ASME電站鍋爐項目中相控陣超聲演示試塊的準備及規程演示

任 通

(山東電力建設第三工程有限公司，青島 266100)

電站鍋爐本體管道(BP)的壁厚大多在30 mm或50 mm以上，大型機組鍋爐管道的壁厚甚至在90 mm以上，如果對其執行射線檢測，就底片黑度和像質計靈敏度而言,很難滿足ASME(美國機械工程師協會)標準的相關要求。在ASME標準中如需使用超聲檢測代替射線檢測，需使用可記錄的超聲檢測設備。基于此，相控陣技術開始應用于電站管道焊縫的檢測中。相控陣檢測需滿足ASME相關標準及公司內部質量控制手冊的要求，并接受現場AI(授權檢驗師)的監督。

1 相控陣在鋼印項目中的實施介紹

1.1 程序文件準備和相控陣人員資格要求

公司承建ASME鍋爐電站項目時，公司首先依據ASME標準編寫質量控制手冊，其中所有操作必須滿足標準、用戶和質量控制手冊管理要求。質量控制手冊可確保該公司所有工作區域動力鍋爐的安全性和可靠性。依據規范和公司質量控制手冊要求，該節重點介紹項目中相控陣檢測程序的準備和人員資格要求。

無損檢測人員培訓、考核、資格鑒定和證書頒發細則具體依據現行規范認可的SNT-TC-1A-2016(ASME第I卷2017版和2019版都是按SNT-TC-1A-2016版進行人員資格評定的)和ASME第V卷第1章強制性附錄II的相關要求進行編制、保存和執行。

當無損檢測工作由分包商執行時，應按公司內部質量控制手冊要求，所有的無損檢測工作必須按照分包商無損檢測III級人員批準的無損檢測程序執行。無損檢測程序應按照ASME規范第1卷、第5卷中的T-150要求進行演示，并應得到現場AI的認證。當程序中1種或者1種以上的重要變素發生變化時，程序需要進行重新演示，重新認定。以上內容在不同公司的質量控制體系里要求不同，不作為通用要求。

現場相控陣超聲檢測工作分包給分包商時，依據公司內部質量控制手冊要求，無損檢測Ⅲ級人員應確保無損檢測人員按照分包商的實施細則評定為合格。分包商需要提供其單位的無損檢測人員實施細則，無損檢測程序以及無損檢測I,II,III級人員資質(包括所具有方法的資格證、視力檢測表、學歷證書、培訓記錄、工作經歷和考試的試卷)，由公司的無損檢測III級人員審核以上資料。批準后的無損檢測人員應由公司的無損檢測III級人員記錄在“已有資格NDE(無損評價)人員表”中，每半年更新一次。公司的無損檢測III級人員應將這些文件妥善存檔以供AI審核。

在準備相控陣程序文件時，首先要確定標準的使用年限，一般標準年限需依據合同簽訂日期或者合同規定來確定，當合同中對標準年限使用沒有規定時，可依據合同簽訂日期執行。ASME設計標準使用年限，必須符合ASME 第I卷強制性附錄VI的要求，例如ASME SEC I-2019于2019年7月1日發布，2020年1月1日強制性使用；若合同簽訂日期為2019年7月1日～2020年1月1日，則可使用2017版，也可以使用2019版；合同簽訂日期在2019年7月1日之前的，則只能使用2017版。必須要理解合同簽訂日期和標準年限的前后對應關系。ASME第I卷2019版對使用相控陣技術的要求改動較大，尤其是重要變素和非重要變素的改動，對編寫程序文件的要求較高，對人員資格授權培訓的說明也相應增加很多內容，有新簽訂合同的業主應注意。

標準有要求時，AI有權力要求參與檢測的人員進行演示。對于程序的演示，ASME第I卷PW-52規定,按ASME第V卷第4章強制性附錄VII進行，該附錄中要求對相控陣程序進行鑒定，但沒有給出如何鑒定的相關依據，可能給以后的ASME聯檢帶來一定的麻煩。當采用ASME 第I卷的非強制性附錄E進行驗收時，鑒定程序非常清晰。附錄E要求相控陣檢測程序按ASME第V卷第4章強制性附錄VIII進行鑒定，附錄VIII中明確提出了程序鑒定按ASME第V卷第4章強制性附錄IX進行，與表1(在重要變素處打“√”,即說明該要求為重要變素，反之，為非重要變素)中重要變素規定的數值或數值范圍發生變更時，應要求對書面規程進行重新鑒定。

表1 超聲檢測規程要求

1.2 相控陣試塊

ASME鍋爐鋼印項目中的焊口需進行體積檢測時，依據標準要求進行射線和超聲檢測，而中厚壁以上的管道焊口射線檢測圖像難以滿足像質要求。標準允許使用超聲檢測技術時，應使用可記錄數據的超聲設備，且其應具有計算機采集和分析能力，具有自動或半自動掃查系統。依據標準，目前在電站項目中使用最多的就是相控陣技術。針對ASME電站鍋爐鋼印項目(電站鍋爐由本體管道和本體外管道等組成)，首先應依據ASME B31.1 表136.4(見表2，表中RT為射線檢測，UT為超聲檢測，包括相控陣超聲檢測，PT為滲透檢測，MT為磁粉檢測，VT為目視檢測)和ASME SEC I(PW-11)(見表3)中的規定確定焊口是否屬于鋼印范圍內的必檢焊口。所有焊縫除了用規定的無損檢測方法進行檢測外，還應進行目視檢測。

表2 ASME B31.1表136.4承載焊縫或受壓部件焊縫最低限度強制性無損檢測要求

表3 ASME SEC I(PW-11)中體積檢測的受壓部件對接接頭最低限度強制性無損檢測要求

部分鍋爐本體和鍋爐外管道ASME鋼印焊口及使用試塊參數如表4所示[當焊口外徑不小于500 mm時，可用平板試塊校準設備，但厚度需滿足一定的要求，表中材料均為美國材料實驗協會(ASTM)規定牌號]。

表4 部分鍋爐本體和鍋爐外管道ASME鋼印焊口及使用試塊參數 mm

依據規范ASME SEC V卷第4章附錄VIII規定，校準試塊和演示試塊可用于覆蓋工件曲率為其0.9倍～1.5倍的工件，演示試塊的厚度應不大于被檢產品厚度的25%，接頭兩邊的材料厚度不同時，應依據較小一邊的厚度選擇演示試塊的厚度。演示試塊焊接接頭的結構應為現場產品焊縫的典型結構。演示試塊中各缺陷的參數如表5所示。項目所使用的校準試塊及演示試塊的結構分別如圖1,2所示。校準試塊中的核槽寬度均為2 mm。

依據ASME SEC第V卷第4章附錄IX規定,除非標準另有規定，否則演示試塊在至少包含3個真實的平面缺陷或3個EDM(電子刻槽)，其方向平行于產品的焊縫軸線或坡口面的缺陷應在試塊內、外表面及下表面都有分布。如果掃查計劃將焊縫劃分為多個檢測區域，則每個區域應至少有1個缺陷。

表5 演示試塊中的缺陷參數 mm

圖1 校準試塊結構示意

圖2 演示試塊結構示意

現場進行相控陣演示應依據標準和程序文件進行，重要的是演示試塊的準備，在國內可以委托工廠加工，在國外，多數需要在項目現場焊接完成后送到當地工廠加工，完全依據標準允許的缺陷長度和高度去加工試塊，超過標準允許的范圍會被現場AI拒收。

現場應根據待檢鋼印焊口的規格，編制相應的掃查計劃，然后在符合條件的試塊上進行演示。相控陣演示過程應重點注意掃查時中心偏置距離的改變。依據標準，掃查計劃改變時還需要進行重新演示。項目現場一般可用1塊演示試塊覆蓋多種規格的焊口。根據預先制作的掃查計劃進行檢測，不能完全檢出演示試塊上的缺陷時，必須調整掃查計劃，或者根據待檢焊口規格重新加工演示試塊，直到能檢出全部缺陷。

相控陣演示結束后，出具演示報告。根據標準要求，對拒收缺陷的信號進行定性檢測，記錄其信號類型(表面缺陷或者近表面缺陷)及缺陷的位置和長度。

1.3 缺陷評判標準

現場鋼印焊口分為2個部分，其中一部分為本體管道，依據標準ASME SEC I要求，本體管道焊縫厚度為6～13 mm時，其驗收標準為code case 2816；厚度大于13 mm時，依據ASME SEC I 附錄E進行驗收；本體外部管道依據ASME B31.1進行驗收。對于厚度為6～13 mm的焊縫，當用相控陣超聲技術代替射線檢測技術進行檢測時，應將code case 2816的相關內容加入到相控陣程序文件中。

2 結語

依據標準，項目為ASME鋼印項目并進行相控陣超聲檢測時，應重點考慮演示試塊的準備和及現場演示規程。介紹了演示試塊的準備和規程演示中需要注意的事項及缺陷評判標準，為順利高效地完成現場相控陣超聲檢測的相關工作提供參考。