ASME超声波规范案例

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标准化

NDT无损检测

ASME规范案例和焊缝超声检测新规定

李　衍

(无锡华光锅炉股份有限公司,无锡　214028)

摘　要:介绍ASME规范允许用超声检测取代射线照相对锅炉压力容器焊接接头作无损检测

的新规定。它规定了计算机超声成像法(包括TOFD技术)的应用程序和超声检测工艺规程的验证要求,以及对检出缺陷采用矩形断面界定尺寸的验收法则。意在为国内锅炉、压力容器、压力管道三类特种设备的无损检测与国际接轨提供借鉴。

关键词:超声检测;规范;缺陷认定;锅炉;压力容器;焊缝

中图分类号:TG115.28　　　文献标识码:A　　　文章编号:100026656(2005)0220100205　　

ASMECodeCaseandNewRulesofU(Boiler,,,China)

Eintroducedinwhichultrasonicinspectionispermittedfor(NDoftheweldedjointsinboilersandpressurevesselsinlieuofradiography,andtheapplicableofultrasoniccomputerizedimagingmethodssuchasTOFDtechniqueandtheacceptancecriteriaofdetectedflawsbasedontheboundedrectangularsizesofcrosssectionareasareemphasized.Theintentionistoprovideareferenceforthelinking2upofNDTtechniquesofspecialequipmentincludingboilers,pressurevesselsandpipeswithinternationalstandards.

Keywords:Ultrasonictesting;Code;Flawevaluation;Boiler;Pressurevessel;Weld

ASME锅炉压力容器规范(BPVC)原先规定,动力锅炉和压力容器对接接头用射线照相进行无损

检测。1996年10月23日公布了规范案例(CodeCase)2235《用超声检测取代射线照相》。随后案例2235又经1999,2000和2001三次修订。

Ⅷ卷第1和第2分册(压力容器)焊缝的超声检测。1.2　问题与答复

规范案例是对规范标准的补充,一经批准,即具有与规范正文同样的法定约束力。这里介绍2001年11月30日批准的规范案例2235-4《用超声检测取代射线照相》。该案例规定了采用计算机超声成像法TOFD(超声衍射时差法)技术的程序和所检出缺陷依据矩形断面界定尺寸的验收法则。

1　关于案例223524

1.1　适用范围

该案例适用于ASME第1卷(动力锅炉)和第

收稿日期:2004211215

向ASME锅炉压力容器委员会提出的问题是,

在什么情况下按第1卷PW-1第1和第Ⅷ卷第1分册UW-11(a)和第2分册表AF-241.1之要求作射线照相时,可用超声检测取代射线照相;对此有哪些限制。

ASME锅炉压力容器委员会的答复是,凡材料厚度t≥12.7mm(0.5in.)且满足以下要求的压力容器和动力锅炉的焊缝均可用超声检测(UT)法取代射线照相(RT)法,笔者对这些要求加以整理归类介绍如下。1.2.1　检测范围

(1)材料厚度t>200mm(8in.)时,超声检测区域应包括被检焊缝及焊缝两侧各50mm(2in.)的区域。

(2)材料厚度t<200mm(8in.)时,超声检测

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李　衍:ASME规范案例和焊缝超声检测新规定区域应包括被检焊缝及焊缝两侧各25mm(1in.)或1t(取两者中较小值)的区域。1.2.2　检测设备

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表2　焊缝厚度25.4mm≤t≤305mm时缺陷验收标准

长高比

a/l

25≤t≤64时的a/t102≤t≤305时的a/t

表面缺陷

0.78740.83820.91441.04141.19381.39701.62561.87962.10822.15902.2098

内部缺陷

0.86360.96521.09221.24461.44781.67641.98122.28602.66703.12423.3622

表面缺陷

0.48260.50800.55880.63500.71120.83820.96521.11761.27001.29541.3208

内部缺陷

0.50800.55880.63500.73660.83820.96521.11761.29541.47321.70181.9304

超声检测应使用有计算机数据采集的自动化装置进行。1.2.3　检测工艺

0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50

应提供检测方案或检测工艺的书面规程,说明探头布置、扫查方法和检测部位,以为焊缝质量验收提供标准化且有重复性的检测方法。此书面规程也应包括所使用的超声声束角度,声束相对于焊缝中心线的方向,以及每条焊缝的检测体积。用户有要求时,此书面规程应提供给用户。1.2.4　记录要求

数据应以原始(不作处理)形式记录。记录中应有完整的数据,对1.2.1所述检测范围内的信号,不得使用闸门、滤波及门限值处理方式进行采集记录。1.2.5　工艺验证

注:(1)t———对接焊缝板厚,。对不同板厚,t;,t为焊缝厚度。(2s≤d(d为近表,[1]中图1),则此近表面(3)a———表面缺陷在板厚方向的高度或内(s>a时)在板厚方向的半高度。(4)对中间的纵横比a/l和厚度t(64mm<t<102mm),允许用线性插入法。

超声检测应按ASME第Ⅴ卷第4应使用书面工艺规程。个平面状缺陷()。缺,缺陷尺寸按被检厚度不大于表1～3所示数值。技术操作合格是指能观测到最大允许缺陷的信号波形,或超过参考水平的其它要验证的缺陷的信号波形。或者,对不用波幅记录水平的方法,技术操作合格是指能显示出所有要定量的缺陷,包括最大允许缺陷,其指示长度li≥la(la为校正试块中指定缺陷的实际长度)。

表1　焊缝厚度12.7mm<t<25.4mm时缺陷验收标准

缺陷种类表面缺陷

a/t

l/mm

表3　焊缝厚度t>305mm缺陷验收标准

形状比a/l

0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50

表面缺陷a/mm

5.86.16.77.68.810.111.613.415.217.720.4

内部缺陷a/mm

6.16.77.68.810.111.613.415.217.720.423.2

缺陷种类内部缺陷

a/tl/mm

≤0.087≤4.6≤0.143≤4.6

注:(1)t———对接焊缝板厚,不包括允许的余高。对不同板厚对接的焊缝,t为两者中较薄厚度;对全焊透的角焊缝,t为焊缝厚度。(2)若近表面缺陷显示离工件最近表面的距离s≤d(d为近表面缺陷在板厚方向的半高度),则此近表面缺陷也视为表面缺陷。

(3)a———表面缺陷在板厚方向的高度或内部缺陷(s>a时)在板厚

注:(1)对中间的缺陷形状比,允许用线性插入法求出a/l。　

(2)焊缝厚度t不包括允许的余高。对不同板厚对接的焊缝,t为两

者中较薄厚度;对全焊透角焊缝,则t为角焊缝厚度。(3)若近表面缺陷显示离最近表面的距离s≤d(d为近表面缺陷在板厚方向的半高度,见规范案例[1]中图1b),则此近表面缺陷也视为表面缺陷。

方向的半高度。

1.2.6　检测人员

(1)进行超声检测和结果评定的人员,应按其

雇主的实施细则进行资格评定和认证。对此应以ASNTSNT—TC.1A或CP—189作为指南。只有

定的机构认可,并由雇主保存。

(3)采集和解析UT数据的人员,应使用1.2.2所述设备,并参与1.2.5所述验证演示。1.2.7　评定和验收标准1.2.7.1　记录水平

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Ⅱ级或Ⅲ级人员才允许判断或评定结果。

(2)考证人员的资格评定记录应由ASME认

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李　衍:ASME规范案例和焊缝超声检测新规定凡信号幅度>20%基准线的反射体均应分类定性(作精探)。凡视为缺陷的反射体(不论波幅大小)均应记录;或者,对不用波幅记录水平的方法或技术,凡被测缺陷长度l′>0.4l(l为表1～3中允许的表面缺陷和内部缺陷尺寸),均应分类定性。应记录这些反射体的最大波幅、位置和范围。1.2.7.2　真假信号识别

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面)内的单个缺陷(见案例[1]中图2)。

(b)若连续性缺陷所在平面基本平行,且相邻平面间距≤12.7mm(0.5in.),则应视为单个同面缺陷(见案例[1]中图3)。

(c)壁厚方向不在一直线上的同面连续性缺

陷,若相邻缺陷间距≤s,则应视为单个同面缺陷(见案例中图4)[1]。

(d)壁厚方向的同面连续性缺陷,若处于间距

操作者应按以下方法确定信号是缺陷信号还是几何信号。反射体定为缺陷时,应按表1～3验收标准进行评定。

(1)几何信号的起源

凡由表面几何形状(如焊缝余高或根部形状)或材料金属结构变化(如母材与复合层或堆焊层之间的界面)引起的信号,均可归为几何信号。

(2)几何信号的处理

(a)无需按以下1.2.7.3表征或定量。(b)无需与表1～3允许缺陷的验收标准相比较。(c)。(3)为12.7mm(0.5in.)的两平行平面内(垂直于工件承压面),且缺陷累计深度大于案例中图5[1]所示尺寸,则判以不合格。

(3)内部缺陷

缺陷长度l≯4t(适用于制造条件)。1.2.8　其它事项1.2.8.1　数据审核

T。审核内容包③由其它Ⅱ级。数据审核。

也可如下安排达到审核目的:数据采集和初评由按1.2.6节中(1)和(3)要求经资格鉴定的Ⅱ级人员进行,而最终判读和复评则由Ⅲ级人员进行。Ⅲ级人员应按1.2.6节要求经资格鉴定,包括参加有缺陷试件的实际考试。1.2.8.2　铭牌标记

应遵循(,2003

增补)第4(2.3节)判别。1.2.7.3　缺陷定量

应按经评定过的UT工艺规程对缺陷进行定量。UT工艺评定时,应对相似材料深度上的相似反射体作定量验证。缺陷尺寸应使用界定缺陷断面面积的矩形尺寸表示。

(1)缺陷长度标线

应与工件内侧承压面相平行。(2)缺陷深度或高度标线

应与工件内侧承压面相垂直,表面缺陷注以“a”,内部缺陷注以“2a”。1.2.7.4　缺陷评定

铭牌上应在规范符号(如锅炉为S,压力容器为U)钢印下刻上“UT”,以标明所要求的焊缝超声检

验已按第Ⅰ卷或第Ⅷ卷第1分册或第2分册之要求进行。

1.2.8.3　数据报告

在制造者的数据报告中,应注明此案例号,并说明UT检验范围。

缺陷应按表1～3进行验收评定,并满足以下附加条件:

(1)表面缺陷

应追加表面检测(磁粉或渗透),并满足第Ⅷ卷第1分册附录6或附录8有关磁粉和渗透的验收要求,以及第2分册第9—l章或第9—2章的要求。凡表征为裂缝、未熔合或未焊透的缺陷,无论长短,均不合格。

(2)多个缺陷

(a)相邻缺陷间距≤s(近表面缺陷离表面的距

2　ASME规范第Ⅴ卷新规定

如上所述,案例2235-4适用于动力锅炉和压力容器的制造验收。而超声检测的方法要求则须遵循ASME第Ⅴ卷无损检测的有关规定[2]。在第Ⅴ卷2002年及2003年增补版中,首次推出了第4章焊缝超声检测方法。该章对超声检测方法有以下三个侧重点。

2.1　计算机化超声成像技术的应用

规定可采用计算机化超声成像技术(CITs),配合半自动或全自动扫查装置,对重要部件或结构件

离)的连续性缺陷,应视为在同一平面(以下简称同

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李　衍:ASME规范案例和焊缝超声检测新规定焊缝进行探伤、定位、定量和表征。CITs可得到缺陷的两维或三维图像,有强化检测能力的优点。

增补版第4章附录E列出了六种CITs,包括①合成孔径聚焦法。②线性合成孔径聚焦法。③宽带全息照相法。④超声相控阵法。⑤超声衍射时差法(TOFD)。⑥数据自动采集成像法。其中TOFD法是案例2235推出的前提,也是案例2235

)。侧约25mm,90°～95°

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判定几何信号的步骤为①按采用的检测工艺,解释反射体所在区域。②绘制并核查反射体的坐

标,绘出示有反射体位置和表面不连续性(如根部或搪孔)的轮廓图。③查阅构造或焊接坡口图。④也可用其它无损检测方法或技术来判定信号是否为几何信号(如采用其它声束角度,采用射线照相,绘出内外径侧面图等)。2.3.2　超声信号的验收评定

所牵涉到的焊缝UT的关键技术。2.2　UT工艺要求及验证

上述1.2.5节已提到焊缝UT应按书面工艺规程。新标准对焊缝UT工艺规程通过列表突出了20项参数,其中受检焊缝几何形状,包括直径、厚

与原标准规定相同,凡信号幅度>20%DAC的缺陷均应定形、定性、定位,并按以下验收标准评定:

(1)定为裂缝、未熔合或未焊透的缺陷,无论长短,均不合格。

(2)若信号波幅超过DAC基准线,则当6mm≤t≤19mm时,缺陷指示长度应mm;当19mm≤tmm,3;而当板厚t>度、母材产品形式(板、管等);人员操作要求(有要求

时);进行检测的表面;方法(直射波、斜射波、接触法或液浸法);声波在材料中传播的波型和角度;探头型式、频率和晶片尺寸及形状;专用探头、楔块、衬垫或鞍座(使用时);超声仪;校验(校验试块和方法);扫查方法和范围;扫查方式(手动或自动);与缺陷信号的识别方法;;机的数据采集)主参数。;(探测面、试块表面);;自动报警及记录整理(使用时)以及记录,包括要记录的最少校验数据(如仪器设定)五项定为副参数。每一参数均需用一个数值或数值范围表示。

新标准规定,当主参数有变化时,应预先在设有模拟缺陷的焊接试样上对UT工艺进行验证。未经验证的UT工艺无效,相应的UT结果也无效,并强调对所有主参数的变化,均须在书面规程中予以修改或补充。

2.3　超声信号判别与评定2.3.1　几何信号与缺陷信号的辨别

(1)几何信号的种类和产生原因　某些冶金不

t;且对不同板,t为两者中较薄者;对全焊透角焊缝,则t为角焊缝厚度。

3　规范案例2235的推出背景

[3]

1996年美国石油公司向日本某压力容器制造

厂订购了壁厚很大的压力容器。日方为采用TOFD法取代射线照相,对其环焊缝的检测作了试验,并于1997年2月向美方提出申请。美方为对其使用进

行认可决断,用与实际容器相同的材质和板厚制作了一系列含缺陷焊接试样,要求日本检测咨询公司会同验证。日方用实际使用的TOFD检测装置对这批试样进行扫查,对检出缺陷进行测深、测高和测长,并与实际数据一一对照。验证结果表明,TOFD法对规定值以下的缺陷尺寸均能检出。缺陷定位与测长误差≯1.0mm,缺陷测高误差为-0.05～2.6mm。日方在报告中将上述情况作了小结,提出TOFD法可用于美方所订购的压力容器焊缝检测。

连续或几何状态会产生非相关信号,因此并非所有超声反射都表示缺陷。此类反射体包括热影响区的板材分层,制造后成为反射源。用直探头检测时,此类反射体会产生点状或线状信号。用斜探头检测时,由表面形貌(如焊根形状)或奥氏体显微组织的变化(如自动焊与手工焊堆焊界面)引起的信号均可视为几何信号。

(2)几何信号与缺陷信号的辨别方法　应记录产生几何信号的反射体性质、最大波幅、位置和范围(例如:内部附着物,20%DAC,内面焊缝中心线两

随后双方在旧金山美国石油公司石油联合企业内召开了最终“拍板”会议。ASMEBPVC(锅炉压力容器规范)委员会认可了这一案例,并命名为案例2235—1。

4　小结

[4]

(1)ASME规范案例2235规定可用UT取代RT,用于动力锅炉和压力容器的焊缝检测。但强调

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李　衍:ASME规范案例和焊缝超声检测新规定的是采用计算机化超声成像技术(CITs),而TOFD法是CITs技术的首选技术。

(2)该规范案例强调了UT工艺规程的制定与验证的重要性,也强调了对检出缺陷(表面、内部)用断面矩形界定尺寸表征、验收的方法和要求。

(3)ASME第Ⅴ卷2003年增补版中新添的第4章“焊缝超声检测方法”对CITs作了相应规定。

(上接第86页)

NDT无损检测

能量密度分布信息,可有效选取检测管道的频率。

由于L(0,2)模式在较低频厚积下,群速度最大而频散最小,所以,在一般情况下都用L(0,2)模式在较低频厚积下进行检测。试验结果表明,L(0,2)模式的波长比缺陷尺寸大10倍时,也能非常清楚地检测到缺陷。参考文献:

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inpipesusingguided,1998,362)-154.

,　斌,.并对UT工艺规定了20个基本参数,要求对其中

15个主参数的变化必须先用含缺陷试样做工艺验证。此外,还突出了焊缝几何信号的识别要领。

(4)有关TOFD技术的应用原理、细节、装置组成,仪器调节,探头布置,试块制作,缺陷定位、定量、表征方法及相关数学模型,在欧标ENV583-6:2000和日标NDIS2423:2001中,均有翔实说明和具体要求。将上述标准与ASME规范结合,有利于焊缝TOFD法的使用和结果评价。参考文献:

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[4]　李　衍.超声衍射时差法探伤和定量技术———焊缝超

声检测最新欧洲标准介绍[J].无损检测,2004,26(1):

47-53.

性的影响[J].无损检测,2003,25(11):553-556.

(上接第79页)

[5]　美国无损检测学会编,美国无损检测手册译审委员会

可明显识别。

(3)检测结果表明检测过程的灵敏度控制适当,满足内部质量控制要求,铸铅件内部缺陷主要为渣孔和疏松类缺陷。参考文献:

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译.美国无损检测手册 射线卷[M].上海:世界图书出版社,1996.

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104　　

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