超聲檢測異常時對比試塊問題的分析

□ 郄寵光

中核第四研究設(shè)計工程有限公司 石家莊 050022

1 對比試塊重要性

隨著工業(yè)的發(fā)展,超聲探傷技術(shù)越來越普遍地應(yīng)用于設(shè)備制造行業(yè),不僅可以檢驗(yàn)金屬材料,而且可以檢測非金屬材料的外觀和內(nèi)部缺陷[1]。在超聲檢測過程中,對比試塊發(fā)揮著重要作用。對比試塊是超聲檢測中用于判定被檢件缺陷尺寸和位置的參考體,決定了超聲檢測的準(zhǔn)確性、精度,并且是判定檢測結(jié)果的依據(jù)。

2 對比試塊定義和用途

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.3—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第3部分:超聲檢測》[2],對比試塊指與被檢件材料、化學(xué)成分相似,含有意義明確參考反射體的試塊,用于調(diào)節(jié)超聲檢測設(shè)備的幅度和聲程,以將所檢出的缺陷信號與已知反射體所產(chǎn)生的信號相比較。可見,對比試塊是用于檢測校準(zhǔn)的試塊。對比試塊的外形尺寸應(yīng)能代表被檢件的特征,對比試塊的厚度應(yīng)與被檢件的厚度相對應(yīng)。如果涉及到不同厚度工件對接接頭的檢測,對比試塊的厚度應(yīng)由較大工件厚度確定。對比試塊應(yīng)采用與被檢件材料聲學(xué)性能相同或相似的材料制成,當(dāng)采用直探頭檢測時,不得有大于或等于φ2 mm平底孔當(dāng)量直徑的缺陷。不同被檢件超聲檢測用對比試塊人工反射體的形狀、尺寸、數(shù)量應(yīng)符合NB/T 47013.3—2015相關(guān)章節(jié)的規(guī)定。對比試塊的尺寸精度在NB/T 47013.3—2015中有明確要求時,應(yīng)提供相應(yīng)的證明文件;無明確要求時,參照標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8428—2015《無損檢測超聲試塊通用規(guī)范》的規(guī)定[3]。

3 對比試塊要求

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20003.2—2010《核電廠核島機(jī)械設(shè)備無損檢測 第2部分:超聲檢測》[4],對比試塊指用于檢測校準(zhǔn)的試塊。制作對比試塊的材料應(yīng)取自三方面:① 被檢件延長段或自被檢件中割下的余料;② 從與被檢件具有相同材料和熱處理狀態(tài)的部件割下的余料;③ 與被檢件具有相近聲學(xué)特性的材料。除另有規(guī)定外,對比試塊與被檢件間的聲學(xué)性能差異在規(guī)定范圍內(nèi),則認(rèn)為具有相近的聲學(xué)特性。規(guī)定范圍包括聲速±5%、聲阻抗±5%、衰減系數(shù)±20%或厚度相同底波信號差異小于4 dB[5]。

根據(jù)NB/T 47013.3—2015,對比試塊采用CSK-ⅡA、CSK-ⅡA-2、CSK-ⅢA、CSK-ⅣA等型號。CSK-ⅡA型對比試塊適用于檢測面曲率半徑250 mm以上的焊接接頭、厚度范圍為6～200 mm的工件。CSK-ⅡA-2型對比試塊適用于檢測厚度范圍為40～100 mm的2件。

4 異常情況

某制造企業(yè)生產(chǎn)的超級管道限制件由Q345B碳素鋼板材焊接成型[6]。超級管道是貫穿核電站安全殼的重要安全物項,是核電站第三道安全屏障的重要組成部分。限制件作為超級管道的附屬部件,起約束外力,保證超級管道運(yùn)行穩(wěn)定性的重要作用。限制件采用典型的T 形接頭全焊透對接焊縫[7],焊接完成后,要求100%超聲探傷。由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn),焊縫表面的干擾波及幾何非缺陷波都會影響對缺陷的定性定量判斷。限制件按工藝要求焊接完成后,制造企業(yè)安排質(zhì)量部檢驗(yàn)班組持證檢測人員負(fù)責(zé)對焊縫進(jìn)行超聲探傷檢測[8],依據(jù)NB/T 20003.2—2010執(zhí)行。制造企業(yè)的前十批次產(chǎn)品超聲探傷檢測結(jié)果統(tǒng)計見表1。

表1 十批次超聲探傷檢測結(jié)果統(tǒng)計

在第十次超聲探傷檢測過程中,發(fā)現(xiàn)被檢出的超標(biāo)缺陷成倍增加。歷史檢測結(jié)果經(jīng)驗(yàn)表明,一個相同的產(chǎn)品最多檢測出3～5個超標(biāo)缺陷,有時無超標(biāo)缺陷,而該批次檢出21個超標(biāo)缺陷和14個可記錄缺陷,可以判定出現(xiàn)異常情況。

5 問題分析

針對第十批次檢查結(jié)果出現(xiàn)21個超標(biāo)缺陷和14個可記錄缺陷的異常情況,筆者從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個要素進(jìn)行分析,查找超級管道限制件超聲檢測結(jié)果異常的根本原因。

檢測人員均為持證人員,且經(jīng)驗(yàn)豐富,十個批次的檢測人員沒有更換,可以排除人的因素。超級管道限制件焊接工藝是成熟工藝,超聲檢測程序的編制和審核都由持證人員完成[9],檢測程序一直在使用,在其它批次檢測過程中未發(fā)現(xiàn)檢測程序存在問題,可以排除法的因素。超聲檢測對環(huán)境無要求,可以排除環(huán)的因素。超聲探傷儀在檢定期內(nèi),檢查結(jié)果合格,可以排除機(jī)的因素。對檢測用對比試塊進(jìn)行排查,發(fā)現(xiàn)對比試塊發(fā)生了改變,前九批次對比試塊采用試塊A,第十批次更換為試塊B。由此初步判定,試塊B是此次異常情況發(fā)生的重要影響因素。

檢測人員對檢驗(yàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)回溯,發(fā)現(xiàn)因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)更新,淘汰了CSK-ⅡA-2型標(biāo)準(zhǔn)試塊,即試塊A,新購進(jìn)了CSK-ⅡA-2型標(biāo)準(zhǔn)試塊,即試塊B。試塊B在問題批次產(chǎn)品檢測中作為對比試塊使用。試塊A和試塊B均為對比試塊廠家制作的合格產(chǎn)品,均有產(chǎn)品合格證和校驗(yàn)合格證書,未發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問題。筆者安排檢測人員用試塊A和試塊B作為對比試塊對超級管道限制件進(jìn)行復(fù)查。復(fù)查方法為用試塊A復(fù)查第十批次限制件，用試塊B復(fù)查前九批次的限制件。用試塊A復(fù)查第十批次限制件,結(jié)果為無超標(biāo)缺陷。用試塊B復(fù)查前九批次限制件,結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在多個超標(biāo)缺陷,不合格。經(jīng)對比復(fù)查可以發(fā)現(xiàn),對比試塊對檢查結(jié)果產(chǎn)生了重大影響,證明由于試塊B的原因影響了檢測結(jié)果[10-11]。

對比試塊應(yīng)滿足聲速±5%、聲阻抗±5%、衰減系數(shù)±20%或厚度相同底聲信號差異小于4 dB,為此,筆者用超聲檢測設(shè)備對試塊A和試塊B的聲學(xué)特性分別進(jìn)行了檢測,試塊A的衰減系數(shù)為0.018 dB/mm,試塊B的衰減系數(shù)為0.059 dB/mm,超級管道限制件的衰減系數(shù)為0.016～0.018 dB/mm。可以看出試塊B與產(chǎn)品具有明顯的聲學(xué)特性差異,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了衰減系數(shù)±20%的范圍。由此可以判定,試塊B作為超級管道限制件超聲檢測的對比試塊是不合格的。

6 對比試塊互檢

為了確保產(chǎn)品質(zhì)量,制造企業(yè)又購進(jìn)了CSK-ⅡA-2型標(biāo)準(zhǔn)試塊,簡稱試塊C。經(jīng)過檢測機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)合格后,檢測人員測得試塊C的衰減系數(shù)為0.016dB/mm。分別以試塊B和試塊C作為對比試塊來檢測試塊A的缺陷孔徑φ2mm底波降低量,進(jìn)行對比試塊互檢,檢測結(jié)果見表2。

表2 底波降低量檢測結(jié)果

試塊A、試塊B、試塊C的缺陷孔徑均為φ2 mm,通過檢測結(jié)果比較可以得出,用試塊B作為對比試塊來判定結(jié)論時,與實(shí)際缺陷存在很大誤差,由此得出結(jié)論,將試塊B作為超級管道限制件超聲檢測的對比試塊是不合格的。

7 第三方鑒定

制造企業(yè)委托第三方檢測機(jī)構(gòu)對試塊B進(jìn)行鑒定,主要檢測試塊B的衰減系數(shù),并和檢測機(jī)構(gòu)三塊相同規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)試塊的衰減系數(shù)進(jìn)行對比,鑒定結(jié)果如圖1所示。試塊B的衰減系數(shù)為0.057～0.068 dB/mm,第三方檢測機(jī)構(gòu)對其它同規(guī)格CSK-ⅡA-2型標(biāo)準(zhǔn)試塊的檢測結(jié)果為0.016～0.023 db/mm,與試塊B有明顯差異,因此判定試塊B作為超級管道限制件對比試塊是不合格的。

▲圖1 第三方檢測機(jī)構(gòu)鑒定結(jié)果

8 結(jié)束語

為了找出超級管道限制件超聲檢測超標(biāo)缺陷數(shù)量異常的原因,通過多次超聲檢測復(fù)查、對照程序標(biāo)準(zhǔn)研究、對比試塊互檢、委托第三方檢測機(jī)構(gòu)鑒定等方法,最終確認(rèn)是第十批次使用的對比試塊不滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,導(dǎo)致檢測超標(biāo)缺陷數(shù)量異常,排除了超級管道限制件焊接缺陷的可能性。

對比試塊衰減系數(shù)過大,在實(shí)際檢測中會放大產(chǎn)品的缺陷,導(dǎo)致缺陷數(shù)量過多,造成檢測結(jié)果失真,給制造企業(yè)增加生產(chǎn)成本。對比試塊衰減系數(shù)過小,在實(shí)際檢測中會縮小缺陷尺寸,導(dǎo)致不合格品流出，后果嚴(yán)重。

因此,在超聲檢測過程中必須選用合格的對比試塊,這樣才能保證產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。