ISO焊縫檢測超聲衍射時差方法驗收等級解讀

， ，

(1.中興海陸工程有限公司，大連 116000；2. 煙臺中集來福士海洋工程有限公司，煙臺 264000；3.中國船級社實業(yè)公司青島分公司，青島 266071)

20世紀(jì)70年代中期，英國原子能管理局MAURIC提出了超聲衍射時差方法(TOFD)，該方法成為了一種標(biāo)準(zhǔn)的定量方法。TOFD使用一發(fā)一收探頭對進行檢測，主要利用缺欠端點的衍射波信號來測定缺欠的位置及尺寸。TOFD數(shù)據(jù)的顯示是掃查過程中采集的A掃描信號連續(xù)拼接而成的，水平軸代表探頭移動的距離，垂直軸代表時間(聲程)，一般用灰階表示A掃描信號的幅度。TOFD不但能精確測量缺陷深度，而且也適用于常規(guī)的焊縫檢查。在很多不同的結(jié)構(gòu)中，包括復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，只要通過合理的設(shè)置，TOFD就能得到充分的應(yīng)用。

1 ISO TOFD驗收標(biāo)準(zhǔn)的變化

2011年2月ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)出版了第一版ISO 15626：2011《焊縫無損檢測-衍射時差技術(shù)-驗收等級》，2018年7月第二版取消并替代了第一版，進行了技術(shù)修訂。與先前版本相比，有以下內(nèi)容進行了修訂：① 規(guī)范性引用文件的變化；② 將原先第三部分分成了兩個部分，原有章節(jié)序號進行了更新；③ 在6.3.1節(jié)中增加了高度確定的測量方法；④ 在表2，3，4中增加了備注b；⑤ 在7.4節(jié)中將“群不連續(xù)時不考慮點狀不連續(xù)”修訂為“群不連續(xù)時不考慮點狀不連續(xù)以及高度小于h1的單個不連續(xù)”；⑥ 在7.4節(jié)群不連續(xù)中增加一條“如果一個不連續(xù)的高度有變化，其最大的局部高度h應(yīng)按照圖6 評估。”；⑦ 增加了參考文獻；⑧ 補全了所有圖中注的解釋。

2 ISO15626：2018的介紹和解讀

2.1 適用范圍

ISO 15626：2018是一個驗收標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定的適用范圍是板厚為6～300 mm鐵素體鋼全熔透焊縫TOFD技術(shù)的驗收等級。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的驗收等級是基于ISO 5817：2014《鋼,鎳,鈦及其合金的熔化焊焊縫——缺欠評定組別》的相應(yīng)焊縫質(zhì)量等級，并根據(jù)ISO 10863：2011《焊縫無損檢測-超聲檢測-使用衍射時差技術(shù)》進行焊縫檢測時發(fā)現(xiàn)的不連續(xù)的等級分類。

2.2 不連續(xù)的分類

常規(guī)焊縫無損檢測中，缺欠的分類是:氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋和表面缺欠。ISO 15626:2018標(biāo)準(zhǔn)中不連續(xù)的分類有所不同，不連續(xù)分為表面開口不連續(xù)和埋藏型不連續(xù)。表面開口不連續(xù)是連接到近表面(掃查面)或遠(yuǎn)表面(對面)的不連續(xù)。埋藏型不連續(xù)是不與表面相連，位于材料內(nèi)部的不連續(xù)。

2.3 質(zhì)量等級與驗收等級的關(guān)系

在ISO 15626：2018標(biāo)準(zhǔn)中涉及了焊縫的質(zhì)量等級、檢驗等級和驗收等級。這幾個等級的對應(yīng)關(guān)系可在ISO 17635：2016《焊接的無損檢測 金屬材料的一般規(guī)則》中查閱相關(guān)方法的表格。

ISO 5817：2014給出了焊縫的質(zhì)量等級。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了3個級別的質(zhì)量等級以適用于不同的焊接結(jié)構(gòu)，分別用B，C，D 來表示，B級表示最高的質(zhì)量要求。

ISO 10863：2011規(guī)定了TOFD檢驗等級，檢驗等級的劃分決定了檢測的可靠性。檢驗等級分為A級、B級、C級和D級。

ISO 15626：2018給出了TOFD檢測的驗收等級。驗收等級劃分是根據(jù)焊縫質(zhì)量的等級要求，將其分為1級、2級和3級的。

ISO焊縫檢測標(biāo)準(zhǔn)中TOFD方法涉及的質(zhì)量等級、檢驗等級、驗收等級如表1所示。

表1 TOFD檢測相關(guān)等級

2.4 長度和高度的定義和確定

ISO 15626：2018對不連續(xù)的驗收基于不連續(xù)的定量。不連續(xù)的定量包括根據(jù)ISO 10863：2011檢測所得的不連續(xù)的長度和高度。長度定義為不連續(xù)在x軸方向上投影的距離；高度定義為沿著x軸向的某個位置，不連續(xù)在z軸方向上投影的最大值。

2.4.1 不連續(xù)長度的確定

對于不同的不連續(xù)類型，ISO 15626：2018有不同的測長要求。

(1) 細(xì)長型直不連續(xù)的長度定量。細(xì)長型直不連續(xù)是指在壁厚方向尺寸較小的不連續(xù)。因為只有在不連續(xù)的兩側(cè)端頭才能與雙曲線光標(biāo)擬合良好，所以測量時，需將雙曲線光標(biāo)擬合在不連續(xù)的兩側(cè)端頭上，這兩側(cè)端頭之間的距離才能被認(rèn)為是不連續(xù)的長度(見圖1)。

圖1 擬合放置弧形光標(biāo)的長度定量示意

(2) 細(xì)長型彎曲不連續(xù)的長度定量。細(xì)長型彎曲不連續(xù)是在壁厚方向有較大尺寸的不連續(xù)。不連續(xù)的兩端是不連續(xù)在厚度方向時間延遲的三分之一處，測量時把雙曲線光標(biāo)放在不連續(xù)的兩端，兩端之間的距離才能被認(rèn)為是不連續(xù)的長度(見圖2)。

圖2 細(xì)長型彎曲不連續(xù)的長度定量示意

2.4.2 不連續(xù)高度的確定

TOFD檢測技術(shù)使用未檢波信號，因此應(yīng)在未檢波的A掃信號上進行不連續(xù)的高度測量，需選擇同一個信號位置，并且需要考慮相位反轉(zhuǎn)。

圖3 4種方法進行時間測量的光標(biāo)位置示意

ISO 15626：2018推薦了4種測量方法，檢測人員應(yīng)選擇其中一種方法進行測量(見圖3，其中1為方法一，2為方法二，3為方法三，4為方法四，5為測量穿越時間的位置)。方法1為測量信號前沿之間的穿越時間；方法2為測量信號第一個波峰之間的穿越時間；方法3為測量信號最大幅度之間的穿越時間；方法4為測量信號第一個零值交點之間的穿越時間。

(1) 表面開口不連續(xù)的高度由直通波與下尖端衍射信號在z軸方向上投影的最大差值決定，(見圖4，其中1為掃查表面，z1為起始深度，2為對側(cè)表面，z2為終止深度，x1為不連續(xù)的起點，h為高度z2-z1，x2為不連續(xù)的終點，l為長度x2-x1)。

圖4 掃查表面開口不連續(xù)高度的定義

(2) 對于一個對側(cè)表面開口不連續(xù)，不連續(xù)的高度由上尖端衍射信號與背面回波在z軸方向上投影的最大差值決定(見圖5)。

圖5 對側(cè)表面開口不連續(xù)高度的定義

(3) 埋藏型不連續(xù)的高度由同一x軸向某位置的上端衍射信號與下端衍射信號在z軸方向上投影的最大差值決定(見圖6)。

圖6 埋藏型不連續(xù)高度的定義

2.5 驗收等級

ISO 15626：2018中列出了3個驗收等級。針對檢測過程中發(fā)現(xiàn)的單個不連續(xù)、群不連續(xù)和點狀不連續(xù)，分別進行評定。對不等厚焊縫接頭進行檢測時，驗收等級應(yīng)基于兩塊母材中較薄的板厚，對承受動載荷或有開裂傾向的焊縫，應(yīng)規(guī)定更嚴(yán)格的近表面驗收等級或應(yīng)用其他無損檢測方法。通用驗收條件示意如圖7所示(其中，1為對于l≤lmax的驗收，2為對于l>lmax的驗收，3為拒收，h1為對于任意l>lmax的不連續(xù)的可接受最大高度，a為高度)。

圖7 通用驗收條件示意

2.5.1 單個不連續(xù)

(1) ISO 15626:2018中驗收等級1的要求

驗收等級1的要求如表2所示。當(dāng)檢測到表面開口不連續(xù)，分辨率不足以分辨深度時，應(yīng)使用其他方法或技術(shù)來確定可接受性，如果無法使用其他方法或技術(shù)，所有的表面開口不連續(xù)應(yīng)被視為不可接受；高度小于h1的不連續(xù)不予考慮(適用于表3～4)。

表2 ISO 15626:2018中驗收等級1 的要求 mm

(2) ISO 15626:2018中驗收等級2的要求。

驗收等級2的要求如表3所示。

表3 ISO 15626:2018中驗收等級2的要求 mm

(3) ISO 15626:2018中驗收等級3的要求

驗收等級3的要求如表4所示。

表4 ISO 15626:2018中驗收等級3的要求 mm

(4) 不連續(xù)的累計長度

對于沿著焊縫12t的長度內(nèi)，所有高度超過h1的單個不連續(xù)的累計長度如下所述。

① 驗收等級1: 3.5t，最大150 mm；② 驗收等級2: 4.0t，最大200 mm；③ 驗收等級3: 4.5t，最大250 mm。

2.5.2 群不連續(xù)

評定群不連續(xù)時應(yīng)不考慮點狀不連續(xù)以及高度小于h1的單個不連續(xù)。群不連續(xù)的評定是基于單個不連續(xù)的尺寸以及不連續(xù)之間的間距。一個群不連續(xù)的長度和尺寸將不可用于其他群不連續(xù)的評定。

出現(xiàn)下列情況時，一個群不連續(xù)可作為單個不連續(xù)評估：沿著焊縫長度的兩個單個不連續(xù)之間的間距小于較長不連續(xù)的長度；兩個不連續(xù)在焊縫厚度方向上的間距小于高度較大不連續(xù)的高度。

如果一個不連續(xù)的高度有變化，其最大的局部高度h應(yīng)按照圖6進行評估。對于一個群不連續(xù)，總高度hg定義為單個不連續(xù)的高度加上這些不連續(xù)之間間距的總和；對于一個群不連續(xù)，總長度lg定義為單個不連續(xù)的長度加上這些不連續(xù)之間間距的總和。

群不連續(xù)的尺寸示意如圖8所示(其中1，2，3代表3個不連續(xù)，h為不連續(xù)1, 2,3 的最大高度；l為不連續(xù)1, 2,3的最大長度，hg為群不連續(xù)的總高度，lg為群不連續(xù)的總長度)，圖8中的不連續(xù)2和3應(yīng)作為一個不連續(xù)，因為其在x方向的間距小于l，且在z方向的間距小于h。不連續(xù)1不包含在群不連續(xù)中，因為在厚度方向的間距大于h。

圖8 群不連續(xù)的尺寸示意

2.5.3 點狀不連續(xù)

對于所有驗收等級，在任何150 mm焊縫長度內(nèi)，單個衍射信號(點狀不連續(xù))的最大數(shù)量N如式(1)所示。

N=1.2t

(1)

式中：N為較大的整數(shù)；t為板厚。

3 結(jié)語

ISO 15626:2018給出了TOFD焊縫檢測的驗收等級，通過借鑒ISO標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國國情，得出了符合我國國情或行業(yè)要求的焊縫TOFD驗收標(biāo)準(zhǔn)。