ASME与RCC-M规范中核级设备对接焊缝制造阶段的超声检测要求对比

(中核武汉核电运行技术股份有限公司，武汉 430223)

我国批量建造的二代改进型压水堆核电厂(CPR1000)、具有自主知识产权的三代先进压水堆核电厂(ACP1000)及三代引进技术示范工程中(AP1000)，前两种堆型应用的规范是法国的RCC-M规范，后一种堆型应用的是美国的ASME标准，整体评定上两个标准基本能保持一致，然而在细节上还存在一些差异，这就使得在检验和评定方面易产生混乱。标准规范的出发点在于确保设备运行的安全可靠，而不同的标准都应与不同国家的规范及所设计的设备一一对应，才能构成相互协调的安全屏障。RCC-M与ASME标准在核级设备对接焊缝的超声检测要求上有所差别，即使同一标准对设备的制造、役前和在役检查各个阶段，其超声检测要求也不尽相同。笔者主要对比了两个规范在核级设备对接焊缝超声检测的设备器材要求、扫查要求、灵敏度评定和验收标准等方面在役前检查阶段的差异。

1 背景

ASME规范是最为广泛，内容最为详尽的一部有关锅炉及压力容器的规范，于1941年正式颁布，20世纪60年代开始，每3年修订1次。其制定的目的在于提供对设计、制造和检验质量进行控制的有关规则。

RCC-M规范是法国根据本国国情，针对大型压水堆核电设备设计制造的专用标准，其将ASME规范中分散在各章节的相关标准汇集在一起，重新编制了仅适用于大型压水堆核电站并符合法国国情的专用标准。该规范针对性更强，使用更方便，但就全面性而言，其作用是有限的。因此，有必要将两个规范从细节方面作全面比较。

2 设备及器材

2.1 超声仪及探头

ASME第V卷T-431要求中指出，焊缝超声检验所用的超声仪的工作频率范围应至少覆盖1 MHz～5 MHz，且有步进2.0 dB或者2.0 dB以下的增益旋钮，规定一般情况下，探头的标称频率应为1 MHz～5 MHz。

RCC-M第六册MC2131超声检验仪器中，规定所用超声仪的工作频率范围应在1 MHz～6 MHz之间，也指出探头纵波和横波频率一般在1 MHz～6 MHz之间，且压电晶片允许的最大直径在10～30 mm之间。

2.2 耦合介质

ASME第V卷T-433.2明确规定了耦合剂应对受检材料无害，特别说明镍基合金上的耦合剂质量分数不应大于2.5×10-4，奥氏体不锈钢或钛材上的耦合剂卤素(氯和氟)总质量分数不应大于2.5×10-4。

RCC-M第六册MC2133中规定可使用的超声耦合介质有水、糊剂、油、油脂、掺水的纤维素黏合剂等。且在第八册F6423中进一步指出，奥氏体不锈钢和镍基合金设备表面所涂耦合剂的最大允许质量分数为：氯化物和氟化物2×10-4，硫2×10-4。

在对耦合介质中有害化学元素的控制方面，RCC-M的要求相较于ASME的要求更为严格。

2.3 参考试块

ASME规范和RCC-M规范都对校验试块的一般要求做出了规定，如反射体(横孔、平底孔、槽等)需为已知人工反射体，材料和热处理条件应与被检对象一致等。

对于试块表面粗糙度，RCC-M第六册MC2134.2要求对比试块扫查面应经过机加工，且表面粗糙度不应超过6.3 μm。ASME第V卷T-434.1.6要求试块表面粗糙度应代表受检部件扫查面的粗糙度。

对于直径小于500 mm的核级设备焊缝试块曲率，ASME第V卷T-434.1.7中规定，一块单一曲率基准试块可用于工件曲率范围为基准试块直径的0.9～1.5倍的检验。RCC-M第六册MC2635要求全焊透焊缝超声波检验对比试块应具有与被检验件相同的曲率半径(偏差为±25%)。

3 扫查要求

3.1 表面准备

ASME第V卷第四章T-471.5表面制备中要求，当母材或焊缝表面妨碍检验时，母材或焊缝应进行处理以满足可能的检验。RCC-M 第六册MC 2141要求扫查面应无油漆、无疏松氧化皮、无干耦合剂以及其他可能影响超声波在被检工件中传播的物质，或者有碍探头自由移动以及引起结果评定错误的表面杂质和不平整。

3.2 检测范围

ASME第III卷NB5140中规定了对接焊缝表面检测应包含每边至少13 mm范围内的相邻母材。RCC-M第七册焊接篇S7712中规定了对接焊缝体积检验对于厚度大于30 mm的焊件受检区包括焊缝和距离实际坡口至少10 mm范围内的热影响区，对于厚度小于等于30 mm的焊件，相对于实际坡口的距离，或在补焊情况下相对于挖补坑的距离至少为5 mm。ASME要求的检测范围比RCC-M要求的略大。

3.3 扫查方式

关于对接焊缝的扫查要求，RCC-M第六册MC2634.1中要求对焊缝的检测需要沿14个检测方向，除非几何形状不允许或不可接近，应覆盖所有的检测范围，其中2个方向用纵波波束，12个方向用横波波束。还提出了要求能够检测焊缝的平行缺陷和垂直缺陷，且扫查还应该覆盖顶端和底端的结合面。且横波波束扫查时，根据焊缝厚度和几何形状所选择的折射角应在35°～70°之间，当需要两个不同折射角的横波检验时，这两个折射角原则上至少相差15°。

ASME第V卷T-472.1规定了4个扫查方向(2个平行焊缝方向，2个垂直焊缝方向)，并声明了45°(或适合被检对象外观的)探测角是必须存在的。从这点看来，ASME标准对扫查覆盖范围的规定比RCC-M标准对扫查覆盖范围的规定要小得多。然而，ASME 第V卷第四章的非强制附录I中也做出了声明：45°，60°，70°(或者其他适合的角度)也是需要的。若两个平行焊缝和两个垂直焊缝的4个扫查方向的3个角度都考虑进去，则一共有12个扫查角，与RCC-M的要求基本一致，再加上垂直扫查的要求，两规范的覆盖范围则相似。

4 灵敏度

4.1 灵敏度标定

对于灵敏度，两个法规都运用基于距离-波幅(DAC)曲线的参考等级，其设置DAC曲线的标定试块可用横孔(SDH)的反射信号来绘制DAC曲线。其中RCC-M第六册MC2635.2规定用于标定的人工反射体直径为2 mm，且其直径不会随着检测厚度的增大而增大。ASME第V卷T-434.2.1所使用的标定试块的横孔直径是随着检测厚度的增大而增大的。

当检测条件一定时，长横孔回波声压与长横孔直径的平方根成正比，因此灵敏度的差异可通过不同孔径长横孔回波声压的差值进行理论计算,关系如下

(1)

式中:Δ为灵敏度的差异值；D1，D2为两反射体的孔径；X2，X1为两反射体到声源的距离。

两规范的标定横孔在声程大于3N(N为进场区的长度)的范围，幅值响应差异如表1所示，理论计算标准RCC-M的标定灵敏度相较于ASME的高约1～6 dB。

表1 标定横孔在声程大于3N范围的

4.2 扫查灵敏度

ASME第V卷T-471.4指出扫查灵敏度至少要比参考灵敏度高6 dB，另推荐扫查灵敏度要高于参考灵敏度14 dB。而RCC-M第六册MC2144要求的扫查灵敏度为实际检测时不被噪声淹没的尽可能高的灵敏度。两个规范鉴别能力大致相近，但RCC-M标准推荐以实际扫查可用的最高灵敏度来进行扫查，这种方法是可得到的最高灵敏度。

4.3 灵敏度评定

ASME第V卷T-482.1指出所有波幅超过20%基准线的信号均应考虑并进一步评定。RCC-M第七册S7714.4要求不小于50%基准反射波振幅的显示都应记录。

结合标定灵敏度基准和评定记录线，绘制了ASME与RCC-M规范灵敏度的对比图，由图1可以看出，尽管RCC-M的标定灵敏度相较于ASME的高1～6 dB，但RCC-M触发评定记录的缺陷灵敏度较ASME的仍要低2～7 dB。

5 验收标准

ASME第III卷NB-5331在一级部件的长度和信号超出DAC曲线等级时，有相关的明确规定。如果显示有裂纹、未熔合或者未焊透特征，不论长度如何均不可被接受；对其他类型缺陷的最大可接受长度为(t为)：① 6 mm，当t≤19 mm时；② 1/3t，当19 mm57 mm时。

图1 非平面缺陷参考值/评定值/可接受幅值

RCC-M第七册S7714.4中规定，任何非体积显示均为不合格，这一点两规范要求相同。同时，S7714.4指出体积显示需根据材料厚度、信号幅值和显示长度等综合评判，不同厚度验收要求如表2，3所示。

6 结语

RCC-M标准是在ASME标准的基础上编写的具有针对性的规范，相比ASME要求更明确和严格，但在全面性和细节方面，RCC-M标准不如ASME标

表2 RCC-M在材料厚度≥50 mm时的验收要求

表3 RCC-M在材料厚度<50 mm时的验收要求

准。对我国核电站而言，ASME标准是各类民用核动力装置适用的最低满足标准，而RCC-M标准是大型压水堆核电站的专用标准，后者对于我国国情更有参考作用。对于不同的设计，要区分参考。在核级设备对接焊缝制造阶段进行超声检验和评定中,要注意两者的差异，不要混为一体。

(1) 在设备及器材要求方面，两规范均有各自的基本要求，如：超声仪及探头、试块表面粗糙度和适用曲率范围等；其中对耦合介质中有害元素的要求上，RCC-M标准相较于ASME标准更为严格。

(2) 在表面准备方面，两规范均以工件表面状态不影响正常检测为基本要求；在检测范围要求上，ASME标准的要求比RCC-M标准的略大；在扫查方式上，两规范的覆盖范围相似。

(3) 在灵敏度标定以及评定基准方面，两规范有较为明显的差异，尽管RCC-M的标定灵敏度相较于ASME的高1～6 dB，但RCC-M触发评定记录的缺陷灵敏度较ASME的仍要低2～7 dB。

(4) 在验收标准方面，两规范规定：任何非体积显示均为不合格；对体积型缺陷，ASME规范对材料厚度进行区间划分后，根据显示长度来进行验收，RCC-M标准则根据部件厚度和缺陷幅值来综合判断，评价步骤也更为复杂。