）孔的深度和直径偏差为±0.075 mm；
e）轴向槽位于管子的内壁面，深度为20%管子壁厚，轴向长度为7 mm±0.1 mm；宽度为0.4 mm±0.1 mm；
f）所有人工缺陷的轴向间距应不小于30 mm；管子两端的缺陷至管子端部的距离应不小于60 mm；
g）管子模拟环形支承的材料、宽度应与被检测管子支承板相同。支承环与管子应是滑动配合，其最大直径间隙应为0.4 mm，支承环的径向厚度应不小于20 mm。
5.2　Ⅱ型对比试样
5.2.1　Ⅱ型对比试样为360°环形试样，见图2，用于评估管子表面较大范围因腐蚀或脱落而引起的磨损。图2 a）用于检测管子外壁面磨损，图2 b）用于检测管子内壁面磨损。检测管子内壁面磨损时，宜装配一个与对比试样环段配合的非金属的衬套，衬套内径与管内径一致。
5.2.2　Ⅱ型对比试样上人工缺陷的位置和尺寸如下：
a）图2 a）中的环段1、环段2、环段3、环段4、环段5为从管子外壁面切入的360°环向切槽，槽宽均为60 mm，深度分别为10%、20%、30%、40%、50%的管子壁厚；
b）图2 b）中的环段1、环段2、环段3、环段4、环段5为从管子内壁面切入的360°环向切槽，槽宽均为60 mm，深度分别为10%、20%、30%、40%、50%的管子壁厚；
c）深度偏差应为±0.075 mm，其他尺寸偏差应为±1.6 mm。圆角半径最大为0.5 mm；
d）机加工表面粗糙度为Ra6.3μm；
e）人工缺陷的轴向位置应符合5.1.2 f）的要求；
f）管子上安装的支承环的材料、位置和尺寸等应符合5.1.2 g）的要求。

a）管子外壁面磨损检测对比试样

b）管子内壁面磨损检测对比试样

图2  Ⅱ型对比试样

5.3　Ⅲ型对比试样
5.3.1　Ⅲ型对比试样见图3，一般仅用于评估管子局部腐蚀、磨损。

图3  Ⅲ型对比试样

5.3.2　Ⅲ型对比试样上人工缺陷的位置和尺寸如下：
a）段1～段6为从管子外壁面沿直径方向切削掉的扁平段，轴向宽度均为60 mm，切削深度h分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%的管子壁厚；
b）段7为从管子内壁面切入的一段环向切槽，轴向槽宽为60 mm，环向宽度b为7 mm；深度为20%的管子壁厚；
c）其他应符合5.2.2 c）～f）的要求。
5.4　Ⅳ型对比试样
5.4.1　Ⅳ型对比试样用一段管子制成，在外表面沿轴向和周向开有狭槽（见图4），用于检测管子轴向和周向裂纹缺陷。

图4  Ⅳ型对比试样

5.4.2　Ⅳ型对比试样上人工缺陷的位置和尺寸如下：
a）周向槽1～周向槽5的深度分别为20%、40%、60%、80%和100%的管子壁厚，深度偏差为±0.1 mm；轴向宽度为0.2±0.1 mm；周向角度范围为90°；槽与槽的间隔为30 mm；
b）轴向槽1～轴向槽5的深度分别为20%、40%、60%、80%和100%的管子壁厚，深度偏差为±0.1 mm；轴向长度为7±0.1 mm；宽度为0.4±0.1 mm；槽与槽的间隔为30 mm；
c）管子两端的缺陷至管子端部的距离应不小于60 mm；
d）管子模拟环形支承的材料、宽度应与被检测管子支承板相同。支承环与管子应是滑动配合，支承环的径向厚度应不小于20 mm，支承环与管子的最大直径间隙应为0.4 mm。
6　检验程序和方法
6.1　检验前准备
6.1.1　检验前，应通过热交换器技术资料确定以下内容：
   a）管子材料类型、尺寸、壁厚、长度、布置；
   b）被检管子的数量；
   c）管子夹板和支承的位置和数量；
   d）重要检查点的位置。
6.1.2　检验前，应对管子进行清洗和干燥，保证内部无障碍，使得涡流检测探头能顺畅通过。
6.1.3　应对管子进行编号、标识。
6.1.4　涡流检验程序应经具有专业资质的涡流检验人员认可。涡流检验程序应包含以下信息：
a）被检验管子的材料类型（化学成分和热处理状态），外径和壁厚；
b）探头规格和类型，包括制造商和产品编号，以及线圈尺寸，间隙等；
c）测试频率；
d）涡流检测仪器的制造商、型号；
e）扫描方法（例如手动探头或自动探头），若使用自动探头，应明确制造商、型号和移动速度；
f）校准方法和对比试样；
g）数据记录仪器和方法；
h）数据记录要求；
i）检验结果处理方法；
j）管子编号方法；
k）需要描述可能影响涡流检测结果的任何变化或要求；
l）具有资质的涡流检验人员的签名。
6.1.5　检测仪器应在计量检定的有效期内。
6.1.6　若采用非本标准中规定的其他类型的对比试样，应由供需双方协商确定。
6.2　涡流检测系统校准
6.2.1　设备选择
应根据被检验管子缺陷类型选取检测设备，检测设备应符合4.1的相关要求。所有检验和被检管子均应有记录。
6.2.2　校准
6.2.2.1　一般规定
涡流检测系统的校准应根据被检验管子缺陷类型，按第5章中规定的对比试样类型进行。校准应在每次检测前按6.2.2.2～6.2.2.4中规定的一种或多种方法进行。
6.2.2.2　差动模式探头校准
差动模式涡流检测系统的校准应符合下列要求：
a）测试频率按公式（1）计算：
                                    …………………………………………………………（1）
式中：
  ——测试频率，单位为千赫兹（kHz）；
  ——管子电阻系数，单位为微欧姆厘米（µΩ•cm）。
  ——管子壁厚，单位为毫米（mm）。
b）频率的选择应使得Ⅰ型对比试样20%壁厚平底孔信号矢量角度与贯穿管壁通孔信号之间顺时针方向的角度范围控制在90°～120°范围内；
c）涡流检测系统在Ⅰ型对比试样20%壁厚平底孔处的最小信噪比为3/1。若适用，信号电压应达到4 V～6 V。对比试样缺陷的信号相位及幅值应清晰可见，无饱和状态出现；
d）探头移动导致的信号反应是水平的，贯穿管壁通孔的信号轨迹应先向右下再向左上；
e）为抑制管子支承信号应进行信号混合。信号混合应通过二级相减频率来实现。当管子支承环布置在Ⅰ型对比试样20%壁厚平底孔中心时，信号应被清晰地识别和测量，以证明足够的信号混合；
f）对校准数据进行记录，绘制缺陷深度评估曲线（参见图A.1）。缺陷深度百分比和相位角度分别为曲线的纵轴和横轴。若测量设备带有矢量分析仪和理论校准曲线，且其理论校准曲线与对比试样的不连续信号曲线控制在±2°相位角范围内，则设备的理论校准曲线可用来代替绘制的信号曲线进行缺陷深度评估。
6.2.2.3　绝对模式探头校准
绝对模式涡流检测系统的校准应符合下列要求：
a）测试频率应小于6.2.2.2 e）中规定的差动模式的测试频率。经涡流检测人员认可，也可采用其他频率；
b）为抑制管子支承信号应进行信号混合。用于混合的副频大致相当于测试主频率的一半。经涡流检测人员认可，也可采用其他频率；
c）涡流检测系统在对比试样20%壁厚平底孔处的最小信噪比为3/1。每个缺陷的信号应清晰易辨，且不达到饱和；
d）探头移动导致的信号反应是水平的，缺陷信号轨迹应向上；
e）当管子支承环布置在缺陷处时，最小缺陷应能被清晰检测和评估。当采用Ⅲ型对比试样时，支承环的中心应布置在最小缺陷处；当采用Ⅱ型对比试样时，支承环应在最小缺陷边缘处重叠；
f）对校准数据进行记录，绘制缺陷深度评估曲线（参见图A.2）。
6.2.2.4　裂纹检测的专用探头校准
裂纹检测的涡流检测系统校准应符合下列要求：
a）探头设计和采用的测试频率应至少清晰检测出Ⅳ型对比试样中的每个狭槽（20%管子壁厚的狭槽除外）；
b）涡流检测设备应能对Ⅳ型对比试样中的每个狭槽产生清晰的非饱和响应信号（20%管子壁厚的狭槽除外），且最小信噪比为3/1；
c）探头移动导致的信号反应是水平的；
d）当管子支承环的中心位于某个狭槽处时，应确保该狭槽能被清晰检测和评估。
6.2.3　重新校准
以下情况应对涡流检测系统进行重新校准：
a）每次检测开始前和结束后；
b）设备无人看管时；
c）当涡流检测系统发生中断等故障后；
d）怀疑检测设备运行不正常时；
e）连续检测时，每4 h重新校准一次；
f）检验人员认为有必要时。
6.3　噪声干扰
若检测过程中发生的噪声影响了信号分析结果，检测应中断直至噪声问题解决。
6.4　检测方法
6.4.1　局部缺陷检测
6.4.1.1　局部缺陷检测方法适用于对管子内部和外部局部缺陷的深度进行检测和评估。局部缺陷包括局部凹痕、磨损、变薄等。
6.4.1.2　使用差动模式检测时，应按Ⅰ型或Ⅲ型对比试样对系统进行校准，校准程序应符合6.2.2.2的规定。
6.4.1.3　缺陷深度按6.2.2.2中的缺陷深度评估曲线进行评估。
6.4.2　减薄深度检测
6.4.2.1　减薄深度检测方法适用于管子截面壁厚减薄深度检测。
6.4.2.2　减薄深度检测应使用绝对检测模式。
6.4.2.3　检测系统应从Ⅱ型对比试样中选择适当的对比试样进行校准，校准程序应符合6.2.2.3的规定。
6.4.2.4　减薄深度按6.2.2.3中绘制的缺陷深度评估曲线进行评估。
6.4.3　裂纹检测
6.4.3.1　裂纹缺陷检测方法适用于对热交换器管子局部区域的裂纹缺陷进行全方位检测。
6.4.3.2　检测系统应按Ⅳ型对比试样进行校准，校准程序应符合6.2.2.4的规定。
6.4.3.3　使用管子模拟环形支承时，应确保对比试样上的狭槽在支承环临近和下面部位能被可靠地检测到。
6.4.3.4　检测过程中，任意类似裂纹缺陷的信号均应被记录下来。
6.4.4　渗透性变化评估
6.4.4.1　对影响涡流渗透变化的含有弱铁磁性管子进行评估时，应采用偏磁线圈式探头，且与6.4.1～6.4.3描述的探头操作方法结合起来使用。
6.4.4.2　偏磁探头检测系统应按Ⅰ型对比试样进行校准，校准程序应符合6.2.2.2的规定。
7　检测结果评定
7.1　评定依据
管子缺陷评定以对比试样所作出的标准曲线图为依据。
7.2　合格判据
7.2.1　符合以下要求的被检管子为涡流检测合格品：
a）对于差动检测模式，缺陷评估曲线的相位角偏差范围不超过±5°；
b）对于绝对检测模式，对比试样中间范围的缺陷信号幅值偏差不超过±10%。
7.2.2　对于不符合上述验收标准的管子，应重新校准涡流检测系统后进行复检；若复检后仍不符合要求，则判定被检测管子为涡流检测不合格品。
8　检测报告
热交换器管涡流检测报告一般应包括以下内容：
a）委托单位；
b）舰船舷号；
c）热交换器的名称、型号和制造厂家；
d）热交换器上被检管子的数量和编号；
e）被检管子的规格、材质和热处理状态等；
f）涡流检测设备名称、型号和编号，以及探头规格、类型和编号；
g）校准方法和对比试样的类型，以及检测使用的参数（频率、增益、速度等）；
h）管子支承布置情况，以及管子检测部位详细标识说明；
i）检测结果及其验收标准（包括管子缺陷类型、缺陷深度、评定结果等详细情况）；
j）检测人员和责任人员；
k）检验机构或单位；
l）检验日期。

附录 A
（资料性附录）
缺陷深度评估曲线

A.1　差动模式探头校准下的典型缺陷深度评估曲线见图A.1。

图A.1  差动模式探头校准下的典型缺陷深度评估曲线
A.2　绝对模式探头校准下的典型缺陷深度评估曲线见图A.2。

图A.2  绝对模式探头校准下的典型缺陷深度评估曲线