ASME 2013 NDE研討會(huì)提問(wèn)解答

李 衍

（無(wú)錫市鍋爐壓力容器學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)專(zhuān)委會(huì) 無(wú)錫 214026）

ASME 2013 NDE研討會(huì)提問(wèn)解答

李 衍

（無(wú)錫市鍋爐壓力容器學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)專(zhuān)委會(huì) 無(wú)錫 214026）

Q1：請(qǐng)比照ASME PAUT 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相應(yīng)ISO標(biāo)準(zhǔn)作一簡(jiǎn)介。

A1：ASME（2013）涉及焊縫超聲相控陣檢測(cè)（PAUT）的標(biāo)準(zhǔn)共11個(gè)，見(jiàn)表1。使用者須視具體情況，將需用標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)附錄串珠成鏈。主要環(huán)節(jié)：校驗(yàn)——掃查——評(píng)定。評(píng)定受制于制造卷。

ISO PAUT標(biāo)準(zhǔn)主要是ISO 13588:2012，校驗(yàn)、掃查、評(píng)定“三位一體”。但各環(huán)細(xì)節(jié)，仍離不開(kāi)各相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。ISO不同于ASME的主要點(diǎn)在于：1）ISO分A、B、C、D四個(gè)檢測(cè)等級(jí)。A→C，缺陷檢出率由低而高，D為特殊等級(jí)。2）有與不同檢測(cè)等級(jí)相應(yīng)的掃查方式、探測(cè)布置和聲線(xiàn)示蹤圖例。3）校驗(yàn)時(shí)間窗和靈敏度用的參考試塊有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，按檢測(cè)等級(jí)選用。4）超聲顯示驗(yàn)收等級(jí)也相關(guān)于檢測(cè)等級(jí)。

一言以蔽之，ISO PAUT標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是：校驗(yàn)、掃查、評(píng)定、驗(yàn)收全是分級(jí)進(jìn)行。ISO 13588:2012主要內(nèi)容，詳見(jiàn)筆者另文《焊縫超聲相控陣檢測(cè)最新ISO標(biāo)準(zhǔn)》[1]。

Q2：PAUT DAC曲線(xiàn)如何制作？是用A掃圖作的嗎？焊縫檢測(cè)靈敏度如何調(diào)整？

A2：通常，焊縫PAUT主顯示是S掃或E掃顯示，但作為原始顯示或基礎(chǔ)顯示的A掃顯示，仍可同時(shí)顯示在液晶屏上，作為參考顯示或輔助顯示。DAC曲線(xiàn)是儀器-探頭-試塊組合靈敏度校驗(yàn)的重要數(shù)據(jù)，由A掃圖像顯示，其結(jié)果會(huì)影響到S掃顯示特征。DAC曲線(xiàn)繪制示例見(jiàn)圖1和圖2。

表1 ASME法規(guī)中涉及PAUT法的主要標(biāo)準(zhǔn)*

表2 ISO有關(guān)PAUT法主要標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

注意點(diǎn)：1）制作DAC曲線(xiàn)用測(cè)反射體回波幅度的校驗(yàn)試塊，其材料、標(biāo)稱(chēng)厚度、表面粗糙度及熱處理，應(yīng)與被檢焊縫相似。2）用斜探頭時(shí)，參考反射體可用深度位置為（1/4）T和（3/4）T的橫孔校驗(yàn)；T＜25mm時(shí)，可用（1/2）T和（3/4）T孔校驗(yàn)。對(duì)小徑薄壁管，可用電火花加工的內(nèi)外表面線(xiàn)槽測(cè)試。3）校驗(yàn)方法：（1） 時(shí)間校準(zhǔn)增益——PA檢測(cè)評(píng)定用彩碼B掃或S掃作為原始評(píng)定法，此彩碼相關(guān)于整個(gè)聲程距離的波幅。當(dāng)然，只有設(shè)置電子距離波幅補(bǔ)償電路（TCG）的儀器，才可使用此法。要求使用校驗(yàn)范圍內(nèi)的所有反射體。（2）儀器的時(shí)間或聲程（非實(shí)深）顯示按既定聚焦法則，將測(cè)得的反射體最大波幅，調(diào)節(jié)為40%～80%滿(mǎn)屏高。（3）用相同聚焦法則，使檢測(cè)聲程范圍內(nèi)的其它參考反射體反射波幅，一一最大化，調(diào)節(jié)電子距離波幅校準(zhǔn)控制鈕，使這些反射體的反射波幅與初始反射體的反射波幅，達(dá)到等屏高。將此校準(zhǔn)過(guò)程應(yīng)用于檢測(cè)用的所有聚焦法則。（4）也可用全聲程距離范圍內(nèi)的其它等尺寸反射體，對(duì)所有聚焦法則完成等幅校準(zhǔn)的其它方法。通常，系統(tǒng)所用校準(zhǔn)方法，在每臺(tái)儀器的操作手冊(cè)中均有細(xì)節(jié)交代。

焊縫檢測(cè)用橫孔調(diào)整靈敏度的方法示例見(jiàn)圖3。注意，橫孔反射波幅對(duì)每一橫孔均同，即使檢測(cè)橫孔角度不同，橫孔聲程距離不同，亦然。圖4即比較了DAC法與TCG法的特征區(qū)別。

圖1 橫孔DAC曲線(xiàn)繪制示例

圖2 小管線(xiàn)槽DAC曲線(xiàn)繪制示例

圖3 PAUT 焊縫S掃橫孔靈敏度校驗(yàn)法示例

圖4 DAC法與TCG法的比較

Q3：E掃或S掃圖中，如何評(píng)定缺陷圖像的波幅值？如何對(duì)缺陷測(cè)長(zhǎng)測(cè)高?

A3：PAUT儀器一般都有放在軟件中的缺陷測(cè)量工具。這些測(cè)量工具均借助于多個(gè)覆蓋在各種圖像顯示上的水平光標(biāo)和垂直光標(biāo)。PAUT儀器測(cè)量可靠性，有賴(lài)于操作者輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性（如試件厚度等），以及準(zhǔn)確顯示缺陷量值和位置的校驗(yàn)準(zhǔn)確性。

缺陷定量可使用工業(yè)上認(rèn)可的各種方法進(jìn)行，如波幅降落法（6dB法）、端部衍射法等。不同缺陷類(lèi)型可能需要不同的測(cè)量方法。

1) 缺陷測(cè)長(zhǎng)法。平行于試件表面的缺陷長(zhǎng)度，可依據(jù)D掃描或C掃描圖像上的編碼距離，用波幅降落法測(cè)出：將垂直光標(biāo)置于D掃描或C掃描圖像上顯示的缺陷兩端，即可獲取相應(yīng)讀數(shù)。缺陷測(cè)長(zhǎng)原理，用光標(biāo)對(duì)缺陷測(cè)長(zhǎng)示例，以及對(duì)3mm長(zhǎng)電火花切割線(xiàn)槽測(cè)長(zhǎng)示例，分別如圖5、圖6和圖7所示。

圖5 缺陷端部-6dB法測(cè)長(zhǎng)原理

圖6 在C掃圖像上，用波幅降落法和垂直光標(biāo)進(jìn)行缺陷測(cè)長(zhǎng)

圖7 3mm長(zhǎng)EDM線(xiàn)槽PAUT測(cè)長(zhǎng)示例

2) 缺陷測(cè)高法。垂直于試件表面的缺陷高度，可依據(jù)E掃或S掃獲取的B掃顯示圖像，用波幅降落法或端部衍射法測(cè)出。

(1）波幅降落法：將水平光標(biāo)分別置于6dB降落法顯示的缺陷上下端部，測(cè)取缺陷高度讀數(shù)。圖8、圖9即為波幅降落法用光標(biāo)對(duì)缺陷測(cè)高示例。

圖8 在B掃圖像上，用波幅降落法和水平光標(biāo)進(jìn)行缺陷測(cè)高

圖9 用6dB降落（半波高度）法對(duì)面狀缺陷測(cè)高

(2）端部衍射法：將水平光標(biāo)分別置于端部衍射法顯示的缺陷上下端部，測(cè)取缺陷高度讀數(shù)。圖10即為端部衍射法用光標(biāo)對(duì)缺陷測(cè)高示例。

圖10 在S掃圖像上，用端部衍射法和水平光標(biāo)進(jìn)行缺陷測(cè)高

裂紋高度（H0）與S掃顯示（H）的相關(guān)性和用相控陣S掃背散射衍射法測(cè)底面開(kāi)口裂紋高度示例，分別見(jiàn)圖11和圖12。

圖11 裂紋高度（H0）與S 掃顯示（H）的相關(guān)性

圖12 用相控陣S掃背散射衍射法測(cè)底面開(kāi)口裂紋高度

Q4：PAUT中缺陷如何定性？每種缺陷的顯示特征如何？有何規(guī)律？

A4：可根據(jù)相控陣法所獲得的缺陷反射回波和缺陷衍射回波幅度比，將缺陷分為體型缺陷(夾渣、氣孔類(lèi))和面型缺陷(裂紋、未熔合、未焊透類(lèi))。面型顯示任何尺寸都不容許，體型顯示按測(cè)長(zhǎng)值評(píng)斷合格與否。兩種缺陷的X射線(xiàn)照相影像特征示例見(jiàn)圖13。

圖13 焊縫體型缺陷和面型缺陷示例

凡波幅比H1/H2＞4的缺陷，可定為體型缺陷；凡波幅比H1/H2＜3.5的缺陷，可定為面型缺陷。若波幅比處于4～3.5的過(guò)渡區(qū)，則該缺陷可能是混合型缺陷，即形狀是平面狀的，但端部是圓形的。測(cè)出波幅比處于過(guò)渡區(qū)的缺陷，其高寬比約為4～6。三類(lèi)缺陷——體型缺陷、面型缺陷和混合型缺陷存在區(qū)與回波波幅比和缺陷高寬比的相關(guān)性，如圖14所示。

圖14 按回波幅度比H1/H2相對(duì)于缺陷高寬比的平均趨勢(shì)對(duì)缺陷表征定型

圖15 表示面型缺陷和體型缺陷衍射回波的產(chǎn)生機(jī)理計(jì)算機(jī)模擬顯示與實(shí)測(cè)結(jié)果。

圖15 超聲缺陷衍射回波的產(chǎn)生機(jī)理計(jì)算機(jī)模擬顯示和實(shí)測(cè)結(jié)果

Q5: 異種鋼焊縫的檢測(cè)要領(lǐng)是什么？焊接試塊中反射體位置如何設(shè)定？

A5: 高合金鋼和高鎳合金焊縫熔敷層，碳鋼和高合金鋼及高鎳合金之間異種金屬焊縫，其超聲檢測(cè)，通常要比鐵素體鋼焊縫的檢測(cè)困難得多。超聲檢測(cè)的困難主要是由固有的粗晶結(jié)構(gòu)或各向異性結(jié)構(gòu)造成的，因?yàn)檫@樣的結(jié)構(gòu)會(huì)引起超聲波在晶界上的衰減、反射和折射明顯不一，也會(huì)使超聲波在晶粒內(nèi)部的傳播聲速產(chǎn)生變化。根據(jù)ASME 第Ⅴ卷第一章《總的要求》T-150“檢測(cè)工藝”規(guī)定，檢測(cè)此類(lèi)材料構(gòu)成的焊縫，應(yīng)對(duì)第四章通用要求進(jìn)行必要的修正和補(bǔ)充，包括：（1）制作焊接模型（即焊接試塊）；（2）在熔敷層或堆焊層中，“種植”參考反射體（線(xiàn)槽類(lèi)面型缺陷或橫孔類(lèi)體型缺陷）；（3）使用單晶或雙晶縱波斜探頭。圖16～圖19分別表示四種示例：異種鋼焊縫靈敏度校驗(yàn)用焊接試塊和人工缺陷的制作，PAUT靈敏度校驗(yàn)，探頭布置、聲線(xiàn)示蹤和S掃顯示組合1（探頭置于不銹鋼基材側(cè)）和組合2（探頭置于碳鋼基材側(cè)）。

圖16 異種鋼焊縫的焊接試塊示例

圖17 PA探頭用3#線(xiàn)槽上下兩端衍射信號(hào)校準(zhǔn)靈敏度

圖18 PA探頭置于不銹鋼基材上檢測(cè)焊縫中埋植的線(xiàn)槽

圖19 PA探頭置于碳鋼基材上檢測(cè)焊縫中埋植的線(xiàn)槽

Q6：四通管焊縫（圖20）作UT，探頭如何布置？

A6：圖20所示四通管件，有兩個(gè)管接頭。承壓設(shè)備管接頭通常有兩種連接方式：插入式和安置式。安置式是接管一側(cè)開(kāi)坡口，而插入式是本體一側(cè)開(kāi)坡口。由圖20得知，這兩個(gè)管接頭是安置式。可考慮用接管外探法：即斜探頭置于接管側(cè)外表面，用0.5S波探根部，用1.0 S波探接管側(cè)熔合面和焊縫區(qū)。施探前，前期準(zhǔn)備包括（1）試樣管制備；（2）三部位人工反射體“種植”（2個(gè)在熔合面，1個(gè)在根部）；（3）探頭楔塊底面修整（探頭底面與接管表面間隙大于0.5mm時(shí)）；（4）UT工藝驗(yàn)證評(píng)定（DAC、TCG、ACG校準(zhǔn)，聚焦法則校驗(yàn)）。若有條件，能用“退役”四通管接頭作校驗(yàn)試樣，則效果更佳。對(duì)批量較大的四通管件，可采用“建模仿真”軟件，有效驗(yàn)證超聲掃查覆蓋范圍和典型缺陷檢出效果（省去制作多規(guī)格校驗(yàn)試樣之弊病）。

圖20 四通管接頭PA探頭接管外探法布置例

Q7: 射線(xiàn)底片黑度按ASME要求需測(cè)量幾點(diǎn)？

A7: 按ASME第Ⅴ卷第二章要求，可予評(píng)定的射線(xiàn)底片必須同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)條件——（1）必要條件：1.8≤Di≤4.0（X射線(xiàn)）；（2）充分條件：0.85DIQI≤Di≤1.3 DIQI（即有效評(píng)定區(qū)內(nèi)，任意一點(diǎn)的黑度Di不得低于像質(zhì)計(jì)應(yīng)顯絲附近黑度的15 %，也不得高于像質(zhì)計(jì)應(yīng)顯絲附近黑度的30 %）。若使用絲型像質(zhì)計(jì)（IQI），這個(gè)應(yīng)該顯示的像質(zhì)計(jì)金屬絲附近的黑度DIQI，對(duì)被檢的有余高焊縫來(lái)說(shuō)，就必然有兩個(gè)顯示數(shù)值：一個(gè)是應(yīng)顯絲附近的焊縫厚度，另一個(gè)是應(yīng)顯絲附近的母材黑度。所以，射線(xiàn)底片黑度按ASME要求，要同時(shí)滿(mǎn)足上述兩要求，至少得測(cè)5點(diǎn)，如圖21所示：1、2點(diǎn)是IQI應(yīng)顯絲附近的焊縫和母材厚度，3、4點(diǎn)是有效區(qū)段標(biāo)記所指向的兩端焊縫中心黑度，5點(diǎn)是焊縫長(zhǎng)度中心所指向的母材黑度。IQI應(yīng)顯絲徑相關(guān)于被檢焊縫單壁透照厚度和透照方式（查表取值）。

圖21 射線(xiàn)底片黑度測(cè)點(diǎn)的選定及其要求

[1] 李衍.焊縫超聲相控陣檢測(cè)ISO 13588：2012標(biāo)準(zhǔn)評(píng)述[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2015，31（8）：22-28.

Answers for Questions at the NDE Seminar on ASME Code 2013

Li Yan
(NDT Subcommittee of Wuxi Boiler and Pressure Vessel Society Wuxi 214026)

X924.2

B

1673-257X(2015)09-0038-06

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.09.008

李衍(1940～), 男，高級(jí)工程師，NDE責(zé)任工程師，從事無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究工作。

2015-01-15）