ASME法規(guī)2017版有關(guān)NDE的重要更新

李 衍

（無錫市鍋爐壓力容器學(xué)會無損檢測專委會 無錫 214026）

具有國際權(quán)威的ASME BPVC法規(guī)，自2013年起，從原來每3年修訂1次改成每2年修訂1次。這次修訂版于2017年7月1日正式發(fā)布實(shí)施。今將新版ASME中涉及無損檢測（NDE）的重要更新（包括第Ⅰ卷電站鍋爐、第Ⅷ卷第1分冊壓力容器和第Ⅴ卷無損檢測）歸納如下。由更新內(nèi)容可見，新版承壓設(shè)備制造卷強(qiáng)調(diào)了數(shù)字化NDE方法的應(yīng)用導(dǎo)則（包括數(shù)字RT的兩大主流技術(shù)——CR法和DR法，數(shù)字UT的兩大主流技術(shù)——TOFD法和PAUT法）；方法標(biāo)準(zhǔn)與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的施用。以下即扼要介紹上述三卷中有關(guān)NDE的重要變更，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)背景和實(shí)際應(yīng)用，擇要點(diǎn)評。

1 第Ⅰ卷 電站鍋爐

1.1 PG-75修正：闡明第Ⅰ卷制造用的目視檢測（VT）要求

目視檢測（VT）在第Ⅰ卷某些章節(jié)中有要求，而在有些章節(jié)中則有建議，但方法無具體條例，如直接法、遙控法、放大法等。PG-75修訂版對目視檢測提供了導(dǎo)則。指出：具體要求要放在制造者質(zhì)量計(jì)劃中規(guī)定，此規(guī)定應(yīng)與非強(qiáng)制性附錄A-302一致。

在某些情況下，必須用遙控目視檢測取代直接法檢測。遙控目視檢測可用鏡子、望遠(yuǎn)鏡、管道鏡、光纖、相機(jī)等目視器具或其他合適的儀器。這些器具所具備的分辨能力至少應(yīng)等效于直接目視觀測所得分辨能力。

1.2 添加了非強(qiáng)制性新附錄NA-E：超聲檢測實(shí)施規(guī)范案例CC 2235

規(guī)范案例CC 2235作為非強(qiáng)制性附錄NA-E編入第Ⅰ卷，即允許使用超聲檢測和基于斷裂力學(xué)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，以取代PW-52中規(guī)定的基于制造質(zhì)量的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

1）ASME規(guī)范案例CC 2235-10《用超聲檢測取代射線照相》（適用于第Ⅰ卷、第Ⅷ卷第1、2分冊、第Ⅶ卷；批準(zhǔn)日：2012-3-21），首次以附錄形式NA-E編入第Ⅰ卷。該案例強(qiáng)調(diào)，焊縫檢測以UT取代RT，應(yīng)同時(shí)滿足11項(xiàng)必要條件，包括：檢測范圍、檢測設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、評定試塊、檢測方式、數(shù)據(jù)記錄、人員資質(zhì)、數(shù)據(jù)分析、缺陷評定和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、最終數(shù)據(jù)包及其他要求。其中最重要的是設(shè)備、人員和方法三要素；核心技術(shù)是超聲衍射時(shí)差（TOFD）和相控陣（PA）技術(shù)的應(yīng)用（且必須是半自動或全自動檢測）[1]。

2）CC 2235-10采用基于斷裂力學(xué)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。而一般對制造產(chǎn)品采用基于質(zhì)量控制的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。與兩種驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的檢測方法和檢測工藝，各不相同。基于斷裂力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，要求先將缺陷歸類表征（表面缺陷與內(nèi)部缺陷），再對缺陷劃框評定表征（多個(gè)缺陷有“同面歸一”、“同面異線歸一”、“異面歸一”等附則），最后按缺陷形狀比和長度及壁厚范圍，對照三表判定合格與否[2]。

3）這次修訂版允許制造產(chǎn)品在特定情況下可選用基于斷裂力學(xué)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，UT中高級人員在這方面就有許多新動作要做。要通過實(shí)物模型檢測和評定演示，記錄全過程，并取得有關(guān)方認(rèn)可。

4）缺陷評定有兩類標(biāo)準(zhǔn)：質(zhì)量控制和合乎使用標(biāo)準(zhǔn)。通常，前者用于制造設(shè)備，重在質(zhì)量控制；后者用于在役設(shè)備，以斷裂力學(xué)為評析基礎(chǔ)。若制造設(shè)備采用合乎使用的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)考慮：（1）根據(jù)缺陷是否影響使用性能來評定在建造中所發(fā)現(xiàn)的具體缺陷的可接受性；（2）在制造和使用前須簽訂特定合同，規(guī)定特殊部件、特殊結(jié)構(gòu)的檢測與驗(yàn)收。即考慮到缺陷對部件性能的影響，采取比通常的質(zhì)量控制更切合實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)——當(dāng)然應(yīng)經(jīng)AIS（主任授權(quán)檢驗(yàn)師）同意。有關(guān)斷裂力學(xué)與安全評定的技術(shù)背景、機(jī)理剖析、執(zhí)行程序及應(yīng)用實(shí)例[3]，內(nèi)容深刻，需另文研討。

1.3 PW-51.4修正：允許射線照相用數(shù)字圖像保存

現(xiàn)有技術(shù)已可將射線照相從模擬膠片正確、安全地轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。本修訂版添加了有關(guān)條例：即提出允許射線照相圖像保存為數(shù)字格式的做法。

1）一般數(shù)字RT技術(shù)分為三類：直接數(shù)字化、間接數(shù)字化和后數(shù)字化，如圖1所示。但工業(yè)NDE，特別是承壓設(shè)備NDE，最典型的是用IP（成像板）的CR（計(jì)算機(jī)數(shù)字RT）法和DDA（分立輻射探測器）的DR（直接數(shù)字RT）法。

圖1 工業(yè)射線數(shù)字RT法分類

2）注意用數(shù)字RT（射線檢測）取代膠片RT時(shí)必須達(dá)到的圖像質(zhì)量要求。為實(shí)現(xiàn)與膠片RT的等價(jià)性，作為數(shù)字RT主流的CR（計(jì)算機(jī)射線照相）和DR（直接數(shù)字射線照相），必須注意系統(tǒng)的適當(dāng)選擇、布置、校正和圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化要求。

3）本修訂版在電站鍋爐制造卷認(rèn)可了數(shù)字RT的應(yīng)用，涉及數(shù)字射線成像的具體方法標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 ASME BPVC 2017有關(guān)RT的數(shù)字成像標(biāo)準(zhǔn)或附錄匯總（Sec.Ⅴ）

*MA：強(qiáng)制性附錄；NA：非強(qiáng)制性附錄。

4）ASME 2017第二章MA-Ⅲ《數(shù)字圖像的采集、顯示和存儲》強(qiáng)調(diào)數(shù)字RT結(jié)果應(yīng)與膠片RT等價(jià)（即具有同等缺陷檢驗(yàn)?zāi)芰Γ?。而要?shí)現(xiàn)兩者等價(jià)，圖像質(zhì)量是核心要素。任何數(shù)字輻射探測器，其圖像質(zhì)量參數(shù)之間的基本關(guān)系，如圖2所示[4]。

圖2 數(shù)字輻射探測器圖像質(zhì)量參數(shù)之間的關(guān)系

1.4 PG-25.2.4和PW-50修正：強(qiáng)制執(zhí)行第Ⅴ卷第1章強(qiáng)制性附錄Ⅱ中列出的有關(guān)CR、DR、PAUT和TOFD強(qiáng)制培訓(xùn)、經(jīng)歷與考試的要求

此條款突出對承壓設(shè)備焊縫作體積檢測時(shí)，實(shí)施數(shù)字化RT和UT的“三強(qiáng)制”事項(xiàng)。即從事數(shù)字RT的人員應(yīng)在一般膠片RT的資質(zhì)上，作有關(guān)CR和DR的專項(xiàng)附加培訓(xùn)和實(shí)踐考核合格。同樣，從事計(jì)算機(jī)成像（CITs）的UT人員，也應(yīng)在一般UT資質(zhì)上，作有關(guān)TOFD和PAUT的專項(xiàng)附加培訓(xùn)和實(shí)踐考核合格。除相關(guān)物理基礎(chǔ)外，掌握和活用相關(guān)方法標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，也是人員培訓(xùn)、考核、取證重中之重。表2列出了ASME涉及CITs技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)一覽。

表2 ASME BPVC 2017有關(guān)UT的CI標(biāo)準(zhǔn)或附錄一覽（Sec. Ⅴ）

*MA：強(qiáng)制性附錄；NA：非強(qiáng)制性附錄。**TOFD法和PAUT法均適用。

2 第Ⅴ卷 無損檢測

2.1 第4章《超聲檢測》強(qiáng)制性附錄Ⅳ中表Ⅳ-422和強(qiáng)制性附錄Ⅴ中表Ⅴ-422修正：規(guī)定楔塊參數(shù)重要變素

楔塊重要變素，在原MA-Ⅳ表Ⅳ-422中僅為“楔塊角度”，而在原MA-Ⅴ表Ⅴ-422中僅為“楔塊自然折射角”。這兩種說法均不能充分覆蓋與相控陣楔塊相關(guān)的重要變素，或甚至曲解了楔塊角度（自然折射角因被檢材料而異）。這次修訂將“楔塊角度”改為“楔塊切割角度”，并添加了數(shù)項(xiàng)有關(guān)楔塊的重要變素。

相控陣線陣探頭多與楔塊組合。楔塊延時(shí)（T0）[μs]是指超聲在楔塊中由一定入射角造成的傳播時(shí)間（往返聲程）。術(shù)語符號和計(jì)算參數(shù)見圖3[5]。

圖3 探頭楔塊超聲延時(shí)和入射點(diǎn)的計(jì)算參數(shù)

1）與一定折射角相對的聲束入射角，由斯涅耳定律求得：

式中：

α——楔塊入射角；

β——試件折射角；

v1——楔塊聲速；

v2——試件聲速。

2）相控陣探頭中間高度（相關(guān)于虛擬發(fā)射點(diǎn)）：

3）楔內(nèi)聲程和楔內(nèi)延時(shí)：

4）后沿距離Ii：楔塊后端與特定折射角的聲束入射點(diǎn)之間距離：

5）入射點(diǎn)遷移ΔIi：入射點(diǎn)相對于楔塊內(nèi)聲束入射角的變異（見圖4）。

圖4 相控陣探頭楔塊入射點(diǎn)遷移顯示及與折射角的相關(guān)性示圖

2.2 第4章《超聲檢測》T-434.1.2修正：添加了對比試塊代用材料的要求

校驗(yàn)試塊用不同制品型式制作，或熱處理狀態(tài)與被檢工件不同時(shí)，原T-434.1.2對校驗(yàn)試塊的代用并無要求。這次修訂添加了（c），增補(bǔ)了有關(guān)必需條例，以使代用校驗(yàn)試塊可以頂用。

1）轉(zhuǎn)換校正：修訂版指出，試塊材料與產(chǎn)品形態(tài)材料不同，或未經(jīng)相同熱處理時(shí)，只要能滿足試塊其他所有要求，并對聲特性差作轉(zhuǎn)換校正，此試塊也可“代用”。轉(zhuǎn)換校正所用換能器和楔塊，應(yīng)與檢測中使用的相同，觀測信號響應(yīng)差，確定轉(zhuǎn)換校正值。信號接收條件：（1）基本校驗(yàn)試塊和被檢工件中相應(yīng)參考反射體（同類型、同尺寸）；或（2）兩探頭布置方向在基本校驗(yàn)試塊和被檢工件上相同。檢測靈敏度應(yīng)按轉(zhuǎn)換校正值調(diào)整。

2）補(bǔ)充說明：基本校驗(yàn)試塊常用于時(shí)基線、聲束覆蓋范圍、靈敏度校正等。靈敏度校正包括DAC（Distance-Amplitude Correction）——距離波幅校正，TCG（Time-Corrected Gain）——時(shí)間校正增益，ACG（Angle-Corrected Gain）——角度校正增益。

3）追加附注：為便于攜帶到現(xiàn)場校驗(yàn)使用，一般使用等效的小型試塊作檢測前、中、后的調(diào)整或復(fù)核校驗(yàn)。小型試塊的尺寸、人工反射體尺寸、位置、數(shù)量應(yīng)滿足試件UT規(guī)程最低要求。

2.3 第1章 《一般要求》T-110修正

關(guān)于新版第Ⅴ卷《無損檢測》的生效期。

添加了（C），闡明第Ⅴ卷可始用于新版發(fā)布日（2017-07-01），自發(fā)布日起，6個(gè)月后必強(qiáng)制性執(zhí)行，除非有相關(guān)文件另行修正。新加（d）告知使用者，規(guī)范案例可始用于ASME案例批準(zhǔn)日。

2.4 第6章《液體滲透檢測》T-673.1修正

多余可水洗滲透劑的去除。

T-673.1新加了一段：對試件表面存在的多余可水洗滲透劑，允許用清潔、干燥、無絨毛的布或吸水紙取代水噴霧法，先水濕擦除，后干擦去除。

2.5 第11章《聲發(fā)射檢測》多重修正

更新聲發(fā)射（AE）條例。

2.6 多個(gè)ASTM標(biāo)準(zhǔn)作增補(bǔ)或更新

ASME 2017版第Ⅴ卷（無損檢測）B分卷增補(bǔ)或更新的ASTM（美國材料試驗(yàn)學(xué)會）標(biāo)準(zhǔn)（共20個(gè)），見表3。

表3 ASME 2017第Ⅴ卷增補(bǔ)或更新的ASTM標(biāo)準(zhǔn)篇目

3 第Ⅷ卷第1冊 壓力容器

UW-11(a)(8)，UW-11(d)，UW-12，UW-51(a)(4)，及UW-53，均作修正，闡明手工超聲檢測（MAUT）和自動超聲檢測（AUT）兩種檢測方法皆認(rèn)可。

1）ASME 2015以前的版本，CITs用UT，應(yīng)為全自動（AUT）或半自動（SAUT）。第4章提出，焊縫作PAUT時(shí)，半自動或全自動檢測是基本要求，而手工檢測僅適用于作補(bǔ)充檢測（如橫向缺陷檢測等）。

2）AUT由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動掃查器。SAUT是用手工輔助移動探頭掃查器。掃查器要沿某種導(dǎo)軌移動。此導(dǎo)軌可為磁條或?qū)驐U，或在某種情況下，掃查器跨騎在焊縫上，操作者需確保掃查過程中掃查器橫向偏移最小。檢測位置數(shù)據(jù)由編碼器記錄。

3）可配置掃查器視被檢試件形狀尺寸等因素選用（示例見圖5）。

圖5 焊縫PA掃查器示例

4）本修訂版在壓力容器制造卷明文規(guī)定也允許用手工UT。實(shí)際上，應(yīng)按需檢測的工件結(jié)構(gòu)和形態(tài)、焊縫區(qū)域、長度、位置等特征，AUT、SAUT、MAUT擇一而為。或雙法并舉。

4 小結(jié)

1）本文概述了2017版ASME承壓設(shè)備設(shè)計(jì)制造卷（第Ⅰ卷《電站鍋爐》和第Ⅷ卷第1分冊《壓力容器》）和質(zhì)量檢測方法卷（第Ⅴ卷《無損檢測》）有關(guān)NDE的重要變更條款（包括RT、UT、VT、PT、AE等）。

2）重要變更中特別強(qiáng)調(diào)體積檢測（RT和UT）數(shù)字化技術(shù)的推行和完善——RT中的CR和DR法，

UT中的PAUT和TOFD法，有相關(guān)設(shè)備、器材、程序、方法、驗(yàn)收及人員方面的種種更新要求。斷裂力學(xué)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)定量評析技術(shù)是一大挑戰(zhàn)。

3）承壓設(shè)備（鍋爐、集箱、管子、容器、管道、管接頭）數(shù)字化NDE技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，有待普及、提高，深化、細(xì)化，ASME 2017給出了“金鑰匙”，NDE人員任重道遠(yuǎn)。

[1] ASME Code Case 2235-10 Use of Ultrasonic Examination in Lieu of Radiography[S].

[2] 李衍.承壓設(shè)備UT取代RT的必要條件——ASME規(guī)范案例2235-9研討[J].中國特種設(shè)備安全，2012，28(06～07)： 18-20，23-26.

[3] 沈士明.含缺陷承壓設(shè)備安全分析技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2011.

[4] 李衍.數(shù)字RT圖像質(zhì)量評析[J].中國特種設(shè)備安全，2016，32(10)：10-20.

[5] 王悅民，李衍，陳和坤.超聲相控陣檢測技術(shù)和應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.