2 承压设备焊缝超声检测中美标准比较 1018.docx
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2承压设备焊缝超声检测中美标准比较1018
承压设备焊缝超声检测美中标准比较
李衍
（无锡市锅炉压力容器学会无损检测专委会，无锡214026）
摘要：
介绍美ASME锅炉压力容器法规有关承压设备焊接接头超声检测（UT）的一些重要规定，包括UT规程的量化要求、校验试块的型式和特点、DAC曲线的绘制和组成，以及验收标准的定性、定量、定级要求等，并与中国标准JB4730进行比照分析，旨在为承压设备焊缝UT标准的国际协调提供参考。
关键词：
焊接接头；超声检测；ASME规范；JB4730；方法标准；验收条件
AComparisonofUltrasonicExaminationStandardsforWelds
betweenUSandChina
LIYan
（NDTSubcommitteeofWuxiBoilerandPressureVesselSociety,Wuxi214026,China）
Abstract：
SomeimportantspecificationsofUltrasonicExamination（UT）forWeldedJointsofpressureequipmentofferedbyASMEBPVCCodeareoutlined,includingthequantifyingrequirementsofUTprocedures，thetypeandcharacteristicsofthecalibrationblocks,theplottingandformoftheDACcurves,andthedemandsonindicationcharacterizationandmeasurementandclassificationintheacceptancecriteriaandsoon.AcomparisonismadebetweentheASMECodeandtheChineseStandardJB4730,aimedatprovidingareferencefortheUTstandardofpressurevesselsharmonizingwithinternationalstandard.
Keywords：
Weldedjoints;Ultrasonicexamination;ASMECode;JB4730;Methodstandard;Acceptancecriteria
有关承压设备焊接接头超声检测（UT）的方法标准与验收标准，在中国行业标准JB/T4730-2005中，合二为一，放在一起；而在美ASME锅炉压力容器法规中，方法标准列入第Ⅴ卷第四章，验收标准则列入产品设计和制造标准，如动力锅炉在第Ⅰ卷PW-52，压力容器在第Ⅷ卷第1分册附录12，压力管道（动力管道和工艺管道）分别在ASMEB31.1（136.4.6）和B31.3（344.6.2）中。
ASMEUT验收标准尽管分立，但有关要求基本相同。
以下择要介绍承压设备焊缝ASMEUT标准中的有关重要内容，并就某些关键事项与JB/T4730-2005标准进行比较。
1UT规程
ASME规定，超声检测应按UT规程进行。
规程中至少应说明表1所示的20项变素，对每一变素应给出一个数值或数值范围。
对近几年正积极推广应用的超声TOFD检测和相控阵检测技术，则还应追加表2和表3所示特定要求。
变素分重要变素和非重要变素。
日常操作中，若重要变素要变动，即不同于原规定数值，则要求对UT规程利用带已知缺陷的焊接评定试样（试板或试管）通过操作演示进行重新评定。
非重要变素的变动，无需对UT规程重新评定。
无论是重要或非重要变素，所有变动均要求对UT规程进行修订或作补充说明。
可见ASME要求UT操作不但“行必有规”，而且要“行之有效”，以确保UT自身质量的有效性与可靠性。
表1ASME规定的超声检测工艺必须量化的通用性要求
变素分类
序号
必须量化的UT通用工艺参数
重
要
变
素
1
受检焊缝几何形状，包括厚度尺寸，母材产品形式（管、板等）
2
进行检测的表面
3
检测方法（直射波、斜射波、接触法或液浸法）
4
声波在材料中的传播角度和波型
5
探头型式、频率和晶片尺寸、形状
6
特殊探头、楔块、衬垫或鞍座
7
8
9
10
11
12
13
14
15
超声仪
校验（校验试块和方法）
扫查方向和范围
扫查方式（手工或自动）
几何信号与缺陷信号的识别方法
测定信号大小的方法
计算机数据采集（使用时
扫查覆盖性（仅指减少时）
人员操作要求（有要求时）
非
重
要
变
素
1
人员资格鉴定要求
2
表面状态（探测面，校验试块）
3
耦合剂牌号或类型
4
自动报警或记录设备（用到时）
5
记录、包括要记录的必要校验数据（如仪器设定）
表2超声TOFD检测必须量化的特定要求
变素
分类
序号
必须量化的TOFD特定工艺参数
重
要
变
素
1
仪器型号和制造者
2
仪器软件
3
扫查方向和扫查范围
4
缺陷测长方法
5
缺陷测高方法
6
数据取样间隔
表3ASME规定的超声相控阵（PA）检测工艺必须量化的特定要求
变素分类
序号
必须量化的PA特定工艺参数
重
要
变
素
1
探头（阵元或晶片尺寸，阵元数，阵元芯距，阵元间距）
2
焦点范围（识别平面，焦点深度，或声程距离）
3
虚拟窗尺寸（阵元数，阵元宽度、有效高度﹡）
4
5
●
6
7
8
楔块角度
扫查布置图（施探图）
E扫描附加要求
光栅角度
虚拟窗起始和终止晶片号数（如1-126,10-50等）
虚拟窗增量变化（晶片步进数，如1,2等）
●
9
10
11
S扫描附加要求
扫查角度范围（如40°-50°，50°-70°等）
扫查角度增量变化（如0.5°,1°等）
虚拟窗晶片序号（第一个和最后一个）
非重要
变素
12
焊缝轴线参考点标记
﹡有效高度是指由聚焦法则中使用的第一个和最后一个晶片的外端两者之间测出的距离。
2校验试块
2.1特点概述
校验试块用于校验超声检测时基线和灵敏度。
ASME规定的校验试块有两种：
⑴基本型（平面）试块（见图1）——在不同深度位置钻有长横孔，试块上下表面设有开口槽；⑵管型试块（见图2），管子探伤用，上下表面各加工一条纵向槽和横向槽（槽深最小8%T﹡，最大11%T；槽长最小25mm；用电火花加工或R≤3mm的端铣削。
注意：
ASME给出的校验试块图样尺寸只是参考尺寸。
实际使用的校验试块必须根据被检焊缝板厚，按法规要求另行设计制作。
有些单位仅按标准原图“依样画葫芦”自加工或购置市售试块成品，结果成了废铁一堆。
﹡T：
试块厚度
ASME规定：
校验试块的材质通常与被检试件相同，试块的扫查表面应代表被检试件的扫查表面。
鉴于超声检测相当于由已知数求未知数的“解方程”过程，未知数是受检焊缝中的缺陷，而已知数来自校验试块，ASME对试块有下述一系列加工要求，即：
⑴横孔形式：
应是钻孔和铰孔，孔深至少38mm，孔轴线基本平行于探测面。
⑵表面曲率：
试件直径Do≤500mm时，应使用曲面试块。
一个曲面试块适用的试件曲率范围可为基本校验试块曲率半径的0.9～1.5倍，并应使用两组互成90o的校验反射体（孔
或槽），以校验纵向横向两种方向的检测灵敏度，也可使用两个曲面校验试块。
校验试块与被检试件的探测曲面比应满足图3的要求。
⑶孔径公差：
允许±0.8mm。
横孔沿校验试块厚度方向的位置公差±3mm。
⑷薄板试块：
厚度小于19mm的试块，仅使用1/2T的横孔和表面槽（T：
试块厚度）。
⑸横孔位置：
所有横孔可位于校验试块同一侧面，但要注意各反射体（孔、槽）的布置，防止校验过程中一个反射体对另一反射体的声干扰。
⑹切槽深度：
最小值应为1.6%T，最大值应为2.2%T+包覆层厚度（如有则加）。
⑺切槽宽度：
最大值并不严格。
开口切槽可用电火花或直径6mm以下的立铣刀加工。
⑻焊缝厚度：
对无余高焊缝，取材料标称厚度；对有余高焊缝，取材料标称厚度加上估定的焊缝余高（≯有关卷允许的最大厚度）。
当涉及两种或两种以上的材料厚度时，校验
试块厚度T应取焊缝的平均厚度。
或者，校验试块根据大于母材的厚度来选用，只要参考反射体尺寸基于平均焊缝厚度选定。
图1ASME基本校验试块
注：
厚度100mm以上，厚度每增加50mm，孔径应增加1.5mm。
焊缝厚度
t/mm
校验试块厚度
T/mm
孔径
Φ/mm
开口槽
mm
≤25
19或t
2.5
槽深=2%T
＞25-50
38或t
3
槽宽=最大6
＞50-100
75或t
5
槽长=最小25
＞100
T±25
注
图2管型校验试块
注：
（a）试块长L最小应为200mm或8T（取两者中较大值）。
（b）外径Do≤100mm时，试块弧长最小应为270°；Do＞100mm时，试块弧长最小应为200mm或3T（取两者中较大值）。
（c）槽深最小应为8%T，最大11%T。
有堆焊层时，试块堆焊层侧的槽深，应加上堆焊层厚度（即槽深最小为8%T+CT，最大为11%T+CT）。
（d）槽宽最大值并不很严。
线槽可用电火花加工，或R≤3mm的端铣削。
（e）槽长应足以为校验提供3:
1的信噪比。
图3ASME规定的试块-工件曲面比限值
2.2比较分析
ASME规定的焊缝UT试块特别是标准反射体，其形状尺寸与JB4730有很大不同：
ASME用接近被检焊缝的板厚，其表面粗糙度与试件基本相同，反射体用长横孔和表面开口槽，且孔径随板厚而异；JB4730给出的CSK-ⅢA型试块表面光洁度远高于试件，主要用直径不变的短横孔（Φ1×6mm）。
焊缝检测中纵横声速比与声衰减的变化，用ASME试块较切合实际，而用CSK-ⅢA型试块与试件实际情况有一定差别。
显然，用ASME规定的试块校准的灵敏度不用考虑表面耦合补偿，而用CSK-ⅢA型试块校准后探伤时必须加入耦合补偿（耦合补偿测试操作繁复，实际上一般都凭经验“按厚作补”）。
即使为考虑国际接轨，JB4730标准中也给出了以长横孔（Φ2×40mm）为标准反射体的CSK-ⅡA型试块，但其技术细节仍有别于ASME：
即
（1）前者不论焊缝板厚大小，试块中的Φ2标准反射体孔径不变，灵敏度调整和缺陷信号评定均以Φ2孔为准；
（2）前者规定的长横孔试块表面是精加工光洁度，UT时必须加耦合补偿。
3距离——波幅校正曲线
3.1原理简图
常规脉冲反射式UT一般以缺陷回波高度为缺陷验收依据，而对缺陷波高则基于距离——波幅校正（DAC）曲线进行评定。
在ASME法规中，给出了利用长横孔和表面开口槽分别作为基本校验试块和管型校验试块基准反射体制作DAC曲线的原理简图（见图4和图5）。
图4长横孔DAC曲线的制作示意图
图5表面开口槽DAC曲线的制作示意图
3.2DAC曲线绘制测点
按ASME，对非管型试件，通常在图1所示的基本校验试块上，用1次波（0.5S波）和2次波（1.0S波）绘制DAC曲线。
可取测点，对1次波来说，有3个点（见图6（a））：
即（1/8）S、（1/4）S、（3/8）S，分别对应的横孔深度位置为（
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