射线实施有困难？相控阵超声检测替代射线检测的可行性方案来啦！

　　由于城市快速发展，很多之前建设在城市周边的机械制造厂已成为城市副中心，加之周边居民较密集，对环境安全要求越来越高，靠近围墙侧作业或多台射线机（伽马源）同时作业时，剂量率便超标，导致作业困难、效率低下、影响工厂生产进度；为了安全起见及提高生产效率，华安无损检测结合实际（筒体材料304不锈钢厚度6~20mm）及相关标准，利用相控阵超声对对接焊缝实施检测，替代射线检测的要求，并对实验数据分析，证明测试结果符合要求，从而决解了这一难题。

　　　　01 检测和验收标准 

　　ASME锅炉与压力容器规范第VIII卷第1分册UW-51中（a）（4）要求“作为以上射线检测要求的替代方法，材料厚度等于或大于6mm中的所有焊缝可以采用UW-53(b)规定的超声波方法检测”；而UW-53(b)中的焊缝超声波检测应按ASME锅炉与压力容器规范第VIII卷第2分册7.5.5节的要求进行和判定，在7.5.5.1节“当用于代替7.5.3节的射线检测要求时，自动或半自动超声波检测应按照符合ASME锅炉与压力容器规范第V卷，第4章强制性附录VIII要求的书面程序及以下附加要求进行”。该节的小字注释部分明确了“只要相位分段扫描（S扫描）演示满足7.5.5.1（e）节要求，则可以用于焊缝检测”，因ASME锅炉与压力容器规范第V卷，第4章强制性附录V包括相控阵S扫查检验技术，相控阵属于半自动超声波检测一种，只要满足7.5.5.1（e）要求，就可用相控阵超声检测替代射线检测。
　　

　　02 校准和演示试块

　　用于声速、延迟校准的试块为304材料制作的CSK-IA，AVG曲线制作的校准试块参照ASME锅炉与压力容器规范第V卷第4章T-434.1和图T-434.2.1的要求制造，试块材料与实际产品形式一致，声学性能相近、热处理相同。

　　根据ASME锅炉与压力容器规范第VIII卷第2分册7.5.5.1（e）,演示试块应满足ASME锅炉与压力容器规范第V卷，第4章强制性附录IX要求，即IX-435.4和IX-435.5：焊接接头几何形状为产品焊接接头细节的典型结构，演示试块至少包含3个真实的平面缺陷或3个EDM切槽，为模拟缺陷，其方向平行于产品焊缝轴线和主要的坡口面：一个外表面缺陷，一个内表面缺陷，一个表面下缺陷。

　　演示试块上的缺陷尺寸应符合IX-435.6，根据试块厚度而定，且不应比ASME锅炉与压力容器规范第VIII卷第2分册表7.8（6mm≤t<13mm）或表7.9（13mm≤t<25mm）所规定的尺寸大，缺陷长度统一为6.4mm，演示试块缺陷参数如下表2所示。

　　　　03 规程演示要求

　　根据ASME锅炉与压力容器规范第V卷，第4章强制性附录VIII，即VIII-482评定水平：当材料厚度小于等于38mm时，所有指示长度超过4mm的显示图像应按ASME第VIII第2册7.5.5.3验收。
　　根据ASME锅炉与压力容器规范第V卷，第4章强制性附录IX，即IX-482演示应满足以下要求：（a）检测演示试块中所有的伤；（b）超过演示所用规程评定准则时，记录信号或成像长度；（c）对伤进行适当地分类（即：表面的或近表面的）；（d）测定的伤尺寸是等于或大于它的实际尺寸，指长度和高度；（e）测定的伤的长度或高度没有超过尺寸的50%。

　　　　04 工艺参数设置

　　实验检测设备为OMNISCAN-MX2（32/128PR），由于不锈钢柱状晶粒晶粒粗大，且各向异性与母材存在明显的异质界面，故对厚度小于10mm材料采用双线阵5DL16-12x5-A25探头，对厚度大于10小于20mm的材料采用双矩阵4DM16x2-A27探头，用Beamtool对检测工艺进行模拟，具体设置参数见表1。

　　表1检测参数设置
　　

 

　　05 检测仪器校准

　　采用304材质制作的CSK-IA试块R50、R100圆弧进行声速的校准，使用试块上Φ1.5mm的横通孔进行延迟的校准，根据ASME锅炉与压力容器规范第V卷，第4章T-434.2.1规定焊缝厚度T≤25mm横通孔孔径为2.5mm，最后使用不锈钢对比试块上不同深度的Φ2.5mm横通孔做TCG曲线。

　　　　06 实际演示结果

　　实验时使用水做耦合剂，检测缺陷参数结果见下表2。实际测试结果清晰易辨，见图1~图2所示。

 

　　图1 PA1试板A25探头，B侧

 

　　图2 PA11试板A27探头，A侧

 

　　表2检测结果

　　注1：未标单位的均为mm。
　　注2：【】括号内为A25探头实际测得参数。
　　注3：（）括号内为A27探头实际测得参数。　　

　　07 结语

　　从以上实验数据可以得出以下结论：
　　（一）相控阵超声检测的缺陷长度与实际基本一致，误差基本在2mm以内，高度基本在缺陷自身高度的1.5倍以内，缺陷越小误差越大，缺陷高度越大误差越小。

　　（二）由于探头在移动过程中有一定程度的偏离（大致1.5mm），焊缝中心位置没有找准，以及焊缝坡口没有精确设置，导致实测焊缝缺陷距离焊缝中心线的距离也存在一定的偏差。

　　（三）由于爬波在表面传播时衰减很快，只能传播一定距离（通常几十毫米），导致在焊缝宽度增加时通常只能把探头放置在缺陷侧时才能发现，而在相对侧则没有显示。

　　（四）由于声速受晶粒影响会产生一定的偏转，故缺陷深度测试具有一定的误差（1~2mm）。
　　综合以上，不锈钢相控阵超声检测替代射线检测，符合ASME锅炉与压力容器规范第VIII卷第2分册7.5.5节要求。

　　作者：吴勇许衎
　　公司：杭州华安无损检测技术有限公司

　　杭州华安无损检测技术有限公司是华测检测认证集团股份有限公司（CTI）的全资子公司，公司前身为浙江华安设备安全技术服务公司，隶属于浙江省特种设备检测中心。是国内较早一批第三方特种设备无损检测机构之一，在国内率先取得特种设备无损检测A级资质。