艦船用熱交換器管道的渦流檢驗方法(報審稿)

只看該作者 · 2013-5-17 08:44:01

前言
本標準的附錄A為資料性附錄。
本標準由中國船舶工業集團公司提出。
本標準由中國船舶工業綜合技術經濟研究院歸口。
本標準起草單位：中國船舶工業綜合技術經濟研究院。
本標準主要起草人：魏華興、孫猛。

艦船用熱交換器管的渦流檢驗方法

1　范圍
本標準規定了艦船用熱交換器管（以下簡稱熱交換器管）渦流檢驗的一般要求、檢驗程序和方法、檢測結果評定等。
本標準適用于非鐵磁性材料(例如銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等)制成的在役熱交換器直管的渦流檢驗，不適用于翅片管（含肋片管）、波紋管、螺旋管的渦流檢驗。
2　規范性引用文件
下列文件中的條款通過本規范的引用而成為本規范的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包含勘誤的內容）或修訂版均不適用于本規范，然而，鼓勵根據本規范達成協議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本規范。
GB/T 9445  無損檢測人員資格鑒定與認證
GB/T 12604.6—2008  無損檢測  術語  渦流檢測
GB/T 14480  渦流探傷系統性能測試方法
3　術語和定義
GB/T 12604.6—2008界定的以及下列術語和定義適用于本標準。
3.1　
絕對模式  absolute mode
渦流檢測探頭的信號根據檢測的一段管子(包括毗連的結構件和具有傳導性能的殼體)的總電磁特性進行響應的模式。
注：絕對模式對于較淺或變化不明顯的管壁缺陷、支承結構件和具有傳導性能的殼體是很靈敏的。
3.2　
差動模式  differential mode
渦流檢測探頭的兩個線圈反向串聯在一起，同時對被檢件臨近區域進行檢測，因電磁信號差異而使系統產生不平衡指標的模式。
   注：差動模式對于明顯的不連續變化非常靈敏，可以獲得敏感的缺陷信號。
3.3　
缺陷  defect
管子局部出現的不連續之處，例如管壁變薄、凹痕或裂紋等，該處的尺寸、形狀、方向、位置或性能已不符合設計標準要求，對管子的用途會造成不利影響。
3.4　
對比試樣  calibration sample
帶有預制缺陷的代表性管子，用來對渦流檢測儀器進行設定和校準。
3.5　
線圈  coil
渦流檢測探頭的電子線圈，可在檢測部位產生電渦流從而檢測出該部位的電磁響應。
3.6　
信噪比  signal-to-noise ratio
信號幅值與噪聲值的比值。
3.7　
信號混合  signal mix
通過清除或抑制不良信號，采取多個頻率對渦流檢測信號進行矢量混合或相減以增強信噪比的方法。
4　一般要求
4.1　渦流檢測系統
4.1.1　一般規定
4.1.1.1　渦流檢測系統應具有激勵、放大、信號處理、信號顯示、聲光報警與信號輸出等功能。
4.1.1.2　渦流檢測系統及有關儀器性能的測試方法按GB/T 14480的有關要求進行。
4.1.2　渦流檢測儀器
4.1.2.1　渦流檢測儀器應按制造廠商的使用說明書進行復驗（例如靈敏度、重復性等）。
4.1.2.2　渦流檢測儀器可選用單頻率或多頻率渦流檢測儀器，應滿足以下要求：
a）能在需要的試驗頻率下工作；
b）能連續或同時在差動模式和絕對模式下工作。能同時以多頻率在差動模式和絕對模式下檢測的儀器可不用進行復驗（僅適用于多頻率渦流檢測儀器）；
c）能自動或手動地平衡阻抗電橋；
d）能進行360°相位變化；
e）能調整渦流信號幅值；
f）能抑制或消除混合信號中不需要的信號（僅適用于多頻率渦流檢測儀器）。
4.1.3　探頭
4.1.3.1　應使用內插式探頭對熱交換器管進行檢測。根據檢測要求，可選用下列一種或多種探頭：
a）帶有兩個線圈的差動式探頭；
b）單線圈絕對式探頭（用以檢測因修磨而造成的管壁缺陷。若渦流檢測儀器能在絕對模式下使用差動式線圈工作，可不必選用單線圈絕對式探頭）；
c）其他專門用途的探頭，例如軸向纏繞線圈式探頭、旋轉式探頭、扁平線圈式探頭、偏磁線圈式探頭等。
4.1.3.2　探頭的填充系數應不小于0.75。
4.1.3.3　探頭線圈寬度應為2.0 mm～3.0 mm。其中差動式探頭兩線圈之間的間隙應不小于線圈寬度的1/2，且不大于線圈寬度。
4.1.4　探頭牽引裝置
探頭牽引裝置應以恒定速度移動探頭，且不應造成被檢件表面損傷。探頭移動速度不應超過渦流檢測系統的信號響應速度。
4.1.5　信號顯示和指示設備
信號顯示和指示設備的頻率響應，應使探頭在靜態和動態時的高峰信號幅值變化小于10%。
4.2　對比試樣
4.2.1　對比試樣管子應與被檢驗管子的外徑、壁厚相同，并具備相同或相似的材料類型（化學成分和熱處理狀態）、表面狀態以及電磁特性等。
4.2.2　對比試樣管子應平直，表面無異物，無影響校準的缺陷。
4.2.3　對比試樣管子表面的缺陷程度應被測量和檢驗，檢驗記錄應保存完整，以備復查。
4.3　檢測環境
4.3.1　實施渦流檢測的場地溫度和相對濕度應控制在儀器設備和被檢管子允許的范圍內。
4.3.2　檢測場地附近不應有影響儀器設備正常工作的磁場、振動、腐蝕性氣體或其他干擾。
4.4　檢驗人員
從事渦流檢驗的人員應取得符合GB/T 9445要求的資質證書。
5　對比試樣
5.1　Ⅰ型對比試樣
5.1.1　Ⅰ型對比試樣見圖1，用于差動模式下對熱交換器管表面凹痕類缺陷進行相位分析與評估。

說明：
1——對比試樣；
2——模擬環形支承。
圖1  Ⅰ型對比試樣

5.1.2　Ⅰ型對比試樣上人工缺陷的位置和尺寸如下：
a）孔1為一個貫穿管壁的通孔，對外徑不大于20 mm的管子，孔徑為1.3 mm；對于外徑大于20 mm的管子，孔徑為1.7 mm；
b）孔2、孔3、孔4均為平底孔，從管子的外壁面鉆入，深度分別為80%、60%、40%的管子壁厚，孔徑分別為2 mm、2.8 mm、4.8 mm；
c）孔5為四個平底孔，從管子的外壁面鉆入，深度為20%管子壁厚，沿管子的周向在同一橫截面上成90°均布，孔徑為4.8 mm；
d）孔的深度和直徑偏差為±0.075 mm；
e）軸向槽位于管子的內壁面，深度為20%管子壁厚，軸向長度為7 mm±0.1 mm；寬度為0.4 mm±0.1 mm；
f）所有人工缺陷的軸向間距應不小于30 mm；管子兩端的缺陷至管子端部的距離應不小于60 mm；
g）管子模擬環形支承的材料、寬度應與被檢測管子支承板相同。支承環與管子應是滑動配合，其最大直徑間隙應為0.4 mm，支承環的徑向厚度應不小于20 mm。
5.2　Ⅱ型對比試樣
5.2.1　Ⅱ型對比試樣為360°環形試樣，見圖2，用于評估管子表面較大范圍因腐蝕或脫落而引起的磨損。圖2 a）用于檢測管子外壁面磨損，圖2 b）用于檢測管子內壁面磨損。檢測管子內壁面磨損時，宜裝配一個與對比試樣環段配合的非金屬的襯套，襯套內徑與管內徑一致。
5.2.2　Ⅱ型對比試樣上人工缺陷的位置和尺寸如下：
a）圖2 a）中的環段1、環段2、環段3、環段4、環段5為從管子外壁面切入的360°環向切槽，槽寬均為60 mm，深度分別為10%、20%、30%、40%、50%的管子壁厚；
b）圖2 b）中的環段1、環段2、環段3、環段4、環段5為從管子內壁面切入的360°環向切槽，槽寬均為60 mm，深度分別為10%、20%、30%、40%、50%的管子壁厚；
c）深度偏差應為±0.075 mm，其他尺寸偏差應為±1.6 mm。圓角半徑最大為0.5 mm；
d）機加工表面粗糙度為Ra6.3μm；
e）人工缺陷的軸向位置應符合5.1.2 f）的要求；
f）管子上安裝的支承環的材料、位置和尺寸等應符合5.1.2 g）的要求。

a）管子外壁面磨損檢測對比試樣

b）管子內壁面磨損檢測對比試樣

圖2  Ⅱ型對比試樣

5.3　Ⅲ型對比試樣
5.3.1　Ⅲ型對比試樣見圖3，一般僅用于評估管子局部腐蝕、磨損。

圖3  Ⅲ型對比試樣

5.3.2　Ⅲ型對比試樣上人工缺陷的位置和尺寸如下：
a）段1～段6為從管子外壁面沿直徑方向切削掉的扁平段，軸向寬度均為60 mm，切削深度h分別為10%、20%、30%、40%、50%、60%的管子壁厚；
b）段7為從管子內壁面切入的一段環向切槽，軸向槽寬為60 mm，環向寬度b為7 mm；深度為20%的管子壁厚；
c）其他應符合5.2.2 c）～f）的要求。
5.4　Ⅳ型對比試樣
5.4.1　Ⅳ型對比試樣用一段管子制成，在外表面沿軸向和周向開有狹槽（見圖4），用于檢測管子軸向和周向裂紋缺陷。

圖4  Ⅳ型對比試樣

5.4.2　Ⅳ型對比試樣上人工缺陷的位置和尺寸如下：
a）周向槽1～周向槽5的深度分別為20%、40%、60%、80%和100%的管子壁厚，深度偏差為±0.1 mm；軸向寬度為0.2±0.1 mm；周向角度范圍為90°；槽與槽的間隔為30 mm；
b）軸向槽1～軸向槽5的深度分別為20%、40%、60%、80%和100%的管子壁厚，深度偏差為±0.1 mm；軸向長度為7±0.1 mm；寬度為0.4±0.1 mm；槽與槽的間隔為30 mm；
c）管子兩端的缺陷至管子端部的距離應不小于60 mm；
d）管子模擬環形支承的材料、寬度應與被檢測管子支承板相同。支承環與管子應是滑動配合，支承環的徑向厚度應不小于20 mm，支承環與管子的最大直徑間隙應為0.4 mm。
6　檢驗程序和方法
6.1　檢驗前準備
6.1.1　檢驗前，應通過熱交換器技術資料確定以下內容：
   a）管子材料類型、尺寸、壁厚、長度、布置；
   b）被檢管子的數量；
   c）管子夾板和支承的位置和數量；
   d）重要檢查點的位置。
6.1.2　檢驗前，應對管子進行清洗和干燥，保證內部無障礙，使得渦流檢測探頭能順暢通過。
6.1.3　應對管子進行編號、標識。
6.1.4　渦流檢驗程序應經具有專業資質的渦流檢驗人員認可。渦流檢驗程序應包含以下信息：
a）被檢驗管子的材料類型（化學成分和熱處理狀態），外徑和壁厚；
b）探頭規格和類型，包括制造商和產品編號，以及線圈尺寸，間隙等；
c）測試頻率；
d）渦流檢測儀器的制造商、型號；
e）掃描方法（例如手動探頭或自動探頭），若使用自動探頭，應明確制造商、型號和移動速度；
f）校準方法和對比試樣；
g）數據記錄儀器和方法；
h）數據記錄要求；
i）檢驗結果處理方法；
j）管子編號方法；
k）需要描述可能影響渦流檢測結果的任何變化或要求；
l）具有資質的渦流檢驗人員的簽名。
6.1.5　檢測儀器應在計量檢定的有效期內。
6.1.6　若采用非本標準中規定的其他類型的對比試樣，應由供需雙方協商確定。
6.2　渦流檢測系統校準
6.2.1　設備選擇
應根據被檢驗管子缺陷類型選取檢測設備，檢測設備應符合4.1的相關要求。所有檢驗和被檢管子均應有記錄。
6.2.2　校準
6.2.2.1　一般規定
渦流檢測系統的校準應根據被檢驗管子缺陷類型，按第5章中規定的對比試樣類型進行。校準應在每次檢測前按6.2.2.2～6.2.2.4中規定的一種或多種方法進行。
6.2.2.2　差動模式探頭校準
差動模式渦流檢測系統的校準應符合下列要求：
a）測試頻率按公式（1）計算：
                                    …………………………………………………………（1）
式中：
  ——測試頻率，單位為千赫茲（kHz）；
  ——管子電阻系數，單位為微歐姆厘米（μΩ?cm）。
  ——管子壁厚，單位為毫米（mm）。
b）頻率的選擇應使得Ⅰ型對比試樣20%壁厚平底孔信號矢量角度與貫穿管壁通孔信號之間順時針方向的角度范圍控制在90°～120°范圍內；
c）渦流檢測系統在Ⅰ型對比試樣20%壁厚平底孔處的最小信噪比為3/1。若適用，信號電壓應達到4 V～6 V。對比試樣缺陷的信號相位及幅值應清晰可見，無飽和狀態出現；
d）探頭移動導致的信號反應是水平的，貫穿管壁通孔的信號軌跡應先向右下再向左上；
e）為抑制管子支承信號應進行信號混合。信號混合應通過二級相減頻率來實現。當管子支承環布置在Ⅰ型對比試樣20%壁厚平底孔中心時，信號應被清晰地識別和測量，以證明足夠的信號混合；
f）對校準數據進行記錄，繪制缺陷深度評估曲線（參見圖A.1）。缺陷深度百分比和相位角度分別為曲線的縱軸和橫軸。若測量設備帶有矢量分析儀和理論校準曲線，且其理論校準曲線與對比試樣的不連續信號曲線控制在±2°相位角范圍內，則設備的理論校準曲線可用來代替繪制的信號曲線進行缺陷深度評估。
6.2.2.3　絕對模式探頭校準
絕對模式渦流檢測系統的校準應符合下列要求：
a）測試頻率應小于6.2.2.2 e）中規定的差動模式的測試頻率。經渦流檢測人員認可，也可采用其他頻率；
b）為抑制管子支承信號應進行信號混合。用于混合的副頻大致相當于測試主頻率的一半。經渦流檢測人員認可，也可采用其他頻率；
c）渦流檢測系統在對比試樣20%壁厚平底孔處的最小信噪比為3/1。每個缺陷的信號應清晰易辨，且不達到飽和；
d）探頭移動導致的信號反應是水平的，缺陷信號軌跡應向上；
e）當管子支承環布置在缺陷處時，最小缺陷應能被清晰檢測和評估。當采用Ⅲ型對比試樣時，支承環的中心應布置在最小缺陷處；當采用Ⅱ型對比試樣時，支承環應在最小缺陷邊緣處重疊；
f）對校準數據進行記錄，繪制缺陷深度評估曲線（參見圖A.2）。
6.2.2.4　裂紋檢測的專用探頭校準
裂紋檢測的渦流檢測系統校準應符合下列要求：
a）探頭設計和采用的測試頻率應至少清晰檢測出Ⅳ型對比試樣中的每個狹槽（20%管子壁厚的狹槽除外）；
b）渦流檢測設備應能對Ⅳ型對比試樣中的每個狹槽產生清晰的非飽和響應信號（20%管子壁厚的狹槽除外），且最小信噪比為3/1；
c）探頭移動導致的信號反應是水平的；
d）當管子支承環的中心位于某個狹槽處時，應確保該狹槽能被清晰檢測和評估。
6.2.3　重新校準
以下情況應對渦流檢測系統進行重新校準：
a）每次檢測開始前和結束后；
b）設備無人看管時；
c）當渦流檢測系統發生中斷等故障后；
d）懷疑檢測設備運行不正常時；
e）連續檢測時，每4 h重新校準一次；
f）檢驗人員認為有必要時。
6.3　噪聲干擾
若檢測過程中發生的噪聲影響了信號分析結果，檢測應中斷直至噪聲問題解決。
6.4　檢測方法
6.4.1　局部缺陷檢測
6.4.1.1　局部缺陷檢測方法適用于對管子內部和外部局部缺陷的深度進行檢測和評估。局部缺陷包括局部凹痕、磨損、變薄等。
6.4.1.2　使用差動模式檢測時，應按Ⅰ型或Ⅲ型對比試樣對系統進行校準，校準程序應符合6.2.2.2的規定。
6.4.1.3　缺陷深度按6.2.2.2中的缺陷深度評估曲線進行評估。
6.4.2　減薄深度檢測
6.4.2.1　減薄深度檢測方法適用于管子截面壁厚減薄深度檢測。
6.4.2.2　減薄深度檢測應使用絕對檢測模式。
6.4.2.3　檢測系統應從Ⅱ型對比試樣中選擇適當的對比試樣進行校準，校準程序應符合6.2.2.3的規定。
6.4.2.4　減薄深度按6.2.2.3中繪制的缺陷深度評估曲線進行評估。
6.4.3　裂紋檢測
6.4.3.1　裂紋缺陷檢測方法適用于對熱交換器管子局部區域的裂紋缺陷進行全方位檢測。
6.4.3.2　檢測系統應按Ⅳ型對比試樣進行校準，校準程序應符合6.2.2.4的規定。
6.4.3.3　使用管子模擬環形支承時，應確保對比試樣上的狹槽在支承環臨近和下面部位能被可靠地檢測到。
6.4.3.4　檢測過程中，任意類似裂紋缺陷的信號均應被記錄下來。
6.4.4　滲透性變化評估
6.4.4.1　對影響渦流滲透變化的含有弱鐵磁性管子進行評估時，應采用偏磁線圈式探頭，且與6.4.1～6.4.3描述的探頭操作方法結合起來使用。
6.4.4.2　偏磁探頭檢測系統應按Ⅰ型對比試樣進行校準，校準程序應符合6.2.2.2的規定。
7　檢測結果評定
7.1　評定依據
管子缺陷評定以對比試樣所作出的標準曲線圖為依據。
7.2　合格判據
7.2.1　符合以下要求的被檢管子為渦流檢測合格品：
a）對于差動檢測模式，缺陷評估曲線的相位角偏差范圍不超過±5°；
b）對于絕對檢測模式，對比試樣中間范圍的缺陷信號幅值偏差不超過±10%。
7.2.2　對于不符合上述驗收標準的管子，應重新校準渦流檢測系統后進行復檢；若復檢后仍不符合要求，則判定被檢測管子為渦流檢測不合格品。
8　檢測報告
熱交換器管渦流檢測報告一般應包括以下內容：
a）委托單位；
b）艦船舷號；
c）熱交換器的名稱、型號和制造廠家；
d）熱交換器上被檢管子的數量和編號；
e）被檢管子的規格、材質和熱處理狀態等；
f）渦流檢測設備名稱、型號和編號，以及探頭規格、類型和編號；
g）校準方法和對比試樣的類型，以及檢測使用的參數（頻率、增益、速度等）；
h）管子支承布置情況，以及管子檢測部位詳細標識說明；
i）檢測結果及其驗收標準（包括管子缺陷類型、缺陷深度、評定結果等詳細情況）；
j）檢測人員和責任人員；
k）檢驗機構或單位；
l）檢驗日期。

附錄 A
（資料性附錄）
缺陷深度評估曲線

A.1　差動模式探頭校準下的典型缺陷深度評估曲線見圖A.1。

圖A.1  差動模式探頭校準下的典型缺陷深度評估曲線
A.2　絕對模式探頭校準下的典型缺陷深度評估曲線見圖A.2。

圖A.2  絕對模式探頭校準下的典型缺陷深度評估曲線