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

中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)T/CSCP0003--2024鋼質(zhì)管道非破壞極限承載能力檢測評價(jià)方法DetectionandEvaluationmethodofnon-destructiveUltimatebearingcapacityofSteelPipeline2024年2月26日發(fā)布 2024年2月26日實(shí)施中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會發(fā)布T/CSCP0003--2024T/CSCP0003--2024前 言本文件參照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，GB/T20001.4-2015《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院、北京科技大學(xué)和中國特種設(shè)備檢測研究院共同提出。本標(biāo)準(zhǔn)由中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院、北京科技大學(xué)和中國特種設(shè)備檢測研究院。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：王昱、孫占遠(yuǎn)、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(biāo)準(zhǔn)為首次發(fā)布。IT/CSCP0003--2024T/CSCP0003--2024PAGEPAGE10鋼質(zhì)管道非破壞極限承載能力檢測評價(jià)方法范圍驗(yàn)證的方法。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(jià)方法研究。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T150.1 1部分：通用要求GB/T26929 壓力容器術(shù)語GB/T20801.5 壓力管道規(guī)范工業(yè)管道第五部分：檢驗(yàn)與試驗(yàn)GB/T241 金屬管液壓試驗(yàn)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(yàn)規(guī)則術(shù)語和定義GB/T26929、GB/T150.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。應(yīng)變strain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。微應(yīng)變microstrain局部出現(xiàn)的尚未導(dǎo)致宏觀變形且未破壞管件的服役性能的應(yīng)變。極限承載能力ultimatebearingcapacity管道元件經(jīng)爆破試驗(yàn)后，所能承受的最大壓力值。非破壞性試驗(yàn)non-destructivetesting根據(jù)管道元件的信息，采用相應(yīng)的非破壞試驗(yàn)壓力進(jìn)行充壓下的承載能力試驗(yàn)。destructivetesting不斷增加試驗(yàn)壓力，直至是金屬管出現(xiàn)滲漏或爆裂的試驗(yàn)。[來源：GB/T241—2007，3.7]數(shù)字像相關(guān)法 digitalimagecorrelation,DIC等數(shù)據(jù)的非接觸式光學(xué)測量方法。異常形區(qū)域 abnormaldeformationregion正常形區(qū)域 normaldeformationregion在管道元件應(yīng)變分布云圖中，未出現(xiàn)明顯異常變形區(qū)域的一般觀察區(qū)域。管道件 pipingelement本標(biāo)準(zhǔn)管道元件僅包括三通、彎頭、直縫鋼管以及螺旋縫鋼管。試驗(yàn)溫度 testtemperature進(jìn)行微應(yīng)變試驗(yàn)和爆破時，管道元件殼體的金屬溫度?？倓tTSGD7002等國家相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。DIC1所示。圖1極限承載能力檢測流程圖管件信息和測試條件Pma：Pmax

(1)D式中，σb為管體材料的實(shí)際抗拉強(qiáng)度，t為管壁厚度，D為管子外徑。應(yīng)通過對照表1確定管道元件微變形的充壓程度。1管道微應(yīng)變測試條件管道材質(zhì)產(chǎn)品類型管道規(guī)格微應(yīng)變充壓程度/Pmax管徑/mm壁厚/mmL360螺旋縫鋼管700-90010-150.2L555M螺旋縫鋼管1100-130015-200.2L485M直縫鋼管800-100030-350.25Q235B彎頭600-80010-150.3三通600-80010-150.3微應(yīng)變測試測試裝置圖2所示：圖2微應(yīng)變測試裝置圖將2448×2048CCDDIC圖像采集設(shè)備，將多組DIC圖像采LED燈進(jìn)行照明，360°監(jiān)測。數(shù)字圖像相關(guān)方法原理如附錄A所示。好。2-4DIC圖像的采集。DICLED然后開啟圖像采集。DIC傳感器精度、采集量程等應(yīng)滿足GB/T241金屬管液壓試驗(yàn)方法的一般要求。0.25%停止實(shí)驗(yàn)。異常變形區(qū)域，則采用下述方法計(jì)算應(yīng)變集中程度。采用應(yīng)變集中系數(shù)k對應(yīng)變集中程度進(jìn)行量化：kama

（2）其中，????為應(yīng)變集中處的最大應(yīng)變，????為均勻變形處的應(yīng)變。評估方法將步驟6.4計(jì)算的應(yīng)變集中系數(shù)k進(jìn)行評估，評估方法如下表所示：表2 微應(yīng)變測試評方法應(yīng)變集中系數(shù)（K）評估結(jié)果R1>k≥1合格R2>k≥R1存疑k≥R2不合格注：R1和R2的具體數(shù)值見附錄B。管道爆破試驗(yàn)表3爆破試驗(yàn)管件數(shù)量評估結(jié)果爆破數(shù)量合格0%存疑50%不合格100%抽取50%評估結(jié)果為存疑的管件進(jìn)行爆破檢驗(yàn)，另外50%根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處置。爆破試驗(yàn)流程爆破試驗(yàn)流程按照GB/T241金屬管液壓試驗(yàn)方法進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容：a）b）c）d）A；e）規(guī)格、材質(zhì)、類型f）附錄A（資料性）數(shù)字圖像相關(guān)方法原理A.1DIC采集系統(tǒng)DIC采集系統(tǒng)由三角支架、CCDA.1CCD相機(jī)DIC圖A.1DIC圖像采集系統(tǒng)A.2DIC原理4倍。DICA.2所示，在散斑圖像中選取目標(biāo)子集(紅色方框)和目標(biāo)像素點(diǎn)(紅色點(diǎn))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(biāo)子集與目標(biāo)像素點(diǎn)位置變化計(jì)算該子集在x、y、z三個方向的位圖A.2試件變形前后的散斑圖DIC技術(shù)是通過相關(guān)函數(shù)匹配物體變形前后的散斑圖像上子集來提取物體表面各點(diǎn)的變形信息，如圖A.3所示。將待測的散斑圖像劃分為若干個正方形子區(qū)，在變形前散斑圖像中取中心點(diǎn)為P(x0,y0)的(2M+1)×(2M+1)像素大小的正方形子區(qū)作為參考子區(qū)而目標(biāo)像素中心點(diǎn)P位置會隨著物體變形發(fā)生偏移，變形后該點(diǎn)新的位置為P'(x0',y0')且二者的坐標(biāo)關(guān)系如下:x0'x0uy0'y0y

v （A.1）其中，u、vx和y方向位移偏量。在目標(biāo)像素點(diǎn)周圍選取任意像素點(diǎn)Q(xi，yi)，形變后移動到Q'(xi',yi')，變形前后該點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系為:xQ'xixQy'yy

（A.2）Q i QQ點(diǎn)在待測物體形變前后子區(qū)間的灰度表達(dá)式如下：f(Q)f(xi,yi)g(Qg(xy（A.3） i i其中，f(Q)和g(Q)分別是Q點(diǎn)變形前后的灰度分布。uuxxuy（A.4）vvxvy（A.5）,（A.6）將上式中未知矢量定義P=[u,ux,uy,v,vx,vy]T，為了進(jìn)一步確定未知矢量P，需要利用相關(guān)系數(shù)C(f,g)對變形前后的目標(biāo)圖像進(jìn)行相關(guān)性匹配，其中相關(guān)系數(shù)C(f,g)的定義為:C(f,g)C(xi,,（A.7）A.3變形前后參考圖像與形變后圖像子區(qū)間示意圖干擾性和計(jì)算速度等要求。表A.1三種常見的相關(guān)函數(shù)表相關(guān)函數(shù)公式絕對差相關(guān)函數(shù)2k12k1v(x,y)u(x,y)C1x1y11 255(2k1)2最小差值平方和相關(guān)函數(shù)2k2k22v(x,y)u(,y)x1y1正則化互相關(guān)函數(shù)2k12k1v(x,y)u(x,y)C x1y3 2k2k2k2kv(x,y)2u(x,y)2x1y1 x1ykkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk附錄B（資料性）小尺寸試樣拉伸試驗(yàn)及建立評估方法試樣制備X70鋼管，B.1所示。24040080015002000形區(qū)域光亮且無劃痕。B.2圖B.1表B.1Ra/mmb/mmc/mm14、6、8、10、1210噴漆處理注：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。拉伸試驗(yàn)及圖像采集B.1.2得到的試樣裝載至拉伸試驗(yàn)機(jī)。注：全壁厚試樣采用MTS810試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試。矩形截面試樣采用LETRY-NL100試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。2mm/min，屬于準(zhǔn)靜態(tài)張力。在拉伸過程中，圖像采集和位移加載同時進(jìn)行。注：圖像相關(guān)分析采用Vic-3D系統(tǒng)。24482048CCD30°燈進(jìn)行照明。注：全壁厚試樣的子集大小為29×29像素，步長為7像素，表明Vic-3D軟件每7像素跟蹤一個子集。矩形截面試樣的子集大小為23×23像素，步長為5像素。100像。圖。建立預(yù)測模型F

（B.1）拉伸曲線。B.2所示：F （B.2）E 式中：ε為試樣瞬時應(yīng)變；??為無缺陷試樣所受瞬時應(yīng)力；E為材料的彈性模量。而對于含缺陷試樣，定義當(dāng)量缺陷因子r*，r*的計(jì)算公式如式B.3所示：rAc0c

（B.3）0式中，Ac為缺陷的最大橫截面積；??0為試樣的抗拉強(qiáng)度；????為缺陷強(qiáng)度，一般與缺陷類型有關(guān)，因此含有缺陷試樣缺陷位置的瞬時應(yīng)變?nèi)绻剑˙.4）所示：0c0

FEA1r（B.4）由公式B.3（B.4）可知，缺陷的尺寸越大、缺陷與母材的強(qiáng)度差異越大，試樣在彈性變形階段0.25%時試樣應(yīng)變集中程度較?。ㄈ鐖DB.2所示；當(dāng)應(yīng)變值≥0.40時試樣產(chǎn)生大量應(yīng)變集中（如圖B.3所示。因此，取試樣彈性變形階段0.25%B.20.25%應(yīng)變時的最大應(yīng)變增加集(B.5)、(B.6)：ckc,c0ck0,cc

（B.5）（B.6）kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk式中，??0為試樣平均應(yīng)變值0.25%。因此可以通過給實(shí)際管道施加相同的應(yīng)變（0.25%，觀測此時的應(yīng)變集中程度，與小尺寸試樣缺B.1.4.4通過對不同厚度的小尺寸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的DIC檢測，得到系列全壁厚試件和含缺陷全壁厚試件的應(yīng)變分布云圖。圖B.2含不同缺陷試樣拉伸至0.25%應(yīng)變時的DIC云圖(a)無缺陷；(b)b=4mm；(c)b=6mm；(d)b=8mm；(e)b=10mm；(f)b=12mm.圖B.3含不同缺陷試樣拉伸至0.40%應(yīng)變時的DIC云圖(a)無缺陷；(b)b