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。

500375250125125250375500333200120724326233967108180300500工件曲面直径/ mm试块曲面直径/ m mAM NA ：基本校验试块M ：0.9 倍限值线N ：1.5 倍限值线图1 试块-工件曲面比限值弧长标称壁厚T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°；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。

3 TOFD技术（强制性附录Ⅲ）3.1 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。

T3T /4T /4堆焊层（如有则加）壁厚/mm 孔径/mm≤25 2.5＞50～100 5 ＞1006图3 厚度不分区TOFD 对比试块TT 1/43T 1/4T 2/43T 2/4T 1 上区T 2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（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。

3.3 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＜1310～153～660°～70°13～＜385～103～650°～70°38～＜752～56～1345°～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＜385～153～650°～70° 38～3001～56～12.545°～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）＜5010～t(2/3) t50～＜10020～t/2t/2～t (2/3) t (5/6) t100～＜20030～t/3t/3～2t/32t/3～t(2/9) t(5/9) t(8/9) t200～＜30040～t/4t/4～t/2t/2～3t/4(1/12) t(5/12) t(8/12) tt图5 厚度不分区TOFD探测布置探头1探头2探头2探头11区2区图6 厚度二分区TOFD探测布置（厚度分区等高）1区2区3区（2次偏置扫查）探头1探头1探头2探头2探头3探头4探头3探头4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）1区4区3区2区探头1探头4探头3探头2探头1探头2探头4探头3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。

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789101112131415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﹡）45●678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）●91011S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。