ASME第V卷《无损检测》.docx

1、ASME第V卷无损检测ASME 2010 第 V 卷 无损检测 新内容美国机械工程师学会（ ASME）于 2010 年 7 月 1 日发布的最新版 ASME第 V 卷无损检测，增添的新内容大多是围绕焊缝超声检测（ UT）展开的，可见UT方法中隐含着大量鲜活的科技新信息新技能， 无一不与当今高速发展的计算机技术息息相关。 充分熟悉新版新内容，熟练掌握新技能新要求， 为承压设备制造质量提供安全可靠和高效的检测数据， 是当今无损检测人员与时俱进，接受时代挑战的重要使命。以下先介绍新版 ASME有关承压设备无损检测的一般新内容，而后重点介绍有关超声检测新技术的新规定新要求。1 一般要求（第一章）检测结

2、果评定（ T-180 ）指出： ASME第 V 卷中各种无损检测方法所提供的验收标准，应符合相关卷的要求，并优先采用相关卷的规定。2 焊缝超声检测（第四章）2.1 概述（ T-420 ）指出：本章“焊缝超声检测方法”要求应与第 V卷第一章“一般要求”并驾齐驱，这是指以下四方面的内容：（1）粗晶焊缝 UT的特殊要求，按 T-451 。（2）计算机成像技术（简称 CITs）的特殊要求，按 T-452 。（3）TOFD（超声衍射时差）技术，按本章 强制性附录。（4）相控阵手工光栅式扫查技术，按本章 强制性附录。2.2 试块曲率（ T-434.1.7 ）有三点要求：（1）工件直径 D500mm时，可用

3、平面状基本校验试块。（2）工件直径 D 500mm时，应使用曲面试块。一个曲面试块可用于检测 0.9-1.5 倍直径的范围。 例如，D= 200mm的曲面试块， 可用于校验 D=180-300mm的曲面范围。 D=24-500mm的曲面范围，则需6 种曲面试块（见图1）。（3）管子校验试块：检测管焊缝时，基本校验试块的结构和反射体应按图2；曲率要求与上述（ 2）同。试块尺寸与反射体位置应适合于所用斜探头校验。23 3950067108 180 300 500A： 基本校验试块M：0.9 倍限值线M A N：1.5 倍限值线mm/375333径直面曲块试250N200125 1207243260

4、0 125 250 375 500工件曲面直径 / mm图1 试块 -工件曲面比限值标称壁厚 T弧长堆焊层（如有则加）线槽离试块边缘或线槽与线槽间距不得小于壁厚 T或25mm（取两者中较大值）。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； Do100mm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

5、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2 管子 UT 基本校验试块2.3 粗晶焊缝（ T-451 ）概述中提到的粗晶焊缝是指高合金钢和高镍合金焊缝， 碳钢和高合金钢、高镍合金之间的异种金属焊缝， 其超声检测通常要比铁素体钢焊缝难度大。 超声检测的难度是由粗晶结构和各向异性结构引起的； 这样的结构特征会使超声波在各晶界面上的反射、 折射和衰减， 明显不同，也会使晶粒内的声速发生变化。对粗晶焊缝，通常用 纵波斜声束 进行 UT。探测前，要制作焊接试板， 在焊缝金属中设置参考反射体， 用单晶或双晶纵波斜探头进行验证演示操作。2.4 计算机成像技术（ T

6、-452 ）指出：计算机成像技术（ CITs ）的主要贡献，在于用于 缺陷表征分析评价 时的有效性。但 CITs 也可用于进行探伤所需要的基本扫查动作。用计算机处理的数据分析和显示技术，可与自动或半自动扫查机构联用 ，以获得缺陷的两维和三维图像， 从而强化重要工件或结构件的检测能力。计算机处理可用于定量评价用超声波或其它无损检测方法检出的缺陷类型、尺寸、形状、位置和方向。有关可使用的一些计算机成像技术（包括 合成孔聚焦法 即SAFT法、线合成孔聚焦法即 L-SAFT 法、宽带全息照相法、相控阵法、 TOFD法、自动取样成像法），可参阅相关非强制性附录 E。2.5 焊缝距离波幅法（ T-472

7、）有关卷规定用距离波幅法检测和评价焊缝时， 应使用 1 个斜探头在焊缝轴线的平行方向和横切方向对焊接接头进行扫查（至少 4 向扫查）。斜探头探伤前，先用直探头在焊缝两侧对斜声束要通过的母材区域， 进行检测， 以发现有可能妨碍斜探头声束检测焊缝缺陷。 非强制性附录 I 提供了用多种角度的斜探头探伤法。2.6 文档资料（ T-490 ）拒收缺陷（ T-491.1 ）对拒收缺陷应做出记录。记录内容至少应包括：缺陷性质（即指明是裂纹、未熔合、夹渣等）、位置和范围 （指长度）。非强制性附录 D和 K 给出了斜探头和直探头探伤的一般记录的示例。指明也可采用其它方法。3 TOFD 技术（强制性附录）3.1

8、TOFD 对比试块TOFD检测灵敏度调整用的对比试块见 图3 和图 4。图 3 是厚度不分区检测用的对比试块，至少设置 2 个横孔，横孔深度位置分别为 T/4 和 3T/4 。图 4 是厚度一分为二、作二分区检测用的对比试块，每一分区，在分区厚度 1/4 和 3/4 处，均分别设置横孔。对对比试块，只规定试块厚度范围和横孔深度位置， 未规定试块长宽和孔位两维具体尺寸， 但指出： 试块长宽尺寸和横孔位置，要适合于所用探头声束角度的灵敏度调整。T/4T 3T /4堆焊层（如有则加）壁厚 /mm 孔径 /mm 25 2.52550 3 50 100 5100 6图 3 厚度不分区 TOFD对比试块3

9、T1/4T1/4T1 上区TT2 /43T2/4T2 下区堆焊层（如有则加）图 4 厚度二分区 TOFD对比试块3.2 缺陷定量和评定有缺陷测高要求时，仪器和系统按有关规定（-463 ）校验后，将TOFD探头对放在校验试块 上，根据试块底面反射信号图像位置判读的深度偏差，应不大于实际厚度1mm。用深度分区的 TOFD检测，若试块底面反射信号图像不显示，或难以分辨时，也可使用试块中的横孔或其它已知深度的参考反射体， 根据其信号图像位置， 判读深度偏差。 有关缺陷定量和评定的附加信息，详见非强制性附录L 和 N。注意，只有当所有显示参数调整（即对比度、亮度、直通波和底波移除、 SAFT处理等）完成

10、后，才能进行最终评定。3.3 TOFD 检测一般要求（非强制性附录 O）2010 版增补了一份很重要的非强制性附录 O 有关 TOFD法的一般检测要求，详述了 TOFD法的探头参数（频率、晶片尺寸、角度）的选定，给出了薄板、中厚板、厚板 TOFD检测中探头对的 探测布置和声束示踪图 （4 张图），交代了厚度分区扫查的通道设定数和声束交叉位置等要素要领要点。 这些内容与非强制性附录 N所提供的 32 张有关 TOFD显示图的评定，一起构成承压设备 TOFD焊缝检测的最大亮点最关键的技术。 所有 TOFD检测人员，必须习之而谙熟于心，驭之而得心应手。（1）探头参数用 TOFD法检测铁素体焊缝时，不

11、同厚度范围适用的 TOFD探头参数见 表 1 和表 2。（2）探测布置当厚度达到 75mm以上时，单一探头的声束扩散不大可能产生足够的声强来很好检测整个被检区域。因此， 被检厚度应分成若干层区，进行分层检测。厚度分区数与声束交叉位置的一般设定导则见 表 3；厚度分区的 TOFD探测布置和声束示踪图例见 图 5图 8。表 1 厚度不分区检测时 TOFD探头参数的选定（ t 75mm）厚 度 t/mm 标称频率 /MHz 晶片尺寸 /mm 声束角度13 1015 36 60 701338 510 36 50 703875 25 613 45 65表 2 厚度分区检测时 TOFD探头参数的选定（ t

12、 75mm300mm）厚 度 t/mm 标称频率 /MHz 晶片尺寸 /mm 声束角度38 515 36 50 7038 300 15 612.5 45 60表 3 对接焊缝 TOFD检测厚度分区设定导则（ t 300mm）声束交叉位置 厚 度 t/mm 厚度分区数 深度范围（近似值）50 1 0t (2/3) t0t/2 (2/3) t 50100 2t/2 t (5/6) t0t/3 (2/9) t100200 3 t/3 2t/3 (5/9) t2t/3 t (8/9) t0t/4 (1/12) tt/4 t/2 (5/12) t 200300 4t/2 3t/4 (8/12) t3t/

13、4 t (11/12) t 厚度分区不一定等高。t图 5 厚度不分区 TOFD探测布置探头2 探头1 探头1 探头21区2区图 6 厚度二分区 TOFD探测布置（厚度分区等高）探头4探头3 探头3 探头4探头2 探头1 探头2探头11区2区3区（2次偏置扫查）图 7 厚度三分区 TOFD探测布置（厚度分区不等高，强调 2 次偏置扫查）探头4 探头4 探头3 探头2 探头1 探头2 探头3探头11区2区3区4区图 8 厚度四分区 TOFD探测布置（厚度分区等高）4 相控阵线扫查检测技术（强制性附录）4.1 适用范围叙述用线阵列探头进行相控阵 E（电子）扫描（固定角度）和 S（扇形）扫描编码线扫查

14、检测的要求。三个术语的意义：（1）E 扫法（见 图 9）又称电子光栅扫描法。将单一聚焦法则通过多路传输，递加于一组组主动阵元，让压电转换产生的角度恒定的超声波束， 沿着相控阵探头长度方向， 以给定的增量进行快速扫查。（2）S 扫法（见 图 10）又称扇形扫查法或方位角扫查法。 S扫法，可指声束移动，也可指数据显示：a. 声束移动是指将一组聚焦法则，施加于同一组阵元，通过压电转换，使其在被检材料中产生一系列给定角度范围的扇形声束。b. 数据显示是指由特定阵元组产生的所有 A扫描的两维视图，这些 A扫描的时间延迟和声束折射角均经校准。 扫查体积已校准的 S 扫图像一般显示扇形图像， 图像中缺陷形位

15、可测。（3）线扫法所谓线扫查 （也称为行扫查） ，是指探头以固定的焊缝 - 探头距离、 平行于焊缝轴线的单道扫查。电子束线扫描声束单行扫查图 9 相控阵 E扫法（激励晶片的电子束直线移动，试件和探头均不移动）图 10 相控阵 S 扫法（上为扇形声束扫查横孔，下为扇形扫描图像显示）4.2 通用要求和特定要求（1）相控阵 E 扫和 S 扫检测的通用要求按第四章“焊缝超声检测方法” 正文，特定要求按本附录 V。（2）相控阵 UT工艺规程分通用要求和特定要求，两者须同时满足。通用要求（ 20 项）见表 4，特定要求（ 12 项）见 表 5。表 4 ASME规定的 UT工艺必须量化的通用性要求变素分类

16、序号 必须量化的 UT通用工艺参数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）重 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、形状要 6 特殊探头、楔块、衬垫或鞍座7超声仪变 8校验（校验试块和方法）9扫查方向和范围素 10扫查方式（手工或自动）11几何信号与缺陷信号的识别方法12测定信号大小的方法13计算机数据采集（使用时14扫查覆盖性（仅指减少时）15人员操作要求（有要求时）非 1 人员资格鉴定要求重 2 表面状态（探测面，校验试块）要 3 耦合剂牌号或类型变 4 自动报警或记录设备（用到时）

17、素 5 记录、包括要记录的必要校验数据（如仪器设定）表 5 ASME 规定的 PA检测工艺必须量化的特定性要求变素分类 序号 必须量化的 UT特定工艺参数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）重 3 虚拟窗尺寸（阵元数，阵元宽度、有效高度）要 4楔块角度变 5扫查布置图（施探图）素 E扫描附加要求6光栅角度7 虚拟窗起始和终止晶片号数（如 1-126,10-50 等）8 虚拟窗增量变化（晶片步进数，如 1,2 等） S扫描附加要求9 扫查角度范围（如 40 - 50 ，50 - 70 等）10 扫查角度增量变化（如 0.5 , 1

18、等）11虚拟窗晶片序号（第一个和最后一个）非重要12 焊缝轴线参考点标记 变素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。ASME规定：对工艺规程中的每一量化要求，应规定一个数值或数值范围。当产品设计或制造规范提出要对 UT或 PA工艺进行评定时， 若上述 表 4 和表 5 列出的重要变素的量化要求偏离规定的数值或数值范围， 就要求对 UT或 PA工艺重新进行评定。 对非重要变素的变化，则不要求工艺重评。 但不管是重要变素， 还是非重要变素，有了变化， 都要求对原书面工艺进行修改或增补。4.3 相控阵扫查布置图（ Scan Plan ）用线阵探头，作相控阵 E

19、扫描（固定角度）和 S 扫描编码线扫查检测前， ASME要求必须给出 扫查布置图（施探图） ， 示出探头的放置和移动方式 ，以为焊缝检测提供标准化和有重复性的方法。 扫查布置图（施探图） 中除含有 表 5 所示数据（重要变素 11 项，非重要变素 1 项）外，还应指明声束角度和相对于焊缝轴线参考点的方向、 焊接接头的几何形状尺寸、以及检测区域数。图 11图 14 给出了薄板、 中厚板和厚板对接接头对接焊缝及 T 型接头组合焊缝的典型相控阵扫查布置和声线示踪图例（要领和细节另文详述） 。薄壁对接焊缝应从焊缝两侧进行探测， 最好从开有坡口的焊缝一侧探测 （探头可接近时） 。对薄壁焊缝，只要探头参数

20、适当，声束足以全覆盖检测范围，以单一探头 -焊缝距离作线扫查即可。图 11 薄壁和中薄壁对接焊缝的 S 扫和 E 扫厚壁对接焊缝应从焊缝两侧进行探测， 最好从开有坡口的焊缝一侧探测 （探头可接近时） 。对厚壁焊缝，可用两种或两种以上的探头 - 焊缝距离，或多种聚焦法则的探头 - 焊缝距离，进行线扫查，以确保全部覆盖检测体积。图 12 厚壁对接焊缝的 S 扫和 E 扫对 T 型接头，可将斜探头置于腹板上，用类似于对接接头对接焊缝的检测方法进行探伤。腹板厚度较薄时，可只用一种探头 - 焊缝距离作 E扫描或 S扫描。只要可接近，斜探头应从腹板两面进行检测。图 13 T 型接头的 S扫描 （腹板侧斜探

21、伤）只要可接近， T 型接头焊缝最好从翼板外侧进行探测。为使焊缝熔合面（ K 型坡口有三个熔合面）的缺陷获得最佳检出，可三法并举： （0 E 扫描） + （小角度纵波 E 扫描 ）+ （横波 E 扫描）。图 14 T 型接头的 E扫描（翼板外侧探伤）4.4 仪器设备校验（1）仪器线性 对超声仪器的波幅控制线性， 要求按强制性附录， 对每一脉冲发生器- 接收器电路进行校验。校验方法与常规方法同（略） 。（2）聚焦法则 这是相控阵操作文件， 用于确定激活的探头阵元及其时间延迟法则， 由此确定声束聚焦位置。 聚焦法则既适用于声波的发射， 也适用于声波的接收。 检测过程中使用的聚焦法则，也应使用于校验

22、过程。 图 15 表示聚焦法则用于纵波直探伤和横波斜探伤的原理图。（3）声束校验 检测中用到的所有声束均应一一校验， 以提供检测声程中相应距离和波幅校准的量值。此声束校验应包括对楔块声程变化和楔块衰减效应所作出的补偿修正。（4）编码器校验 用线阵探头加编码器作 E 扫描或 S 扫描检测前， 应对所用编码器进行校验。校验间隔不超过一个月，或在首次使用后不超过一个月；校验时，编码器至少移动500 mm。显示值偏差应不大于实际移动距离的 1 %。延时值 ns 延时值 nsPA探头 PA探头变角产生的波阵面 产生的波阵面（a） (b)（a）垂直入射 （b）倾斜入射图 15 相控阵声束聚焦原理简图4.5

23、 扫查声束覆盖范围要检测的焊缝和热影响区体积， 应使用带编码器的线阵探头进行线扫查。 每次线扫查应平行于焊缝轴线，探头 - 焊缝距离保持不变，声束垂直于焊缝轴线。要领如下：（1）探头离焊缝轴线的距离应借助于固定的导轨或机械装置，保持一定。（2）E 扫描的检测角度和 S 扫查的角度范围，应针对被检焊接接头，适当选定。（3）扫查速度应使每 25mm线扫查长度的数据漏失， 少于 2 数据线， 且无相邻数据线跳过现象。（4）对 E 扫描法来说，相邻主动窗（即窗口增量变化）之间的重叠应至少为有效窗高度的 50%。（5）对 S 扫描法来说，角度扫查增量变化最大应为 1或足以确保 50%的声束重叠。（6）当

24、需用多道线扫查来覆盖被检焊缝和热影响区母材时，相邻线扫查之间的重叠范围，对 E 扫描，应确保至少有 10%的有效窗高度；对 S 扫描，至少为 10%的声束宽度。4.6 扫描数据记录ASME规定：对关注的检测区，应记录未作处理、未设门限值的 A 扫描数据，最小数字化频率为检测频率的 5 倍，记录增量最大值Rmax相关于材料厚度 t ：（1）t 75mm时， Rmax 1mm；（2）t 75mm时， Rmax 2mm。4.7 焊缝横向缺陷的检测对横切焊缝轴线的缺陷（如横向裂纹） ，可不采用探头平行于焊缝轴线的线扫查，而用斜探头沿焊缝宽度方向进行手工扫查。4.8 相控阵 UT检测记录报告每次检测，除

25、需记录一般手工 UT要求的 19 项内容外，还需记录 4 项与相控阵直接相关的特定内容，即：（1） UT一般记录内容：a. 检测规程号和修订号； b. 超声探伤仪标识（包括出厂编号） ；c. 探头标识（包括出厂编号，频率，尺寸） ；d. 所用声束角度； e. 所用耦合剂、牌号或类型； f. 所用探头电缆、类型和长度； g. 所用特殊设备（探头、斜楔、导块、自动扫描设备，记录设备等） ；h.计算机程序标识及修改情况（如用到） ；i. 校验试块标识； j. 模拟试块，电子模拟体标识（如用到）；k. 仪器参考水平增益，以及衰减、抑制调节（如用到） ；l. 校验数据（包括参考反射体， 指示幅度， 距离

26、读数） ；m. 初始校验时， 与数据相关的模拟试块和电子模拟体 （若使用）；n. 扫查焊缝或体积的位置和标识； o. 进行检测的表面，以及表面状态； p. 检出判废缺陷或返修区的示图或记录； q. 无法接近的区域或焊缝； r. 检测人员代号和资格等级；s. 检测日期。上述b m，可作单独校验记录，校验记录号应列入检测报告中。（2）PA特定记录内容 ：a. 探头阵元（晶片）尺寸、阵元数、阵元芯距、阵元间距；b. 聚焦法则参数，包括角度、变角范围、焦深、焦平面、使用阵元数、变角或变阵元增量、起始和终止阵元号或起始阵元号；c. 楔块角度；d. 扫查布置图（施探图） 。所记录的 A扫描数据仅需保存到最

27、终缺陷评定已完成为止。 换言之， 缺陷的最终评定结果应参照原始的、不作处理的 A扫描数据进行。5 基于制造验收标准的 UT要求（强制性附录）5.1 适用范围本附录提供按基于车间制造验收标准进行 自动或半自动超声检测 的有关要求。 所谓制造验收标准，即根据缺陷表征（包括定性如裂纹、未熔合、未焊透、夹渣等，以及定量如测长等） ，来对焊缝进行验收的标准。5.2 工艺规程和规程评定基于制造验收标准的 UT工艺规程，除满足 表 4 规定的 通用性量化要求 （20 项）外，还必须满足 表 6 规定的 特定性量化要求 （6 项）。表 6 ASME 规定的基于制造验收标准的 UT工艺要求变素类别 序号 必须量

28、化的 UT工艺要求1 扫查布置图（施探图）2 计算机软件重要变素 3 扫查方式（自动或半自动）4 缺陷表征方法5 缺陷定量（测长）方法非重要变素 6 扫查器、连接器及导轨5.3 人员资格只有有资格的 UT人员，才能进行产品扫查检测。所谓有资格，是指在设备的使用上经过培训， 并经操作演示， 证明其具有获取适当检测数据的能力。 分析和评定采集数据的人员，应为对设备使用和所用软件有培训记录和证明文件的级或级人员。人员培训和证明文件的要求， 应在业主的 NDE人员培训、 考试和资格评定实施细则中予以说明。5.4 仪器要求超声检测应使用自动或半自动扫查设备进行，设备应能用计算机获取数据和分析数据。对横向

29、反射体（即横向裂纹）的检测，应使用手工进行，除非设计、制造规范规定也要作自动或半自动扫查检测。 用手工检测焊缝横裂时， 声束指向应基本上平行于焊缝轴线； 探头的操作应使超声能量通过需检查的焊缝体积和附近的热影响区母材区域。在一个方向检测完毕，探头应转过 180 ，在另一方向重复上述检测。焊缝余高未磨平时，探头应置于焊缝两侧沿焊缝轴线方向作斜平行扫查。5.5 扫查器专用试块（ Scanner Block ）扫查灵敏度调整用的试块材料和形状尺寸，应满足的要求与常规 UT相同。但 试块厚度T 应在 6 mm或被检试件厚度的 25%以内（取两者中较小值） ，且试块中设置的横孔数和横孔位置，应确认符合按扫查布置图布位的扫查器中每个探头或探头对（采用 TOFD布置时）的灵敏度调整要求。扫查器专用试块是第四章焊缝 UT用一般基本校验试块的附加试块，除非它也有基本校验试块所要求的指定参考反射体。5.6 扫查数据记录方式应使用电子方法（如磁盘、光盘、优盘等）存储原始的、未经处理的扫查数据。5.7 校验验证即系统验证扫查。每当检测人员换人（自动检测除外）时，或 扫查布置图 要求修正（如考虑焊缝两侧母材区的检测）时，每次检测或一系列类似检测开始前、 或检测完成后， 应在扫查专用试块上进行验证扫查，确认距离范围点和灵敏