在役人造水晶釜涡流检测规程编制说明

在役人造水晶釜涡流检测规程编制说明1. 编制工作简况我省现有在役人造水晶釜200 余台，且大部分使用超过15 年，根据TSG 21-2016 固定式压力容器安全技术监察规程，实际检验周期已缩减至1 年。目前我省依据DB61/491-2010 在役人造水晶釜检验规程实施全面检验所采用的无损检测方法为超声检测（由外壁100%扫查）和外壁30%磁粉检测，尚存在以下问题：检测方式与损伤模式不完全匹配：水晶釜筒体的主要损伤机理为强碱介质引起的应力腐蚀开裂及周期性高温高压加载引起的热疲劳和机械疲劳，损伤模式均为内表面裂纹，从外表面进行超声扫查的检测可达性、检测灵敏度及缺陷定量准确性不易保证；检测效率较低（一般至少1 个工作日能完成1 2 台水晶釜的无损检测工作，如有疑似缺陷可能时间更长） 、劳动强度较大 （检测环境高温、 人工检测体力消耗大） 、检测准备（检测表面清洗、打磨）工作量较大、同等检测工作量的人员、设备、时间成本和使用单位的停产损失较大；检测方式为手工检测， 检测结果人为因素影响较大， 检测信号不可记录， 历次检验人员、设备和检测条件变化较大， 数据的可对比性相对不高， 难以根据缺陷扩展变化情况作出结论；对内外径比0.55 的筒体从外表面超声扫查无法实现全横波检测。为解决上述问题，陕西省锅检所与厦门涡流所合作，开展了质检总局特种设备科技协作平台科研项目水晶釜涡流检测技术研究（项目编号2013QK108，已于 2015 年 12 月通过验收），实现了水晶釜自动涡流检测系统的研发和试用，初步实现了采用放置式涡流探头组对水晶釜内壁表面缺陷的自动化检测， 该检测方法具有检测针对性强 （直接对釜体内表面实施检测）、灵敏度较高 （可实现宽 0.5 深 1长 10mm人工缺陷的有效检出） 、检测过程稳定（机械化自动扫查） 、检测效率较高 （一般 30min 完成 1 台水晶釜的扫查） 、检测信号全过程可记录、 存储等优势， 具备了在内壁表面及近表面开口缺陷检测上部分替代超声波检测的能力。检测系统示意图如下：为指导和规范上述检测技术在实际检验中的推广和应用，特制定本标准。2016 年 3 月，陕西省锅检所向省局提出本标准起草意向和申请，陕西省质量技术监督局关于下达2016 年第二批地方标准制修订项目计划的通知（陕质监标 201611号）批准了本标准立项，项目编号SDBXM148-2016。征求意见及之后阶段的内容待补充。2.编制的主要原则和内容检测技术的研发和试验验证已经在科研项目阶段完成并经过验收， 本标准制定阶段的侧重点是检测技术应用的规范化，主要包括检测系统性能指标的确定 （第 4、5 章）、检测工作参数的确定（第 5、 6 章）、缺陷接受指标的确定（第 7 章）和盲区及缺陷的后处理。1) 本标准检测系统性能指标的确定主要参考了承压设备涡流检测通用标准的相关要求。无论是采用传统脉冲反射法从釜体外壁对内壁进行超声波纵波检测，还是采用放置式探头对铁磁性材料承压设备母材涡流检测的实际经验都尚不丰富。作为承压设备涡流检测通用标准的 NB/T47013.6-2015 首次将放置式探头涡流检测纳入标准适用范围，但受制于信噪比相对于探头尺寸同步增加的限制，该标准所规定的笔式放置式探头一次扫查的有效面积较小，主要适用于较小工件的母材和焊缝检测，无法直接应用于水晶釜内壁母材大面积连续检测。同时由于常规探头扫查方向直接影响可检出缺陷的取向，必须分别从不同方向扫查同一位置才能保证各个取向的缺陷都不漏检。本标准所规定的放置式探头通过与周向旋转扫查器和专门研发的涡流信号无线传输耦合器相连接解决了大面积扫查的问题，且该探头为双向聚焦探头，可通过一次周向扫查检出纵向和环向两个垂直取向的缺陷。为保证检测灵敏度与通用标准可比对，本标准在探头尺寸、探头信噪比控制、缺陷深度与信号幅值的线性响应关系、最大扫查线速度时的信号响应幅度等指标方面参考和借鉴了通用标准的相关要求，并根据设备研发阶段和地标编制阶段进行的试验验证结果做了相应调整。为尽量减小水晶釜内壁残余水晶膜对检测的干扰，本标准专门规定了扫查装置障碍跨越性能和由此产生的提离信号排除、水晶膜厚度控制与测量等方面的性能要求。2) 本标准检测工作参数的确定主要依据所研发仪器自身性能参数和水晶釜本身的检测特点，同时参考了部分穿过式线圈涡流钢管自动检测系统的工作参数确定方法。周向扫查速度、 轴向推进速度和扫查螺距的确定原则是在保证检测灵敏度和不漏检的前提下尽量提高检测效率，发挥涡流检测的优势。径向偏移指标用于防止提离效应的干扰， 周向和轴向定位误差指标用于控制缺陷定位精度。检测频率的确定主要原则是优先发现高危害性的裂纹类缺陷。水晶釜内壁的最主要损伤模式为碱应力腐蚀开裂和疲劳开裂，参考已知经验， 发现近表面裂纹的最佳检测频率比（检测频率与被检工件特征频率之比）为4 20，同时考虑到需要采用相敏检波分离的方法对缺陷取向进行初步判定，此时需要控制检测频率比为1040。通过研发阶段的试验和信噪比控制指标要求，最终确定了附录B 所列的参考检测频率，同时在标准中规定了检测频率的调整验证要求。涡流检测盲区的规定主要来自于水晶釜自身结构特点。端部盲区主要来自于不宜拆卸的卡箍和内壁加工凸缘，此段区域自动扫查有难以控制定位的边缘效应和提离效应信号。底部盲区主要来自堵底螺和难以清除的水晶残留导致的不规则几何结构，同时来自于检测仪器自身不可避免的端部缓冲器带来的固有盲区。为保证不漏检， 本标准规定了盲区的确定方法和采用其他无损检测方法的补充检测范围。3) 本标准缺陷的判定与可接受指标主要参考现有水晶釜定期检验规程和脉冲反射法超声波检测地方标准，同时参考了涡流通用检测标准中放置式探头检测的相关要求。涡流检测一般无法对缺陷定性， 对缺陷的定量主要依靠比对法， 通过与对比试件上的不同性质、 尺寸和取向的人工缺陷检测结果相比较得出所被检缺陷的当量指标，并根据当量缺陷的可接受程度作出最终判定。现行 DB61/497-2010在役人造水晶釜检验规程和DB61/450-2008在役人造水晶釜超声波检测规程规定内壁及近表面20mm 范围内不可接受裂纹类缺陷及相当于深度 1mm 当量的表面纵向 V 型刻槽缺陷（对近表面缺陷为1mm30mm 圆孔）。为保持标准的协调性和检测的延续性，本标准以宽0.5mm 深 1mm 长 10mm 作为内壁缺陷当量作为缺陷的可接受边界。 考虑到纵向缺陷危险性较环向缺陷更大，故将纵向缺陷深度当量进一步从严要求为0.5mm 当量（响应幅值为 1mm 深度的50%）。人工缺陷形状参考通用标准放置式探头对比试块为矩形槽形式，加工方式为电火花刻槽，人工缺陷的分布形式、 尺寸加工精度、 尺寸定期检查方法等直接参考了穿过式线圈涡流钢管自动检测相关标准的要求。对比试管因需要兼做导向管其长度主要取决于检测系统的长度，直径需根据所检测水晶釜的内径专门制作，根据我省实际情况，附录A制作了与最常见的内径250mm 规格水晶釜所匹配的对比试管。考虑到加工难度和必要性，该试管人工缺陷深度最小值为1mm ，实际工作中还可以根据需要继续在相应位置加工 0.5mm 或 0.2mm 深度的人工缺陷， 并且可以在试管上现有规定缺陷位置的远端增加用于轴向定位校准的人工缺陷，以备在必要时实施推进/ 拉出两个方向的轴向定位误差校准。需要强调说明的是， 实际检出缺陷的尺寸、取向所得的阻抗信号很可能与人工缺陷有很大的不同， 并不完全存在深度线性、取向相位偏移角度等方面的绝对对应关系，为能在实际检测中尽可能多的积累实际缺陷信号数据，本标准规定对相应幅值超过1mm深度当量 10%的缺陷均进行记录，并建议通过采取其他检测方法复验的方法进行复查，以期为今后的实践和修订中进一步调整缺陷可接受准则提供参考依据。盲区补充检测方法和涡流检出缺陷复验方法应根据缺陷位置、初步判定的缺陷取向和检测可及程度确定。 端部盲区和该范围内缺陷可采用荧光磁粉或荧光渗透等易于直接观察的方法检测。 底部盲区和不可见部位缺陷的检测可采用各类超声波检测方法。对内外径比 0.55 的部位，无法采用脉冲反射法横波超声检测时，应考虑采用纵波扫查或TOFD、相控阵等方法等进行补充检测或复验。3. 试验验证检测系统的性能和对人工缺陷各项特征的响应、识别能力已在科研阶段完成，并在水晶釜检测现场实际验证。 受限于标准制定期间水晶釜定期检验发现的内壁裂纹类缺陷较少，对真实缺陷的检出能力和与其他检测方法的对比有待进一步验证。4. 知识产权说明陕西省锅检所作为上述检测系统和技术的研发单位，直接享有相关知识产权并获得授权。5. 采标情况本标准未采用国际标准。本标准采用的国内同类标准中， 根据水晶釜检测的实际情况， 参考了通用行业标准中放置式探头的性能控制的项目设置， 但调整了控制指标； 根据自动化扫查的检测要求，参考了穿过式涡流自动检测系统对缺陷定位等方面的控制指标，并根据我所研发仪器的实际情况作出相应调整。 为保证与前期水晶釜检验工作的一致性， 本标准在缺陷判定准则和后处理方面参考了我省相关地方标准，并根据实际工作需要作出相应调整。6. 重大意见和分歧的处理1) 本标准起草阶段的主要分歧在于检出缺陷的复查方法选择。采用涡流自动扫查检测的出发点和长期目标主要是在水晶釜结构规则部分逐渐替代劳动强度大、 效率低、 人为因素不稳定的脉冲反射发超声检测， 短期目标是实现缺陷的初筛和不同方法检出缺陷的当量比对， 故涡流检测应在超声检测之前进行， 如再采用脉冲反射法超声检测进行缺陷复查，仍然存在检测盲区、 两次超声检测判定标准不一致、缺陷取向带来的定量差异等问题，容易造成结论争议。经过讨论，认为现行TOFD检测标准NB/T47013.10-2015 虽然在其适用范围内仅适用于焊接接头的检测，但对水晶釜内壁母材这一特殊检测对象也有一定的适用性，且不存在较大内外径比引起的内壁反射信号受纵波干扰问题；同样具有类似优势的还有超声波相控阵检测方法，但行业内尚无可直接适用的标准。考虑到靠近釜口的缺陷和盲区可以采用高灵敏度的表面检测方法如荧光磁粉、荧光渗透等更直观、 简单的方法进行复查，故本标准最终在缺陷复查方法中未做限制性规定。2) 征求意见及后续阶段的意见和分歧情况待补充。7. 标准性质建议及说明考虑到所应用检测技术尚有改进调整空间，建议本标准作为推荐性标准发布。8. 其他事项。暂无。本标准起草工作组2017年8月29日