ASME第V卷无损检测.docx
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ASME第V卷无损检测
ASME2010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Ⅲ。
（4）相控阵手工光栅式扫查技术，按本章强制性附录Ⅳ。
2.2试块曲率（T-434.1.7）
有三点要求：
（1）工件直径D＞500mm时，可用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。
图1试块-工件曲面比限值
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°；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-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）
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。
3TOFD技术（强制性附录Ⅲ）
3.1TOFD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。
壁厚/mm
孔径/mm
≤25
2.5
＞25～50
3
＞50～100
5
＞100
6
图3厚度不分区TOFD对比试块
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（Ⅲ-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）完成后，才能进行最终评定。
3.3TOFD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
10～15
3～6
60°～70°
13～＜38
5～10
3～6
50°～70°
38～＜75
2～5
6～13
45°～65°
表2厚度分区检测时TOFD探头参数的选定（t＞75mm～300mm）
厚度t/mm
标称频率/MHz
晶片尺寸/mm
声束角度
＜38
5～15
3～6
50°～70°
38～300
1～5
6～12.5
45°～60°
表3对接焊缝TOFD检测厚度分区设定导则（t＜300mm）
厚度t/mm
厚度分区数﹡
深度范围
声束交叉位置
（近似值）
＜50
1
0～t
（2/3）t
50～＜100
2
0～t/2
t/2～t
（2/3）t
（5/6）t
100～＜200
3
0～t/3
t/3～2t/3
2t/3～t
（2/9）t
（5/9）t
（8/9）t
200～＜300
4
0～t/4
t/4～t/2
t/2～3t/4
3t/4～t
（1/12）t
（5/12）t
（8/12）t
（11/12）t
﹡厚度分区不一定等高。
图5厚度不分区TOFD探测布置
图6厚度二分区TOFD探测布置
（厚度分区等高）
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）
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Ⅴ）
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。
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4ASME规定的UT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5ASME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
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。
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（ScanPlan）
用线阵探头，作相控阵E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、以和检测区域数。
图11～图14给出了薄板、中厚板和厚板对接接头对接焊缝和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13T型接头的S扫描（腹板侧斜探伤）
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14T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Ⅱ，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和其时间延迟法则，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500mm。
显示值偏差应不大于实际移动距离的1%。
（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ΔRmax相关于材料厚度t：
（1）t＜75mm时，ΔRmax≯1mm；
（2）t≥75mm时，ΔRmax≯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.计算机程序标识和修改情况（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，以和衰减、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，以和表面状态；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Ⅵ）
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，以和定量——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6ASME规定的基于制造验收标准的UT工艺要求
变素类别
序号
必须量化的UT工艺要求
重要变素
1
扫查布置图（施探图）
2
计算机软件
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、连接器和导轨
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Ⅱ级或Ⅲ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（ScannerBlock）
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6mm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度调整值符合要求。
5.8检测范围
应按扫查布置图要求，扫查被检体积（焊缝加两侧一定宽度的母材热影响区）。
5.9结果评定
三项注意点：
（1）分层缺陷的评定：
在母材区存在的分层缺陷，因妨碍焊缝缺陷的探测和评定，应要求对扫查布置图（施探图）进行修正，以表明实际可检的最大体积范围，并将情况注明在检测报告中。
（2）缺陷评定时机：
最终缺陷评定只能在所有显示参数调整（如对比度、亮度和直通波和底波去除、和SAFT处理等）已完成后进行。
（3）补充的手工检测法：
在全自动或半自动扫查过程中发现的缺陷，也可用手工检测进行补充检测。
5.10检测记录报告
（1）显示记录
a.合格显示：
在承压设备制造规范中，无论是第Ⅷ卷压力容器，还是第Ⅰ卷动力锅炉，ASME都规定焊缝超声检测时，只要性质不是判定为裂纹类面状缺陷的显示信号，其幅度达到记录线（即50%DAC线）或记录线以上、DAC线以下而长度未超标，可判为合格缺陷，无需返修，但要有记录，记录中应注明不返修区域的位置、信号幅度、缺陷尺寸、深度位置和缺陷类别。
b.判废显示：
显示信号幅度超过20%DAC线的缺陷，操作者应对其定形、定性和定位并按下列验收标准进行合格与否的评定：
①凡判定为裂纹、未熔合或未焊透类面状缺陷的显示，无论长短，均评定为不合格。
②信号幅度超过DAC线（即定量线）的其它缺陷，其长度超过表7所示数值，则评定为不合格。
表7ASME对长形体积状缺陷规定的允许限值
壁厚t
体状缺陷长度允许限值Lmax
＜19
6
19-57
（1/3）t
＞57
19
注：
t是指不包括余高的焊缝厚度。
对接焊缝由不同壁厚对接时，
t取两者中较小厚度。
判废显示应有记录，至少应注明其性质（如裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔等），位置，范围（长度）。
（2）检测报告
由两部分内容组成：
a.一般内容（共19项，与4.8
（1）同）；
b.特定内容（共5项）：
①扫查布置图（施探图）；②扫查器和贴附装置、导向机构；③缺陷显示数据（在焊缝中的位置，长度，性质——裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔）；④最终显示处理等级；⑤补充手动法缺陷显示数据（如用则加，同样要有定位、定长、定性数据）。
6基于断裂力学验收标准的UT要求（强制性附录Ⅶ）
6.1适用范围
这份附录提供按基于断裂力学验收标准进行自动或半自动超声检测的有关要求。
所谓基于断裂力学验收标准，即根据缺陷定型（即表面或亚表面）和定量（即长度和自身高度）来对缺陷进行分类和验收的标准。
6.2
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