ISO焊縫檢測(cè)超聲衍射時(shí)差方法驗(yàn)收等級(jí)解讀

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

20世紀(jì)70年代中期，英國(guó)原子能管理局MAURIC提出了超聲衍射時(shí)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(duì)進(jìn)行檢測(cè)，主要利用缺欠端點(diǎn)的衍射波信號(hào)來測(cè)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(hào)連續(xù)拼接而成的，水平軸代表探頭移動(dòng)的距離，垂直軸代表時(shí)間(聲程)，一般用灰階表示A掃描信號(hào)的幅度。TOFD不但能精確測(cè)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的變化

2011年2月ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)出版了第一版ISO 15626：2011《焊縫無損檢測(cè)-衍射時(shí)差技術(shù)-驗(yàn)收等級(jí)》，2018年7月第二版取消并替代了第一版，進(jìn)行了技術(shù)修訂。與先前版本相比，有以下內(nèi)容進(jìn)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(gè)部分，原有章節(jié)序號(hào)進(jìn)行了更新；③ 在6.3.1節(jié)中增加了高度確定的測(cè)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(shí)不考慮點(diǎn)狀不連續(xù)”修訂為“群不連續(xù)時(shí)不考慮點(diǎn)狀不連續(xù)以及高度小于h1的單個(gè)不連續(xù)”；⑥ 在7.4節(jié)群不連續(xù)中增加一條“如果一個(gè)不連續(xù)的高度有變化，其最大的局部高度h應(yīng)按照?qǐng)D6 評(píng)估。”；⑦ 增加了參考文獻(xiàn)；⑧ 補(bǔ)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(gè)驗(yàn)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(yàn)收等級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的驗(yàn)收等級(jí)是基于ISO 5817：2014《鋼,鎳,鈦及其合金的熔化焊焊縫——缺欠評(píng)定組別》的相應(yīng)焊縫質(zhì)量等級(jí)，并根據(jù)ISO 10863：2011《焊縫無損檢測(cè)-超聲檢測(cè)-使用衍射時(shí)差技術(shù)》進(jìn)行焊縫檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的不連續(xù)的等級(jí)分類。

2.2 不連續(xù)的分類

常規(guī)焊縫無損檢測(cè)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(duì)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(jí)與驗(yàn)收等級(jí)的關(guān)系

在ISO 15626：2018標(biāo)準(zhǔn)中涉及了焊縫的質(zhì)量等級(jí)、檢驗(yàn)等級(jí)和驗(yàn)收等級(jí)。這幾個(gè)等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可在ISO 17635：2016《焊接的無損檢測(cè) 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(jí)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了3個(gè)級(jí)別的質(zhì)量等級(jí)以適用于不同的焊接結(jié)構(gòu)，分別用B，C，D 來表示，B級(jí)表示最高的質(zhì)量要求。

ISO 10863：2011規(guī)定了TOFD檢驗(yàn)等級(jí)，檢驗(yàn)等級(jí)的劃分決定了檢測(cè)的可靠性。檢驗(yàn)等級(jí)分為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)和D級(jí)。

ISO 15626：2018給出了TOFD檢測(cè)的驗(yàn)收等級(jí)。驗(yàn)收等級(jí)劃分是根據(jù)焊縫質(zhì)量的等級(jí)要求，將其分為1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)的。

ISO焊縫檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中TOFD方法涉及的質(zhì)量等級(jí)、檢驗(yàn)等級(jí)、驗(yàn)收等級(jí)如表1所示。

表1 TOFD檢測(cè)相關(guān)等級(jí)

2.4 長(zhǎng)度和高度的定義和確定

ISO 15626：2018對(duì)不連續(xù)的驗(yàn)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(cè)所得的不連續(xù)的長(zhǎng)度和高度。長(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)度的確定

對(duì)于不同的不連續(xù)類型，ISO 15626：2018有不同的測(cè)長(zhǎng)要求。

(1) 細(xì)長(zhǎng)型直不連續(xù)的長(zhǎng)度定量。細(xì)長(zhǎng)型直不連續(xù)是指在壁厚方向尺寸較小的不連續(xù)。因?yàn)橹挥性诓贿B續(xù)的兩側(cè)端頭才能與雙曲線光標(biāo)擬合良好，所以測(cè)量時(shí)，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(zhǎng)度(見圖1)。

圖1 擬合放置弧形光標(biāo)的長(zhǎng)度定量示意

(2) 細(xì)長(zhǎng)型彎曲不連續(xù)的長(zhǎng)度定量。細(xì)長(zhǎng)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(shí)間延遲的三分之一處，測(cè)量時(shí)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(zhǎng)度(見圖2)。

圖2 細(xì)長(zhǎng)型彎曲不連續(xù)的長(zhǎng)度定量示意

2.4.2 不連續(xù)高度的確定

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

圖3 4種方法進(jìn)行時(shí)間測(cè)量的光標(biāo)位置示意

ISO 15626：2018推薦了4種測(cè)量方法，檢測(cè)人員應(yīng)選擇其中一種方法進(jìn)行測(cè)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(cè)量穿越時(shí)間的位置)。方法1為測(cè)量信號(hào)前沿之間的穿越時(shí)間；方法2為測(cè)量信號(hào)第一個(gè)波峰之間的穿越時(shí)間；方法3為測(cè)量信號(hào)最大幅度之間的穿越時(shí)間；方法4為測(cè)量信號(hào)第一個(gè)零值交點(diǎn)之間的穿越時(shí)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(hào)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(duì)側(cè)表面，z2為終止深度，x1為不連續(xù)的起點(diǎn)，h為高度z2-z1，x2為不連續(xù)的終點(diǎn)，l為長(zhǎng)度x2-x1)。

圖4 掃查表面開口不連續(xù)高度的定義

(2) 對(duì)于一個(gè)對(duì)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(hào)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(duì)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(hào)與下端衍射信號(hào)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(yàn)收等級(jí)

ISO 15626：2018中列出了3個(gè)驗(yàn)收等級(jí)。針對(duì)檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)的單個(gè)不連續(xù)、群不連續(xù)和點(diǎn)狀不連續(xù)，分別進(jìn)行評(píng)定。對(duì)不等厚焊縫接頭進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，驗(yàn)收等級(jí)應(yīng)基于兩塊母材中較薄的板厚，對(duì)承受動(dòng)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(yàn)收等級(jí)或應(yīng)用其他無損檢測(cè)方法。通用驗(yàn)收條件示意如圖7所示(其中，1為對(duì)于l≤lmax的驗(yàn)收，2為對(duì)于l>lmax的驗(yàn)收，3為拒收，h1為對(duì)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(yàn)收條件示意

2.5.1 單個(gè)不連續(xù)

(1) ISO 15626:2018中驗(yàn)收等級(jí)1的要求

驗(yàn)收等級(jí)1的要求如表2所示。當(dāng)檢測(cè)到表面開口不連續(xù)，分辨率不足以分辨深度時(shí)，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(yàn)收等級(jí)1 的要求 mm

(2) ISO 15626:2018中驗(yàn)收等級(jí)2的要求。

驗(yàn)收等級(jí)2的要求如表3所示。

表3 ISO 15626:2018中驗(yàn)收等級(jí)2的要求 mm

(3) ISO 15626:2018中驗(yàn)收等級(jí)3的要求

驗(yàn)收等級(jí)3的要求如表4所示。

表4 ISO 15626:2018中驗(yàn)收等級(jí)3的要求 mm

(4) 不連續(xù)的累計(jì)長(zhǎng)度

對(duì)于沿著焊縫12t的長(zhǎng)度內(nèi)，所有高度超過h1的單個(gè)不連續(xù)的累計(jì)長(zhǎng)度如下所述。

① 驗(yàn)收等級(jí)1: 3.5t，最大150 mm；② 驗(yàn)收等級(jí)2: 4.0t，最大200 mm；③ 驗(yàn)收等級(jí)3: 4.5t，最大250 mm。

2.5.2 群不連續(xù)

評(píng)定群不連續(xù)時(shí)應(yīng)不考慮點(diǎn)狀不連續(xù)以及高度小于h1的單個(gè)不連續(xù)。群不連續(xù)的評(píng)定是基于單個(gè)不連續(xù)的尺寸以及不連續(xù)之間的間距。一個(gè)群不連續(xù)的長(zhǎng)度和尺寸將不可用于其他群不連續(xù)的評(píng)定。

出現(xiàn)下列情況時(shí)，一個(gè)群不連續(xù)可作為單個(gè)不連續(xù)評(píng)估：沿著焊縫長(zhǎng)度的兩個(gè)單個(gè)不連續(xù)之間的間距小于較長(zhǎng)不連續(xù)的長(zhǎng)度；兩個(gè)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(gè)不連續(xù)的高度有變化，其最大的局部高度h應(yīng)按照?qǐng)D6進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于一個(gè)群不連續(xù)，總高度hg定義為單個(gè)不連續(xù)的高度加上這些不連續(xù)之間間距的總和；對(duì)于一個(gè)群不連續(xù)，總長(zhǎng)度lg定義為單個(gè)不連續(xù)的長(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)度，hg為群不連續(xù)的總高度，lg為群不連續(xù)的總長(zhǎng)度)，圖8中的不連續(xù)2和3應(yīng)作為一個(gè)不連續(xù)，因?yàn)槠湓趚方向的間距小于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?yàn)樵诤穸确较虻拈g距大于h。

圖8 群不連續(xù)的尺寸示意

2.5.3 點(diǎn)狀不連續(xù)

對(duì)于所有驗(yàn)收等級(jí)，在任何150 mm焊縫長(zhǎng)度內(nèi)，單個(gè)衍射信號(hào)(點(diǎn)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(cè)的驗(yàn)收等級(jí)，通過借鑒ISO標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，得出了符合我國(guó)國(guó)情或行業(yè)要求的焊縫TOFD驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。