核級(jí)棒材制管狀零件的超聲檢測質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)探討

張壯偉

中圖分類號(hào)：F253.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A 文章編號(hào)：1674-1145（2019）6-099-02

摘 要 很多金屬材料想要實(shí)現(xiàn)無損探傷，都需要用到超聲檢測技術(shù)，本文就相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中核級(jí)棒材制管狀零件的超聲檢測指標(biāo)管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，通過對(duì)材料在鉆孔前后超聲檢測的要求，提出應(yīng)該在鍛造階段，關(guān)注斷面軸向掃查，提出了替代軸向掃查新方法：鉆孔完成后，依照探頭的具體角度，就橫波檢測深度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)就斜射波檢測的方法和質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了討論，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞 核級(jí)棒材 管狀零件 超聲檢測 質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)

一、超聲檢測技術(shù)概述

超聲檢測屬于無損檢測技術(shù)的一種，主要是借助超聲波來檢測金屬構(gòu)件的內(nèi)部缺陷。超聲檢測的基本原理為：借助0.5-10兆赫的機(jī)械波，確保其能夠在檢測材料中依照一定的方向和速度傳播，在傳播過程中，如果遇到異常，機(jī)械波會(huì)出現(xiàn)反射、折射或者波形轉(zhuǎn)換的情況，檢測人員可以依照接收到的超聲波信息，就材料是否存在缺陷，以及缺陷的位置進(jìn)行明確。超聲檢測的優(yōu)勢在于具備較強(qiáng)的穿透能力，能夠找出存在于材料內(nèi)部的缺陷，同時(shí)對(duì)于一些平面型缺陷，如夾層、裂紋等有著較高的靈敏度，能夠明確缺陷的深度和大小，而且設(shè)備簡單，操作安全性好，通過與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配合，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測。當(dāng)然，超聲檢測同樣存在一些不足，如對(duì)于一些形狀復(fù)雜的工件，并不能取得預(yù)期效果，在檢測過程中材料被檢查面必須能夠達(dá)到一定光潔度，需要利用耦合劑對(duì)存在的空隙進(jìn)行填充，這樣才能保證聲耦合的充分進(jìn)行。

二、核級(jí)棒材制管狀零件超聲檢測質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)

之前也提到，核電站中的管狀零件需要從粗坯加工成鍛棒，再通過鉆孔得到，而兩個(gè)加工階段都必須借助超聲檢測技術(shù)進(jìn)行檢測探傷。考慮到不同階段有著不同的檢測目的，檢測的方法以及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)有所不同，這里對(duì)其進(jìn)行分別分析。

（一）鍛棒階段

借助相應(yīng)的鑄錠，經(jīng)過前期處理、鍛造成型以及修整后，鞥狗形成相應(yīng)的鍛棒，一般情況下，鍛錠都會(huì)沿著棒材的軸線進(jìn)行變形和延伸，并于橫截面呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，如人字形、星型、輻射性等，與一般鍛件存在相同的缺陷類型，包括裂紋、白點(diǎn)、折疊、重皮等，需要技術(shù)人員借助超聲檢測技術(shù)來進(jìn)行全面檢測分析。

1.檢測方式

參照RCC-M的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)鍛件外形對(duì)其進(jìn)行分類，而不同類型的鍛件需要采用不同的檢測方式，具體如表1所示。

在表1中，100%掃查指的是相鄰探頭彼此的掃查線至少應(yīng)該覆蓋10%，若棒材本身影響超聲波的順利傳輸，則需要將掃查線的數(shù)量加倍，舉例說明，當(dāng)鍛棒直徑不超過200mm時(shí)，掃查線的數(shù)量為2條，如果聲衰減嚴(yán)重，則應(yīng)該將其增加到4條。而在RCC-MMC 2313標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于類似的情況同樣做出了補(bǔ)充，提出在沒有特殊要求的情況下，對(duì)于直徑超過50mm的鍛棒，加工前必須做好超聲檢測。而在ASME標(biāo)準(zhǔn)中，同樣就圓形截面棒材的掃查方式進(jìn)行了規(guī)定，指出對(duì)于環(huán)形件以及空心鍛件，可以借助直射波技術(shù)，從圓周面或者側(cè)面進(jìn)行掃查，盡量擴(kuò)大軸向掃查的范圍，如果鍛件的長度與直徑比超過6：1，或者長度超過600mm，則應(yīng)該從兩個(gè)端面分別做好掃查工作。對(duì)于材質(zhì)特殊會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重聲衰減現(xiàn)象的鍛棒，如果繼續(xù)采用直射波軸向檢查的方式，可能會(huì)出現(xiàn)超聲波無法穿透棒材的情況，對(duì)此，可以將直射波更換為斜射波。

在RCC-M標(biāo)準(zhǔn)中，就鍛件進(jìn)行了分類，提出不同鍛件需要采用不同的掃查方式，這樣在確定好鍛件類型的情況下，生產(chǎn)商可以對(duì)照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，制定切實(shí)可行的檢測工藝，在設(shè)計(jì)文件中不需要對(duì)掃查的細(xì)節(jié)進(jìn)行規(guī)定。從保證零件質(zhì)量的角度，應(yīng)該盡可能對(duì)核級(jí)棒材實(shí)施全體積的掃查，而在相應(yīng)的采購規(guī)范中，也會(huì)明確規(guī)定是否需要進(jìn)行斷面掃查。而在ASME標(biāo)準(zhǔn)中，沒有對(duì)鍛件進(jìn)行分裂，但是給出了空心鍛件及環(huán)形件的掃查方法。在工程實(shí)踐中，上述規(guī)定更加直觀，操作也更加簡單。綜上所述，實(shí)際操作中，可以借鑒RCC-M標(biāo)準(zhǔn)，就鍛件進(jìn)行分類，依照附件的要求，判斷是否需要進(jìn)行端面軸向掃查。若鍛棒在全長度方向無法保證足夠的檢測信噪比，則可以將其截短后再進(jìn)行檢測，或者在制作成管狀零件后，借助斜射波，沿軸線正反方向，進(jìn)行掃查。

2.評(píng)價(jià)驗(yàn)收

對(duì)于鍛件缺陷的評(píng)價(jià)，可以執(zhí)行EN 10228-4標(biāo)準(zhǔn)，依照缺陷回波波形進(jìn)行分類：對(duì)于Ⅰ類波形，探頭移動(dòng)時(shí)，A掃描顯示單一尖銳回波，波幅先平滑上升，到達(dá)最大值后，又會(huì)平滑下降到零點(diǎn)，如圖1所示。

對(duì)于Ⅱ類波形，探頭移動(dòng)時(shí)，A掃描顯示存在單個(gè)尖銳回波，波幅平滑上升到最大值并保持一定幅度，其可以恒定，也可以略微變化，然后平滑下降到零點(diǎn)，如圖2所示。

依照缺陷回波的特點(diǎn)進(jìn)行歸類，然后可以確定好相應(yīng)的顯示類型：首先，如果是Ⅰ類波形，或者小于缺陷位置探頭-6dB聲束寬度的回波情況，可以采用點(diǎn)狀顯示；其次，如果是Ⅱ類波形，或者大于缺陷位置探頭-6dB聲束寬度的回波情況，可以采用長條顯示；然后，如果相鄰點(diǎn)狀顯示之間的距離大于40mm，可以采用單個(gè)顯示；最后，如果相鄰點(diǎn)狀顯示之間的距離小于或者等于40mm，可以采用密集顯示。

（二）鉆孔階段

鍛棒鉆孔得到的管狀零件要求必須達(dá)到安全一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能保證零件運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，繼而保證核電站整體的運(yùn)行安全。從零件管材的材質(zhì)、工業(yè)等分析，可能存在的內(nèi)部缺陷有很弱，如白點(diǎn)、分層等，在運(yùn)用超聲檢測技術(shù)進(jìn)行無損探傷的過程中，可以選擇水浸法，也可以采用接觸法，借助超聲檢測儀器，將橫波傳輸?shù)焦軤盍慵膬?nèi)壁，確保其能夠于內(nèi)外壁之間進(jìn)行反射，或者沿著管壁進(jìn)行軸向傳播，根據(jù)接收到的波形變化，檢測人員能夠判斷零件中是否存在缺陷。

1.斜射波檢測

在ASMWE標(biāo)準(zhǔn)中提出，若鍛件通過鉆孔的方式形成管狀零件，則在穿孔后，需要依照NB2550中的規(guī)定進(jìn)行超聲檢測。對(duì)于核電產(chǎn)品，在標(biāo)準(zhǔn)SE-213附錄A1中，規(guī)定了相應(yīng)的應(yīng)用指南，提出對(duì)于管件壁厚小于12.5mm的情況，應(yīng)該采取切實(shí)可行的措施和方法，對(duì)多余的反射信號(hào)進(jìn)行控制；而當(dāng)管件壁厚和外徑均偏小時(shí)，在對(duì)其進(jìn)行超聲檢測的過程中，應(yīng)該盡可能實(shí)現(xiàn)全體積覆蓋。而在實(shí)踐中，想要順利實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，要求零件和超聲檢測探頭接觸的方式應(yīng)該盡量多樣化。實(shí)踐中，RCC-M標(biāo)準(zhǔn)更容易執(zhí)行，ASME標(biāo)準(zhǔn)則更強(qiáng)掉采購方與生產(chǎn)商之間的協(xié)商交流，執(zhí)行的靈活性更強(qiáng)，不過采購方必須具備一定的經(jīng)驗(yàn)，給出具體的參考意見來保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.驗(yàn)收準(zhǔn)則

在ASME標(biāo)準(zhǔn)中，驗(yàn)收準(zhǔn)則為：如果產(chǎn)品中的存在的缺陷超過了試塊標(biāo)準(zhǔn)缺陷，表明產(chǎn)品不合格。在開展軸向檢測的過程中，需要在零件內(nèi)外表面同時(shí)設(shè)置橫向標(biāo)準(zhǔn)缺陷，確保軸向切槽的尺寸應(yīng)該大于或者等于橫向切槽，選擇長度較大的產(chǎn)品作為參考，確保能夠?qū)Ξa(chǎn)品經(jīng)過檢測裝置的操作性進(jìn)行模擬。如果在試樣中的標(biāo)準(zhǔn)反射體數(shù)量較多，則必須保證所有反射體都能夠顯示出來，避免相互之間的干擾。在RCC-M標(biāo)準(zhǔn)中，因?yàn)榇嬖诤芏喟姹荆也煌姹局幸?guī)定了不同的標(biāo)準(zhǔn)反射體類型，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該明確版本要求。以最新版本為例，參考反射體需要以平底孔為基準(zhǔn)，不同方法對(duì)應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)既不能相互混用，也不能放在一起進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于壁厚小于20mm的管件，DAC法選擇了3mm橫孔，壁厚越小，驗(yàn)收準(zhǔn)則越松。

（三）檢測時(shí)機(jī)

ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，超聲檢測應(yīng)該在熱處理完成后進(jìn)行，此時(shí)鍛件形狀簡單，能夠盡可能多地對(duì)檢測體積進(jìn)行覆蓋，而即便無法實(shí)現(xiàn)100%覆蓋，也能夠盡量保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性；RCC-M標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定，必須在檢測結(jié)果基本滿意后，才能進(jìn)行超聲檢測。同時(shí)，在該標(biāo)準(zhǔn)中，就超聲檢測的具體時(shí)機(jī)，提出了兩個(gè)參考值，一是在完成最終機(jī)加工后，開展超聲檢測，二是在完成最終熱處理后，開展超聲檢測。考慮鍛件本身的外觀尺寸，如果被檢測部件無法在最終熱處理后進(jìn)行超聲檢測，則可以將其放在機(jī)加工中間階段進(jìn)行，一些小鍛件的檢查甚至可以放在半成品階段。

三、結(jié)語

總而言之，在針對(duì)核級(jí)棒材制管狀零件進(jìn)行超聲檢測的過程中，需要做好零件狀態(tài)的合理區(qū)分，制定出切實(shí)有效的掃查方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于棒材階段，可以從側(cè)面進(jìn)行直射波軸向檢測，若軸向檢測無法穿透，或者無法保證足夠檢測信號(hào)比，可以使用斜射波，沿正反方向進(jìn)行掃查。棒材階段的缺陷驗(yàn)收可以借鑒RCC-M標(biāo)準(zhǔn)，不僅評(píng)價(jià)方便，而且執(zhí)行簡單。鉆孔后，需要運(yùn)用斜射波掃查的方式進(jìn)行驗(yàn)收，保證零件質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙宏文.箱體件超聲無損檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山西焦煤科技，2018，42（09）：52-55.