ISO和ASTM標準中無縫鋼管探傷方法對比分析

趙仁順

（天津鋼管集團股份有限公司，天津 300301）

API Spec 5CT《油套管規范》（第 9 版）［1］已于2012年1月1日起生效，API Spec 5L《管線鋼管規范》第45版［2］于2013年7月1日起生效，新版產品標準中引用的探傷方法標準為ISO 10893標準2011 版［3-8］和 ASTM 系列標準［9-12］，涉及超聲波、漏磁、磁粉、渦流4種探傷方法。具體涉及的無縫鋼管探傷方法標準如下。

（1）ISO 10893標準2011版。該版標準共12部分，刪除并替代了前一版ISO相應探傷方法標準，并作了技術上的修訂，形成了系列化。其中，涉及無縫鋼管探傷方法的6部分是：①第2部分，無縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管缺欠的自動渦流檢測，替代了ISO 9304∶1989《承壓用無縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管缺欠的渦流檢測》；②第3部分，無縫和焊接（埋弧焊除外）鐵磁性鋼管縱向和/或橫向缺欠的全圓周自動漏磁檢測，替代了ISO 9402∶1989《承壓用無縫和焊接（埋弧焊除外）鐵磁性鋼管縱向缺欠的全圓周漏磁檢測》（縱向）和ISO 9598∶1989《承壓用無縫鐵磁性鋼管橫向缺欠的全圓周漏磁檢測》（橫向）；③第5部分，無縫和焊接鐵磁性鋼管表面缺欠的磁粉檢測，替代了ISO 13664∶1997《承壓用無縫和焊接鋼管管端分層缺欠的磁粉檢測》（坡口磁粉）和ISO 13665∶1997《承壓用無縫和焊接鋼管管體表面缺欠的磁粉檢測》（管體磁粉）；④第8部分，無縫和焊接鋼管分層缺欠的自動超聲波檢測，替代了ISO 10124∶1994《承壓用無縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管分層缺欠的超聲波檢測》（管體分層）、ISO 11496∶1993《承壓用無縫和焊接鋼管管端分層缺欠的超聲波檢測》（管端分層）和ISO 13663∶1995《承壓用焊接鋼管焊縫周圍分層缺欠的超聲波檢測》（焊管分層）；⑤第10部分，無縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管縱向和/或橫向缺欠的全圓周自動超聲波檢測，替代了ISO 9303∶1989《承壓用無縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管縱向缺欠的全圓周超聲波檢測》（縱向）和ISO 9305∶1989《承壓用無縫鋼管橫向缺欠的全圓周超聲波檢測》（橫向）；⑥第12部分，無縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管全圓周自動超聲波測厚，替代了ISO 10543∶1993《承壓用無縫和熱拉伸焊接鋼管全圓周超聲波壁厚檢測》。

（2）ASTM系列標準。主要包括ASTM E 213—2009《金屬管超聲波檢驗操作方法》、ASTM E 309—2011《用磁飽和法進行鋼管制品渦流試驗操作方法》、ASTM E 570—2009《鐵磁性鋼管制品漏磁檢驗操作方法》和ASTM E 709—2008《磁粉檢驗操作方法》標準［9-12］。

本文對ISO 10893標準2011版和ASTM系列探傷方法標準的異同點進行比較分析，以便為檢測人員更加深入地理解和使用標準、正確執行標準提供參考。

1 與舊標準的對比

1.1 ISO 10893標準2011版

與前一版ISO標準相比，ISO 10893標準2011版主要有以下變化。

（1）修改了適用范圍，對被檢測鋼管外徑及適用的檢測技術進行了修訂，如ISO 10893-10∶2011《鋼管的無損檢測第10部分：無縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管縱向和/或橫向缺欠的全圓周自動超聲波檢測》標準，在“范圍”這一章節中了增加相控陣超聲方法。

（2）增加了術語及其定義，如對比標樣（reference standard）、對比樣管（reference tube）、對比試樣（reference sample）、鋼管（tube）、無縫鋼管（seamless tube）、焊接鋼管（welded tube）、制造商（manufacturer）、協議（agreement）等。

（3）增加了對無損檢測人員資質的要求，檢測應由按ISO 9712《無損檢測——人員資格鑒定與認證》、ISO 11484《鋼產品——雇主的無損檢測人員資格制度》或等效標準經培訓合格的操作人員，在由制造商任命有資格的人員的監督下進行。

（4）修改了驗收等級標志，將原來統一的“L”標志修改成超聲波標志為“U”、漏磁標志為“F”、渦流標志為“E”、磁粉標志為“M”。驗收等級名稱的前綴全部為相應探傷方法英文名稱的第一個字母，以示與其他方法的區別。

（5）修改了驗收方法，規定了對報警鋼管的復探次數為連續兩次。如果在連續兩次的重新檢測后，所有的信號均低于觸發/報警電平，鋼管應被視為通過了此次檢測，否則被視為可疑品。前一版標準中對復探次數沒有規定。

（6）修改了檢測報告的內容。修改參考標準，由前一版的ISO標準修改為ISO 10893標準2011版相應部分，增加了“應用的設備校準方法”要求。

1.2 ASTM系列

1.2.1 ASTM E 213—2009標準

ASTM E 213—2009標準的前一版本是2004版。與2004版相比，2009版沒有技術性變化，只是標準的英文名稱由2004版的“Ultrasonic Examination”修改為“Ultrasonic Testing”。

1.2.2 ASTM E 309—2011標準

與前一版本（ASTM E 309—2006）相比，ASTM E 309—2011標準主要有如下變化。

（1）修改了第1章“范圍”。增加了1.4節，澄清ASTM E 309—2011標準沒有建立驗收準則；增加1.5節“本標準規定的計量單位為英制——磅”的聲明。

（2）修改了第5章“意義和用途”。增加了5.4～5.8節，即缺陷取向的影響、焊接鋼管制備對比樣管的要求、檢測速度的要求，以及“鋼管全長上連續均勻的劃傷可能常常不能被差動環繞線圈檢測到”的說明；澄清此方法檢測的一些局限性，并區分取向效應與深度效應。

（3）刪除了前一版標準中的第11章“預警信息”。

（4）修改注釋和全部章節號以與修訂版一致。

1.2.3 ASTM E 570—2009標準

與前一版本（ASTM E 570—1997）相比，ASTM E 570—2009標準沒有技術上的變化，但修改了第1章“范圍”，增加了“本標準規定的計量單位為英制——磅”的聲明。

1.2.4 ASTM E 709—2008標準

ASTM E 709—2008標準的前一版本是2001版。與2001版相比，2008版變化較大，主要有：

（1）刪除了1.7條款目錄表。

（2）增加了6.5.2條款工作臺裝置。

（3）刪除了10.1.3.2條款電流快速斷電。

（4）增加了11.1.5條款電容放電（CD）電流。（5）增加了13.3條款橫向磁化。

（6）刪除了前一版標準中13.5.2條款當實施多向磁化時，必須使用濕法連續法。

（7）增加了13.7條款柔韌的薄鋼帶的磁粉檢測。

（8）增加了14.2.3.1條款周向磁化霍爾效應儀器測量和14.2.3.2條款霍爾效應儀器測量縱向磁場。

（9）刪除了14.3條款，增加了附錄（非強制性）X3經驗公式。

（10）增加了15.5條款白背景及黑色氧化物。

（11）增加了17.1.5.1～17.1.5.3條款，詳細說明了書面記錄磁痕的要求。

（12）刪除了18.3.1條款中“退磁后剩磁應不超過3 Gs”的規定。

（13）增加了20.2.1～20.2.4條款設備校準并對測量設備精度進行了說明。

（14）增加了20.3.6條款霍爾效應儀，規定了霍爾效應儀校驗周期為每6個月一次。

（15）刪除了20.8.6條款不完全效應探頭。

（16）增加了附錄（非強制性）X1油田用管的磁化、X4磁粉檢測材料的評價設備、X5離心試管。

ASTM E 709—2008標準中包含的典型缺陷的照片和不同檢測方法的設備圖片也更換了很多。在此不一一贅述。

2 ISO 10893與ASTM系列標準的異同

2.1 檢測管徑范圍

不同標準系列適用的檢測管徑范圍見表1。

2.2 對比樣管

不同標準系列對對比樣管的要求見表2。

2.3 對比樣管人工缺陷形狀及尺寸

不同標準系列對對比樣管人工缺陷形狀及尺寸的要求見表3。

表1 不同標準系列適用的檢測管徑范圍

表2 不同標準系列對對比樣管的要求

表3 不同標準系列對對比樣管人工缺陷形狀及尺寸的要求

2.4 驗收等級

2.4.1 ISO 10893-2∶2011標準

ISO 10893-2∶2011標準規定，當采用通孔作為人工缺陷時，驗收等級分為E1H～E4H，不同的鋼管公稱外徑對應的不同驗收等級的標準孔外徑不同，見表4。

表4 不同驗收等級對應鋼管公稱外徑和標準孔的關系

2.4.2 ISO 10893-3∶2011標準

ISO 10893-3∶2011標準規定的驗收等級和相應的外表面槽深見表5，相對于鋼管壁厚的內表面槽深與外表面槽深的最大比值見表6。

2.4.3 ISO 10893-5∶2011標準

依據所規定的驗收等級，評價時所要考慮的缺陷最小顯示尺寸見表7。對于鋼管表面的一般檢測，無論是整個表面還是局部區域，在相關顯示出現幾率最高的區域，假想一個100 mm×150 mm的面積。按表8中適當的驗收等級，根據區域內顯示缺陷的類型、數量和尺寸對顯示（缺陷）進行分級。

表5 驗收等級和相應的外表面槽深

2.4.4 ISO 10893-8∶2011標準

ISO 10893-8∶2011標準對分層缺欠的驗收主要考慮分層的面積（表9）；分層缺欠的面積（范圍）按照ISO 10893-8∶2011標準附錄A給出的方法，采用手動超聲波縱波技術，通過適合的自動或半自動系統進行確定。

表6 內表面槽深與外表面槽深的最大比值

表7 評價時所要考慮的缺陷最小顯示尺寸

表8 在鋼管表面（100 mm×150 mm區域內）所允許顯示的缺陷最大尺寸（長度或直徑）和數量

表9 全周向分層缺欠檢測的驗收等級以及應檢測的最小、最大驗收尺寸①

2.4.5 ISO 10893-10∶2011標準

ISO 10893-10∶2011標準規定了4個驗收等級，槽深是鋼管公稱壁厚的百分比，見表10。不同驗收等級的最小槽深與鋼管的使用類型和由表11給出的子類別有關。

表10 驗收等級與相應的槽深

表11 子類別和最小槽深

2.4.6 ASTM系列標準

ASTM系列標準（ASTM E 213—2009、ASTM E 309—2011、ASTM E 570—2009和ASTM E 709—2008）沒有規定驗收等級，只推薦了相應探傷方法的操作方法。原文翻譯為“本方法沒有建立驗收準則，這須由使用方或相關方規定”。

2.5 探傷報告的要求

2.5.1 ISO 10893標準2011版第2、3、10部分

ISO 10893標準第2、3、10部分規定探傷報告至少包括以下信息：①參考標準，即ISO 10893標準2011版的相應部分；②一致性說明；③程序文件規定的任何偏差、協議或其他；④產品鋼級和規格；⑤檢測技術（方法）的類型和詳細信息；⑥應用的設備校驗方法；⑦對比樣管驗收等級的描述；⑧檢測日期；⑨操作者資質。

2.5.2 ASTM E 213—2009標準

ASTM E 213—2009標準規定探傷報告至少應包括以下信息：①材料種類、規格、批號、熱處理以及其他有關信息的標志；②檢測設備與輔助設備的標志；③檢測技術的細節，包括檢測速度、檢測頻率以及鋼管端部不能檢查的范圍（如果有此情況）；④對比樣管的說明，包括實際（測量的）人工參考反射體的尺寸；⑤如果使用距離-幅度補償時，還應對程序加以說明；⑥檢測結果。

2.5.3 ASTM E 309—2011、E 570—2009標準

ASTM E 309—2011與 ASTM E 570—2009標準未對探傷報告的要求進行規定。

2.6 檢測方法的局限性

2.6.1 ISO 10893-2∶2011標準

ISO 10893-2∶2011標準附錄 A（資料性）關于渦流檢測方法局限性的指導性說明中有以下條款。

（1）渦流滲透深度。

管材渦流檢測時，靠近線圈表面的部分靈敏度最高，隨著與檢測線圈距離的增加靈敏度降低，因此鋼管表面下或內表面缺欠的信號反映低于相同尺寸的外表面缺欠。檢測設備檢測表面下或內表面的能力由不同參數決定，但主要是由被檢鋼管的公稱壁厚和渦流激勵頻率決定。

施加到檢測線圈的激勵頻率決定了感應電流強度滲透進鋼管壁厚的深度。激勵頻率越高，滲透深度越??；激勵頻率越低，滲透深度越大。需要特別指出的是，還需要考慮鋼管本身的物理特性（電導率、磁導率等）。

（2）穿過式/扇形線圈技術。

使用穿過式/扇形線圈的原因是其能夠檢測縱向短缺欠和橫向缺欠，兩種缺欠均破壞了檢測線圈附近的材料表面或者材料表面以下的連續性。可檢測的最小縱向缺欠長度主要由掃查線圈的排布和沿缺欠長度方向上截面的變化率決定。

（3）固定或旋轉探頭/平面線圈技術。

這種檢測技術使用一個或多個探頭/平面線圈在鋼管表面形成螺旋形掃查路徑，因此能夠檢測縱向缺欠的最小長度取決于線圈的寬度和檢測螺距。可以認識到，正常情況下橫向缺欠檢測不到。

由于這種檢測技術的激勵頻率遠高于穿過式/扇形線圈技術，因此只有靠近檢測線圈的鋼管表面部分的不連續性缺欠能夠被檢測到。

2.6.2 ASTM E 309—2011標準

ASTM E 309—2011標準沒有關于局限性的附錄，但在第5章“意義和用途”中有如下條款：

（1）由于隨著從外部表面距離的增加渦流密度幾乎成指數衰減，深部的缺陷響應減小，所以一些深部的缺陷可能不能被檢測到。

（2）鋼管全長上連續均勻的劃傷或焊接處等缺陷可能常常不能被沿著鋼管長度掃查的差動環繞線圈或探頭檢測到。

2.6.3 ISO 10893-3∶2011標準

ISO 10893-3∶2011標準附錄 A（規范性）漏磁檢測方法的局限性中規定：當超過某一壁厚時，經供需雙方協商同意，內表面槽深有必要超過規定的外表面槽深，這取決于所使用的設備和被檢鋼管的表面狀態等因素。因此，表6普遍適用。

2.6.4 ASTM E 570—2009標準

ASTM E 570—2009標準沒有規定不同鋼管壁厚內表面槽深與外表面槽深的比值，但在第1章“范圍”中規定適用于檢測壁厚至12.7 mm的鋼管。2.6.5 ISO 10893-10∶2011標準

ISO 10893-10∶2011標準規定適用檢測徑壁比（D/T）≥5的鋼管。對于D/T ∧5的鋼管，其縱向缺陷的檢測，在附錄A（規范性）中有如下規定：

（1）當D/T ∧5時，經供需雙方協商同意應采用（2）或（3）任意一種方法。

（2）當4≤D/T ∧5時，縱向內槽的深度應在外槽深度的基礎上增加，見表12。

表12 不同徑壁比時內、外參考槽深的比值

（3）當3≤D/T ∧5時，入射角應減??；此時，不用直接轉換的橫波，應采用折射縱波產生的橫波。在這種情況下，內、外槽深之比應由供需雙方協商決定，但決不能小于1.0或大于表12給出的相關比值。

2.6.6 ASTM E 213—2009標準

ASTM E 213—2009標準沒有具體規定被檢鋼管的徑壁比，但在附錄A1（強制性）應用于特殊和安全的管材檢測的A.1.1.1條款中規定：“這里描述的方法適用于各種徑壁比的鋼管，前提是應用適當的程序，例如以下闡述的內容?！边@些檢測程序的目的是實現合適的折射角和波形來確保鋼管全體積上的覆蓋，也適于徑壁比較小的鋼管，防止在探傷小直徑薄壁管時產生假信號。

3 結 語

ASTM系列探傷方法標準與相應的ISO探傷方法標準比較，探傷技術方法沒有實質性的區別，但對對比樣管選材、人工缺陷形狀和尺寸、驗收等級以及對探傷報告的要求等是不同的，所以在執行的過程中應引起注意，應視采用探傷方法標準分別對待執行。

ASTM系列探傷方法標準是對相應探傷方法的一種推薦操作法，沒有規定驗收等級，所以執行此類標準時檢測報告中的驗收等級不能明確標志，容易引起相關方的誤解和分歧。因此，當產品標準規定可采用ISO或ASTM標準時，建議優先采用ISO探傷方法標準。

［1］ American Petroleum Institute.API Spec 5CT Specification for casing and tubing［S］.Washington D.C.：2011.

［2］ American Petroleum Institute.API Spec 5L Specification for line pipe［S］.Washington D.C.：2012.

［3］ Technical Committee ISO/TC 17，Steel，Subcommittee SC 19.ISO 10893-2∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 2：Automated eddy current testing of seamless and welded（except submerged arc-welded）steel tubes for the detection of imperfections［S］.Switzerland：2011.

［4］ Technical Committee ISO/TC 17，Steel，Subcommittee SC 19.ISO 10893-3∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 3：Automated full peripheral flux leakage testing of seamless and welded（except submerged arcwelded）ferromagnetic steel tubes for the detection of longitudinal and/or transverse imperfections［S］.Switzerland：2011.

［5］ Technical Committee ISO/TC 17，Steel，Subcommittee SC 19.ISO 10893-5∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 5： Magnetic particle inspection of seamless and welded ferromagnetic steel tubes for the detection of surface imperfections［S］.Switzerland：2011.

［6］ Technical Committee ISO/TC 17，Steel，Subcommittee SC 19.ISO 10893-8∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 8： Automated ultrasonic testing of seamless and welded steel tubes for the detection of laminar imperfections［S］.Switzerland：2011.

［7］ Technical Committee ISO/TC 17，Steel，Subcommittee SC 19.ISO 10893-10∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 10：Automated full peripheral ultrasonic testing of seamless and welded（except submerged arcwelded）steel tubes for the detection of longitudinal and/or transverse imperfections［S］.Switzerland：2011.

［8］ Technical Committee ISO/TC 17，Steel，Subcommittee SC 19.ISO 10893-12∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 12： Automated full peripheral ultrasonic thickness testing of seamless and welded（except submerged arc-welded）steel tubes［S］.Switzerland：2011.

［9］ ASTM Committee E07 on Nondestructive Testing.ASTM E213 Standard practice for ultrasonic testing of metal pipe and tubing［S］.2009.

［10］ ASTM Committee E07 on Nondestructive Testing.ASTM E309 Standard practice for eddy-current examination of steel tubular products using magnetic saturation［S］.2011.

［11］ ASTM Committee E07 on Nondestructive Testing.ASTM E570 Standard practice for flux leakage examination of ferromagnetic steel tubular products［S］.2009.

［12］ ASTM Committee E07 on Nondestructive Testing.ASTM E709 Standard guide for magnetic particle testing［S］.2008.