ASME法規(guī)2017版有關NDE的重要更新

李 衍

（無錫市鍋爐壓力容器學會無損檢測專委會 無錫 214026）

具有國際權威的ASME BPVC法規(guī)，自2013年起，從原來每3年修訂1次改成每2年修訂1次。這次修訂版于2017年7月1日正式發(fā)布實施。今將新版ASME中涉及無損檢測（NDE）的重要更新（包括第Ⅰ卷電站鍋爐、第Ⅷ卷第1分冊壓力容器和第Ⅴ卷無損檢測）歸納如下。由更新內容可見，新版承壓設備制造卷強調了數(shù)字化NDE方法的應用導則（包括數(shù)字RT的兩大主流技術——CR法和DR法，數(shù)字UT的兩大主流技術——TOFD法和PAUT法）；方法標準與驗收標準的施用。以下即扼要介紹上述三卷中有關NDE的重要變更，并結合相關技術背景和實際應用，擇要點評。

1 第Ⅰ卷 電站鍋爐

1.1 PG-75修正：闡明第Ⅰ卷制造用的目視檢測（VT）要求

目視檢測（VT）在第Ⅰ卷某些章節(jié)中有要求，而在有些章節(jié)中則有建議，但方法無具體條例，如直接法、遙控法、放大法等。PG-75修訂版對目視檢測提供了導則。指出：具體要求要放在制造者質量計劃中規(guī)定，此規(guī)定應與非強制性附錄A-302一致。

在某些情況下，必須用遙控目視檢測取代直接法檢測。遙控目視檢測可用鏡子、望遠鏡、管道鏡、光纖、相機等目視器具或其他合適的儀器。這些器具所具備的分辨能力至少應等效于直接目視觀測所得分辨能力。

1.2 添加了非強制性新附錄NA-E：超聲檢測實施規(guī)范案例CC 2235

規(guī)范案例CC 2235作為非強制性附錄NA-E編入第Ⅰ卷，即允許使用超聲檢測和基于斷裂力學的驗收標準，以取代PW-52中規(guī)定的基于制造質量的驗收標準。

1）ASME規(guī)范案例CC 2235-10《用超聲檢測取代射線照相》（適用于第Ⅰ卷、第Ⅷ卷第1、2分冊、第Ⅶ卷；批準日：2012-3-21），首次以附錄形式NA-E編入第Ⅰ卷。該案例強調，焊縫檢測以UT取代RT，應同時滿足11項必要條件，包括：檢測范圍、檢測設計、實驗驗證、評定試塊、檢測方式、數(shù)據(jù)記錄、人員資質、數(shù)據(jù)分析、缺陷評定和驗收標準、最終數(shù)據(jù)包及其他要求。其中最重要的是設備、人員和方法三要素；核心技術是超聲衍射時差（TOFD）和相控陣（PA）技術的應用（且必須是半自動或全自動檢測）[1]。

2）CC 2235-10采用基于斷裂力學的驗收標準。而一般對制造產(chǎn)品采用基于質量控制的驗收標準。與兩種驗收標準對應的檢測方法和檢測工藝，各不相同。基于斷裂力學標準的驗收標準，要求先將缺陷歸類表征（表面缺陷與內部缺陷），再對缺陷劃框評定表征（多個缺陷有“同面歸一”、“同面異線歸一”、“異面歸一”等附則），最后按缺陷形狀比和長度及壁厚范圍，對照三表判定合格與否[2]。

3）這次修訂版允許制造產(chǎn)品在特定情況下可選用基于斷裂力學的驗收標準，UT中高級人員在這方面就有許多新動作要做。要通過實物模型檢測和評定演示，記錄全過程，并取得有關方認可。

4）缺陷評定有兩類標準：質量控制和合乎使用標準。通常，前者用于制造設備，重在質量控制；后者用于在役設備，以斷裂力學為評析基礎。若制造設備采用合乎使用的驗收標準，應考慮：（1）根據(jù)缺陷是否影響使用性能來評定在建造中所發(fā)現(xiàn)的具體缺陷的可接受性；（2）在制造和使用前須簽訂特定合同，規(guī)定特殊部件、特殊結構的檢測與驗收。即考慮到缺陷對部件性能的影響，采取比通常的質量控制更切合實際的標準——當然應經(jīng)AIS（主任授權檢驗師）同意。有關斷裂力學與安全評定的技術背景、機理剖析、執(zhí)行程序及應用實例[3]，內容深刻，需另文研討。

1.3 PW-51.4修正：允許射線照相用數(shù)字圖像保存

現(xiàn)有技術已可將射線照相從模擬膠片正確、安全地轉換為數(shù)字圖像。本修訂版添加了有關條例：即提出允許射線照相圖像保存為數(shù)字格式的做法。

1）一般數(shù)字RT技術分為三類：直接數(shù)字化、間接數(shù)字化和后數(shù)字化，如圖1所示。但工業(yè)NDE，特別是承壓設備NDE，最典型的是用IP（成像板）的CR（計算機數(shù)字RT）法和DDA（分立輻射探測器）的DR（直接數(shù)字RT）法。

圖1 工業(yè)射線數(shù)字RT法分類

2）注意用數(shù)字RT（射線檢測）取代膠片RT時必須達到的圖像質量要求。為實現(xiàn)與膠片RT的等價性，作為數(shù)字RT主流的CR（計算機射線照相）和DR（直接數(shù)字射線照相），必須注意系統(tǒng)的適當選擇、布置、校正和圖像質量的標準化要求。

3）本修訂版在電站鍋爐制造卷認可了數(shù)字RT的應用，涉及數(shù)字射線成像的具體方法標準見表1。

表1 ASME BPVC 2017有關RT的數(shù)字成像標準或附錄匯總（Sec.Ⅴ）

*MA：強制性附錄；NA：非強制性附錄。

4）ASME 2017第二章MA-Ⅲ《數(shù)字圖像的采集、顯示和存儲》強調數(shù)字RT結果應與膠片RT等價（即具有同等缺陷檢驗能力）。而要實現(xiàn)兩者等價，圖像質量是核心要素。任何數(shù)字輻射探測器，其圖像質量參數(shù)之間的基本關系，如圖2所示[4]。

圖2 數(shù)字輻射探測器圖像質量參數(shù)之間的關系

1.4 PG-25.2.4和PW-50修正：強制執(zhí)行第Ⅴ卷第1章強制性附錄Ⅱ中列出的有關CR、DR、PAUT和TOFD強制培訓、經(jīng)歷與考試的要求

此條款突出對承壓設備焊縫作體積檢測時，實施數(shù)字化RT和UT的“三強制”事項。即從事數(shù)字RT的人員應在一般膠片RT的資質上，作有關CR和DR的專項附加培訓和實踐考核合格。同樣，從事計算機成像（CITs）的UT人員，也應在一般UT資質上，作有關TOFD和PAUT的專項附加培訓和實踐考核合格。除相關物理基礎外，掌握和活用相關方法標準和驗收標準，也是人員培訓、考核、取證重中之重。表2列出了ASME涉及CITs技術的標準一覽。

表2 ASME BPVC 2017有關UT的CI標準或附錄一覽（Sec. Ⅴ）

*MA：強制性附錄；NA：非強制性附錄。**TOFD法和PAUT法均適用。

2 第Ⅴ卷 無損檢測

2.1 第4章《超聲檢測》強制性附錄Ⅳ中表Ⅳ-422和強制性附錄Ⅴ中表Ⅴ-422修正：規(guī)定楔塊參數(shù)重要變素

楔塊重要變素，在原MA-Ⅳ表Ⅳ-422中僅為“楔塊角度”，而在原MA-Ⅴ表Ⅴ-422中僅為“楔塊自然折射角”。這兩種說法均不能充分覆蓋與相控陣楔塊相關的重要變素，或甚至曲解了楔塊角度（自然折射角因被檢材料而異）。這次修訂將“楔塊角度”改為“楔塊切割角度”，并添加了數(shù)項有關楔塊的重要變素。

相控陣線陣探頭多與楔塊組合。楔塊延時（T0）[μs]是指超聲在楔塊中由一定入射角造成的傳播時間（往返聲程）。術語符號和計算參數(shù)見圖3[5]。

圖3 探頭楔塊超聲延時和入射點的計算參數(shù)

1）與一定折射角相對的聲束入射角，由斯涅耳定律求得：

式中：

α——楔塊入射角；

β——試件折射角；

v1——楔塊聲速；

v2——試件聲速。

2）相控陣探頭中間高度（相關于虛擬發(fā)射點）：

3）楔內聲程和楔內延時：

4）后沿距離Ii：楔塊后端與特定折射角的聲束入射點之間距離：

5）入射點遷移ΔIi：入射點相對于楔塊內聲束入射角的變異（見圖4）。

圖4 相控陣探頭楔塊入射點遷移顯示及與折射角的相關性示圖

2.2 第4章《超聲檢測》T-434.1.2修正：添加了對比試塊代用材料的要求

校驗試塊用不同制品型式制作，或熱處理狀態(tài)與被檢工件不同時，原T-434.1.2對校驗試塊的代用并無要求。這次修訂添加了（c），增補了有關必需條例，以使代用校驗試塊可以頂用。

1）轉換校正：修訂版指出，試塊材料與產(chǎn)品形態(tài)材料不同，或未經(jīng)相同熱處理時，只要能滿足試塊其他所有要求，并對聲特性差作轉換校正，此試塊也可“代用”。轉換校正所用換能器和楔塊，應與檢測中使用的相同，觀測信號響應差，確定轉換校正值。信號接收條件：（1）基本校驗試塊和被檢工件中相應參考反射體（同類型、同尺寸）；或（2）兩探頭布置方向在基本校驗試塊和被檢工件上相同。檢測靈敏度應按轉換校正值調整。

2）補充說明：基本校驗試塊常用于時基線、聲束覆蓋范圍、靈敏度校正等。靈敏度校正包括DAC（Distance-Amplitude Correction）——距離波幅校正，TCG（Time-Corrected Gain）——時間校正增益，ACG（Angle-Corrected Gain）——角度校正增益。

3）追加附注：為便于攜帶到現(xiàn)場校驗使用，一般使用等效的小型試塊作檢測前、中、后的調整或復核校驗。小型試塊的尺寸、人工反射體尺寸、位置、數(shù)量應滿足試件UT規(guī)程最低要求。

2.3 第1章 《一般要求》T-110修正

關于新版第Ⅴ卷《無損檢測》的生效期。

添加了（C），闡明第Ⅴ卷可始用于新版發(fā)布日（2017-07-01），自發(fā)布日起，6個月后必強制性執(zhí)行，除非有相關文件另行修正。新加（d）告知使用者，規(guī)范案例可始用于ASME案例批準日。

2.4 第6章《液體滲透檢測》T-673.1修正

多余可水洗滲透劑的去除。

T-673.1新加了一段：對試件表面存在的多余可水洗滲透劑，允許用清潔、干燥、無絨毛的布或吸水紙取代水噴霧法，先水濕擦除，后干擦去除。

2.5 第11章《聲發(fā)射檢測》多重修正

更新聲發(fā)射（AE）條例。

2.6 多個ASTM標準作增補或更新

ASME 2017版第Ⅴ卷（無損檢測）B分卷增補或更新的ASTM（美國材料試驗學會）標準（共20個），見表3。

表3 ASME 2017第Ⅴ卷增補或更新的ASTM標準篇目

3 第Ⅷ卷第1冊 壓力容器

UW-11(a)(8)，UW-11(d)，UW-12，UW-51(a)(4)，及UW-53，均作修正，闡明手工超聲檢測（MAUT）和自動超聲檢測（AUT）兩種檢測方法皆認可。

1）ASME 2015以前的版本，CITs用UT，應為全自動（AUT）或半自動（SAUT）。第4章提出，焊縫作PAUT時，半自動或全自動檢測是基本要求，而手工檢測僅適用于作補充檢測（如橫向缺陷檢測等）。

2）AUT由步進電機驅動掃查器。SAUT是用手工輔助移動探頭掃查器。掃查器要沿某種導軌移動。此導軌可為磁條或導向桿，或在某種情況下，掃查器跨騎在焊縫上，操作者需確保掃查過程中掃查器橫向偏移最小。檢測位置數(shù)據(jù)由編碼器記錄。

3）可配置掃查器視被檢試件形狀尺寸等因素選用（示例見圖5）。

圖5 焊縫PA掃查器示例

4）本修訂版在壓力容器制造卷明文規(guī)定也允許用手工UT。實際上，應按需檢測的工件結構和形態(tài)、焊縫區(qū)域、長度、位置等特征，AUT、SAUT、MAUT擇一而為。或雙法并舉。

4 小結

1）本文概述了2017版ASME承壓設備設計制造卷（第Ⅰ卷《電站鍋爐》和第Ⅷ卷第1分冊《壓力容器》）和質量檢測方法卷（第Ⅴ卷《無損檢測》）有關NDE的重要變更條款（包括RT、UT、VT、PT、AE等）。

2）重要變更中特別強調體積檢測（RT和UT）數(shù)字化技術的推行和完善——RT中的CR和DR法，

UT中的PAUT和TOFD法，有相關設備、器材、程序、方法、驗收及人員方面的種種更新要求。斷裂力學驗收標準和相應定量評析技術是一大挑戰(zhàn)。

3）承壓設備（鍋爐、集箱、管子、容器、管道、管接頭）數(shù)字化NDE技術的實際應用，有待普及、提高，深化、細化，ASME 2017給出了“金鑰匙”，NDE人員任重道遠。

[1] ASME Code Case 2235-10 Use of Ultrasonic Examination in Lieu of Radiography[S].

[2] 李衍.承壓設備UT取代RT的必要條件——ASME規(guī)范案例2235-9研討[J].中國特種設備安全，2012，28(06～07)： 18-20，23-26.

[3] 沈士明.含缺陷承壓設備安全分析技術[M].北京：中國石化出版社，2011.

[4] 李衍.數(shù)字RT圖像質量評析[J].中國特種設備安全，2016，32(10)：10-20.

[5] 王悅民，李衍，陳和坤.超聲相控陣檢測技術和應用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.