海洋工程超聲相控陣檢測工藝認(rèn)可要求

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(1.煙臺中集來福士海洋工程有限公司，煙臺 264000；2.中國船級社實(shí)業(yè)公司青島分公司，青島 266071；3.大連華銳重工起重機(jī)有限公司，大連 116052；4.中興海陸工程有限公司，大連 116000)

1 海洋工程行業(yè)相控陣的應(yīng)用

相控陣檢測技術(shù)發(fā)展迅速，在各行各業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。不少海洋工程制造企業(yè)也引入了相控陣檢測，海洋工程產(chǎn)品焊縫具有各種復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，有時焊縫的可接近性受限。相比常規(guī)超聲檢測，相控陣對這些焊縫進(jìn)行檢測具有一定的優(yōu)勢。目前，在海洋工程制造行業(yè)引進(jìn)相控陣檢測的企業(yè)包括：江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司、上海外高橋造船有限公司、大連船舶重工集團(tuán)有限公司、青島北海船舶重工有限責(zé)任公司、中遠(yuǎn)船務(wù)工程集團(tuán)有限公司、煙臺中集來福士海洋工程有限公司等。檢測的主要對象有:FPSO(浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置)模塊管對接、鉆井平臺小徑管、甲板縱骨角焊縫橫向裂紋、中厚板對接焊縫、礦砂船貨艙CM(建造監(jiān)控)點(diǎn)角焊縫，LPG(液化石油氣)液罐對接焊縫、螺栓檢測等。

2 工藝認(rèn)可的必要性

在制造業(yè)中，關(guān)鍵工序是指：① 對成品的品質(zhì)、性能、功能、壽命、可靠性及成本等有直接影響的工序；② 產(chǎn)品重要品質(zhì)特性形成的工序； ③ 工藝復(fù)雜，品質(zhì)容易波動，對工人技藝要求高或總是發(fā)生較多問題的工序。

隨著無損檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新工藝、新技術(shù)不斷出現(xiàn)。這些方法要在檢測中應(yīng)用，必須經(jīng)過工藝評定或認(rèn)可，以保證其檢測的可靠性、再現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。

相控陣檢測作為無損檢測的一項(xiàng)新技術(shù)，其檢測方法具有靈活性與多樣性。海洋工程行業(yè)相控陣檢測標(biāo)準(zhǔn)主要基于ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)標(biāo)準(zhǔn)和ASME(美國機(jī)械工程師協(xié)會)規(guī)范的要求，這些標(biāo)準(zhǔn)中并未明確規(guī)定特定結(jié)構(gòu)檢測參數(shù)。在這種情況下，傳統(tǒng)的模式(持證人員+工藝文件審核)不足以保證整個檢測的可靠性、再現(xiàn)性和準(zhǔn)確性，解決這些矛盾的可行方法就是工藝認(rèn)可。

中國船級社2017年出版了《船用厚板焊接接頭衍射時差技術(shù)及相控陣超聲聯(lián)合檢測技術(shù)指南》和《衍射時差法和相控陣超聲檢測技術(shù)應(yīng)用指南》，美國船級社2018年出版了 《船體焊縫無損檢測導(dǎo)則》。這幾個規(guī)范中都對相控陣超聲檢測(PAUT)工藝認(rèn)可做出了要求及具體的認(rèn)證規(guī)定。挪威船級社規(guī)范DNVGL-CG-0051 《無損檢測》也提出了相控陣工藝認(rèn)可的要求，雖然沒有具體的要求和規(guī)定，但在其后編制的文件中，也明確了相控陣檢測工藝認(rèn)可的認(rèn)證規(guī)定。

3 工藝認(rèn)可過程

3.1 相控陣檢測工藝規(guī)程的編寫

執(zhí)行無損檢測工作前，首先要根據(jù)被檢工件的檢測要求進(jìn)行無損工藝規(guī)程的編寫。無損檢測工藝是無損檢測作業(yè)的指導(dǎo)性文件，是某一無損檢測方法對某一產(chǎn)品進(jìn)行檢測的程序性文件。無損檢測工藝規(guī)程實(shí)際上是對檢測方法和要求進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)定，以符合有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。工藝詳細(xì)規(guī)定了檢測中的各個細(xì)節(jié)及參數(shù)。嚴(yán)格控制工藝參數(shù)及影響參數(shù)波動的各種因素，保證檢測結(jié)果的再現(xiàn)性是檢測結(jié)果可靠性的評價依據(jù)。相控陣檢測工藝內(nèi)容主要包括：適用范圍、檢測比例、檢測時機(jī)、檢測材料及焊接工藝、人員要求、仿真設(shè)計、設(shè)備耗材需求、校準(zhǔn)試塊及校準(zhǔn)方法、檢測使用技術(shù)及參數(shù)、檢測步驟、數(shù)據(jù)評定、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、過程記錄和報告等。

人員的要求包括兩個方面，一方面要求持證上崗，另一方面要求能力展示。目前，國內(nèi)相控陣培訓(xùn)機(jī)構(gòu)很多，證書也各有不同，都主要是按照ISO 9712-2005《無損檢測人員的資格鑒定與認(rèn)證》，ASNT SNT-TC-1A《無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證》和CCS(中國船級社)要求認(rèn)證的，培訓(xùn)機(jī)構(gòu)有SGS(通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司)、TUV NORD(德國技術(shù)監(jiān)督協(xié)會)、CSWIP(焊接與檢驗(yàn)從業(yè)人員資格認(rèn)證)、中國無損檢測學(xué)會、中國船級社無損檢測人員資格認(rèn)證考試中心等。但人員資格證書并不與所使用的設(shè)備掛鉤，目前市場上國內(nèi)外相控陣檢測設(shè)備品牌很多。不同設(shè)備的操作方式甚至檢測理念不同，軟件(設(shè)備軟件，設(shè)置軟件，評定軟件)處理方式也不同，設(shè)備功能也具有多樣性，如DDF(動態(tài)深度聚焦)、FMC(全矩陣捕捉)、TFM(全聚焦法)等。設(shè)備操作方法的千差萬別造成了特定的檢測設(shè)備操作困難，持證人員必須經(jīng)過所使用設(shè)備廠家的培訓(xùn)方可進(jìn)行檢測操作。所以各船級社一般都要求，即使是持證檢測人員，也需要證明其熟悉檢測設(shè)備的操作以及具有相應(yīng)的檢測經(jīng)歷。

相控陣超聲檢測探頭及楔塊種類有：線性探頭、面陣探頭、雙晶線陣探頭、雙晶面陣探頭、平楔塊、斜楔塊、凸面楔塊、凹面楔塊等，其設(shè)置具有靈活性與多樣性，在工藝規(guī)程中應(yīng)規(guī)定參數(shù)的取值或取值范圍。相比ISO標(biāo)準(zhǔn)和船級社規(guī)范，ASME規(guī)范的要求比較詳細(xì)。筆者以ASME規(guī)范為例，列舉了規(guī)程中所涉及的參數(shù)及要求。

在CCS規(guī)范和ABS(美國船級社)規(guī)范中都要求列出詳細(xì)的檢測步驟(見表1～4，表中“×”表示“是”)，以方便引導(dǎo)現(xiàn)場檢測人員的操作。操作采集的數(shù)據(jù)應(yīng)包括設(shè)置文件及掃查的原始數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)的評估方法和驗(yàn)收準(zhǔn)則應(yīng)符合相關(guān)船級社規(guī)范的要求，以便各相關(guān)方人員進(jìn)行評定和審核。

3.2 預(yù)審核

相控陣檢測工藝規(guī)程準(zhǔn)備完成后，需遞交給相關(guān)方進(jìn)行審核。將工藝規(guī)程提交給審核方，同時需將擬參與項(xiàng)目的人員名單、資格證書、設(shè)備商培訓(xùn)證明、相控陣檢測工作經(jīng)歷、設(shè)備及耗材清單、設(shè)備校準(zhǔn)證書、耗材合格證書等內(nèi)容遞交給審核方進(jìn)行認(rèn)可。

經(jīng)過預(yù)審核，對審核方提出的意見及建議進(jìn)行修改或澄清，完成文件審核。

3.3 工藝仿真和現(xiàn)場演示

工藝仿真是利用計算機(jī)軟件來模擬波束在檢測區(qū)域的體積覆蓋情況的，在試塊驗(yàn)證前必須完成波束覆蓋仿真的驗(yàn)證工作，并將波束覆蓋仿真驗(yàn)證結(jié)果以報告形式提交認(rèn)可單位審核。工藝仿真報告的內(nèi)容應(yīng)包含：仿真軟件簡介、探頭和楔塊的型號及參數(shù)、工藝設(shè)置參數(shù)，波束覆蓋結(jié)果等。

表1 手動超聲波檢測工藝的要求

表2 使用線陣相控陣探頭進(jìn)行線性掃查的檢測工藝要求

表3 基于斷裂機(jī)理驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的超聲檢測程序要求

表4 中國船級社規(guī)范檢測工藝規(guī)程關(guān)鍵因素表

實(shí)物現(xiàn)場演示的目的包括兩方面，一方面是對整個檢測系統(tǒng)的可靠性驗(yàn)證，另一方面是功能性驗(yàn)證。這兩種驗(yàn)證可以分別進(jìn)行，也可以結(jié)合進(jìn)行，所有的相關(guān)操作演示應(yīng)盡量放在一起。

可靠性驗(yàn)證是對整個檢測系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，包括其檢出率，誤報率等，從而衡量檢測系統(tǒng)的檢測能力是否滿足要求，驗(yàn)證檢測人員的業(yè)務(wù)能力，判斷參與檢測的人員是否能夠獨(dú)立完成自己職責(zé)范圍內(nèi)的工作，驗(yàn)證系統(tǒng)的可再現(xiàn)性，即通過不同人員對相同試板的數(shù)據(jù)采集及處理工作，進(jìn)行設(shè)備比對及人員比對，以驗(yàn)證檢測的可再現(xiàn)性。以ASME規(guī)范為例，該工作稱為檢測系統(tǒng)鑒定，分為3個等級，即低級嚴(yán)格等級鑒定，中級嚴(yán)格等級鑒定和高級嚴(yán)格等級鑒定。鑒定主要包括技術(shù)論證材料以及操作演示。對于低級嚴(yán)格等級鑒定，僅需提供技術(shù)論證材料，無需操作演示。對于中級嚴(yán)格等級鑒定和高級嚴(yán)格等級鑒定，需提供技術(shù)論證材料并進(jìn)行操作演示。中級嚴(yán)格等級鑒定和高級嚴(yán)格等級鑒定對操作演示試塊及結(jié)果的要求是不同的。對于中級嚴(yán)格等級鑒定，試塊應(yīng)是按實(shí)際焊接工藝加工的焊縫試塊，其至少包含3種缺欠類型(表面開口型，埋藏型以及底面開口型)，缺欠長度及高度亦有具體要求。應(yīng)委托有資質(zhì)的專業(yè)廠家制作試塊，并要求出具缺欠尺寸證明，80%的檢出率，20%的誤報率即滿足要求。對于高級嚴(yán)格等級鑒定，試塊應(yīng)與被檢結(jié)構(gòu)相一致，且應(yīng)有足夠的試塊及缺欠數(shù)量。缺欠的位置、尺寸等需協(xié)商確定。一般規(guī)定90%置信等級下95%的缺欠檢出率。一般按照ASME規(guī)范規(guī)定的中等嚴(yán)格等級的要求進(jìn)行鑒定，在此情況下，需設(shè)計演示試塊，包括試塊數(shù)量、規(guī)格、缺欠數(shù)量及缺欠尺寸等內(nèi)容。

規(guī)程現(xiàn)場演示應(yīng)邀請相關(guān)方、審核機(jī)構(gòu)、業(yè)主、第三方代表等。演示過程應(yīng)根據(jù)相控陣檢測工藝規(guī)程的步驟進(jìn)行，包含數(shù)據(jù)的分析和評定。檢測的結(jié)果應(yīng)與缺欠試塊的原始數(shù)據(jù)作比較，并符合中等嚴(yán)格等級的要求。

實(shí)物現(xiàn)場演示通常采用射線檢測技術(shù)與相控陣技術(shù)對同一驗(yàn)證試塊進(jìn)行檢測，并對檢測結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，必要時可選用常規(guī)超聲波、磁粉、滲透等檢測技術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證對比。需將試塊驗(yàn)證分析報告(包括驗(yàn)證試塊的射線檢測結(jié)果、相控陣的檢測結(jié)果與檢測結(jié)果的對比驗(yàn)證結(jié)果)，提交認(rèn)可單位審核。試塊驗(yàn)證報告的內(nèi)容應(yīng)包含：試塊厚度、坡口形式、焊接工藝、檢測設(shè)備參數(shù)、檢測工藝參數(shù)、射線檢測與相控陣檢測的結(jié)果對比等。檢測結(jié)果對比的內(nèi)容應(yīng)包含：缺欠高度(僅針對相控陣檢測結(jié)果)、缺欠長度、缺欠類型、缺欠位置等。相控陣檢測技術(shù)應(yīng)可檢出驗(yàn)證試塊中的全部缺欠，并且缺欠的測量長度不小于缺欠實(shí)際長度。

3.4 審核認(rèn)可

最后根據(jù)演示結(jié)果優(yōu)化并固定檢測參數(shù)，修改工藝規(guī)程相關(guān)部分。通過審核后，完成工藝認(rèn)可。

4 現(xiàn)場抽查

在項(xiàng)目檢測過程中，需進(jìn)行現(xiàn)場抽查驗(yàn)證。可以使用射線或者常規(guī)超聲檢測技術(shù)與相控陣檢測技術(shù)進(jìn)行對比，按照約定的抽查方案進(jìn)行現(xiàn)場抽查。在現(xiàn)場抽查過程中，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場驗(yàn)證結(jié)果符合率低于約定值，應(yīng)立即暫停使用認(rèn)可的檢測工藝規(guī)程并進(jìn)行整改。整改后由審核方審核，并決定是否恢復(fù)使用。當(dāng)發(fā)現(xiàn)重大問題時，審核方有權(quán)要求停止使用認(rèn)可的檢測工藝規(guī)程。

5 結(jié)語

相控陣檢測是一項(xiàng)新技術(shù)，各方接受新技術(shù)都有一個循序漸進(jìn)的過程。相控陣檢測工藝認(rèn)可是相控陣應(yīng)用的必要手段。通過認(rèn)可過程，能讓相關(guān)方了解相控陣的優(yōu)缺點(diǎn)，對相控陣的推廣極為有利。