DB37T 3142-2018 小径管焊接接头相控阵超声检测技术规程

DB37/T3142—2018小径管焊接接头相控阵超声检测技术规程2018-02-13发布2018-03-13实施IDB37/T3142-2018本标准按照GB/T1.1所给出的规则起草。本标准由山东省质量技术监督局提出并归口。本标准起草单位：中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司、山东丰汇工程检测有限公司、山东省特种设备协会、神华国能山东建设集团有限公司、中国石化总公司济南炼油厂、华电国际电力股份有限公司邹县发电厂、山东科捷工程检测有限公司、武汉中科创新技术股份有限公司。本标准主要起草人：王耀礼、杜传国、顾显方、张波、郭怀力、苏敏、张勇、徐学堃、郭相吉、丁成海、齐高君、梁玉梅、魏玉忠、李向前、徐祇宏、苑广存、林光辉、戴宪洲、鞠焕强、王敬昌。1DB37/T3142—2018本标准规定了钢制承压设备小径管焊接接头相控阵超声检测方法及质量评定。测。对厚度大于或者小于以上范围的工件，若经过工艺验证试验，能够满足检测灵敏度要求的，可参照本标准内容。下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文GB/T9445无损检测人员资格鉴定与认证GB/T12604.1无损检测术语超声检测GB/T32563—2016无损检测超声检测相控阵超声检测方法NB/T47013.3—2015承JB/T11731—2013无损检测超声相控阵探头通用技术条件下列术语和定义适用于本标准。规定检测起始参考点0点以及X、Y和Z坐标的含义，如图1所示。2DB37/T3142—20183.23.3由缺陷引起的显示为相关显示。3.4非相关显示non-relevantindication由于工件结构(例如焊缝余高或根部)或者材料冶金结构的偏差(例如金属母材和覆盖层界面)引起3.5通过控制激发晶片数量，以及施加到每个晶片上的发射和接收延时，实现波束的偏转和聚焦的算法3.6使扇形扫描角度范围内不同角度的声束检测同一深度相同尺寸的反射体回波幅度等量化的增益补偿。也称做角度修正增益或ACG。3.7对不同声程处相同尺寸反射体的回波进行增益修正，使之达到相同幅值，也称做TCG。3.8相控阵超声检测phasearrayultrasonictesting将按一定规律排列的相控阵探头中多个压电元件(晶片),按预先规定的设置(延时、增益、振幅等)激发，利用被激发晶片发射(或接收)的偏转和聚焦声束检测工件中的缺陷，并对缺陷进行成像。在一定范围内，相控阵超声能有效控制发射(或接收)声束在材料中的偏转和聚焦，为确定缺陷的形状、大小和方向提供了比单个探头系统更强的检测能力。3.9采用特定的聚焦法则激发相控阵探头中的部分相邻或全部晶片，使激发晶片组形成的声束在设定的角度范围内以一定的步进值变换角度扫过扇形区域。也称作变角度扫描或S扫描。线性扫查linearscanning3DB37/T3142—2018线性扫查是指探头在距焊缝边缘(或焊缝中心)一定距离的位置上，平行于焊缝方向进行的直线移动，也叫沿线扫查，如图2所示。(a)采用一个相控阵探头的线性扫查(b)采用两个相控阵探头的线性扫查图2线性扫查多次沿线扫查，探头按照栅格式的轨迹行进，以实现对检测部位的全面覆盖或多重覆盖。3.12主动孔径activeaperture主动孔径(A)是相控阵探头激发晶片数的有效长度。主动孔径长度按照公式(1)计算，如图3所示。A=n×e+g×(n-1)...................................(1)n—晶片数量e—晶片宽度g—晶片间隙A—主动孔径g—相邻晶片之间的间隙e—晶片宽度n—晶片数量图3主动孔径3.13位置传感器按时间(时钟)调节，则数据采集基于扫查时间(秒)。时基模式的数据采集时间T等于采3.144DB37/T3142—2018可将位于同深度的相邻两缺陷分辨开的相邻两A扫描之间的最小角度值。成像横向分辨力lateralimagingresolution成像系统在与声束轴线垂直方向的分辨力。成像系统在声束轴线方向的分辨力。相控阵超声成像视图有多种视图显示：分别为A显示(波型显示)、B/D显示(横断面显示)、C显示(水平面显示)、S显示(扇形显示)等多种形式来显示结果，利用不同形式的扫描组合可获得整体检测图像，如图4所示。日京轴日京轴进位轴D显示深B显示C显示图4成像视图4一般要求阵超声检测技术培训，取得相应证书。相控阵超声检测设备主要包括仪器主机、软件、扫查装置、探头，上述各项应成套或单独具有产品质量合格证或制造厂出具的合格文件。4.2.2相控阵超声仪器a)其放大器的增益调节步进不应大于1dB。b)相控阵仪器应配备与其硬件相匹配的延时控制和成像软件。5DB37/T3142—2018d)采样频率不应小于探头中心频率的6倍。e)幅度模数转换位数应不小于8位。f)仪器的水平线性误差不大于1%,垂直线性误差不大于5%。g)所有激励通道的发射脉冲电压具有一致性，最大偏移量应不大于设置值的5%。h)各通道的发射脉冲延迟精度不大于5ns。4.2.3软件a)探头应符合JB/T11731标准要求，探头可加c)探头实测中心频率与标称频率间的误差应不大于10%;d)探头的-6dB相对频带宽度不小于55%;e)同一探头晶片间灵敏度差值应不大于4dB。晶片灵敏度的均匀性应满足均方差不大于1dB。f)使用中的相控阵探头如出现损坏晶片，可在选择激发孔径范围时设法避开坏晶片；如无法避开，则要求在扫查使用的每个声束组中，损坏晶片不应超过总使用晶片数的12.5%,且没有连续损坏晶片；如果晶片的损坏超过上述规定，可通过仿真软件计算且通过试块测试，确认坏晶片对声场和检测灵敏度、信噪比无明显不利影响，才允许使用。4.2.5试块4.2.5.2校准试块型试块和相控阵B型试块(声束控制评定试块)见附录B。4.2.5.3对比试块a)本标准采用的对比试块型号为GS-1、GS-2、GS-3(见附录D);4.2.5.4模拟试块模拟试块与被检测工件在材质、形状、主要几何尺寸、坡口型式和焊接工艺等方面应相同或相近。主要用于检测工艺验证、扫查灵敏度的确定，按缺陷制作方式可分为人工焊接缺陷试块和机加工缺陷试6DB37/T3142—2018b)机加工缺陷试块：其缺陷类型主要包括横孔、V形槽及其他线切割槽等人工反射体。4.2.6耦合剂4.2.6.1应选用具有良好的透声性、易清洗、无毒无害，有适宜流动性的材料；对工件、人体及环境无损害，同时应便于检测后清理。典型的耦合剂包括水、化学耀糊、洗涤剂、机油和甘油，在零度以下建议使用机油或相近的液体。4.2.6.2实际检测采用的耦合剂应与检测系统设置和校准时的耦合剂相同。4.2.7扫查装置4.2.7.1探头夹持部分在扫查时应保证声束与焊缝长度方向垂直。4.2.7.2导向部分应能在扫查时使探头运动轨迹与拟扫查轨迹保持一致。4.2.7.3扫查装置可以采用电动或人工驱动。4.2.7.4扫查装置应具有确定探头位置的功能，可通过步进电机或位置传感器实现对位置的探测与控4.2.8.1相控阵仪器的性能指标应每年进行一次校准。仪器的水平线性和垂直线性应每隔六个月至少进行一次运行核查。4.2.8.2在新探头开始使用时，应对探头进行一次全面的性能校准，具体校准方法见JB/T11731。4.2.8.3校准应在相应的试块上进行，扇扫成像分辨力在A型试块上进行，几何尺寸测量误差在B试块上进行，具体调校方法见GB/T29302校准规范。4.2.8.4位置传感器在检测前及结束时，均应进行校准。校准方法是使位置传感器移动一定距离，将检测设备显示的位移与实际位移相比较，要求误差应小于1%,最大值不超过10mm。4.2.8.5检查每次检测前应检查仪器设备器材外观、线缆连接接头、仪器键盘及触摸屏等是否正常。4.3扫描类型及显示方式4.3.1检测时，一般采用扇形扫描。可根据被检产品的焊缝类型、工作介质，预计可能产生的缺陷种类、形状、部位和取向，选择其他扫描类型。4.3.2扇形扫描的显示方式分为按声程显示和按实际几何结构显示两种方式(见图5),工作中显示方式的选择应根据使用的相控阵超声设备而定。图5扇形扫描检测示意图4.3.4在扫查数据的图像中应有位置传感器扫查位置显示。7DB37/T3142—20184.4聚焦法则参数a)晶片数量：聚焦法则使用的晶片数量不低于16个；c)角度参数：在工件中所用声束的固定角度、声束的角度范围(35°~75°);i)探头位置：设定探头前端至焊缝边缘(或焊缝中心)的距离。况等);f)对检测设备(仪器、探头、试块)的要求；孔径、扇扫角度和步进、线扫步进、聚焦、时间窗口、灵敏度等)和校准(灵敏度、位置传感器等)方法；8DB37/T3142—2018f)数据分析、缺陷评定及出具报告的要求。4.5.2操作指导书在首次应用前应进行工艺验证，验证方式可在相关试块或软件上进行，验证内容包括检测范围内灵敏度、信噪比等是否满足检测要求。4.6工艺验证试验4.6.1工艺验证试验应制作与被检工件相同或相似的带有缺陷的模拟试块，将拟采用的检测工艺应用到模拟试块上，工艺验证试验结果应清楚地显示和测量模拟试块中的缺陷或反射体。4.6.2符合以下情况之一时应在模拟试块上进行工艺验证试验：a)信噪比和声速与细晶粒钢差异明显的非细晶粒钢工件检测；b)合同约定要求进行。4.6.3经合同双方同意，可使用相控阵仿真软件计算部分或全部代替工艺验证试验内容。4.7温度4.7.1系统校准与实际检测间的温度差应控制在±15°C之内。4.7.2检测时，被检工件表面温度应控制在0°C~50°C。若超出此范围应通过实验验证设备的适用性，同时验证检测的可操作性和可靠性。4.8安全要求当检测条件不符合本标准的工艺要求或不具备安全作业条件时，检测人员应停止工作，待条件改善5工艺参数的选择和检测5.1检测准备5.1.1检测区域检测区域高度为工件厚度；检测区域宽度为焊缝本身加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的一段区5.1.2扫查面制备5.1.2.1探头移动区内应清除焊接飞溅、铁屑、油漆及其他杂质，一般应进行打磨。扫查面应平整，便于探头的移动和耦合，其表面粗糙度Ra值应不大于6.3μm。5.1.2.2扫查面打磨宽度应满足检测要求，一般不小于60mm。5.1.2.3焊缝的表面质量应经外观检查合格后方可进行检测，表面的不规则状态不应影响检测结果评5.1.3扫查方式选择a)线性扫查+扇形扫描；b)栅格扫查+扇形扫描。5.1.3.2对可疑部位，可采用扇形扫描，结合矩形、前后、左右等扫查方式进行检测。5.2探头选择9DB37/T3142—20185.2.1与工件厚度有关的相控阵探头参数选择可参考表1。工件厚度mm一次激发晶片数主动孔径mm晶片间距/mm标称频率MHz0.3～0.86.0～100.4～0.87.0～150.5~1.05.2.2相控阵探头楔块的曲率应与被检管件的形状相吻合，如图6所示。楔块边缘与被检工件接触面的间隙x应不大于0.5mm。和现场工作条件。偿的调试在R50角度增益修正试块上进行。5.4.1管壁厚度为4mm~8mm(不含8mm)的焊接接头检测时，采用三次波与二次波或四次波分开设置的法则进行检测。5.4.2管壁厚度大于等于8mm的焊接接头检测时，采用一次波和二次波同时设置的法则进行检测。5.4.3横波斜声束扇形扫描角度一般不应超出35°~75°,特殊情况下，确需使用超出该角度范围的反射波进入楔块产生干扰，此时声速中心角度宜设置为60°即扇扫角度范围45°~75°。5.5.1距离-波幅曲线按所用探头和仪器在所选择的GS对比试块上，线由评定线和定量线组成。5.5.2在整个检测范围内，距离-波幅曲线不得低于显示屏满刻度的20%。5.5.3在制作距离-波幅曲线过程中，必须控制噪声信号，信噪比必须大于等于10dB,距离-波幅曲线的制作见附录E。5.5.4不同管壁厚度的距离-波幅曲线灵敏度应符合表2规定。DB37/T3142—2018表2距离-波幅曲线的灵敏度定量线5.5.5检测时由于工件表面耦合损失、材料衰减以及内外曲率的影响，应对检测灵敏度进行传输损失综合补偿，综合补偿量应计入距离-波幅曲线。5.5.6扫查灵敏度应通过工艺验证的方式确定，以能清晰地显示和测量出模拟试块中缺陷或反射体时的增益为基准。5.6步进设置5.6.1检测前应将检测系统设置为根据扫查步进采集信号，扫查步进最大值△xmax≤1.0mm。5.75.7检测实施5.7.15.7.1方向标识检测前应在工件扫查面上予以标记，标记内容至少包括扫查起始点和扫查方向，所有标记应对扫查无影响。5.7.2参考线设定在检测之前，应在工件扫查面上标定参考线，参考线距焊缝边缘(或焊缝中心)的距离应根据检测聚焦法则设置而定，其距离误差为±0.5mm。5.7.3依照工艺参数设置将检测系统的硬件及软件置于检测状态，将探头摆放到设定的参考线位置，沿标识方向路径进行扫查。5.7.4扫查时应保证扫查速度小于或等于最大允许扫查速度Vmx,同时应保证耦合效果和数据采集的要求。最大允许扫查速度按公式(2)计算：...................................(2)式中：Vax——最大允许扫查速度，mm/s;PRF——脉冲重复频率，Hz;△x——设置的扫查步进值，mm;N——设置的信号平均次数；A——A扫描的数量(如扇形扫描时，激发如35°~75°的扇形扫描，角度步进为1°,则A=41)。5.8扫查覆盖范围5.8.1根据聚焦法则的参数，用相控阵超声检测设备中的理论模拟软件进行演示，调整探头前端距焊缝边缘(或焊缝中心)的距离，使所选用的检测声束将检测区域完全覆盖。确认演示结果后，将演示模拟图及参数保存，并附在检测工艺中。5.8.2检测时，一般应在焊缝两侧分别扫查或双侧探头同时扫查。若因条件限制只能从焊接接头一侧扫查时，应采用不同的聚焦法则，设置不同探头位置及角度扫查范围进行检测，确保检测区域全覆盖。DB37/T3142—20185.8.3对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少30mm。线性扫查时，若在焊缝长度方向进行分段扫查，则各段扫查区的重叠范围至少为30mm。需要多个线性扫查覆盖整个焊接接头体积时，各线性扫查之间的重叠至少为所用相控阵探头线性阵列长度的10%。5.9检测系统复核5.9.1当出现下列情况之一时，需进行复核。a)探头、耦合剂和仪器调节发生改变时；b)怀疑扫查灵敏度或定位精度有变化时；c)连续工作4h以上时；d)工作结束时。5.9.2扫查灵敏度复核复核时，如曲线上任何一点幅度下降2dB或20%,则应对上一次复核以来所有的检测部位进行复验；如幅度上升2dB或20%,则应对所有的记录信号进行重新评定。5.9.3定位精度复核定位精度的复核，参照附录C进行。6检测数据的分析和缺陷评定6.1检测数据的有效性评价6.1.1分析检测数据之前应对所采集的数据进行评估以确定其有效性，数据至少应满足以下要求：a)采集的数据量满足所检测焊缝长度的要求；b)数据丢失量不得超过整个扫查长度的5%,且不允许相邻数据连续丢失；c)扫查图像中耦合不良的长度不得超过整个扫查长度的5%,单个耦合不良长度不得超过2mm。6.1.2若采集的数据不满足上述要求，应检查扫查装置工况，排除故障后重新进行扫查。6.2显示的分类检测结果的显示分为相关显示和非相关显示，典型相控阵检测缺陷图像见附录F。6.3缺陷定性6.3.2性质判定为裂纹、未熔合、未焊透缺陷评定为不允许。6.3.3根据缺陷轮廓确定缺陷的长度、宽度，长度与宽度之比大于3的相关显示按条形缺陷处理，长度与宽度之比不大于3的相关显示按圆形缺陷处理。6.3.4性质判定为条形缺陷和圆形缺陷的，应进行缺陷定量，评定为允许或不允许。6.4缺陷定量6.4.1条形缺陷的定量方法6.4.1.1缺陷位置测定应以获得缺陷最大反射波的位置为准。6.4.1.2缺陷最大反射波幅的测定方法是，在扫查数据中将测量光标移动至缺陷出现最大反射波信号的位置，测定波幅大小。6.4.1.3缺陷长度的测定：DB37/T3142—2018a)当缺陷反射波只有一个高点，且位于定量线以上时，用-6dB法测其指示长度；b)缺陷反射波峰值起伏变化，有多个高点，且位于定量线以上时，应以端点-6dB法测量其指示长度；c)当缺陷的最大反射波幅位于评定线以上定量线以下时，使波幅降到评定线，用以评定线绝对灵敏度法测量其指示长度；d)对于裂纹、未熔合、未焊透缺陷，当其最大反射波幅不超过评定线时，可参照-6dB法或端点-6dB法测量其指示长度。其他类型缺陷，若最大反射波幅不超过评定线时，可不进行评定；e)相邻两缺陷在一直线上，其间距小于其中较小的缺陷长度时，应作为一条缺陷处理，以两缺陷长度之和作为其单个缺陷的指示长度(间距计入缺陷长度);f)缺陷实际指示长度I应按式(3)计算(适用于管径小且壁厚大时):式中：L—测定的缺陷指示长度，mm;R—管子外半径，mm;H—缺陷距外表面(指示深度),mm。6.4.2圆形缺陷的定量方法6.4.2.1圆形缺陷用圆形缺陷评定区进行评定，圆形缺陷评定区为一个与俯视图平行的矩形，其尺寸为10mm×10mm,圆形缺陷评定区应选在缺陷最严重的区域。6.4.2.2在圆形缺陷评定区内或与圆形缺陷评定区边界线相割的缺陷均应划入评定区内。6.4.2.3圆形缺陷长径的测量方法可根据经验公式(4)计算：错误!未找到引用源。.........................(4)式中：D—为缺陷长径，mm;S—为缺陷轮廓面积，mm²。6.4.2.4圆形缺陷评定区域测定面积时，应沿着缺陷轮廓进行测定，且测定范围内不能有超过20%的空白区，否则，应重新测定。6.4.2.5在圆形缺陷评定区内，单个缺陷区域面积不大于2mm²的为不计点数缺陷，不计点数缺陷的数量应根据母材厚度T确定，并符合表4。6.4.2.6当评定区域内同时存在几种类型缺陷时，评定为不允许。6.4.2.7焊接接头圆形缺陷点数换算表，见表3。表3焊接接头圆形缺陷点数换算表缺陷长径D/mm>2～3>3～4缺陷点数12356.4.3对所有允许和不允许存在的缺陷，均应对缺陷位置、缺陷深度和缺陷指示长度等进行测定。裂纹、未熔合、未焊透的测长方法参照6.4.1条形缺陷的定量方法。6.5缺陷评定6.5.1根据缺陷性质以及缺陷的大小，缺陷评定为允许和不允许存在两类。也可按合同双方协定要求或参照其它相关验收标准规范进行质量评定。6.5.2允许和不允许的缺陷评定如下：DB37/T3142—2018a)不允许的缺陷为裂纹、未熔合、未焊透；b)单个圆形缺陷长径大于T/2的评定为不允许；c)条形缺陷和圆形缺陷的评定应符合表6-2的规定。表4焊接接头允许的缺陷允许圆形缺陷点数允许单个条形缺陷长度L/mm允许不计点数缺陷数量/个注1:当母材公称厚度不同时，应按薄侧厚度进行评定。注2:在任何9T焊缝长度范围内，多个缺陷累计长度最大允许值L不超过T(T为母材公称厚度)。当焊缝长度不足9T时，可按比例折算，当折算后的多个缺陷累计长度允许值小于该厚度范围内允许的单个缺陷指示长度时，以允许的单个缺陷指示长度作为缺陷累计长度允许值。7检测记录与报告7.1检测记录主要内容检测记录主要内容包括工程名称、工件编号、焊缝编号、坡口形式、焊接方法、母材材质、规格、表面质量、检测方法、检测标准、验收标准、检测比例、仪器型号、探头规格、耦合剂、试块、检测灵敏度、所发现的缺陷及评定记录、检测人员及其资格等级和检测日期等。b)检测标准；c)被检工件：名称、编号、规格、材质、坡口型式、焊接方法和热处理状况；d)检测设备及器材：仪器型号及编号、探头、位置传感器、试块、耦合剂等；e)检测工艺参数：扫描类型、显示方式、扫查方式、探头配置及扫查灵敏度等；f)检测覆盖区域：理论模拟软件演示的检测区域覆盖图及参数；g)检测示意图：检测部位以及所发现的缺陷位置和分布图；h)扫查数据：数据文件名称、扫查数据以电子版形式保存；i)检测结论：评定出缺陷性质、位置、尺寸及是否允许；j)检测人员和审核人员签字；k)检测日期。DB37/T3142—2018A.1一般要求该项测试要求仪器软件能够对相控阵探头的每个晶片进行逐一激发。A.2测试方法A.2.3单独激发下一个晶片，并重复A.2.2,直至最后一个晶片(沿着阵列中所有阵元一次一个阵元步A.3判断如出现以下情况，认定为晶片为坏晶片：a)未见底面回波信号的晶片；c)同一阵列中灵敏度明显偏低，比其他晶片的平均灵敏度低9dB以上的晶片。若测试结果各晶片记录的最大与最小增益值之差≥4dB,应确认耦合一致性及稳定重复性，并按A.2规定的方法重新测试，进行复核。相控阵A型试块和相控阵B型试块(声束控制评定试块)A-1区放大图图B.1相控阵A型试块图B.2相控阵B型试块(声束控制评定试块)DB37/T3142—2018C.1一般要求C.2测试方法C.2.1.2设置扇形扫描角度范围-80°~80°,保存等声程孔的图像。C.2.1.3在软件中测量各孔的回波声程及角度，与实际值相比较。C.2.2加装楔块或延时块时C.2.2.2在拟用于检测的声束范围内，对靠近的两侧边缘声束及居中间位置的声束分别进行单独激发。C.2.2.3将相控阵探头置于C.1的试块表面，以所选取的声束找到与该声束相同角