核级棒材制管状零件的超声检测质量管理标准探讨

张壮伟

中图分类号：F253.3 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）6-099-02

摘 要 很多金属材料想要实现无损探伤，都需要用到超声检测技术，本文就相关标准中核级棒材制管状零件的超声检测指标管理标准进行了研究，通过对材料在钻孔前后超声检测的要求，提出应该在锻造阶段，关注断面轴向扫查，提出了替代轴向扫查新方法：钻孔完成后，依照探头的具体角度，就横波检测深度进行计算，同时就斜射波检测的方法和质量管理标准进行了讨论，希望能够为相关人员提供参考借鉴。

关键词 核级棒材 管状零件 超声检测 质量管理标准

一、超声检测技术概述

超声检测属于无损检测技术的一种，主要是借助超声波来检测金属构件的内部缺陷。超声检测的基本原理为：借助0.5-10兆赫的机械波，确保其能够在检测材料中依照一定的方向和速度传播，在传播过程中，如果遇到异常，机械波会出现反射、折射或者波形转换的情况，检测人员可以依照接收到的超声波信息，就材料是否存在缺陷，以及缺陷的位置进行明确。超声检测的优势在于具备较强的穿透能力，能够找出存在于材料内部的缺陷，同时对于一些平面型缺陷，如夹层、裂纹等有着较高的灵敏度，能够明确缺陷的深度和大小，而且设备简单，操作安全性好，通过与计算机系统的配合，可以实现自动化监测。当然，超声检测同样存在一些不足，如对于一些形状复杂的工件，并不能取得预期效果，在检测过程中材料被检查面必须能够达到一定光洁度，需要利用耦合剂对存在的空隙进行填充，这样才能保证声耦合的充分进行。

二、核级棒材制管状零件超声检测质量管理标准

之前也提到，核电站中的管状零件需要从粗坯加工成锻棒，再通过钻孔得到，而两个加工阶段都必须借助超声检测技术进行检测探伤。考虑到不同阶段有着不同的检测目的，检测的方法以及验收标准也会有所不同，这里对其进行分别分析。

（一）锻棒阶段

借助相应的铸锭，经过前期处理、锻造成型以及修整后，鞥狗形成相应的锻棒，一般情况下，锻锭都会沿着棒材的轴线进行变形和延伸，并于横截面呈现出不同的形态，如人字形、星型、辐射性等，与一般锻件存在相同的缺陷类型，包括裂纹、白点、折叠、重皮等，需要技术人员借助超声检测技术来进行全面检测分析。

1.检测方式

参照RCC-M的相关标准，可以根据锻件外形对其进行分类，而不同类型的锻件需要采用不同的检测方式，具体如表1所示。

在表1中，100%扫查指的是相邻探头彼此的扫查线至少应该覆盖10%，若棒材本身影响超声波的顺利传输，则需要将扫查线的数量加倍，举例说明，当锻棒直径不超过200mm时，扫查线的数量为2条，如果声衰减严重，则应该将其增加到4条。而在RCC-MMC 2313标准中，对于类似的情况同样做出了补充，提出在没有特殊要求的情况下，对于直径超过50mm的锻棒，加工前必须做好超声检测。而在ASME标准中，同样就圆形截面棒材的扫查方式进行了规定，指出对于环形件以及空心锻件，可以借助直射波技术，从圆周面或者侧面进行扫查，尽量扩大轴向扫查的范围，如果锻件的长度与直径比超过6：1，或者长度超过600mm，则应该从两个端面分别做好扫查工作。对于材质特殊会导致严重声衰减现象的锻棒，如果继续采用直射波轴向检查的方式，可能会出现超声波无法穿透棒材的情况，对此，可以将直射波更换为斜射波。

在RCC-M标准中，就锻件进行了分类，提出不同锻件需要采用不同的扫查方式，这样在确定好锻件类型的情况下，生产商可以对照相关标准的要求，制定切实可行的检测工艺，在设计文件中不需要对扫查的细节进行规定。从保证零件质量的角度，应该尽可能对核级棒材实施全体积的扫查，而在相应的采购规范中，也会明确规定是否需要进行断面扫查。而在ASME标准中，没有对锻件进行分裂，但是给出了空心锻件及环形件的扫查方法。在工程实践中，上述规定更加直观，操作也更加简单。综上所述，实际操作中，可以借鉴RCC-M标准，就锻件进行分类，依照附件的要求，判斷是否需要进行端面轴向扫查。若锻棒在全长度方向无法保证足够的检测信噪比，则可以将其截短后再进行检测，或者在制作成管状零件后，借助斜射波，沿轴线正反方向，进行扫查。

2.评价验收

对于锻件缺陷的评价，可以执行EN 10228-4标准，依照缺陷回波波形进行分类：对于Ⅰ类波形，探头移动时，A扫描显示单一尖锐回波，波幅先平滑上升，到达最大值后，又会平滑下降到零点，如图1所示。

对于Ⅱ类波形，探头移动时，A扫描显示存在单个尖锐回波，波幅平滑上升到最大值并保持一定幅度，其可以恒定，也可以略微变化，然后平滑下降到零点，如图2所示。

依照缺陷回波的特点进行归类，然后可以确定好相应的显示类型：首先，如果是Ⅰ类波形，或者小于缺陷位置探头-6dB声束宽度的回波情况，可以采用点状显示；其次，如果是Ⅱ类波形，或者大于缺陷位置探头-6dB声束宽度的回波情况，可以采用长条显示；然后，如果相邻点状显示之间的距离大于40mm，可以采用单个显示；最后，如果相邻点状显示之间的距离小于或者等于40mm，可以采用密集显示。

（二）钻孔阶段

锻棒钻孔得到的管状零件要求必须达到安全一级的标准，这样才能保证零件运行的稳定性和安全性，继而保证核电站整体的运行安全。从零件管材的材质、工业等分析，可能存在的内部缺陷有很弱，如白点、分层等，在运用超声检测技术进行无损探伤的过程中，可以选择水浸法，也可以采用接触法，借助超声检测仪器，将横波传输到管状零件的内壁，确保其能够于内外壁之间进行反射，或者沿着管壁进行轴向传播，根据接收到的波形变化，检测人员能够判断零件中是否存在缺陷。

1.斜射波检测

在ASMWE标准中提出，若锻件通过钻孔的方式形成管状零件，则在穿孔后，需要依照NB2550中的规定进行超声检测。对于核电产品，在标准SE-213附录A1中，规定了相应的应用指南，提出对于管件壁厚小于12.5mm的情况，应该采取切实可行的措施和方法，对多余的反射信号进行控制；而当管件壁厚和外径均偏小时，在对其进行超声检测的过程中，应该尽可能实现全体积覆盖。而在实践中，想要顺利实现上述目标，要求零件和超声检测探头接触的方式应该尽量多样化。实践中，RCC-M标准更容易执行，ASME标准则更强掉采购方与生产商之间的协商交流，执行的灵活性更强，不过采购方必须具备一定的经验，给出具体的参考意见来保证检测结果的准确性。

2.验收准则

在ASME标准中，验收准则为：如果产品中的存在的缺陷超过了试块标准缺陷，表明产品不合格。在开展轴向检测的过程中，需要在零件内外表面同时设置横向标准缺陷，确保轴向切槽的尺寸应该大于或者等于横向切槽，选择长度较大的产品作为参考，确保能够对产品经过检测装置的操作性进行模拟。如果在试样中的标准反射体数量较多，则必须保证所有反射体都能够显示出来，避免相互之间的干扰。在RCC-M标准中，因为存在很多版本，而且不同版本中规定了不同的标准反射体类型，实际应用中应该明确版本要求。以最新版本为例，参考反射体需要以平底孔为基准，不同方法对应的验收标准既不能相互混用，也不能放在一起进行对比。对于壁厚小于20mm的管件，DAC法选择了3mm横孔，壁厚越小，验收准则越松。

（三）检测时机

ASME标准规定，超声检测应该在热处理完成后进行，此时锻件形状简单，能够尽可能多地对检测体积进行覆盖，而即便无法实现100%覆盖，也能够尽量保证检测结果的准确性；RCC-M标准则规定，必须在检测结果基本满意后，才能进行超声检测。同时，在该标准中，就超声检测的具体时机，提出了兩个参考值，一是在完成最终机加工后，开展超声检测，二是在完成最终热处理后，开展超声检测。考虑锻件本身的外观尺寸，如果被检测部件无法在最终热处理后进行超声检测，则可以将其放在机加工中间阶段进行，一些小锻件的检查甚至可以放在半成品阶段。

三、结语

总而言之，在针对核级棒材制管状零件进行超声检测的过程中，需要做好零件状态的合理区分，制定出切实有效的扫查方法和验收标准。对于棒材阶段，可以从侧面进行直射波轴向检测，若轴向检测无法穿透，或者无法保证足够检测信号比，可以使用斜射波，沿正反方向进行扫查。棒材阶段的缺陷验收可以借鉴RCC-M标准，不仅评价方便，而且执行简单。钻孔后，需要运用斜射波扫查的方式进行验收，保证零件质量。

参考文献：

[1]赵宏文.箱体件超声无损检测系统设计[J].山西焦煤科技，2018，42（09）：52-55.