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（深圳中廣核工程設計有限公司，深圳 518124）

壓水堆核電廠一回路的設備中，如蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器等壓力容器的筒體大多采用板材卷制后焊接的制造工藝。這類筒體是一回路和二回路的承壓邊界，屬于核一級部件。鑒于這類板材絕大部分在國外采購的現(xiàn)狀，在具體實施過程中，存在不同標準體系下如何正確地使用標準，合理地制定驗收準則的問題。

目前，關于這類板材的超聲波檢驗的標準主要有法國標準RCCM［1]（壓水堆核島機械設備設計和建造規(guī)則）、ASME［2]核電廠規(guī)范第Ⅲ卷核設施部件建造規(guī)則，國內標準GB/T2970厚鋼板超聲波檢驗方法。

1 概述

鑒于三個標準來自于不同的工業(yè)體系，超聲波檢驗方法大多引用歐洲或美國的工業(yè)標準規(guī)范。在編制核級板材的采購技術條件時，一般做法是在這些標準規(guī)范的基礎上增加補充規(guī)定。主要引用的基礎工業(yè)標準如下：

EN 10160《厚度大于等于6 mm鋼板的超聲波檢測》；

ASME SA－577/SA－577M《鋼板超聲波斜射波檢驗》；

ASME SA－578/SA－578M《特殊用途普通鋼板與復合鋼板超聲直射波檢驗》。

RCCM是建立在法國工業(yè)體系上的標準，引用了歐標EN 10160作為核級板材的超聲檢驗標準，考慮到核工業(yè)的特殊性，RCCM MC2400在此基礎上修訂和補充了一些規(guī)定，使其適用核電工業(yè)的要求。GB/T 2970是國內較為常用的適用于鍋爐、壓力容器、橋梁等方面鋼板超聲波檢驗標準。ASME標準國內使用較多，在此不再贅述。另外，對于厚度小于6 mm的鋼板，工程上稱之為薄板，薄板的超聲波檢驗使用板波法［3]。

2 分析比較

2.1 探頭

三個標準對探頭的頻率、尺寸和探頭類型進行了規(guī)定。

EN10160規(guī)定探頭的頻率在2～5 MHz，探頭整體尺寸在10～25 mm的范圍，探頭的型式取決于鋼板厚度，鋼板的名義厚度或任意不連續(xù)區(qū)域的深度為6 mm≤e＜60 mm時，探頭型式為雙晶探頭；60 mm≤e＜200 mm時，探頭型式為單晶或雙晶探頭。

例外情況，當滿足以下條款中的任意一條時，可以選用超出標準規(guī)定頻率、尺寸的探頭：① 當采用自動檢測或半自動檢測的方法時。② 為了滿足本標準的要求，被檢測鋼板的聲學性能衰減顯著時。

ASME規(guī)定在直射波檢驗時，推薦采用2.5 MHz的檢測頻率，探頭晶片尺寸為25或30 mm直徑或長度為25 mm的正方形探頭。推薦采用2.25 MHz的檢測頻率，當被檢鋼板厚度小于20 mm，可采用5 MHz的頻率。斜射波檢驗時，探頭的有效長度和寬度規(guī)定最小12.5 mm，最大為25 mm，探頭角度應為45°，檢驗頻率應能探測出所要校準刻槽的最高頻率，且信噪比大于3。

GB/T 2970按照待檢板材厚度，規(guī)定探頭的頻率，當板厚為6 mm≤e≤13 mm，探頭型式為雙晶探頭，頻率為5 MHz；當板厚為13 mm＜e≤60 mm，探頭型式為雙晶或單晶，頻率不小于2.0 MHz；當板厚大于60 mm，探頭型式為單晶探頭，頻率不小于2.0 MHz。

分析比較，無論采用哪種檢測標準，選用哪種探頭，其目的是保證有效檢出探測區(qū)的缺陷。三個標準均給出了探頭尺寸的限值，在滿足標準的前提下，應該選擇適宜于被檢件的探頭型式和探頭頻率。EN10160規(guī)定自動化和半自動化的檢驗可以不受標準規(guī)范限制，隨著工業(yè)化水平的提升，自動化檢測是發(fā)展趨勢，這項規(guī)定更適用于實際操作和先進技術的推廣使用。ASME的規(guī)定相對寬泛，提供給檢測者更多的選擇空間。GB/T 2970的要求相對嚴格，并且對不同厚度的鋼板規(guī)定了探頭的型式和頻率，符合國內的使用習慣。對于厚度小的薄板，選用雙晶探頭和5 MHz的頻率，減少了盲區(qū)，提高了檢測精度。

2.2 聲衰減的特殊規(guī)定

在超聲檢測中，由于被檢板材表面的耦合不良，以及板材在軋制過程中易產生分層和折疊等平面性缺陷等因素，會出現(xiàn)反射波大幅衰減的情況。各標準對衰減進行了限制規(guī)定，EN10160認為聲衰減是影響缺陷判斷的重要因素，在RCCM MC2413中補充了聲衰減的測量，見圖1。探測底波衰減大于18 dB的區(qū)域，并在報告中記錄，評定該區(qū)域內的顯示時，應考慮聲衰減的情況后進行修正。

圖1中，1為始脈沖；2為平底孔回波；3為基準靈敏度水平；4為第一次底面回波；5為第二次底面回波；6為第一次底面回波－18 dB時的波幅高度；7為第二次底面回波－18 dB時的波幅高度。

圖1 板材超聲檢測底面回波衰減示意圖

ASME在NB 2532的驗收準則中規(guī)定，對板材任一區(qū)域存在一個或幾個不連續(xù)缺陷，使在同一平面上產生連續(xù)顯示的同時，出現(xiàn)連續(xù)的底面反射波完全消失，消失區(qū)域75 mm的圓所包圍的范圍不可接受。GB/T 2970沒有對聲衰減相關的規(guī)定，但要求對于底面第一次反射波低于滿刻度的50%的信號應予以記錄。

三個標準對聲衰減的規(guī)定不同，在ASME規(guī)范中強調底波完全消失，但同時伴隨出現(xiàn)連續(xù)的顯示，這樣的描述直觀、形象。EN10160中沒有聲衰減的描述，RCCM標準中補充了相關規(guī)定，充分說明對聲衰減的重視，標準不僅規(guī)定了18dB的限值，而且詳細描述了聲衰減的測量方法。顯然，這種處理方式更具有操作性和參考使用價值。

2.3 靈敏度的調節(jié)

鋼板檢測以直射波檢測為主，有特別規(guī)定時，例如ASME規(guī)定公稱厚度不大于50 mm用于制作管件、泵和閥門的鋼板，應在鋼板的一面進行橫波斜射法超聲檢測。各標準并未明確規(guī)定壓力容器用的板材是否進行橫波斜射法檢驗，一般按照相關的設計文件和采購雙方的協(xié)議要求執(zhí)行。

直射縱波檢驗的靈敏度調節(jié)方法主要有底波法、參考反射體法。EN 10160規(guī)定采用參考反射體法，ASME根據(jù)NB 2532的檢驗準則，可以判斷為底波法，GB/T 2970采用底波法。

EN 10160根據(jù)不同的質量驗收等級選用不同的參考反射體（不同尺寸的平底孔），例如質量等級為S3和E4，選用的參考反射體為5 mm平底孔。當選用雙晶直探頭時，只允許選用5 mm的平底孔，原因是當選用8 mm或11 mm平底孔時，會導致底波的靈敏度曲線難以評定。距離波幅曲線由兩條曲線組成，一條是利用不同深度的平底孔分別做出11，8，5 mm孔徑的特征曲線；另外一條是利用階梯試塊，作出一條底波幅值變化的特征曲線。在檢驗時，根據(jù)被檢鋼板的厚度，調整無缺陷區(qū)底波的高度到底波特征曲線上，作為基準靈敏度。掃查缺陷時，缺陷回波高度利用平底孔特征曲線作為判定和驗收的參考線。

ASME規(guī)定進行一般掃查時，調節(jié)儀器使其能從鋼板無缺陷區(qū)域的底波產生相當于50%到90%滿波幅的第一次反射信號。監(jiān)督靈敏度的調整使與表面粗糙度相適應。如果在一般掃查時發(fā)現(xiàn)有不連續(xù)性缺陷，調節(jié)儀器使其能從鋼板無缺陷區(qū)域的底波產生相當于75%±5%滿幅度的第一次反射信號。在評定不連續(xù)性情況時，應保持這一儀器調整值。

GB/T 2970規(guī)定用壓電探頭時，靈敏度應計入對比試樣與被檢鋼板之間的表面耦合聲能損失。用雙晶直探頭時，在同厚度鋼板上將第一次反射波高度調整到滿刻度的50%，再提高靈敏度10 dB作為檢驗靈敏度。用單晶直探頭檢驗時，按標準規(guī)定的平底孔試塊的第一次反射波高等于滿刻度的50%來校準。

比較分析，三個標準的靈敏度調節(jié)差異較大，ASME和GB/T 2970采用底波法，但GB/T 2970選用的底波參考試塊與ASME的大平底試塊是不同的。GB/T 2970在板厚小于60 mm時，采用的雙晶直探頭檢驗對比試樣同ASME采用的底波法是一致的。但當板厚大于60 mm后，采用單晶直探頭，參考反射體為直徑5 mm的平底孔，檢驗面到平底孔的距離隨著鋼板的厚度增加，見表1。

表1 GB/T 2970單晶直探頭對比試塊 mm

ASME要求的靈敏度調節(jié)易于操作，方法簡單，用底波作為參考線評定缺陷；GB/T 2970的規(guī)定相對復雜，在缺陷測定時，同時考慮缺陷反射波和底面波；EN10160的特點是對缺陷和底波衰減分別予以評定［4]，同時利用兩條特征曲線，在給定厚度的情況下，底波構成的曲線能夠動態(tài)的監(jiān)視底波的變化情況。一般情況下，造成底波大幅下降的兩個原因，一種可能是表面耦合情況不良，另一種可能是出現(xiàn)了分層、折疊等缺陷。但無論哪種情況，這種方法都能夠保證及時發(fā)現(xiàn)底波下降的區(qū)域，及時采取補償?shù)却胧Ａ硗庖粭l由平底孔構成的曲線，作為評定和驗收，判斷缺陷是否超過限值。在實際操作中，這是一種行之有效且值得推薦的探傷方法。

2.4 板邊緣的掃查和劃分

板邊緣區(qū)是超聲檢測中重點關注的區(qū)域，三個標準對板邊緣區(qū)均有相應的規(guī)定。鋼板邊緣區(qū)的劃分直接影響到鋼板的掃查計劃和驗收準則。

EN10160規(guī)定鋼板的四個板邊緣區(qū)進行100%的掃查，板邊緣區(qū)的劃分，鋼板的厚度為6 mm≤e＜50 mm時，板邊緣寬度為50 mm；鋼板的厚度為50 mm≤e＜100 mm時，板邊緣寬度為75 mm；鋼板的厚度為100 mm≤e＜200 mm時，板邊緣寬度為100 mm。

ASME規(guī)定掃查應沿標稱中心距225 mm的正交格子線，或按制造廠的方案，沿垂直于鋼板主軸線的標稱中心距為100 mm的平行線，或是沿平行于鋼板主軸線中心距75 mm或更小的平行線掃查，掃查線應從鋼板的中心或某個頂角量起，并在掃描面上距離鋼板所有邊緣不到50 mm處補加一條掃查線。

GB/T 2970規(guī)定探頭垂直于鋼板壓延方向、間距不大于100 mm的平行線進行掃查，在鋼板周圍50 mm（板厚大于100 mm時，取板厚的一半）及坡口預訂線兩側各25 mm內沿周邊進行掃查。

EN 10160按厚度規(guī)定邊緣區(qū)，厚度越大，板邊緣區(qū)就越大；ASME簡化處理，統(tǒng)一規(guī)定50mm；GB/T 2970以100mm的鋼板厚度為界限。例如鋼板厚度80mm，根據(jù)三個標準的規(guī)定板邊緣區(qū)分別為：75，50，50mm，顯然 EN 10160的區(qū)域最大，相比其它兩個標準更為嚴格。GB/T 2970規(guī)定剖口預訂線的位置，是實際執(zhí)行中的難點，在鋼板的采購階段，設備制造單位一般很難提供坡口預訂線的詳細位置，原因可能是設備制造單位缺乏預先的工藝設計和制造經驗，其結果是造成鋼板的供貨方無法執(zhí)行此項要求。因此，鋼板采購單位應在采購板材前，預先考慮鋼板的坡口位置，向鋼板的供貨方提供準確的焊接坡口預定線，避免后續(xù)無法按照標準執(zhí)行，導致不必要的不符合項。

2.5 質量等級和驗收

EN10160對鋼板的驗收分為三個部分，板材區(qū)域、板邊緣區(qū)域和待焊接區(qū)域，在每個區(qū)域按照從低到高的原則劃分為四個質量等級。簡要摘錄見表2，3。E3等級允許的缺陷個數(shù)限定在平底孔曲線8與11mm區(qū)間的范圍。E4等級允許的缺陷個數(shù)限定在平底孔曲線5mm與8mm區(qū)間的范圍。

表2 鋼板區(qū)域雙晶直探頭質量等級和驗收

表3 邊緣區(qū)質量等級和驗收準則

ASME的驗收沒有按區(qū)域劃分，驗收要求如下：

（1）在板材的任一區(qū)域中，存在一個或幾個缺陷，使在同一平面上產生連續(xù)顯示的同時出現(xiàn)連續(xù)的底面反射波完全消失，且消失的區(qū)域不能被直徑75mm或一半板厚的圓（取大者）所包圍，則為不可接受。

（2）對于小于（1）中規(guī)定的兩個或兩個以上的缺陷。若缺陷間的最小距離小于較大缺陷的最大直徑，或者缺陷的分布面積大于（1）中所述的圓的面積，這些缺陷也為不可接受。

GB/T 2970規(guī)定板材區(qū)域按質量等級分為四級，見表4。板邊緣區(qū)（板厚大于100mm時，取板厚一半）可檢驗區(qū)域內及坡口預定線兩側各25mm內，單個缺陷的指示長度不得大于或等于50mm。

表4 GB/T 2970鋼板質量等級和驗收準則

2.6 不同區(qū)域驗收的討論

由于三個標準的檢測方法的不同，造成驗收準則差異很大。對板邊緣區(qū)的劃分，EN10160和GB/T 2970將板材劃分為三個區(qū)域（板邊緣區(qū)、非邊緣區(qū)、待焊接剖口預定線區(qū)），規(guī)定了每個區(qū)域的驗收準則，板邊緣區(qū)和坡口預定線兩側區(qū)域的驗收比板材區(qū)域嚴格。在實際工程中，采購方更愿意選用這種方式，一方面有利于采購方控制板材的質量，另一方面有利于保證后續(xù)的焊接質量。一般情況下，對于焊縫的檢驗，熱影響區(qū)按照焊縫的質量等級驗收，而焊縫的驗收準則往往高于板材。為了規(guī)避鋼板待焊接區(qū)域按照焊縫的質量等級驗收，造成該區(qū)域驗收不合格的風險，提高該區(qū)域的驗收等級是一種有效地的控制手段。在制定采購技術文件時，甚至可以規(guī)定待焊接的區(qū)域按焊縫標準驗收。但是，如果這樣規(guī)定，會帶來另外一個衍生的問題，因為焊縫的檢驗方法與板材的檢驗方法不同，焊縫的檢驗方法不僅包括縱波直射法，還包括橫波斜射法，另外，二者的檢驗靈敏度（參考反射體）也不同。因此，不能單純地提高驗收等級，而是應劃定區(qū)域的性質，再按相應的焊縫或板邊緣區(qū)的標準執(zhí)行。建議在鋼板的采購合同中補充規(guī)定，如果對整個板材執(zhí)行橫波斜射法檢驗，那么對板邊緣區(qū)可以要求橫波斜射法檢驗。如果采購時沒有要求，可免除橫波斜射法檢驗。另外值得注意的是，GB/T 2970雖然對板材的三個區(qū)域采用不同的驗收準則，但采用的驗收準則與板材區(qū)域是一致的，唯一的不同是提高了板邊緣區(qū)和焊接坡口預定線的待焊接區(qū)域的驗收等級；EN 10160對板邊緣區(qū)規(guī)定了五個等級（E0－4），不僅劃分了等級，而且對板邊緣區(qū)的缺陷重新進行了定義，不僅評定缺陷的面積，同時評定缺陷的指示長度。按照缺陷的長度確定質量等級，見表3和圖2。這種規(guī)定更為嚴格，合理。在編制采購技術要求時，為編制者提供了更大的選擇空間，大大增強了板邊緣區(qū)質量的可控性。圖2中，1為鋼板邊緣區(qū)寬度；2為掃查線；3為d≤L2，則S＝S1＋S2；4為鋼板扎制方向；5為鋼板邊緣；6為被檢測的鋼板；7為指示寬度；8為指示長度。

圖2 EN 10160鋼板缺陷示意圖

3 結語

通過以上分析比較以及工程實踐的經驗反饋，在對核級板材制定超聲波檢驗時，可以增加和考慮以下幾點：

（1）充分考慮鋼板檢測的自動化的現(xiàn)狀，當采用自動檢測或半自動檢測的方法時，在保證檢驗靈敏度的前提下，可以選用超出標準規(guī)定頻率和尺寸的探頭。

（2）重視在鋼板檢測中的聲衰減，可以借鑒RCCM MC2413對衰減的測量規(guī)定，探測底波衰減大于18 dB的區(qū)域，避免上述區(qū)域影響缺陷的檢測和評定。在評定該區(qū)域內的顯示時，應考慮聲衰減后修正。

（3）靈敏度的調節(jié)，建議采用兩條特征曲線，一條參考反射體的特征曲線，一條底波幅值變化曲線。對發(fā)現(xiàn)底波下降的區(qū)域，及時采取補償?shù)却胧?/p>

（4）板邊緣區(qū)的劃分，預先劃分板材區(qū)域，對非邊緣區(qū)、邊緣區(qū)制定不同的質量等級和驗收標準。

（5）對于坡口預定線的待焊區(qū)域，確定該區(qū)域的范圍，驗收標準可按照焊縫的質量等級評定。

［1]RCC－M（2000＋2002addendum） Design and construction rules for mechanical components of PWR nuclear islands［S].

［2]ASME 2004 Boiler ＆pressure vessel code［S].

［3]鄭暉，林樹青.全國特種設備無損檢測人員資格考核統(tǒng)編教材超聲檢測［M].北京：中國勞動社會保障出版社，2008：216.

［4]許青陽.EN10160標準在鋼板超聲波檢測中的應用［J].無損檢測，2010，32（10）：799－806.