ASME 规范案例2235-9述评
Introduction and Evaluation of ASME Code Case 2235-9 (节选)

李衍LI Yan
无锡市锅炉压力容器学会无损检测专委会 Wuxi Boiler & Pressure Vessel Society, NDT Committee

介绍并评析ASME规范最新案例2235-9对承压设备对接焊接接头采用超声TOFD检测的综合要求和评定标准,以为国内推行该新技术提供参考坐标。
The recent ASME Code Case 2235-9 was introduced and evaluated,involving the comprehensive technical requirements and acceptance criteria of ultrasonic TOFD inspection of the butt welded joints in pressure equipment. The intention is to provide reference frame of applying the new technique in our country.

承压设备;超声检测;TOFD;程序要求;验收标准
Pressure equipment;Ultrasonic inspection;TOFD technique;Procedure requirements;Acceptance criteria

     2007年,国内承压设备对接接头采用超声TOFD技术进行检测的单位和工程已日见增多。在这方面,可供借鉴的方法标准除英BS7706,欧ENV 583-6,CEN/TS 14751,美ASTM E2373,日NDIS 2423外,还有2007年7月发布的ASME第Ⅴ卷第四章《焊缝超声检测》强制性附录Ⅲ(TOFD操作要领)和非强制性附录N(TOFD图像识别)。但涉及TOFD检测验收标准的仅两个:欧NEN 1822和美ASME规范案例2235-9。鉴于承压设备推行TOFD技术的重要性和紧迫性,这里试对ASME最新规范案例2235-9作一简介和浅评,以抛砖引玉。
     该规范案例一开始就亮出问题:按ASME第Ⅰ卷(动力锅炉)PW-11,第Ⅷ卷(压力容器)第1册UW-11(a),第Ⅷ卷第2册表AF-241.1,以及第Ⅻ卷(移动式压力容器)TE-230.1之要求进行射线照相,在什么情况下可采用超声检测取代射线照相?有何限制性条件?
     ASME锅炉压力容器标准化委员会的回答是:凡材料厚度≥13mm的压力容器和动力锅炉,只要满足以下所有条件(10项),均可采用超声检测(UT)方法取代射线照相(RT)方法[1]。

1 检测范围
     材料厚度t>200mm时,超声检测区域应包括焊缝体积加焊缝两侧宽度各为50mm的区域;t≤200mm时,超声检测区域应包括焊缝体积加焊缝两侧宽度各为25mm或t(取两者中较小值)的区域。检测体积也可减小为焊缝体积加焊缝两侧宽度各为实际热影响区(HAZ)再加6mm宽的母材区,但要满足以下两点要求:① 焊缝热影响区要在焊接工艺评定过程中进行测量并记录;② 超声探头定位和扫查装置要对照工件表面设置的参考标记(用油漆或低应力钢印在焊缝附近设定)来控制,以确保实际热影响区加6mm宽的母材区能被检测到。
     本规范案例对焊接接头的超声检测体积范围沿袭了手工超声检测要求,但对焊缝两侧应检热影响区宽度特别提出了两种界定方法。为保证TOFD探头对的移动范围满足超声波束对检测体积的全覆盖要求,探头扫查区域应作一定表面制备。

2 检测方案
     施探前,应编制检测方案( “Examination strategy ”或“ Scan plan” )。检测方案中应图示探头的放置和移动方向及检测范围,以提供焊缝验收标准化而有重复性的一套方法。检测方案也应包括所用超声波束角度、波束相对于焊缝中心线的方向,以及每条焊缝所涉及的检测体积(长×宽×高)。书面检测方案应按需供给业主或用户。
这里的“检测方案”和下一节“工艺规程”所涉及的内容,国内通常将与之相关的关键性技术参数“聚焦”在UT专用工艺卡中。与常规手工UT一样,工艺卡中要有试件探头布置、探头移动方向和检测范围示图,包括焊接接头纵向缺陷和横向缺陷的探测布置。对纵向缺陷,要考虑坡口熔合面缺陷的探测布置:除中心扫查外,还应附加两次偏心扫查。对近表面和近底面缺陷,要考虑采用相控阵探头或常规脉冲回波探头作补充检测。对横向缺陷,要求焊缝余高磨平。具体参数的设定可参阅ASME 第Ⅴ卷《无损检测》第四章强制性附录Ⅲ(TOFD操作要领)[2]。

3 工艺规程
     超声检测应按检测工艺规程进行,工艺规程应符合ASME第Ⅴ卷第四章的要求。该规程应在评定试块(Qualification Block)上,经操作演示认可。评定试块应为焊接试块或热等压试块,试块中应至少设置三个缺陷,其方向模拟平行于焊缝熔合线的缺陷。缺陷制作要求如下:
     ⑴一个表面缺陷,设在代表容器外表面的试块一侧;
     ⑵另一个表面缺陷,设在代表容器内表面的试块另一侧;
     ⑶一个内部缺陷;
     ⑷若超声检测过程中,试块能翻转,则一个表面缺陷可代表容器外表面,也可代表容器内表面。因此可只要求设置两个缺陷。
按检测材料厚度,缺陷尺寸应不大于表1、表2 或表3所示数值。操作特性符合要求与否,要确认最大容许缺陷或其他重要缺陷的回波幅度超过参考水平。对不是用波幅记录水平的检测技术(如TOFD等),操作特性也可根据所有记录长度的成像缺陷(包括最大容许缺陷),其指示长度是否等于或大于评定试块中缺陷实际长度来界定。
     相控阵扇形扫查(S扫查)可用于焊缝检验,只要按本节所述验证满足要求。S扫查能从一个发射点,产生扇形波束,部分或全部覆盖焊缝,这取决于换能器尺寸、焊接接头几何形状尺寸,以及截面厚度。S扫查对横孔检出性甚好(因横孔反射无方向性),但超声波束仍有可能漏检平面状缺陷(如未熔合和裂纹),特别是对厚截面。因此,对厚度大于25mm的工件,推荐用多路声线扇形扫查。验证试块中应设置足够的缺陷数,以确保对整个焊缝体积进行检测。
(略)

4 设备系统
   (略)

5 人员资质
     进行UT和评定结果的人员,应按雇主的NDE人员培训、考评和认证实施细则进行。该实施细则应以美无损检测学会文件ASNT SNT-TC-1A或CP-189作为指南。只有Ⅱ级和Ⅲ级人员才可分析检测数据和评定结果。
认证人员的承包人评定记录,应经签字认可,并由其雇主保存。
     此外,获取和分析UT数据的人员,应对所用设备进行过培训,并参与有关验证演示。
     对从事TOFD检测的人员要求首先有UT-Ⅱ级以上资格,其次应通过专项培训能熟练操作TOFD设备,第三要能在设有人工和自然缺陷的试块、试板上进行操作演示,确认规定尺寸的缺陷能被有效检出和定量评价。不可跳过第三步,直接在被检产品上进行TOFD检测!

6 数据分析
6.1 分析标准
(略)
6.2 几何形状显示
  (略)

7 缺陷定量
      缺陷应按UT工艺规程或工艺卡进行定量,该规程或工艺卡已在类似材料深度对类似缺陷作过定量验证。也可用补充的手工检测法对缺陷定量,只要也按上述要求作了验证评定。缺陷尺寸应套用能完全包罗缺陷区域的矩形确定(48):缺陷长度l应取平行于工件承压面的线段;缺陷高度应取垂直于承压面的线段,表面缺陷称为“a” ,内部缺陷称为“2a”(注意:划为表面缺陷的近表面缺陷在板厚方向的高度称为2d,见4)。

图4 单个缺陷显示:表面缺陷与内部缺陷的区分
  (略)

8 缺陷评定和验收标准
 (略)

9 数据包审核
 (略)

10 标记和报告
       作过UT的产品铭牌上,应在规范符号钢印下作出UT标记,以指明焊缝超声检测已符合ASME 第Ⅰ卷、或第Ⅷ卷第1分册或第Ⅱ分册、或第Ⅻ卷要求。
在制造单位的产品制造报告上,应注明本案例编号及超声检测范围。

结论:
  (略)

附录 TOFD参考灵敏度试块
(略)

谢辞:
无锡华光锅炉股份有限公司工厂管理办公室主任张敏娴工程师提供了ASME规范案例最新版的原文资料,在此深表谢意。

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