ASME规范 - 图文

2006.12宁波“ASME无损检测技术与装备研讨会”讲义 基于ASME规范的NDE国际接轨 Linking up with International Standards for NDE Based on ASME Code (节选) 李衍（江苏太湖锅炉股份有限公司）LI Yan（Jiangsu Taihu Boiler Co.,Ltd.） 摘要：就ASME规范现行版（2004+2006增补）有关承压设备无损检测（NDE）的基本规定，对照中国相关标准，并结合国内工厂企业生产实际，指出日常NDE操作中的一些禁忌、误区和注意点，意在为NDE国际接轨献一孔之见。 Abstract：Based onthe essential requirements of NDE for pressure vessels in current edition （2004+ 2006 addenda）of ASME Code，compared with the similar clauses in the Chinese Standard and combined with practice of production in enterprises in our country，certain taboos ，pitfalls and points for attentions were given in order to provide some opinions for reference about NDE linking up with International Standards. 关键词：ASME 规范；承压设备；NDE；国际接轨 Keywords：ASME Code；Pressure vessels；NDE；Linking up with International Standards 据悉，目前国内已有180家工厂企业取得了ASME认证，且认证数以每年11%的递增率在上升。ASME规范不仅是认证单位设计制造承压设备的法定依据，也是中国承压设备产品走向世界市场的质量指针。我国工业标准JB4730-2005《承压设备无损检测》在四大常规NDE方法中，也在好多方面吸收了ASME规范中的精华。但在一些具体参数条件的选定上，工艺程序的运作上，中美标准仍有一定差异。在日常检测中，还有技术盲区和操作误区存在。 本文试以ASME现行版（2004+2006增承压设备补）为主，就承压设备NDE的基本要求，对照中标，并结合国内工厂企业生产实际，谈谈承压设备NDE国际接轨中应注意的问题。 1 一般要求 ASME有关NDE的方法标准收罗在第Ⅴ卷中，而验收标准则分列在相应设计制造标准中（如动力锅炉在第Ⅰ卷、压力容器在第Ⅷ卷第1分册）。方法有八种（RT、UT、MT、PT、ET、VT、LT、AE）。方法标准中的A分卷是强制性规定，而B分卷是参考性标准（均引自ASTM标准）——只有当A分卷或ASME其他卷提到时，才作为强制性要求。 o NDE人员 我国NDEⅠ、Ⅱ级人员由省级质量技术监督部门认证，而Ⅲ级人员由国家质量技术监督部门认证。ASME规定NDE人员的资格鉴定和认证应按企业雇主的书面实施细则进行，而此实施细则应符合美无损检测学会（ASNT）标准SNT-TC-1A（2001版）或国家标准ANSI/ASNT CP-189等文件要求。ASME规定的VT（目视检测）、LT（泄漏检测）和AE（声发射检测），在我国尚未开展认证工作。 o NDE工艺规程 ASME规定了两种NDE工艺规程：一种是通用性的，适用于制造过程正常条件下所遇到的大多数外形结构和材料；另一种是特殊性的，适用于特殊结构、特殊材料在特殊情况下获得可评结果。NDE工艺规程应符合承压设备设计制造要求；NDE操作应按规实施。 ASME特别强调NDE工艺规程的量化要求和演示验证要求。在现行版中，对UT、MT、PT、ET、VT和LT六种方法以及涉及到的新技术，均提出了制定工艺规程时必须明确的相关量化变素，要用一个数值或数值范围表示。对列为主变素（essential variable）的量值，如有变更，要求通过验证演示，对工艺规程的有效性进行再评定。对列为副变素（nonessential variable）的量值，如有变更，则无此再评要求。工艺规程的初始评定与重新评定，均须取得授权检验师（AI）的认可。 实际上，NDE专用工艺卡是实施通用工艺和特殊工艺的作业指导书，有简明、精当、直观、实用的优点，是NDE日常操作的路标和要领。 笔者体会到，ASME对工艺规程所强调的那些量化变素，还应具体反映在专用工艺卡和日常探伤检测报告中。而各种工艺规程所牵涉到的检测报告、记录及工艺卡表式，均应分类编号后，作为附件附在相应工艺规程卷末。 为要验证工艺规程中的量化参数适当与否，NDEⅢ级人员有必要针对各种NDE方法的特点，设法引导制作带缺陷焊接试样或带缺陷材料试样。对特意制作的缺陷，对其性质、位置、方向、尺寸、数量、范围，以及制作方法，宜精心设计，或按规范提示。带缺陷试样的成功制作，对NDE工艺规程的有效评定，具有重要意义。 o NDE误区示例 ①接到“任务”后，不是先定检测方案，先编检测工艺卡，而是“倒行逆施”，干起来再说，方案、工艺后补。工艺卡起不到指导作用，以致操作不规范，但为达到规定的质量要求，只得反复试验，反而费时费力。 ②工艺卡有文无图，或有图不明。被检工件的结构形状，检测部位的标识，均不详。例如：焊接接头超声检测，探头布置、传播声程，无图示或图示不到位；又如锅筒或容器管接头角焊缝磁粉检测，磁极或电极布置、磁化范围，也无图示说明等。 2 RT 注意点 2.1 设备器材重要参数 ASME规范中提到的下列射线设备器材参数，一般应由设备制造方提供，由NDE用户验收确认，并保存见证资料。 ① X射线管焦点尺寸，焦点至射线管窗口距离（应在机外壳上相应位置作出标点）。 ② X射线照射率C/ kg2m2m或Rmm值（即离管靶1m处每min照射量C/ kg或R值）。——此参数关系到现场摄片时，辐射禁区（控制区）和管理区（监督区）的设定和“三防护”的计算。 ③黑度计和阶梯校正黑度片（国内称标准黑度片）可测范围、测量偏差及有效期。 ④观片灯的最大亮度、可调性、散热性、遮光板及低噪性。 ⑤像质计（IQI）的型号、标识、材质和丝径偏差等。ASME采用的丝型IQI与中国和欧洲不同：它分A、B、C、D 4组，每组6根丝；丝径变化也为等比数列（公比0.8），但丝径与丝号的对应关系与我国JB4730-2005标准 ( 以下简称JB ) 规定的正好相反，丝径小的丝号大。IQI标识及意义见图1。 材料代号 IQI组别 图1ASME采用的丝型像质计 2.2 设备校验重点要求 ASME规定，黑度计应至少每90天校验1次，阶梯校正黑度片应至少每年校验1次；而我国JB标准规定的校验周期，黑度计是每6个月，阶梯校正黑度片是每2年。ASME要求校正黑度片上至少有5种黑度（黑度范围1.0～4.0）。校验时，应在黑度片上选定最接近于1.0、2.0、3.0、4.0的黑度测定，测得的黑度读数与标定值偏差应≧ ± 0.05。对以上两项校验要求有记录存档。ASME提出，日常评片要常校黑度：每班开始，连续使用过8小时，或光孔变换后，均需校验。 2.3 射线检测工艺要点 2.3.1射线能量的选择 在ASME规范第Ⅴ卷A分卷中，对射线能量的选择只提一句话：使所摄底片满足黑度和像质计灵敏度的要求。但在B分卷第22章、SE-94中，提到了用射线照相半值层（H）来确定射线能量的概念。该半值层与射线照相厚度宽容度及胶片曝光宽容度有如下关系： 2ΔX / H = 10 ΔlgE （1） 式中ΔX：厚度差；ΔlgE：与标准规定的黑度上下限值相应的相对曝光量的对数差。这里， H可由在用曝光曲线读出：E2/ E1 = 2ΔX / H，当E2/ E1= 2时，ΔT = H。 2.3.2几何条件的选择 对焦点—胶片距离F，ASME对不同材料厚度范围所规定的几何不清晰度Ug限值及与我国JB标准规定的限值比较，如表1所示。显然前者比后者宽得多。 表1ASME 和JB 规定的 Ug限值比较mm 材料厚度T ＜ 50 ≥ 50 ～ 75 ＞ 75 ～ 100 ASMEUg 0.51 0.76 1.02 JBUg AB级 0.36 0.36～0.42 0.42～0.46 A级 0.49 0.49～0.56 0.56～0.61 B级 0.24 0.24～0.28 0.28～0.30 由RT基本原理知，几何不清晰度的大小，会直接影响到材料中可检出的最小裂纹尺寸，即 d2W = ΔX2ζ（d2sinθ + Wcosθ + U）(2) 式中d：裂纹高；W；裂纹宽；ΔX：厚度灵敏度绝对值；ζ：裂纹形状系数（常取0.65）；θ：裂纹倾角；U：不清晰度（通常取Ug）。 当需考虑裂纹检测灵敏度和检出率时，Ug的取值和F值的选定，就很重要。 2.3.3像质计（IQI）的选择 ⑴材质问题当IQI材质与被检工件不一致时，ASME提出了两种解决办法： ① 可使用射线吸收系数小于被检工件的材料制作的IQI，如钢丝IQI可用于Ni、Cu材料RT，但不可用于Ti、Al材料RT。 ② 制作两等厚试块（一块材质同产品，另一块同IQI），同时曝光在一张胶片上；所用能量应为产品材料可用最低能量。在底片上测出两试块影像黑度，黑度范围应在2.0～4.0之间，若DIQI在 1～1.15 DP之间 ( DIQI：IQI材质试块影像黑度，DP：产品材质试块影像黑度 )，则该IQI可用于产品RT评价。 ⑵厚度依据RT中焊缝质量是按相关于材料强度的材料厚度来评价的，相关于焊缝检测灵敏度的像质计理应根据实际材料厚度来选用和评价。在环焊缝双壁单影和双壁双影法中，需检测和评价的焊缝区域，均附加了一个材料厚度。ASME对各种透照方式，无论单壁或双壁，即使是透照带垫板的单面焊缝，均规定按单壁厚度选用和评价IQI灵敏度。这是合理的。JB标准规定双壁单影和双壁双影法，均按两个壁厚来选用和评价IQI灵敏度，这与ASME规定明显不同。选用和评价IQI灵敏度时，附加厚度的计入，会使被检厚度实际检测灵敏度的评价增加复杂性。 如所周知，像质计灵敏度与裂纹灵敏度之间有一定对应性。由RT经验公式知： d2W =0.8Φ2/ [ 1 + ( Φ/ U )](3) 式中 Φ：IQI最小丝径(mm)； ⑶放置位置除双壁单影法外，IQI一般都应放在射源测工件表面，小径管双壁双影法亦然，ASME规范对此较强调。双壁单影法和特殊的单壁单影法（如管道环焊缝爬行器周向曝光）中，置于胶片侧焊缝表面的IQI，有不能真实反映焦距变化对灵敏度显示影响的固有局限性。通常要求作对比试验后选定IQI应显示的丝号丝径。 2.4 射线照相像质要求 2.4.1黑度范围和变化控制 ASME规定射线底片评定区黑度应同时满足以下两条件( 参阅图2 )： ⑴ 黑度范围：X射线 1.8～4.0，γ射线 2.0～4.0。黑度读数误差允许±0.05。 ⑵ 黑度变化：底片上评定区内任意部位的黑度Di，要求 Di ≦ -15% DIQI2 min Di≧ +30% DIQI2 max 或 0.85 DIQI2 min≤ Di≤ 1.3 DIQI2 max 这里，DIQI2 min： IQI 应显示的最细丝附近的最小黑度（通常是指该丝附近有余高的焊缝区黑度）；DIQI2 max ：IQI 应显示的最细丝附近的最大黑度（通常是指该丝附近

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