DB37/T3142—2018小徑管焊接接頭相控陣超聲檢測技術規程2018-02-13發布2018-03-13實施IDB37/T3142-2018本標準按照GB/T1.1所給出的規則起草。本標準由山東省質量技術監督局提出并歸口。本標準起草單位：中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司、山東豐匯工程檢測有限公司、山東省特種設備協會、神華國能山東建設集團有限公司、中國石化總公司濟南煉油廠、華電國際電力股份有限公司鄒縣發電廠、山東科捷工程檢測有限公司、武漢中科創新技術股份有限公司。本標準主要起草人：王耀禮、杜傳國、顧顯方、張波、郭懷力、蘇敏、張勇、徐學堃、郭相吉、丁成海、齊高君、梁玉梅、魏玉忠、李向前、徐祇宏、苑廣存、林光輝、戴憲洲、鞠煥強、王敬昌。1DB37/T3142—2018本標準規定了鋼制承壓設備小徑管焊接接頭相控陣超聲檢測方法及質量評定。測。對厚度大于或者小于以上范圍的工件，若經過工藝驗證試驗，能夠滿足檢測靈敏度要求的，可參照本標準內容。下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認證GB/T12604.1無損檢測術語超聲檢測GB/T32563—2016無損檢測超聲檢測相控陣超聲檢測方法NB/T47013.3—2015承JB/T11731—2013無損檢測超聲相控陣探頭通用技術條件下列術語和定義適用于本標準。規定檢測起始參考點0點以及X、Y和Z坐標的含義，如圖1所示。2DB37/T3142—20183.23.3由缺陷引起的顯示為相關顯示。3.4非相關顯示non-relevantindication由于工件結構(例如焊縫余高或根部)或者材料冶金結構的偏差(例如金屬母材和覆蓋層界面)引起3.5通過控制激發晶片數量，以及施加到每個晶片上的發射和接收延時，實現波束的偏轉和聚焦的算法3.6使扇形掃描角度范圍內不同角度的聲束檢測同一深度相同尺寸的反射體回波幅度等量化的增益補償。也稱做角度修正增益或ACG。3.7對不同聲程處相同尺寸反射體的回波進行增益修正，使之達到相同幅值，也稱做TCG。3.8相控陣超聲檢測phasearrayultrasonictesting將按一定規律排列的相控陣探頭中多個壓電元件(晶片),按預先規定的設置(延時、增益、振幅等)激發，利用被激發晶片發射(或接收)的偏轉和聚焦聲束檢測工件中的缺陷，并對缺陷進行成像。在一定范圍內，相控陣超聲能有效控制發射(或接收)聲束在材料中的偏轉和聚焦，為確定缺陷的形狀、大小和方向提供了比單個探頭系統更強的檢測能力。3.9采用特定的聚焦法則激發相控陣探頭中的部分相鄰或全部晶片，使激發晶片組形成的聲束在設定的角度范圍內以一定的步進值變換角度掃過扇形區域。也稱作變角度掃描或S掃描。線性掃查linearscanning3DB37/T3142—2018線性掃查是指探頭在距焊縫邊緣(或焊縫中心)一定距離的位置上，平行于焊縫方向進行的直線移動，也叫沿線掃查，如圖2所示。(a)采用一個相控陣探頭的線性掃查(b)采用兩個相控陣探頭的線性掃查圖2線性掃查多次沿線掃查，探頭按照柵格式的軌跡行進，以實現對檢測部位的全面覆蓋或多重覆蓋。3.12主動孔徑activeaperture主動孔徑(A)是相控陣探頭激發晶片數的有效長度。主動孔徑長度按照公式(1)計算，如圖3所示。A=n×e+g×(n-1)...................................(1)n—晶片數量e—晶片寬度g—晶片間隙A—主動孔徑g—相鄰晶片之間的間隙e—晶片寬度n—晶片數量圖3主動孔徑3.13位置傳感器按時間(時鐘)調節，則數據采集基于掃查時間(秒)。時基模式的數據采集時間T等于采3.144DB37/T3142—2018可將位于同深度的相鄰兩缺陷分辨開的相鄰兩A掃描之間的最小角度值。成像橫向分辨力lateralimagingresolution成像系統在與聲束軸線垂直方向的分辨力。成像系統在聲束軸線方向的分辨力。相控陣超聲成像視圖有多種視圖顯示：分別為A顯示(波型顯示)、B/D顯示(橫斷面顯示)、C顯示(水平面顯示)、S顯示(扇形顯示)等多種形式來顯示結果，利用不同形式的掃描組合可獲得整體檢測圖像，如圖4所示。日京軸日京軸進位軸D顯示深B顯示C顯示圖4成像視圖4一般要求陣超聲檢測技術培訓，取得相應證書。相控陣超聲檢測設備主要包括儀器主機、軟件、掃查裝置、探頭，上述各項應成套或單獨具有產品質量合格證或制造廠出具的合格文件。4.2.2相控陣超聲儀器a)其放大器的增益調節步進不應大于1dB。b)相控陣儀器應配備與其硬件相匹配的延時控制和成像軟件。5DB37/T3142—2018d)采樣頻率不應小于探頭中心頻率的6倍。e)幅度模數轉換位數應不小于8位。f)儀器的水平線性誤差不大于1%,垂直線性誤差不大于5%。g)所有激勵通道的發射脈沖電壓具有一致性，最大偏移量應不大于設置值的5%。h)各通道的發射脈沖延遲精度不大于5ns。4.2.3軟件a)探頭應符合JB/T11731標準要求，探頭可加c)探頭實測中心頻率與標稱頻率間的誤差應不大于10%;d)探頭的-6dB相對頻帶寬度不小于55%;e)同一探頭晶片間靈敏度差值應不大于4dB。晶片靈敏度的均勻性應滿足均方差不大于1dB。f)使用中的相控陣探頭如出現損壞晶片，可在選擇激發孔徑范圍時設法避開壞晶片；如無法避開，則要求在掃查使用的每個聲束組中，損壞晶片不應超過總使用晶片數的12.5%,且沒有連續損壞晶片；如果晶片的損壞超過上述規定，可通過仿真軟件計算且通過試塊測試，確認壞晶片對聲場和檢測靈敏度、信噪比無明顯不利影響，才允許使用。4.2.5試塊4.2.5.2校準試塊型試塊和相控陣B型試塊(聲束控制評定試塊)見附錄B。4.2.5.3對比試塊a)本標準采用的對比試塊型號為GS-1、GS-2、GS-3(見附錄D);4.2.5.4模擬試塊模擬試塊與被檢測工件在材質、形狀、主要幾何尺寸、坡口型式和焊接工藝等方面應相同或相近。主要用于檢測工藝驗證、掃查靈敏度的確定，按缺陷制作方式可分為人工焊接缺陷試塊和機加工缺陷試6DB37/T3142—2018b)機加工缺陷試塊：其缺陷類型主要包括橫孔、V形槽及其他線切割槽等人工反射體。4.2.6耦合劑4.2.6.1應選用具有良好的透聲性、易清洗、無毒無害，有適宜流動性的材料；對工件、人體及環境無損害，同時應便于檢測后清理。典型的耦合劑包括水、化學耀糊、洗滌劑、機油和甘油，在零度以下建議使用機油或相近的液體。4.2.6.2實際檢測采用的耦合劑應與檢測系統設置和校準時的耦合劑相同。4.2.7掃查裝置4.2.7.1探頭夾持部分在掃查時應保證聲束與焊縫長度方向垂直。4.2.7.2導向部分應能在掃查時使探頭運動軌跡與擬掃查軌跡保持一致。4.2.7.3掃查裝置可以采用電動或人工驅動。4.2.7.4掃查裝置應具有確定探頭位置的功能，可通過步進電機或位置傳感器實現對位置的探測與控4.2.8.1相控陣儀器的性能指標應每年進行一次校準。儀器的水平線性和垂直線性應每隔六個月至少進行一次運行核查。4.2.8.2在新探頭開始使用時，應對探頭進行一次全面的性能校準，具體校準方法見JB/T11731。4.2.8.3校準應在相應的試塊上進行，扇掃成像分辨力在A型試塊上進行，幾何尺寸測量誤差在B試塊上進行，具體調校方法見GB/T29302校準規范。4.2.8.4位置傳感器在檢測前及結束時，均應進行校準。校準方法是使位置傳感器移動一定距離，將檢測設備顯示的位移與實際位移相比較，要求誤差應小于1%,最大值不超過10mm。4.2.8.5檢查每次檢測前應檢查儀器設備器材外觀、線纜連接接頭、儀器鍵盤及觸摸屏等是否正常。4.3掃描類型及顯示方式4.3.1檢測時，一般采用扇形掃描?？筛鶕粰z產品的焊縫類型、工作介質，預計可能產生的缺陷種類、形狀、部位和取向，選擇其他掃描類型。4.3.2扇形掃描的顯示方式分為按聲程顯示和按實際幾何結構顯示兩種方式(見圖5),工作中顯示方式的選擇應根據使用的相控陣超聲設備而定。圖5扇形掃描檢測示意圖4.3.4在掃查數據的圖像中應有位置傳感器掃查位置顯示。7DB37/T3142—20184.4聚焦法則參數a)晶片數量：聚焦法則使用的晶片數量不低于16個；c)角度參數：在工件中所用聲束的固定角度、聲束的角度范圍(35°~75°);i)探頭位置：設定探頭前端至焊縫邊緣(或焊縫中心)的距離。況等);f)對檢測設備(儀器、探頭、試塊)的要求；孔徑、扇掃角度和步進、線掃步進、聚焦、時間窗口、靈敏度等)和校準(靈敏度、位置傳感器等)方法；8DB37/T3142—2018f)數據分析、缺陷評定及出具報告的要求。4.5.2操作指導書在首次應用前應進行工藝驗證，驗證方式可在相關試塊或軟件上進行，驗證內容包括檢測范圍內靈敏度、信噪比等是否滿足檢測要求。4.6工藝驗證試驗4.6.1工藝驗證試驗應制作與被檢工件相同或相似的帶有缺陷的模擬試塊，將擬采用的檢測工藝應用到模擬試塊上，工藝驗證試驗結果應清楚地顯示和測量模擬試塊中的缺陷或反射體。4.6.2符合以下情況之一時應在模擬試塊上進行工藝驗證試驗：a)信噪比和聲速與細晶粒鋼差異明顯的非細晶粒鋼工件檢測；b)合同約定要求進行。4.6.3經合同雙方同意，可使用相控陣仿真軟件計算部分或全部代替工藝驗證試驗內容。4.7溫度4.7.1系統校準與實際檢測間的溫度差應控制在±15°C之內。4.7.2檢測時，被檢工件表面溫度應控制在0°C~50°C。若超出此范圍應通過實驗驗證設備的適用性，同時驗證檢測的可操作性和可靠性。4.8安全要求當檢測條件不符合本標準的工藝要求或不具備安全作業條件時，檢測人員應停止工作，待條件改善5工藝參數的選擇和檢測5.1檢測準備5.1.1檢測區域檢測區域高度為工件厚度；檢測區域寬度為焊縫本身加上焊縫兩側各相當于母材厚度30%的一段區5.1.2掃查面制備5.1.2.1探頭移動區內應清除焊接飛濺、鐵屑、油漆及其他雜質，一般應進行打磨。掃查面應平整，便于探頭的移動和耦合，其表面粗糙度Ra值應不大于6.3μm。5.1.2.2掃查面打磨寬度應滿足檢測要求，一般不小于60mm。5.1.2.3焊縫的表面質量應經外觀檢查合格后方可進行檢測，表面的不規則狀態不應影響檢測結果評5.1.3掃查方式選擇a)線性掃查+扇形掃描；b)柵格掃查+扇形掃描。5.1.3.2對可疑部位，可采用扇形掃描，結合矩形、前后、左右等掃查方式進行檢測。5.2探頭選擇9DB37/T3142—20185.2.1與工件厚度有關的相控陣探頭參數選擇可參考表1。工件厚度mm一次激發晶片數主動孔徑mm晶片間距/mm標稱頻率MHz0.3～0.86.0～100.4～0.87.0～150.5~1.05.2.2相控陣探頭楔塊的曲率應與被檢管件的形狀相吻合，如圖6所示。楔塊邊緣與被檢工件接觸面的間隙x應不大于0.5mm。和現場工作條件。償的調試在R50角度增益修正試塊上進行。5.4.1管壁厚度為4mm~8mm(不含8mm)的焊接接頭檢測時，采用三次波與二次波或四次波分開設置的法則進行檢測。5.4.2管壁厚度大于等于8mm的焊接接頭檢測時，采用一次波和二次波同時設置的法則進行檢測。5.4.3橫波斜聲束扇形掃描角度一般不應超出35°~75°,特殊情況下，確需使用超出該角度范圍的反射波進入楔塊產生干擾，此時聲速中心角度宜設置為60°即扇掃角度范圍45°~75°。5.5.1距離-波幅曲線按所用探頭和儀器在所選擇的GS對比試塊上，線由評定線和定量線組成。5.5.2在整個檢測范圍內，距離-波幅曲線不得低于顯示屏滿刻度的20%。5.5.3在制作距離-波幅曲線過程中，必須控制噪聲信號，信噪比必須大于等于10dB,距離-波幅曲線的制作見附錄E。5.5.4不同管壁厚度的距離-波幅曲線靈敏度應符合表2規定。DB37/T3142—2018表2距離-波幅曲線的靈敏度定量線5.5.5檢測時由于工件表面耦合損失、材料衰減以及內外曲率的影響，應對檢測靈敏度進行傳輸損失綜合補償，綜合補償量應計入距離-波幅曲線。5.5.6掃查靈敏度應通過工藝驗證的方式確定，以能清晰地顯示和測量出模擬試塊中缺陷或反射體時的增益為基準。5.6步進設置5.6.1檢測前應將檢測系統設置為根據掃查步進采集信號，掃查步進最大值△xmax≤1.0mm。5.75.7檢測實施5.7.15.7.1方向標識檢測前應在工件掃查面上予以標記，標記內容至少包括掃查起始點和掃查方向，所有標記應對掃查無影響。5.7.2參考線設定在檢測之前，應在工件掃查面上標定參考線，參考線距焊縫邊緣(或焊縫中心)的距離應根據檢測聚焦法則設置而定，其距離誤差為±0.5mm。5.7.3依照工藝參數設置將檢測系統的硬件及軟件置于檢測狀態，將探頭擺放到設定的參考線位置，沿標識方向路徑進行掃查。5.7.4掃查時應保證掃查速度小于或等于最大允許掃查速度Vmx,同時應保證耦合效果和數據采集的要求。最大允許掃查速度按公式(2)計算：...................................(2)式中：Vax——最大允許掃查速度，mm/s;PRF——脈沖重復頻率，Hz;△x——設置的掃查步進值，mm;N——設置的信號平均次數；A——A掃描的數量(如扇形掃描時，激發如35°~75°的扇形掃描，角度步進為1°,則A=41)。5.8掃查覆蓋范圍5.8.1根據聚焦法則的參數，用相控陣超聲檢測設備中的理論模擬軟件進行演示，調整探頭前端距焊縫邊緣(或焊縫中心)的距離，使所選用的檢測聲束將檢測區域完全覆蓋。確認演示結果后，將演示模擬圖及參數保存，并附在檢測工藝中。5.8.2檢測時，一般應在焊縫兩側分別掃查或雙側探頭同時掃查。若因條件限制只能從焊接接頭一側掃查時，應采用不同的聚焦法則，設置不同探頭位置及角度掃查范圍進行檢測，確保檢測區域全覆蓋。DB37/T3142—20185.8.3對于環焊縫，掃查停止位置應越過起始位置至少30mm。線性掃查時，若在焊縫長度方向進行分段掃查，則各段掃查區的重疊范圍至少為30mm。需要多個線性掃查覆蓋整個焊接接頭體積時，各線性掃查之間的重疊至少為所用相控陣探頭線性陣列長度的10%。5.9檢測系統復核5.9.1當出現下列情況之一時，需進行復核。a)探頭、耦合劑和儀器調節發生改變時；b)懷疑掃查靈敏度或定位精度有變化時；c)連續工作4h以上時；d)工作結束時。5.9.2掃查靈敏度復核復核時，如曲線上任何一點幅度下降2dB或20%,則應對上一次復核以來所有的檢測部位進行復驗；如幅度上升2dB或20%,則應對所有的記錄信號進行重新評定。5.9.3定位精度復核定位精度的復核，參照附錄C進行。6檢測數據的分析和缺陷評定6.1檢測數據的有效性評價6.1.1分析檢測數據之前應對所采集的數據進行評估以確定其有效性，數據至少應滿足以下要求：a)采集的數據量滿足所檢測焊縫長度的要求；b)數據丟失量不得超過整個掃查長度的5%,且不允許相鄰數據連續丟失；c)掃查圖像中耦合不良的長度不得超過整個掃查長度的5%,單個耦合不良長度不得超過2mm。6.1.2若采集的數據不滿足上述要求，應檢查掃查裝置工況，排除故障后重新進行掃查。6.2顯示的分類檢測結果的顯示分為相關顯示和非相關顯示，典型相控陣檢測缺陷圖像見附錄F。6.3缺陷定性6.3.2性質判定為裂紋、未熔合、未焊透缺陷評定為不允許。6.3.3根據缺陷輪廓確定缺陷的長度、寬度，長度與寬度之比大于3的相關顯示按條形缺陷處理，長度與寬度之比不大于3的相關顯示按圓形缺陷處理。6.3.4性質判定為條形缺陷和圓形缺陷的，應進行缺陷定量，評定為允許或不允許。6.4缺陷定量6.4.1條形缺陷的定量方法6.4.1.1缺陷位置測定應以獲得缺陷最大反射波的位置為準。6.4.1.2缺陷最大反射波幅的測定方法是，在掃查數據中將測量光標移動至缺陷出現最大反射波信號的位置，測定波幅大小。6.4.1.3缺陷長度的測定：DB37/T3142—2018a)當缺陷反射波只有一個高點，且位于定量線以上時，用-6dB法測其指示長度；b)缺陷反射波峰值起伏變化，有多個高點，且位于定量線以上時，應以端點-6dB法測量其指示長度；c)當缺陷的最大反射波幅位于評定線以上定量線以下時，使波幅降到評定線，用以評定線絕對靈敏度法測量其指示長度；d)對于裂紋、未熔合、未焊透缺陷，當其最大反射波幅不超過評定線時，可參照-6dB法或端點-6dB法測量其指示長度。其他類型缺陷，若最大反射波幅不超過評定線時，可不進行評定；e)相鄰兩缺陷在一直線上，其間距小于其中較小的缺陷長度時，應作為一條缺陷處理，以兩缺陷長度之和作為其單個缺陷的指示長度(間距計入缺陷長度);f)缺陷實際指示長度I應按式(3)計算(適用于管徑小且壁厚大時):式中：L—測定的缺陷指示長度，mm;R—管子外半徑，mm;H—缺陷距外表面(指示深度),mm。6.4.2圓形缺陷的定量方法6.4.2.1圓形缺陷用圓形缺陷評定區進行評定，圓形缺陷評定區為一個與俯視圖平行的矩形，其尺寸為10mm×10mm,圓形缺陷評定區應選在缺陷最嚴重的區域。6.4.2.2在圓形缺陷評定區內或與圓形缺陷評定區邊界線相割的缺陷均應劃入評定區內。6.4.2.3圓形缺陷長徑的測量方法可根據經驗公式(4)計算：錯誤!未找到引用源。.........................(4)式中：D—為缺陷長徑，mm;S—為缺陷輪廓面積，mm2。6.4.2.4圓形缺陷評定區域測定面積時，應沿著缺陷輪廓進行測定，且測定范圍內不能有超過20%的空白區，否則，應重新測定。6.4.2.5在圓形缺陷評定區內，單個缺陷區域面積不大于2mm2的為不計點數缺陷，不計點數缺陷的數量應根據母材厚度T確定，并符合表4。6.4.2.6當評定區域內同時存在幾種類型缺陷時，評定為不允許。6.4.2.7焊接接頭圓形缺陷點數換算表，見表3。表3焊接接頭圓形缺陷點數換算表缺陷長徑D/mm>2～3>3～4缺陷點數12356.4.3對所有允許和不允許存在的缺陷，均應對缺陷位置、缺陷深度和缺陷指示長度等進行測定。裂紋、未熔合、未焊透的測長方法參照6.4.1條形缺陷的定量方法。6.5缺陷評定6.5.1根據缺陷性質以及缺陷的大小，缺陷評定為允許和不允許存在兩類。也可按合同雙方協定要求或參照其它相關驗收標準規范進行質量評定。6.5.2允許和不允許的缺陷評定如下：DB37/T3142—2018a)不允許的缺陷為裂紋、未熔合、未焊透；b)單個圓形缺陷長徑大于T/2的評定為不允許；c)條形缺陷和圓形缺陷的評定應符合表6-2的規定。表4焊接接頭允許的缺陷允許圓形缺陷點數允許單個條形缺陷長度L/mm允許不計點數缺陷數量/個注1:當母材公稱厚度不同時，應按薄側厚度進行評定。注2:在任何9T焊縫長度范圍內，多個缺陷累計長度最大允許值L不超過T(T為母材公稱厚度)。當焊縫長度不足9T時，可按比例折算，當折算后的多個缺陷累計長度允許值小于該厚度范圍內允許的單個缺陷指示長度時，以允許的單個缺陷指示長度作為缺陷累計長度允許值。7檢測記錄與報告7.1檢測記錄主要內容檢測記錄主要內容包括工程名稱、工件編號、焊縫編號、坡口形式、焊接方法、母材材質、規格、表面質量、檢測方法、檢測標準、驗收標準、檢測比例、儀器型號、探頭規格、耦合劑、試塊、檢測靈敏度、所發現的缺陷及評定記錄、檢測人員及其資格等級和檢測日期等。b)檢測標準；c)被檢工件：名稱、編號、規格、材質、坡口型式、焊接方法和熱處理狀況；d)檢測設備及器材：儀器型號及編號、探頭、位置傳感器、試塊、耦合劑等；e)檢測工藝參數：掃描類型、顯示方式、掃查方式、探頭配置及掃查靈敏度等；f)檢測覆蓋區域：理論模擬軟件演示的檢測區域覆蓋圖及參數；g)檢測示意圖：檢測部位以及所發現的缺陷位置和分布圖；h)掃查數據：數據文件名稱、掃查數據以電子版形式保存；i)檢測結論：評定出缺陷性質、位置、尺寸及是否允許；j)檢測人員和審核人員簽字；k)檢測日期。DB37/T3142—2018A.1一般要求該項測試要求儀器軟件能夠對相控陣探頭的每個晶片進行逐一激發。A.2測試方法A.2.3單獨激發下一個晶片，并重復A.2.2,直至最后一個晶片(沿著陣列中所有陣元一次一個陣元步A.3判斷如出現以下情況，認定為晶片為壞晶片：a)未見底面回波信號的晶片；c)同一陣列中靈敏度明顯偏低，比其他晶片的平均靈敏度低9dB以上的晶片。若測試結果各晶片記錄的最大與最小增益值之差≥4dB,應確認耦合一致性及穩定重復性，并按A.2規定的方法重新測試，進行復核。相控陣A型試塊和相控陣B型試塊(聲束控制評定試塊)A-1區放大圖圖B.1相控陣A型試塊圖B.2相控陣B型試塊(聲束控制評定試塊)DB37/T3142—2018C.1一般要求C.2測試方法C.2.1.2設置扇形掃描角度范圍-80°~80°,保存等聲程孔的圖像。C.2.1.3在軟件中測量各孔的回波聲程及角度，與實際值相比較。C.2.2加裝楔塊或延時塊時C.2.2.2在擬用于檢測的聲束范圍內，對靠近的兩側邊緣聲束及居中間位置的聲束分別進行單獨激發。C.2.2.3將相控陣探頭置于C.1的試塊表面，以所選取的聲束找到與該聲束相同角