ASME與RCC-M規(guī)范中核級設(shè)備對接焊縫制造階段的超聲檢測要求對比

(中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司，武漢 430223)

我國批量建造的二代改進型壓水堆核電廠(CPR1000)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三代先進壓水堆核電廠(ACP1000)及三代引進技術(shù)示范工程中(AP1000)，前兩種堆型應(yīng)用的規(guī)范是法國的RCC-M規(guī)范，后一種堆型應(yīng)用的是美國的ASME標準，整體評定上兩個標準基本能保持一致，然而在細節(jié)上還存在一些差異，這就使得在檢驗和評定方面易產(chǎn)生混亂。標準規(guī)范的出發(fā)點在于確保設(shè)備運行的安全可靠，而不同的標準都應(yīng)與不同國家的規(guī)范及所設(shè)計的設(shè)備一一對應(yīng)，才能構(gòu)成相互協(xié)調(diào)的安全屏障。RCC-M與ASME標準在核級設(shè)備對接焊縫的超聲檢測要求上有所差別，即使同一標準對設(shè)備的制造、役前和在役檢查各個階段，其超聲檢測要求也不盡相同。筆者主要對比了兩個規(guī)范在核級設(shè)備對接焊縫超聲檢測的設(shè)備器材要求、掃查要求、靈敏度評定和驗收標準等方面在役前檢查階段的差異。

1 背景

ASME規(guī)范是最為廣泛，內(nèi)容最為詳盡的一部有關(guān)鍋爐及壓力容器的規(guī)范，于1941年正式頒布，20世紀60年代開始，每3年修訂1次。其制定的目的在于提供對設(shè)計、制造和檢驗質(zhì)量進行控制的有關(guān)規(guī)則。

RCC-M規(guī)范是法國根據(jù)本國國情，針對大型壓水堆核電設(shè)備設(shè)計制造的專用標準，其將ASME規(guī)范中分散在各章節(jié)的相關(guān)標準匯集在一起，重新編制了僅適用于大型壓水堆核電站并符合法國國情的專用標準。該規(guī)范針對性更強，使用更方便，但就全面性而言，其作用是有限的。因此，有必要將兩個規(guī)范從細節(jié)方面作全面比較。

2 設(shè)備及器材

2.1 超聲儀及探頭

ASME第V卷T-431要求中指出，焊縫超聲檢驗所用的超聲儀的工作頻率范圍應(yīng)至少覆蓋1 MHz～5 MHz，且有步進2.0 dB或者2.0 dB以下的增益旋鈕，規(guī)定一般情況下，探頭的標稱頻率應(yīng)為1 MHz～5 MHz。

RCC-M第六冊MC2131超聲檢驗儀器中，規(guī)定所用超聲儀的工作頻率范圍應(yīng)在1 MHz～6 MHz之間，也指出探頭縱波和橫波頻率一般在1 MHz～6 MHz之間，且壓電晶片允許的最大直徑在10～30 mm之間。

2.2 耦合介質(zhì)

ASME第V卷T-433.2明確規(guī)定了耦合劑應(yīng)對受檢材料無害，特別說明鎳基合金上的耦合劑質(zhì)量分數(shù)不應(yīng)大于2.5×10-4，奧氏體不銹鋼或鈦材上的耦合劑鹵素(氯和氟)總質(zhì)量分數(shù)不應(yīng)大于2.5×10-4。

RCC-M第六冊MC2133中規(guī)定可使用的超聲耦合介質(zhì)有水、糊劑、油、油脂、摻水的纖維素黏合劑等。且在第八冊F6423中進一步指出，奧氏體不銹鋼和鎳基合金設(shè)備表面所涂耦合劑的最大允許質(zhì)量分數(shù)為：氯化物和氟化物2×10-4，硫2×10-4。

在對耦合介質(zhì)中有害化學(xué)元素的控制方面，RCC-M的要求相較于ASME的要求更為嚴格。

2.3 參考試塊

ASME規(guī)范和RCC-M規(guī)范都對校驗試塊的一般要求做出了規(guī)定，如反射體(橫孔、平底孔、槽等)需為已知人工反射體，材料和熱處理條件應(yīng)與被檢對象一致等。

對于試塊表面粗糙度，RCC-M第六冊MC2134.2要求對比試塊掃查面應(yīng)經(jīng)過機加工，且表面粗糙度不應(yīng)超過6.3 μm。ASME第V卷T-434.1.6要求試塊表面粗糙度應(yīng)代表受檢部件掃查面的粗糙度。

對于直徑小于500 mm的核級設(shè)備焊縫試塊曲率，ASME第V卷T-434.1.7中規(guī)定，一塊單一曲率基準試塊可用于工件曲率范圍為基準試塊直徑的0.9～1.5倍的檢驗。RCC-M第六冊MC2635要求全焊透焊縫超聲波檢驗對比試塊應(yīng)具有與被檢驗件相同的曲率半徑(偏差為±25%)。

3 掃查要求

3.1 表面準備

ASME第V卷第四章T-471.5表面制備中要求，當母材或焊縫表面妨礙檢驗時，母材或焊縫應(yīng)進行處理以滿足可能的檢驗。RCC-M 第六冊MC 2141要求掃查面應(yīng)無油漆、無疏松氧化皮、無干耦合劑以及其他可能影響超聲波在被檢工件中傳播的物質(zhì)，或者有礙探頭自由移動以及引起結(jié)果評定錯誤的表面雜質(zhì)和不平整。

3.2 檢測范圍

ASME第III卷NB5140中規(guī)定了對接焊縫表面檢測應(yīng)包含每邊至少13 mm范圍內(nèi)的相鄰母材。RCC-M第七冊焊接篇S7712中規(guī)定了對接焊縫體積檢驗對于厚度大于30 mm的焊件受檢區(qū)包括焊縫和距離實際坡口至少10 mm范圍內(nèi)的熱影響區(qū)，對于厚度小于等于30 mm的焊件，相對于實際坡口的距離，或在補焊情況下相對于挖補坑的距離至少為5 mm。ASME要求的檢測范圍比RCC-M要求的略大。

3.3 掃查方式

關(guān)于對接焊縫的掃查要求，RCC-M第六冊MC2634.1中要求對焊縫的檢測需要沿14個檢測方向，除非幾何形狀不允許或不可接近，應(yīng)覆蓋所有的檢測范圍，其中2個方向用縱波波束，12個方向用橫波波束。還提出了要求能夠檢測焊縫的平行缺陷和垂直缺陷，且掃查還應(yīng)該覆蓋頂端和底端的結(jié)合面。且橫波波束掃查時，根據(jù)焊縫厚度和幾何形狀所選擇的折射角應(yīng)在35°～70°之間，當需要兩個不同折射角的橫波檢驗時，這兩個折射角原則上至少相差15°。

ASME第V卷T-472.1規(guī)定了4個掃查方向(2個平行焊縫方向，2個垂直焊縫方向)，并聲明了45°(或適合被檢對象外觀的)探測角是必須存在的。從這點看來，ASME標準對掃查覆蓋范圍的規(guī)定比RCC-M標準對掃查覆蓋范圍的規(guī)定要小得多。然而，ASME 第V卷第四章的非強制附錄I中也做出了聲明：45°，60°，70°(或者其他適合的角度)也是需要的。若兩個平行焊縫和兩個垂直焊縫的4個掃查方向的3個角度都考慮進去，則一共有12個掃查角，與RCC-M的要求基本一致，再加上垂直掃查的要求，兩規(guī)范的覆蓋范圍則相似。

4 靈敏度

4.1 靈敏度標定

對于靈敏度，兩個法規(guī)都運用基于距離-波幅(DAC)曲線的參考等級，其設(shè)置DAC曲線的標定試塊可用橫孔(SDH)的反射信號來繪制DAC曲線。其中RCC-M第六冊MC2635.2規(guī)定用于標定的人工反射體直徑為2 mm，且其直徑不會隨著檢測厚度的增大而增大。ASME第V卷T-434.2.1所使用的標定試塊的橫孔直徑是隨著檢測厚度的增大而增大的。

當檢測條件一定時，長橫孔回波聲壓與長橫孔直徑的平方根成正比，因此靈敏度的差異可通過不同孔徑長橫孔回波聲壓的差值進行理論計算,關(guān)系如下

(1)

式中:Δ為靈敏度的差異值；D1，D2為兩反射體的孔徑；X2，X1為兩反射體到聲源的距離。

兩規(guī)范的標定橫孔在聲程大于3N(N為進場區(qū)的長度)的范圍，幅值響應(yīng)差異如表1所示，理論計算標準RCC-M的標定靈敏度相較于ASME的高約1～6 dB。

表1 標定橫孔在聲程大于3N范圍的

4.2 掃查靈敏度

ASME第V卷T-471.4指出掃查靈敏度至少要比參考靈敏度高6 dB，另推薦掃查靈敏度要高于參考靈敏度14 dB。而RCC-M第六冊MC2144要求的掃查靈敏度為實際檢測時不被噪聲淹沒的盡可能高的靈敏度。兩個規(guī)范鑒別能力大致相近，但RCC-M標準推薦以實際掃查可用的最高靈敏度來進行掃查，這種方法是可得到的最高靈敏度。

4.3 靈敏度評定

ASME第V卷T-482.1指出所有波幅超過20%基準線的信號均應(yīng)考慮并進一步評定。RCC-M第七冊S7714.4要求不小于50%基準反射波振幅的顯示都應(yīng)記錄。

結(jié)合標定靈敏度基準和評定記錄線，繪制了ASME與RCC-M規(guī)范靈敏度的對比圖，由圖1可以看出，盡管RCC-M的標定靈敏度相較于ASME的高1～6 dB，但RCC-M觸發(fā)評定記錄的缺陷靈敏度較ASME的仍要低2～7 dB。

5 驗收標準

ASME第III卷NB-5331在一級部件的長度和信號超出DAC曲線等級時，有相關(guān)的明確規(guī)定。如果顯示有裂紋、未熔合或者未焊透特征，不論長度如何均不可被接受；對其他類型缺陷的最大可接受長度為(t為)：① 6 mm，當t≤19 mm時；② 1/3t，當19 mm57 mm時。

圖1 非平面缺陷參考值/評定值/可接受幅值

RCC-M第七冊S7714.4中規(guī)定，任何非體積顯示均為不合格，這一點兩規(guī)范要求相同。同時，S7714.4指出體積顯示需根據(jù)材料厚度、信號幅值和顯示長度等綜合評判，不同厚度驗收要求如表2，3所示。

6 結(jié)語

RCC-M標準是在ASME標準的基礎(chǔ)上編寫的具有針對性的規(guī)范，相比ASME要求更明確和嚴格，但在全面性和細節(jié)方面，RCC-M標準不如ASME標

表2 RCC-M在材料厚度≥50 mm時的驗收要求

表3 RCC-M在材料厚度<50 mm時的驗收要求

準。對我國核電站而言，ASME標準是各類民用核動力裝置適用的最低滿足標準，而RCC-M標準是大型壓水堆核電站的專用標準，后者對于我國國情更有參考作用。對于不同的設(shè)計，要區(qū)分參考。在核級設(shè)備對接焊縫制造階段進行超聲檢驗和評定中,要注意兩者的差異，不要混為一體。

(1) 在設(shè)備及器材要求方面，兩規(guī)范均有各自的基本要求，如：超聲儀及探頭、試塊表面粗糙度和適用曲率范圍等；其中對耦合介質(zhì)中有害元素的要求上，RCC-M標準相較于ASME標準更為嚴格。

(2) 在表面準備方面，兩規(guī)范均以工件表面狀態(tài)不影響正常檢測為基本要求；在檢測范圍要求上，ASME標準的要求比RCC-M標準的略大；在掃查方式上，兩規(guī)范的覆蓋范圍相似。

(3) 在靈敏度標定以及評定基準方面，兩規(guī)范有較為明顯的差異，盡管RCC-M的標定靈敏度相較于ASME的高1～6 dB，但RCC-M觸發(fā)評定記錄的缺陷靈敏度較ASME的仍要低2～7 dB。

(4) 在驗收標準方面，兩規(guī)范規(guī)定：任何非體積顯示均為不合格；對體積型缺陷，ASME規(guī)范對材料厚度進行區(qū)間劃分后，根據(jù)顯示長度來進行驗收，RCC-M標準則根據(jù)部件厚度和缺陷幅值來綜合判斷，評價步驟也更為復(fù)雜。