厚板焊缝无损检测缺陷评价
——ASME认可的新技术与传统法的比较(节选)
Evaluation of Flaws in High-Thickness Welds by NDE:Comparison between ASME Code-Approved New Technologies And Traditional Methods
李衍 LI Yan
江苏太湖锅炉股份有限公司 Jiangsu Taihu Boiler Co., Ltd.

对板厚100mm以上的承压设备钢焊缝,采用ASME规范认可的先进的超声TOFD(衍射时差)法检测,灵敏度和缺陷检出率明显优于直线加速器和手工超声检测。将新技术与传统法的缺陷评价方法作了比较分析,并通过实例,指出新技术对检测结果的验收特点。
For inspection of high-thickness welds greater than 100 mm in pressure vessels, by using advanced ultrasonic TOFD (Time-of-Flight Diffraction) technique accepted by ASME Code,the achieved flaw sensitivity and probability of detection are substantially better than the one by linear accelerator and manual ultrasonic methods. Comparison of flaw evaluation between the new technique and the traditional methods has been drawn. The characteristics of the new technique in acceptance of the inspection results were illustrated with some practical examples.
超声检测;TOFD法;射线照相;手工探伤;验收标准;缺陷评价
Ultrasonic examination; TOFD technique; Radiography; Manual ultrasonic methods; Acceptance criteria; Evaluation of flaws

1. 厚焊缝无损检测现状与问题及新动向
        对板厚100mm以上的承压设备大厚度焊缝,通常先用超声波作100%的手工检测,再用4MeV以上的直线加速器作适当比例的射线照相检测。手工超声要在焊缝两面四侧,用2~3种折射角对焊缝横断面作分层扫查。仪器调试程序繁复,检测劳动强度大,检测周期长;而厚板射线照相,由于相关于高能射线的固有不清晰度增大,胶片颗粒性增大,灵敏度和缺陷检出率总会受到一定限制。
        新旧世纪之交,欧、美、日已将先进的超声TOFD(Time-of- Flight-Diffraction,即衍射时差)技术,用于大厚度焊缝的无损检测。实践证明,在厚板中,有很多缺陷用“直加”作射线照相发现不了,而用手工超声,缺陷信号往往低于评定线(20%DAC线),但用TOFD技术就易于检出,也易于测长测高。美ASME锅炉压力容器规范自1996年起即将该技术的应用列入规范案例(Code case)2235,至今已有10年历史。
        显然,质量评定和验收条件必须适合于所用技术的特性,详析ASME规范可见,规范案例2235不仅规定了超声检测取代射线照相的最低要求,也规定了与传统超声检测要求截然不同的全新的评定和验收条件。本文结合实例,展示大厚度焊缝采用TOFD新技术的亮点,并与传统法作比较,说明新旧方法对缺陷作无损评价的差异。

2. 缺陷评析标准
        对手工超声检测,ASME 规范只要求对波幅高于评定线即20% DAC(距离波幅校正)曲线的信号进行评析。DAC曲线要根据焊缝厚度,选用适当直径的横孔校正试块来绘制。评析目的是要判断反射体究竟是平面状(裂纹、未熔合或未焊透)还是体积状缺陷。若为平面状缺陷,则应“判废”(即令返修);若为体积状缺陷,则应测长评定。
        规范案例2235要求:对非波幅法即传播时差法,如TOFD法等,若信号指示长度大于下列数值,则应评析信号性质:
        (1)t ≤ 38 ㎜的焊缝,3.8㎜ (t :焊缝厚度);
        (2)38 <t < 102 ㎜的焊缝,5 ㎜;
        (3)t > 102 ㎜,0.05 t 或19 ㎜(取两者中较小值)。
        评析目的在于判定信号源,是来自几何形状还是真缺陷?若为几何信号,应记录位置;若为缺陷信号,应视缺陷位置(表面或内部)和沿焊缝纵断面的长度尺寸,按验收标准(见第4节)进行评价,判定合格与否。

3. 缺陷记录标准
        ASME 规范要求:用超声手工检测时,凡信号高度大于50%DAC线的缺陷,均应记录其位置、尺寸、波幅、离表面的深度,及其类别。
        按ASME规范案例2235探测和评价缺陷时,所记录的数据均应为原始数据,不得用设定闸门、滤波和门限等手段采集数据。原始数据要列入压力容器的最终数据报告中。

4. 缺陷验收标准
4.1 ASME规范案例新技术与传统法的比较(略)
4.2 规范案例2235中的表面缺陷(略)
4.2 规范案例2235中的内部缺陷(略)

5. 缺陷评价实例
        以下介绍GE石油公司某化工设备厂对一些大厚度压力容器用TOFD 法检出的一些重要缺陷图像与射线照相和传统手工超声检测的评定结果,进行比较分析的示例。容器材料是SA 33622V。对每一缺陷既按ASME 规范案例 2235 规定的标准评定,也按ASME第Ⅷ卷(压力容器)第1册UW 53的要求评定。2为评定结果。
2 厚板压力容器焊接接头及母材区缺陷用不同标准评定验收结果的比较

No.

厚度
mm

ASME规范案例2235

ASME卷第1UW 53


mm

高度
mm

位置

评定结果

(相对于DAC)

长度
mm

性质

评定结果

1

150

700

60

表面

作记录

60%

700

夹杂

作记录

在母材上

2

150

见注

150

表面

不合格

80%

见注

裂纹

不合格

横向裂纹

3

260

160

40

表面

不合格

70%

160

裂纹

不合格

在坡口上

4

150

50

4

内部

合格

25%

45

夹渣

合格

 

5

160

276

4

内部

合格

70%

95+80

夹渣

不合格﹡

﹡按RT评

6

150

<10

<4

内部

合格

<20%

合格

RT不可见

7

227

24+22+75

<4

内部

合格

<20%

合格

RT不可见

图2(a)是在筒体锻件上对1#缺陷采用的TOFD检测布置和射线照相的示意图。

图2(a)筒体锻件上1# 缺陷的检测(TOFD + RT)
(略)

6. 结论
        在超声无损检测领域,新技术在探伤灵敏度和缺陷定位、定量方面的优势,为大厚度压力容器焊接质量的检验,开辟了新天地。应用这种新技术,能使我们对焊缝缺陷获得更准确的数据,可允许验收的缺陷尺寸比传统检测标准允许的数值大些,也能以高的置信度在随后检测中对缺陷进行监控。
        面对检测系统领域出现的这一新进展,我们也不能偏废传统方法。ASME规范案例2235依然认为PT、MT、ET是检测表面缺陷更有效的方法,而手工超声检测也能为焊缝内部缺陷的表征定性提供一定信息。尽管规范案例的验收标准并不要求对缺陷表征定性,但我们认为了解缺陷性质(例如区分平面状缺陷和体积状缺陷)仍然必要,特别是对在用压力容器的定期检测和寿命评价。
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