TCSCP 0003-2024 鋼質(zhì)管道非破壞極限承載能力檢測評價方法

DetectionandEvaluationmethodofnon-destructiveUltimatebearingcapacity2024年2月26日發(fā)布2024年2月26日實施T/CSCP0003--2024本文件參照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》，GB/T20001.4-2015《標準編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標準》給出的規(guī)則起草。本標準由河北省特種設備監(jiān)督檢驗研究院、北京科技大學和中國特種設備檢測研究院共同提出。本標準由中國腐蝕與防護學會標準化技術委員會歸口。本標準起草單位：河北省特種設備監(jiān)督檢驗研究院、北京科技大學和中國特種設備檢測研究院。本標準主要起草人：王昱、孫占遠、劉智勇、王立賢、王胤森、李廣濤、李寧寧、趙博、劉超、代文賀、郭超、賈沈鹿、賈寶利、王同軍、馬君、王文娜。本標準為首次發(fā)布。1T/CSCP0003--2024鋼質(zhì)管道非破壞極限承載能力檢測評價方法本文件規(guī)定了鋼質(zhì)管道元件承載能力非破壞檢測的術語和定義、原理、評價方法、承載能力預測及驗證的方法。本文件適用于管線鋼、碳鋼、奧氏體不銹鋼、鋁及鋁合金管道元件的極限承載能力非破壞檢測與評價方法研究。本文件適用于鋼質(zhì)管道元件在服役前或服役后的極限承載能力非破壞檢測與評價方法研究。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T150.1壓力容器第1部分：通用要求GB/T26929壓力容器術語GB/T20801.5壓力管道規(guī)范工業(yè)管道第五部分：檢驗與試驗GB/T241金屬管液壓試驗方法GB/T30821無損檢測數(shù)字圖像處理與通信GB/T22039航空輪胎激光數(shù)字無損檢測方法TSGD7002壓力管道元件型式試驗規(guī)則3術語和定義GB/T26929、GB/T150.1界定的以及下列術語和定義適用于本文件。管道元件在充壓過程中，某一方向上微小線段因變形產(chǎn)生的長度增量與原長度的比值。局部出現(xiàn)的尚未導致宏觀變形且未破壞管件的服役性能的應變。管道元件經(jīng)爆破試驗后，所能承受的最大壓力值。根據(jù)管道元件的信息，采用相應的非破壞試驗壓力進行充壓下的承載能力試驗。不斷增加試驗壓力，直至是金屬管出現(xiàn)滲漏或爆裂的試驗。[來源：GB/T241—2007，3.7]2T/CSCP00033.7異常變形區(qū)域abnormaldeformationregion3.8正常變形區(qū)域normaldeformationregion4.1管道元件非破壞極限承載能力檢測工作應滿足TSGD7002等國家相關法規(guī)標準的規(guī)定。4.2本方法用于評估管道元件的極限承載能力，包括三通、彎頭、直縫鋼管以及螺旋縫鋼4.3非破壞極限承載能力檢測是指：通過使用DIC技術結合小尺寸試樣得出微應變評價模型，通過管抽樣檢驗、記錄和報告，流程如圖1所示。5管件信息和測試條件3管道材質(zhì)彎頭圖2微應變測試裝置圖將兩個高分辨率的2448×2048像素CCD攝像機作為一組DIC圖像采集設備，將多組DIC圖像采集攝像頭放置在待測量管件觀測區(qū)周圍的專用門架上，采用LED燈進行照明，對管件表面進行360°監(jiān)測。數(shù)字圖像相關方法原理如附錄A所示。6.2.2對于焊接管件，需要先對焊縫進行滲透檢測或超聲波檢測等無損檢驗方式，確保焊縫焊接質(zhì)量良4T/CSCP0003--20246.3.2在管件的塑性變形區(qū)域噴涂均勻的亞光白色底漆，確保底漆顏色均勻、無斑點形雜色區(qū)。6.3.3晾干后噴灑黑色散斑，確保黑色散斑細小且分布隨機，每個像素區(qū)域有2-4個散斑為宜。注：白色底漆是為了覆蓋試樣表面的金屬光澤以免影響DIC圖像的采集。6.3.4將多組DIC圖像采集設備放置在待測量管件觀測區(qū)周圍的專用門架上，采用LED燈進行照明。然后開啟圖像采集。6.3.5DIC圖像采集的同時開始進行管道充壓。通過增壓系統(tǒng)控制給管道元件增壓，其增壓能力和壓力傳感器精度、采集量程等應滿足GB/T241金屬管液壓試驗方法的一般要求。6.3.6繼續(xù)提升管道元件內(nèi)部壓力，直到出現(xiàn)微形變。當管道元件局部微應變或正常變形達到0.25%時，停止實驗。6.3.7得到微變形管道元件的應變分布云圖，分析應變分布云圖，判斷是否存在異常變形區(qū)域。如存在異常變形區(qū)域，則采用下述方法計算應變集中程度。6.4計算應變集中程度采用應變集中系數(shù)k對應變集中程度進行量化：其中，為應變集中處的最大應變，為均勻變形處的應變。7評估方法將步驟6.4計算的應變集中系數(shù)k進行評估，評估方法如下表所示：表2微應變測試評估方法R1>k≥1R228管道爆破試驗8.1爆破試驗管件數(shù)量表3爆破試驗管件數(shù)量抽取50%評估結果為存疑的管件進行爆破檢驗，另外50%根據(jù)檢驗結果進行處置。8.2爆破試驗流程爆破試驗流程按照GB/T241金屬管液壓試驗方法進行。T/CSCP0003--20249實驗報告試驗報告應當包括下列內(nèi)容：c）試驗編號；d）試驗方法，包括表面微形變基準線A；e）試樣的標識及描繪（規(guī)格、材質(zhì)、類型f）試驗升壓曲線及表面微形變二維圖；g）試驗件變形前后外觀照片；h）試件極限承載能力的評判結果，包括定性和定量的評定。6(資料性)數(shù)字圖像相關方法原理A.1DIC采集系統(tǒng)DIC采集系統(tǒng)由三角支架、CCD相機和計算機組成，如圖A.1所示。試驗過程中通過CCD相機對試件進行垂直拍照并將采集的散斑照片實時保存在計算機中。DIC作為一種目標跟蹤技術，在概念上非常簡單，是通過比較試件變形前后的散斑圖像間差異來計算試件的位移變化量信息。圖A.1DIC圖像采集系統(tǒng)當物體受到外載荷作用時，待測物體的散斑會隨著待測物體的變形而發(fā)生形變，因此常通過觀測散斑圖像的變化獲得物體的變形信息。在散斑圖案變形前后的相關性匹配計算之前，需要對目標散斑圖進行合理的劃分子集，其中子集的大小通常為步長的4倍。DIC的匹配計算過程如圖A.2所示，在散斑圖像中選取目標子集(紅色方框)和目標像素點(紅色點),其中圖A.2右邊兩張散斑圖為變形之后形貌，通過匹配物體變形前后散斑圖中目標子集與目標像素點位置變化計算該子集在x、y、z三個方向的位移偏置量。以此類推，通過計算觀測區(qū)域內(nèi)每個子集的位移偏移量可以計算出整個待測區(qū)域的位移場及應變場。78T/CSCP0003--2024在進行參考圖像與目標圖像的相關匹配過程中，是通過對相關函數(shù)進行最小值求解來匹配最相關的子區(qū)。當參考圖像與目標圖像的子區(qū)間完全匹配時，灰度差的絕對值總和是最小的。因此，常將灰度差的絕對值總和達到最小作為確定最相關子區(qū)的判據(jù)。表A.1介紹了三種常見的相關函數(shù)公式，用于參考圖像與目標圖像的相關匹配。在選擇判據(jù)函數(shù)時，需要根據(jù)具體情況考慮各種因素，并權衡可靠性、抗干擾性和計算速度等要求。表A.1三種常見的相關函數(shù)表x1y1x1y132k12k12k12k132k12k12k12k12 9表B.1缺陷尺寸110T/CSCP0003--2024集。矩形截面試樣的子集大小為23×23像素，步長為5像素。B.1.3.4拉伸測試后，將試樣從LETRY-NL100試驗裝置中取出，得到拉伸曲線數(shù)據(jù)和采集到的圖B.1.3.5使用Vic-3D軟件對采集的圖像進行相關性分析，獲得變形后的應變分布，得到應變分布云B.1.4建立預測模型B.1.4.1對試樣應力進行計算，計算公式如下所示：00式中：F為試樣所受瞬時受力，A0為試樣標距段橫截面積。通過該式得到全壁厚試樣和缺陷試樣的拉伸曲線。B.1.4.2為了建立缺陷尺寸與外加應變的關系，無缺陷試樣的應變?nèi)缡紹.2所示：F（B.2）0EEA0式中：ε為試樣瞬時應變；為無缺陷試樣所受瞬時應力；E為材料的彈性模量。而對于含缺陷試樣，定義當量缺陷因子r*，r*的計算公式如式B.3所示：B.3）式中，Ac為缺陷的最大橫截面積；0為試樣的抗拉強度；為缺陷強度，一般與缺陷類型有關，例如，本文中引入的缺陷拉伸試樣中的缺陷強度視為0，而實際管道中焊縫引起的缺陷強度略大于試樣的抗拉強度。根據(jù)式（B.3）的定義，可以得知，缺陷的橫截面積占材料橫截面積越大、缺陷強度與材料強度差距越大，缺陷對試樣影響越大，其當量缺陷因子越大。因此含有缺陷試樣缺陷位置的瞬時應變?nèi)绻剑˙.4）所示：由公式（B.3B.4）可知，缺陷的尺寸越大、缺陷與母材的強度差異越大，試樣在彈性變形階段缺陷所導致的應變集中程度越大。大量實驗結果表明，當應變值≤0.25%時試樣應變集中程度較?。ㄈ鐖DB.2所示當應變值≥0.40%時試樣產(chǎn)生大量應變集中（如圖B.3所示）。因此，取試樣彈性變形階段應變值0.25%，從圖B.2中可以看出，隨著缺陷深度的增加，試樣拉伸至0.25%應變時的最大應變增加，說明缺陷的增大會導致在試樣拉伸相同應變的情況下應變集中程度增大。應變集中程度可以用應變集中系數(shù)進行表征，由于實際管道存在焊縫、孔洞等不同缺陷，這些不同的缺陷會導致試件局部強度的差異導致局部應變的增大或減小，最終它們都會引發(fā)試件的斷裂，因此可以將應變集中系數(shù)表示為式B.5）式中，ε為試樣平均應變