ISO焊縫檢測超聲衍射時差方法驗收等級解讀

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(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.中國船級社實業公司青島分公司，青島 266071)

20世紀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準的定量方法。TOFD使用一發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數據的顯示是掃查過程中采集的A掃描信號連續拼接而成的，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，而且也適用于常規的焊縫檢查。在很多不同的結構中，包括復雜的幾何結構，只要通過合理的設置，TOFD就能得到充分的應用。

1 ISO TOFD驗收標準的變化

2011年2月ISO(國際標準化組織)出版了第一版ISO 15626：2011《焊縫無損檢測-衍射時差技術-驗收等級》，2018年7月第二版取消并替代了第一版，進行了技術修訂。與先前版本相比，有以下內容進行了修訂：① 規范性引用文件的變化；② 將原先第三部分分成了兩個部分，原有章節序號進行了更新；③ 在6.3.1節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節中將“群不連續時不考慮點狀不連續”修訂為“群不連續時不考慮點狀不連續以及高度小于h1的單個不連續”；⑥ 在7.4節群不連續中增加一條“如果一個不連續的高度有變化，其最大的局部高度h應按照圖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是一個驗收標準，其規定的適用范圍是板厚為6～300 mm鐵素體鋼全熔透焊縫TOFD技術的驗收等級。標準中規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》的相應焊縫質量等級，并根據ISO 10863：2011《焊縫無損檢測-超聲檢測-使用衍射時差技術》進行焊縫檢測時發現的不連續的等級分類。

2.2 不連續的分類

常規焊縫無損檢測中，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標準中不連續的分類有所不同，不連續分為表面開口不連續和埋藏型不連續。表面開口不連續是連接到近表面(掃查面)或遠表面(對面)的不連續。埋藏型不連續是不與表面相連，位于材料內部的不連續。

2.3 質量等級與驗收等級的關系

在ISO 15626：2018標準中涉及了焊縫的質量等級、檢驗等級和驗收等級。這幾個等級的對應關系可在ISO 17635：2016《焊接的無損檢測 金屬材料的一般規則》中查閱相關方法的表格。

ISO 5817：2014給出了焊縫的質量等級。標準中規定了3個級別的質量等級以適用于不同的焊接結構，分別用B，C，D 來表示，B級表示最高的質量要求。

ISO 10863：2011規定了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焊縫質量的等級要求，將其分為1級、2級和3級的。

ISO焊縫檢測標準中TOFD方法涉及的質量等級、檢驗等級、驗收等級如表1所示。

表1 TOFD檢測相關等級

2.4 長度和高度的定義和確定

ISO 15626：2018對不連續的驗收基于不連續的定量。不連續的定量包括根據ISO 10863：2011檢測所得的不連續的長度和高度。長度定義為不連續在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，不連續在z軸方向上投影的最大值。

2.4.1 不連續長度的確定

對于不同的不連續類型，ISO 15626：2018有不同的測長要求。

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

圖1 擬合放置弧形光標的長度定量示意

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

圖2 細長型彎曲不連續的長度定量示意

2.4.2 不連續高度的確定

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

圖3 4種方法進行時間測量的光標位置示意

ISO 15626：2018推薦了4種測量方法，檢測人員應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為對側表面，z2為終止深度，x1為不連續的起點，h為高度z2-z1，x2為不連續的終點，l為長度x2-x1)。

圖4 掃查表面開口不連續高度的定義

(2) 對于一個對側表面開口不連續，不連續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 對側表面開口不連續高度的定義

(3) 埋藏型不連續的高度由同一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。針對檢測過程中發現的單個不連續、群不連續和點狀不連續，分別進行評定。對不等厚焊縫接頭進行檢測時，驗收等級應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，應規定更嚴格的近表面驗收等級或應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

(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。當檢測到表面開口不連續，分辨率不足以分辨深度時，應使用其他方法或技術來確定可接受性，如果無法使用其他方法或技術，所有的表面開口不連續應被視為不可接受；高度小于h1的不連續不予考慮(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) 不連續的累計長度

對于沿著焊縫12t的長度內，所有高度超過h1的單個不連續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

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

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

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

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

圖8 群不連續的尺寸示意

2.5.3 點狀不連續

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

N=1.2t

(1)

式中：N為較大的整數；t為板厚。

3 結語

ISO 15626:2018給出了TOFD焊縫檢測的驗收等級，通過借鑒ISO標準，結合我國國情，得出了符合我國國情或行業要求的焊縫TOFD驗收標準。