GB∕T 40073-2021 潛水器金屬耐壓殼外壓強(qiáng)度試驗方法(正式版)

潛水器金屬耐壓殼外壓強(qiáng)度試驗方法國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會GB/T40073—2021 I 2 5.1金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的要求 2 5.3文件資料 5.4試驗設(shè)備和儀器儀表 5.5試驗介質(zhì) 5.6試驗環(huán)境 5.7試驗壓力 3 6.2外壓強(qiáng)度試驗 6.3試驗中斷與故障處理 7試驗結(jié)果的分析與評定 7.1試驗結(jié)論 7.2應(yīng)變值判斷 7.3應(yīng)力值計算 7.4試驗結(jié)果評定 附錄A(規(guī)范性附錄)潛水器最大工作壓力的計算 附錄B(規(guī)范性附錄)試驗記錄表 附錄C(規(guī)范性附錄)應(yīng)變片電阻值、絕緣電阻值檢查記錄表 IGB/T40073—2021本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由全國潛水器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC306)提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國船舶重工集團(tuán)公司第七O二研究所。1GB/T40073—2021潛水器金屬耐壓殼外壓強(qiáng)度試驗方法1范圍容和方法以及試驗報告。本標(biāo)準(zhǔn)適用于潛水器金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的短期靜水外壓試驗。其他水下裝置及其承壓設(shè)備的外壓強(qiáng)度試驗也可參照本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。注：短期靜水外壓試驗為不考慮慣性作用和加速度影響、試驗介質(zhì)為水且試驗時間較短的外壓試驗。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用干本文GB/T150.1—2011壓力容器第1部分：通用要求GB/T150.4—2011壓力容器第4部分：制造、檢驗和驗收GB/T13407潛水器與水下裝置術(shù)語潛水系統(tǒng)與潛水器入級與建造規(guī)范(中國船級社2013)3術(shù)語和定義GB/T150.1—2011、GB/T13407和《潛水系統(tǒng)與潛水器定義適用于本文件。3.1潛水器submersible各種水下運(yùn)行器具的總稱。注：潛水器包括載人潛水器和無人潛水器，載人潛水器為攜帶乘員的潛水器，通常包括作業(yè)型載人潛水器、深潛救3.2金屬耐壓殼pressurehull潛水器上可以承受外部海水或淡水壓力的金屬殼體，為乘員或儀器設(shè)備等提供一個常壓、密封空間。3.3安裝在金屬耐壓殼開孔處的結(jié)構(gòu)件或設(shè)備。3.42超差outoftolerance實際測量值超出設(shè)計允許值。最大工作深度maximumworkingdepth潛水器能安全使用的最大作業(yè)或航行深度。最大工作壓力maximumworkingpressure相對于最大工作深度時的水壓力。潛水器金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)外壓強(qiáng)度試驗的目的是通過密封性、應(yīng)變和變形或位移等檢測試驗，驗證潛水器金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的設(shè)計可靠性和建造質(zhì)量。試驗包括但不限定于以下a)檢測潛水器金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的密封性；b)測量潛水器金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的應(yīng)變；c)測量潛水器金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的變形或位移。5試驗條件5.1.1金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)應(yīng)在完成焊接、熱處理(如有)和裝配等工序后，并按相關(guān)質(zhì)量檢驗要求，驗收合格后方可進(jìn)行外壓強(qiáng)度試驗。5.1.2耐壓殼附件可以承受的壓力不應(yīng)低于潛水器最大工作壓力，且應(yīng)能確保金屬耐壓殼開孔處的密封。a)金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的結(jié)構(gòu)材料材質(zhì)證明文件及復(fù)驗證明記錄；b)金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的外形檢測記錄和壁厚檢測記錄；c)金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的焊縫無損檢測及返修記錄；d)金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的超差測量記錄及超差加強(qiáng)處理記錄；e)耐壓殼附件的壓力試驗合格證明?？估瓘?qiáng)度Rm、屈服強(qiáng)度Rpo.2和材料的拉伸/壓縮曲線等。3GB/T40073—20215.4試驗設(shè)備和儀器儀表5.4.1試驗設(shè)備(如壓力環(huán)境模擬裝置、加載系統(tǒng)和測試系統(tǒng)等)應(yīng)滿足試驗要求，且處于良好工作狀5.4.4測量試驗壓力時，應(yīng)使用兩個量程和精度相同的壓力表，也可用壓力傳感器代替其中一個壓力表。壓力表的量程和精度應(yīng)符合GB/T150.4—2011中11.2規(guī)定的要求。壓力傳感器的量程與壓力表5.4.5測量位移變形時，可采用電測位移傳感器或百分表，位移傳感器的量程應(yīng)不小于測量范圍的5.5試驗介質(zhì)試驗介質(zhì)為水。a)試驗介質(zhì)溫度為室溫，即10℃~30℃;對于安裝有有機(jī)玻璃觀察窗的金屬耐壓殼，其試驗介c)相對濕度要求：30%～95%。試驗壓力按如下原則確立：a)最大工作深度不大于6000m的潛水器，其金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)試驗壓力取1.25倍的潛水器最大工作壓力。b)最大工作深度大于6000m的潛水器，其金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)試驗壓力取1.1倍~1.25倍的潛水器最大工作壓力。設(shè)計金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)時，如安全系數(shù)和材料的許不應(yīng)低于1.1倍的潛水器最大工作壓力。潛水器最大工作壓力按附錄A進(jìn)行計算。6試驗內(nèi)容和方法6.1試驗前準(zhǔn)備電氣貫穿件和輔助工裝設(shè)備或部件等。用作載人艙的金屬耐壓殼還應(yīng)檢查艙口蓋及艙口蓋啟閉機(jī)構(gòu)和4GB/T40073—2021觀察窗等內(nèi)容。各連接部位的緊固件應(yīng)裝配齊全，并緊固妥當(dāng)。為進(jìn)行外壓試驗而裝配的臨時受壓元粉等，以便確定具體滲漏位置。通過目視觀察金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)或檢查漏水報警數(shù)據(jù)判斷金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)是否產(chǎn)生泄漏。壓力宜不大于0.1MPa,保壓時間不少于0.5h,應(yīng)足夠?qū)λ泻附咏宇^和連接部位進(jìn)行滲漏檢查，可通過肥皂水等起泡劑或浸水檢測是否存在滲漏。采用起泡劑檢測，表面應(yīng)無氣泡產(chǎn)d)若金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)無法進(jìn)行整體密封性檢測，可采用輔助試驗工裝對金屬耐壓殼間不小于15min,開孔位置不應(yīng)發(fā)生泄漏。6.2外壓強(qiáng)度試驗6.2.1一般要求變形測量。如無需進(jìn)行應(yīng)變測量和變形或位移測量，試驗加卸載步驟按照應(yīng)變測量試驗時的試驗步驟執(zhí)行。試驗加載速度不應(yīng)小于潛水器設(shè)計下潛速度，卸載速度不應(yīng)小于潛水器設(shè)計上浮速度。安裝有有試驗時，按附錄B中的表B.1記錄試驗加卸載各階段壓力起始和終止時的壓力值和時間。片測點布置方案。5GB/T40073—2021b)開孔加強(qiáng)區(qū)與殼體連接部位；c)局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中部位，如電氣貫穿件開孔位置等，可根據(jù)有限元計算結(jié)果確定；d)建造工藝因素影響強(qiáng)度的部位，如焊縫位置；f)焊接在殼體上、用于連接固定的構(gòu)件處；g)其他試驗委托方認(rèn)為需要測量的部位。50mm(補(bǔ)償應(yīng)變片要求相同),不受水壓的結(jié)構(gòu)表面測點打磨面積不小于30mm×30mm(補(bǔ)償應(yīng)變片要求相同),打磨后表面粗糙度Ra不應(yīng)大于3.2μm,應(yīng)采用貼片膠水粘貼應(yīng)變片。在應(yīng)1)應(yīng)變片的粘貼位置與劃線方向無明顯偏離，應(yīng)變片無翹曲，無脫膠，且與殼體表面之間無2)應(yīng)變片的電阻值在出廠標(biāo)稱值±0.5Ω范圍內(nèi)，測量數(shù)值記入附錄C的表C.1中；3)應(yīng)變片的絕緣電阻值不應(yīng)低于100MQ,測量數(shù)值記入表C.1中。b)應(yīng)變片粘貼質(zhì)量符合要求后，按各自編號與連接導(dǎo)線焊接，檢查電阻值與絕緣電阻值，測量數(shù)值記入表C.1中，合格條件按a)中2)和3),其中電阻值應(yīng)附加導(dǎo)線電阻值。所有應(yīng)變片的連接導(dǎo)線應(yīng)為同一規(guī)格。c)用硫化硅橡膠或其他密封膠逐層封蓋應(yīng)變片和應(yīng)變片與導(dǎo)線的焊接點，應(yīng)確保全部覆蓋，對直接受水壓的表面測點覆蓋面積不小于30mm×30mm,對非直接受水壓的表面測點覆蓋面積不小于20mm×20mm,膠層中避免有氣泡，涂層要均勻過渡到殼體表面，待密封膠固化后檢查應(yīng)變片和連接導(dǎo)線的總電阻值和總絕緣電阻值，測量數(shù)值記入表C.1中，總絕緣電阻值合格條件按a)中3)。6.2.3.4第一次加卸載(即預(yù)壓試驗)第一次加卸載按照以下要求進(jìn)行：a)預(yù)壓試驗壓力不應(yīng)大于潛水器最大工作壓力，可取最大工作壓力的80%。b)為了確保試驗的順利進(jìn)行，采用分階段逐步加卸載的程序。試驗時先緩慢加載至最大工作壓力的10%,保壓5min,確認(rèn)無泄漏后按最大工作壓力的10%或試驗委托方要求逐級加載至最大工作壓力的50%,如若無異?，F(xiàn)象，繼續(xù)逐級加載，直到預(yù)壓試驗壓力，保壓10min后，緩慢卸載至零或初始壓力值。在每階段加卸載壓力下采集并記錄應(yīng)變值。c)預(yù)壓試驗無異常，方可進(jìn)行下一階段的外壓試驗。第二次加卸載按照以下要求進(jìn)行：a)為了確保試驗的順利進(jìn)行，采用分階段逐級加卸載的程序。b)試驗時先緩慢加載至最大工作壓力的10%,保壓5min,確認(rèn)無泄漏后按最大工作壓力的10%或試驗委托方要求逐級加載至最大工作壓力的50%,確認(rèn)無異?，F(xiàn)象后，按上述要求逐級加壓，加載至每階段壓力，待壓力穩(wěn)定(保壓時間不宜小于1min)后，采集并記錄應(yīng)變值。繼續(xù)加載至試驗壓力后停止加壓，至少保壓30min,保壓后每隔5min或按試驗委托方規(guī)定的時間采集并記錄應(yīng)變值。6GB/T40073—2021c)保壓完成后，按最大工作壓力的10%或試驗委托方要求，分階段逐級緩慢卸載，卸載至每階段下工作時間過長，可適當(dāng)減少，但不應(yīng)小于2h。保壓后每隔30min或按試驗委托方規(guī)定的時間采集并記錄應(yīng)變值。d)保壓完成后，按最大工作壓力的10%或試驗委托方要求，分階段逐級緩慢卸載，卸載至每階段e)保壓過程中，金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)不應(yīng)產(chǎn)生蠕變等永久變形。變形或位移測量包括但不限定于以下內(nèi)容：a)金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)受壓時最大變形量；圖1球殼變形測量示意圖在殼板和肋骨位置的徑向方向，宜分別采用帶有位移傳感器的測量桿，測量受壓時圓柱殼的變形7GB/T40073—2021圖2圓柱殼變形測量示意圖殼板和肋骨的測量點均不應(yīng)少于兩個，如圖3所示。8GB/T40073—2021d)某種外界干擾使檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。a)試驗過程中金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)或試驗設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重泄漏，不能保持其壓力；9GB/T40073—2021b)測量數(shù)據(jù)普遍不符合規(guī)律或重復(fù)測量數(shù)據(jù)普遍分散性較大；c)測量數(shù)據(jù)超出試驗委托方規(guī)定的允許值；d)壓力環(huán)境模擬裝置內(nèi)發(fā)生異響；e)金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)損壞。7試驗結(jié)果的分析與評定7.1試驗結(jié)論試驗完成后，金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)應(yīng)無變形、損壞等現(xiàn)象，且殼體未發(fā)生滲漏?？筛鶕?jù)應(yīng)變值、變形值和位移值的變化判斷金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)是否發(fā)生變形；如未進(jìn)行應(yīng)變測量或變形或位移測量，應(yīng)在試驗后測量金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的外形尺寸，并與5.1.3中提供的外形檢測記錄進(jìn)行對比，以判斷金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)是否發(fā)生變形。7.2應(yīng)變值判斷可根據(jù)壓力-應(yīng)變關(guān)系曲線或相同壓力下應(yīng)變值的重復(fù)性等判斷測量數(shù)據(jù)的正確性、可靠性。如測點的壓力-應(yīng)變關(guān)系、壓力/變形關(guān)系符合線彈性或彈塑性非線性的規(guī)律，則可判斷該測點的應(yīng)變數(shù)據(jù)為準(zhǔn)確可靠；如檢測數(shù)據(jù)不符合上述規(guī)律性，則可判定為異常值，應(yīng)予以剔除。7.3應(yīng)力值計算7.3.1彈性應(yīng)力計算根據(jù)原始應(yīng)變測量值修正后得到的實際應(yīng)變值，分別按公式(1)、公式(2)和公式(3)計算出相應(yīng)的應(yīng)力值。單向應(yīng)變片：σ=Ee (1)雙向直角應(yīng)變片： (2)三向直角應(yīng)變片：式中：E——材料的彈性模量，單位為兆帕(MPa);μ——材料的彈性泊松比；E———金屬耐壓殼單向?qū)崪y應(yīng)變值，10-6;σ——金屬耐壓殼單向應(yīng)力值，單位為兆帕(MPa);………………GB/T40073—2021e,——金屬耐壓殼軸向或徑向?qū)嶋H應(yīng)變值，10-?;E?——金屬耐壓殼圓周向或緯向?qū)嶋H應(yīng)變值，10-?;σ,——金屬耐壓殼軸向或徑向?qū)嶋H應(yīng)力值，單位為兆帕(MPa);σ——金屬耐壓殼圓周向或緯向?qū)嶋H應(yīng)力值，單位為兆帕(MPa);E?——三向直角應(yīng)變片中0°方向的實際應(yīng)變值，10-?;E?5——三向直角應(yīng)變片中45°方向的實際應(yīng)變值，10-?;Eg0——三向直角應(yīng)變片中90°方向的實際應(yīng)變值，10-6;σ?——最大主應(yīng)力值，單位為兆帕(MPa);φ——最大主應(yīng)力方向與∈。方向之間的角度，逆時針方向為正，單位為弧度(rad)。7.3.2彈塑性應(yīng)力計算如需計算彈塑性應(yīng)力時，根據(jù)實際應(yīng)變值且應(yīng)同時利用公式(4)～公式(7)及材料的拉伸曲線，進(jìn)行逐次逼近迭代運(yùn)算?！?(5) (6) (7)式中：E——金屬耐壓殼材料拉伸曲線的割線模數(shù)，單位為兆帕(MPa);σ;——應(yīng)力強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa);a11、a12——系數(shù)，按公式(7)計算；7.4試驗結(jié)果評定試驗結(jié)束后，測試單位應(yīng)及時匯總、整理和分析試驗數(shù)據(jù)。試驗結(jié)果評定應(yīng)按照金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)的設(shè)計參照標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)度計算書所要求的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行評定。8試驗報告試驗結(jié)束后，應(yīng)提交潛水器金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)外壓強(qiáng)度試驗報告，應(yīng)包括但不限于以下內(nèi)容：a)試驗日期；b)環(huán)境條件；c)金屬耐壓殼(含耐壓殼附件)特征描述，包括但不限定于幾何參數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、材料性能參數(shù)、拉伸曲線等；d)壓力環(huán)境模擬裝置等試驗設(shè)備和測量儀器、儀表的說明；e)試驗?zāi)康?；GB/T