ISO焊缝检测超声衍射时差方法验收等级解读

2019-03-22，，

无损检测 2019年3期

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(1.中兴海陆工程有限公司，大连 116000；2. 烟台中集来福士海洋工程有限公司，烟台 264000；3.中国船级社实业公司青岛分公司，青岛 266071)

20世纪70年代中期，英国原子能管理局MAURIC提出了超声衍射时差方法(TOFD)，该方法成为了一种标准的定量方法。TOFD使用一发一收探头对进行检测，主要利用缺欠端点的衍射波信号来测定缺欠的位置及尺寸。TOFD数据的显示是扫查过程中采集的A扫描信号连续拼接而成的，水平轴代表探头移动的距离，垂直轴代表时间(声程)，一般用灰阶表示A扫描信号的幅度。TOFD不但能精确测量缺陷深度，而且也适用于常规的焊缝检查。在很多不同的结构中，包括复杂的几何结构，只要通过合理的设置，TOFD就能得到充分的应用。

1 ISO TOFD验收标准的变化

2011年2月ISO(国际标准化组织)出版了第一版ISO 15626：2011《焊缝无损检测-衍射时差技术-验收等级》，2018年7月第二版取消并替代了第一版，进行了技术修订。与先前版本相比，有以下内容进行了修订：① 规范性引用文件的变化；② 将原先第三部分分成了两个部分，原有章节序号进行了更新；③ 在6.3.1节中增加了高度确定的测量方法；④ 在表2，3，4中增加了备注b；⑤ 在7.4节中将“群不连续时不考虑点状不连续”修订为“群不连续时不考虑点状不连续以及高度小于h1的单个不连续”；⑥ 在7.4节群不连续中增加一条“如果一个不连续的高度有变化，其最大的局部高度h应按照图6 评估。”；⑦ 增加了参考文献；⑧ 补全了所有图中注的解释。

2 ISO15626：2018的介绍和解读

2.1 适用范围

ISO 15626：2018是一个验收标准，其规定的适用范围是板厚为6～300 mm铁素体钢全熔透焊缝TOFD技术的验收等级。标准中规定的验收等级是基于ISO 5817：2014《钢,镍,钛及其合金的熔化焊焊缝——缺欠评定组别》的相应焊缝质量等级，并根据ISO 10863：2011《焊缝无损检测-超声检测-使用衍射时差技术》进行焊缝检测时发现的不连续的等级分类。

2.2 不连续的分类

常规焊缝无损检测中，缺欠的分类是:气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹和表面缺欠。ISO 15626:2018标准中不连续的分类有所不同，不连续分为表面开口不连续和埋藏型不连续。表面开口不连续是连接到近表面(扫查面)或远表面(对面)的不连续。埋藏型不连续是不与表面相连，位于材料内部的不连续。

2.3 质量等级与验收等级的关系

在ISO 15626：2018标准中涉及了焊缝的质量等级、检验等级和验收等级。这几个等级的对应关系可在ISO 17635：2016《焊接的无损检测金属材料的一般规则》中查阅相关方法的表格。

ISO 5817：2014给出了焊缝的质量等级。标准中规定了3个级别的质量等级以适用于不同的焊接结构，分别用B，C，D 来表示，B级表示最高的质量要求。

ISO 10863：2011规定了TOFD检验等级，检验等级的划分决定了检测的可靠性。检验等级分为A级、B级、C级和D级。

ISO 15626：2018给出了TOFD检测的验收等级。验收等级划分是根据焊缝质量的等级要求，将其分为1级、2级和3级的。

ISO焊缝检测标准中TOFD方法涉及的质量等级、检验等级、验收等级如表1所示。

表1 TOFD检测相关等级

2.4 长度和高度的定义和确定

ISO 15626：2018对不连续的验收基于不连续的定量。不连续的定量包括根据ISO 10863：2011检测所得的不连续的长度和高度。长度定义为不连续在x轴方向上投影的距离；高度定义为沿着x轴向的某个位置，不连续在z轴方向上投影的最大值。

2.4.1 不连续长度的确定

对于不同的不连续类型，ISO 15626：2018有不同的测长要求。

(1) 细长型直不连续的长度定量。细长型直不连续是指在壁厚方向尺寸较小的不连续。因为只有在不连续的两侧端头才能与双曲线光标拟合良好，所以测量时，需将双曲线光标拟合在不连续的两侧端头上，这两侧端头之间的距离才能被认为是不连续的长度(见图1)。

图1 拟合放置弧形光标的长度定量示意

(2) 细长型弯曲不连续的长度定量。细长型弯曲不连续是在壁厚方向有较大尺寸的不连续。不连续的两端是不连续在厚度方向时间延迟的三分之一处，测量时把双曲线光标放在不连续的两端，两端之间的距离才能被认为是不连续的长度(见图2)。

图2 细长型弯曲不连续的长度定量示意

2.4.2 不连续高度的确定

TOFD检测技术使用未检波信号，因此应在未检波的A扫信号上进行不连续的高度测量，需选择同一个信号位置，并且需要考虑相位反转。

图3 4种方法进行时间测量的光标位置示意

ISO 15626：2018推荐了4种测量方法，检测人员应选择其中一种方法进行测量(见图3，其中1为方法一，2为方法二，3为方法三，4为方法四，5为测量穿越时间的位置)。方法1为测量信号前沿之间的穿越时间；方法2为测量信号第一个波峰之间的穿越时间；方法3为测量信号最大幅度之间的穿越时间；方法4为测量信号第一个零值交点之间的穿越时间。

(1) 表面开口不连续的高度由直通波与下尖端衍射信号在z轴方向上投影的最大差值决定，(见图4，其中1为扫查表面，z1为起始深度，2为对侧表面，z2为终止深度，x1为不连续的起点，h为高度z2-z1，x2为不连续的终点，l为长度x2-x1)。

图4 扫查表面开口不连续高度的定义

(2) 对于一个对侧表面开口不连续，不连续的高度由上尖端衍射信号与背面回波在z轴方向上投影的最大差值决定(见图5)。

图5 对侧表面开口不连续高度的定义

(3) 埋藏型不连续的高度由同一x轴向某位置的上端衍射信号与下端衍射信号在z轴方向上投影的最大差值决定(见图6)。

图6 埋藏型不连续高度的定义

2.5 验收等级

ISO 15626：2018中列出了3个验收等级。针对检测过程中发现的单个不连续、群不连续和点状不连续，分别进行评定。对不等厚焊缝接头进行检测时，验收等级应基于两块母材中较薄的板厚，对承受动载荷或有开裂倾向的焊缝，应规定更严格的近表面验收等级或应用其他无损检测方法。通用验收条件示意如图7所示(其中，1为对于l≤lmax的验收，2为对于l>lmax的验收，3为拒收，h1为对于任意l>lmax的不连续的可接受最大高度，a为高度)。

图7 通用验收条件示意

2.5.1 单个不连续

(1) ISO 15626:2018中验收等级1的要求

验收等级1的要求如表2所示。当检测到表面开口不连续，分辨率不足以分辨深度时，应使用其他方法或技术来确定可接受性，如果无法使用其他方法或技术，所有的表面开口不连续应被视为不可接受；高度小于h1的不连续不予考虑(适用于表3～4)。

表2 ISO 15626:2018中验收等级1 的要求 mm

(2) ISO 15626:2018中验收等级2的要求。

验收等级2的要求如表3所示。

表3 ISO 15626:2018中验收等级2的要求 mm

(3) ISO 15626:2018中验收等级3的要求

验收等级3的要求如表4所示。

表4 ISO 15626:2018中验收等级3的要求 mm

(4) 不连续的累计长度

对于沿着焊缝12t的长度内，所有高度超过h1的单个不连续的累计长度如下所述。

① 验收等级1: 3.5t，最大150 mm；② 验收等级2: 4.0t，最大200 mm；③ 验收等级3: 4.5t，最大250 mm。

2.5.2 群不连续

评定群不连续时应不考虑点状不连续以及高度小于h1的单个不连续。群不连续的评定是基于单个不连续的尺寸以及不连续之间的间距。一个群不连续的长度和尺寸将不可用于其他群不连续的评定。

出现下列情况时，一个群不连续可作为单个不连续评估：沿着焊缝长度的两个单个不连续之间的间距小于较长不连续的长度；两个不连续在焊缝厚度方向上的间距小于高度较大不连续的高度。

如果一个不连续的高度有变化，其最大的局部高度h应按照图6进行评估。对于一个群不连续，总高度hg定义为单个不连续的高度加上这些不连续之间间距的总和；对于一个群不连续，总长度lg定义为单个不连续的长度加上这些不连续之间间距的总和。

群不连续的尺寸示意如图8所示(其中1，2，3代表3个不连续，h为不连续1, 2,3 的最大高度；l为不连续1, 2,3的最大长度，hg为群不连续的总高度，lg为群不连续的总长度)，图8中的不连续2和3应作为一个不连续，因为其在x方向的间距小于l，且在z方向的间距小于h。不连续1不包含在群不连续中，因为在厚度方向的间距大于h。