趙仁順
(天津鋼管集團(tuán)股份有限公司,天津 300301)
API Spec 5CT《油套管規(guī)范》(第 9 版)[1]已于2012年1月1日起生效,API Spec 5L《管線鋼管規(guī)范》第45版[2]于2013年7月1日起生效,新版產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中引用的探傷方法標(biāo)準(zhǔn)為ISO 10893標(biāo)準(zhǔn)2011 版[3-8]和 ASTM 系列標(biāo)準(zhǔn)[9-12],涉及超聲波、漏磁、磁粉、渦流4種探傷方法。具體涉及的無縫鋼管探傷方法標(biāo)準(zhǔn)如下。
(1)ISO 10893標(biāo)準(zhǔn)2011版。該版標(biāo)準(zhǔn)共12部分,刪除并替代了前一版ISO相應(yīng)探傷方法標(biāo)準(zhǔn),并作了技術(shù)上的修訂,形成了系列化。其中,涉及無縫鋼管探傷方法的6部分是:①第2部分,無縫和焊接(埋弧焊除外)鋼管缺欠的自動渦流檢測,替代了ISO 9304∶1989《承壓用無縫和焊接(埋弧焊除外)鋼管缺欠的渦流檢測》;②第3部分,無縫和焊接(埋弧焊除外)鐵磁性鋼管縱向和/或橫向缺欠的全圓周自動漏磁檢測,替代了ISO 9402∶1989《承壓用無縫和焊接(埋弧焊除外)鐵磁性鋼管縱向缺欠的全圓周漏磁檢測》(縱向)和ISO 9598∶1989《承壓用無縫鐵磁性鋼管橫向缺欠的全圓周漏磁檢測》(橫向);③第5部分,無縫和焊接鐵磁性鋼管表面缺欠的磁粉檢測,替代了ISO 13664∶1997《承壓用無縫和焊接鋼管管端分層缺欠的磁粉檢測》(坡口磁粉)和ISO 13665∶1997《承壓用無縫和焊接鋼管管體表面缺欠的磁粉檢測》(管體磁粉);④第8部分,無縫和焊接鋼管分層缺欠的自動超聲波檢測,替代了ISO 10124∶1994《承壓用無縫和焊接(埋弧焊除外)鋼管分層缺欠的超聲波檢測》(管體分層)、ISO 11496∶1993《承壓用無縫和焊接鋼管管端分層缺欠的超聲波檢測》(管端分層)和ISO 13663∶1995《承壓用焊接鋼管焊縫周圍分層缺欠的超聲波檢測》(焊管分層);⑤第10部分,無縫和焊接(埋弧焊除外)鋼管縱向和/或橫向缺欠的全圓周自動超聲波檢測,替代了ISO 9303∶1989《承壓用無縫和焊接(埋弧焊除外)鋼管縱向缺欠的全圓周超聲波檢測》(縱向)和ISO 9305∶1989《承壓用無縫鋼管橫向缺欠的全圓周超聲波檢測》(橫向);⑥第12部分,無縫和焊接(埋弧焊除外)鋼管全圓周自動超聲波測厚,替代了ISO 10543∶1993《承壓用無縫和熱拉伸焊接鋼管全圓周超聲波壁厚檢測》。
(2)ASTM系列標(biāo)準(zhǔn)。主要包括ASTM E 213—2009《金屬管超聲波檢驗(yàn)操作方法》、ASTM E 309—2011《用磁飽和法進(jìn)行鋼管制品渦流試驗(yàn)操作方法》、ASTM E 570—2009《鐵磁性鋼管制品漏磁檢驗(yàn)操作方法》和ASTM E 709—2008《磁粉檢驗(yàn)操作方法》標(biāo)準(zhǔn)[9-12]。
本文對ISO 10893標(biāo)準(zhǔn)2011版和ASTM系列探傷方法標(biāo)準(zhǔn)的異同點(diǎn)進(jìn)行比較分析,以便為檢測人員更加深入地理解和使用標(biāo)準(zhǔn)、正確執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)提供參考。
與前一版ISO標(biāo)準(zhǔn)相比,ISO 10893標(biāo)準(zhǔn)2011版主要有以下變化。
(1)修改了適用范圍,對被檢測鋼管外徑及適用的檢測技術(shù)進(jìn)行了修訂,如ISO 10893-10∶2011《鋼管的無損檢測第10部分:無縫和焊接(埋弧焊除外)鋼管縱向和/或橫向缺欠的全圓周自動超聲波檢測》標(biāo)準(zhǔn),在“范圍”這一章節(jié)中了增加相控陣超聲方法。
(2)增加了術(shù)語及其定義,如對比標(biāo)樣(reference standard)、對比樣管(reference tube)、對比試樣(reference sample)、鋼管(tube)、無縫鋼管(seamless tube)、焊接鋼管(welded tube)、制造商(manufacturer)、協(xié)議(agreement)等。
(3)增加了對無損檢測人員資質(zhì)的要求,檢測應(yīng)由按ISO 9712《無損檢測——人員資格鑒定與認(rèn)證》、ISO 11484《鋼產(chǎn)品——雇主的無損檢測人員資格制度》或等效標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)培訓(xùn)合格的操作人員,在由制造商任命有資格的人員的監(jiān)督下進(jìn)行。
(4)修改了驗(yàn)收等級標(biāo)志,將原來統(tǒng)一的“L”標(biāo)志修改成超聲波標(biāo)志為“U”、漏磁標(biāo)志為“F”、渦流標(biāo)志為“E”、磁粉標(biāo)志為“M”。驗(yàn)收等級名稱的前綴全部為相應(yīng)探傷方法英文名稱的第一個字母,以示與其他方法的區(qū)別。
(5)修改了驗(yàn)收方法,規(guī)定了對報警鋼管的復(fù)探次數(shù)為連續(xù)兩次。如果在連續(xù)兩次的重新檢測后,所有的信號均低于觸發(fā)/報警電平,鋼管應(yīng)被視為通過了此次檢測,否則被視為可疑品。前一版標(biāo)準(zhǔn)中對復(fù)探次數(shù)沒有規(guī)定。
(6)修改了檢測報告的內(nèi)容。修改參考標(biāo)準(zhǔn),由前一版的ISO標(biāo)準(zhǔn)修改為ISO 10893標(biāo)準(zhǔn)2011版相應(yīng)部分,增加了“應(yīng)用的設(shè)備校準(zhǔn)方法”要求。
1.2.1 ASTM E 213—2009標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E 213—2009標(biāo)準(zhǔn)的前一版本是2004版。與2004版相比,2009版沒有技術(shù)性變化,只是標(biāo)準(zhǔn)的英文名稱由2004版的“Ultrasonic Examination”修改為“Ultrasonic Testing”。
1.2.2 ASTM E 309—2011標(biāo)準(zhǔn)
與前一版本(ASTM E 309—2006)相比,ASTM E 309—2011標(biāo)準(zhǔn)主要有如下變化。
(1)修改了第1章“范圍”。增加了1.4節(jié),澄清ASTM E 309—2011標(biāo)準(zhǔn)沒有建立驗(yàn)收準(zhǔn)則;增加1.5節(jié)“本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計量單位為英制——磅”的聲明。
(2)修改了第5章“意義和用途”。增加了5.4~5.8節(jié),即缺陷取向的影響、焊接鋼管制備對比樣管的要求、檢測速度的要求,以及“鋼管全長上連續(xù)均勻的劃傷可能常常不能被差動環(huán)繞線圈檢測到”的說明;澄清此方法檢測的一些局限性,并區(qū)分取向效應(yīng)與深度效應(yīng)。
(3)刪除了前一版標(biāo)準(zhǔn)中的第11章“預(yù)警信息”。
(4)修改注釋和全部章節(jié)號以與修訂版一致。
1.2.3 ASTM E 570—2009標(biāo)準(zhǔn)
與前一版本(ASTM E 570—1997)相比,ASTM E 570—2009標(biāo)準(zhǔn)沒有技術(shù)上的變化,但修改了第1章“范圍”,增加了“本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計量單位為英制——磅”的聲明。
1.2.4 ASTM E 709—2008標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E 709—2008標(biāo)準(zhǔn)的前一版本是2001版。與2001版相比,2008版變化較大,主要有:
(1)刪除了1.7條款目錄表。
(2)增加了6.5.2條款工作臺裝置。
(3)刪除了10.1.3.2條款電流快速斷電。
(4)增加了11.1.5條款電容放電(CD)電流。(5)增加了13.3條款橫向磁化。
(6)刪除了前一版標(biāo)準(zhǔn)中13.5.2條款當(dāng)實(shí)施多向磁化時,必須使用濕法連續(xù)法。
(7)增加了13.7條款柔韌的薄鋼帶的磁粉檢測。
(8)增加了14.2.3.1條款周向磁化霍爾效應(yīng)儀器測量和14.2.3.2條款霍爾效應(yīng)儀器測量縱向磁場。
(9)刪除了14.3條款,增加了附錄(非強(qiáng)制性)X3經(jīng)驗(yàn)公式。
(10)增加了15.5條款白背景及黑色氧化物。
(11)增加了17.1.5.1~17.1.5.3條款,詳細(xì)說明了書面記錄磁痕的要求。
(12)刪除了18.3.1條款中“退磁后剩磁應(yīng)不超過3 Gs”的規(guī)定。
(13)增加了20.2.1~20.2.4條款設(shè)備校準(zhǔn)并對測量設(shè)備精度進(jìn)行了說明。
(14)增加了20.3.6條款霍爾效應(yīng)儀,規(guī)定了霍爾效應(yīng)儀校驗(yàn)周期為每6個月一次。
(15)刪除了20.8.6條款不完全效應(yīng)探頭。
(16)增加了附錄(非強(qiáng)制性)X1油田用管的磁化、X4磁粉檢測材料的評價設(shè)備、X5離心試管。
ASTM E 709—2008標(biāo)準(zhǔn)中包含的典型缺陷的照片和不同檢測方法的設(shè)備圖片也更換了很多。在此不一一贅述。
不同標(biāo)準(zhǔn)系列適用的檢測管徑范圍見表1。
不同標(biāo)準(zhǔn)系列對對比樣管的要求見表2。
不同標(biāo)準(zhǔn)系列對對比樣管人工缺陷形狀及尺寸的要求見表3。
表1 不同標(biāo)準(zhǔn)系列適用的檢測管徑范圍
表2 不同標(biāo)準(zhǔn)系列對對比樣管的要求
表3 不同標(biāo)準(zhǔn)系列對對比樣管人工缺陷形狀及尺寸的要求
2.4.1 ISO 10893-2∶2011標(biāo)準(zhǔn)
ISO 10893-2∶2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,當(dāng)采用通孔作為人工缺陷時,驗(yàn)收等級分為E1H~E4H,不同的鋼管公稱外徑對應(yīng)的不同驗(yàn)收等級的標(biāo)準(zhǔn)孔外徑不同,見表4。
表4 不同驗(yàn)收等級對應(yīng)鋼管公稱外徑和標(biāo)準(zhǔn)孔的關(guān)系
2.4.2 ISO 10893-3∶2011標(biāo)準(zhǔn)
ISO 10893-3∶2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的驗(yàn)收等級和相應(yīng)的外表面槽深見表5,相對于鋼管壁厚的內(nèi)表面槽深與外表面槽深的最大比值見表6。
2.4.3 ISO 10893-5∶2011標(biāo)準(zhǔn)
依據(jù)所規(guī)定的驗(yàn)收等級,評價時所要考慮的缺陷最小顯示尺寸見表7。對于鋼管表面的一般檢測,無論是整個表面還是局部區(qū)域,在相關(guān)顯示出現(xiàn)幾率最高的區(qū)域,假想一個100 mm×150 mm的面積。按表8中適當(dāng)?shù)尿?yàn)收等級,根據(jù)區(qū)域內(nèi)顯示缺陷的類型、數(shù)量和尺寸對顯示(缺陷)進(jìn)行分級。
表5 驗(yàn)收等級和相應(yīng)的外表面槽深
2.4.4 ISO 10893-8∶2011標(biāo)準(zhǔn)
ISO 10893-8∶2011標(biāo)準(zhǔn)對分層缺欠的驗(yàn)收主要考慮分層的面積(表9);分層缺欠的面積(范圍)按照ISO 10893-8∶2011標(biāo)準(zhǔn)附錄A給出的方法,采用手動超聲波縱波技術(shù),通過適合的自動或半自動系統(tǒng)進(jìn)行確定。
表6 內(nèi)表面槽深與外表面槽深的最大比值
表7 評價時所要考慮的缺陷最小顯示尺寸
表8 在鋼管表面(100 mm×150 mm區(qū)域內(nèi))所允許顯示的缺陷最大尺寸(長度或直徑)和數(shù)量
表9 全周向分層缺欠檢測的驗(yàn)收等級以及應(yīng)檢測的最小、最大驗(yàn)收尺寸①
2.4.5 ISO 10893-10∶2011標(biāo)準(zhǔn)
ISO 10893-10∶2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了4個驗(yàn)收等級,槽深是鋼管公稱壁厚的百分比,見表10。不同驗(yàn)收等級的最小槽深與鋼管的使用類型和由表11給出的子類別有關(guān)。
表10 驗(yàn)收等級與相應(yīng)的槽深
表11 子類別和最小槽深
2.4.6 ASTM系列標(biāo)準(zhǔn)
ASTM系列標(biāo)準(zhǔn)(ASTM E 213—2009、ASTM E 309—2011、ASTM E 570—2009和ASTM E 709—2008)沒有規(guī)定驗(yàn)收等級,只推薦了相應(yīng)探傷方法的操作方法。原文翻譯為“本方法沒有建立驗(yàn)收準(zhǔn)則,這須由使用方或相關(guān)方規(guī)定”。
2.5.1 ISO 10893標(biāo)準(zhǔn)2011版第2、3、10部分
ISO 10893標(biāo)準(zhǔn)第2、3、10部分規(guī)定探傷報告至少包括以下信息:①參考標(biāo)準(zhǔn),即ISO 10893標(biāo)準(zhǔn)2011版的相應(yīng)部分;②一致性說明;③程序文件規(guī)定的任何偏差、協(xié)議或其他;④產(chǎn)品鋼級和規(guī)格;⑤檢測技術(shù)(方法)的類型和詳細(xì)信息;⑥應(yīng)用的設(shè)備校驗(yàn)方法;⑦對比樣管驗(yàn)收等級的描述;⑧檢測日期;⑨操作者資質(zhì)。
2.5.2 ASTM E 213—2009標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E 213—2009標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定探傷報告至少應(yīng)包括以下信息:①材料種類、規(guī)格、批號、熱處理以及其他有關(guān)信息的標(biāo)志;②檢測設(shè)備與輔助設(shè)備的標(biāo)志;③檢測技術(shù)的細(xì)節(jié),包括檢測速度、檢測頻率以及鋼管端部不能檢查的范圍(如果有此情況);④對比樣管的說明,包括實(shí)際(測量的)人工參考反射體的尺寸;⑤如果使用距離-幅度補(bǔ)償時,還應(yīng)對程序加以說明;⑥檢測結(jié)果。
2.5.3 ASTM E 309—2011、E 570—2009標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E 309—2011與 ASTM E 570—2009標(biāo)準(zhǔn)未對探傷報告的要求進(jìn)行規(guī)定。
2.6.1 ISO 10893-2∶2011標(biāo)準(zhǔn)
ISO 10893-2∶2011標(biāo)準(zhǔn)附錄 A(資料性)關(guān)于渦流檢測方法局限性的指導(dǎo)性說明中有以下條款。
(1)渦流滲透深度。
管材渦流檢測時,靠近線圈表面的部分靈敏度最高,隨著與檢測線圈距離的增加靈敏度降低,因此鋼管表面下或內(nèi)表面缺欠的信號反映低于相同尺寸的外表面缺欠。檢測設(shè)備檢測表面下或內(nèi)表面的能力由不同參數(shù)決定,但主要是由被檢鋼管的公稱壁厚和渦流激勵頻率決定。
施加到檢測線圈的激勵頻率決定了感應(yīng)電流強(qiáng)度滲透進(jìn)鋼管壁厚的深度。激勵頻率越高,滲透深度越??;激勵頻率越低,滲透深度越大。需要特別指出的是,還需要考慮鋼管本身的物理特性(電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等)。
(2)穿過式/扇形線圈技術(shù)。
使用穿過式/扇形線圈的原因是其能夠檢測縱向短缺欠和橫向缺欠,兩種缺欠均破壞了檢測線圈附近的材料表面或者材料表面以下的連續(xù)性??蓹z測的最小縱向缺欠長度主要由掃查線圈的排布和沿缺欠長度方向上截面的變化率決定。
(3)固定或旋轉(zhuǎn)探頭/平面線圈技術(shù)。
這種檢測技術(shù)使用一個或多個探頭/平面線圈在鋼管表面形成螺旋形掃查路徑,因此能夠檢測縱向缺欠的最小長度取決于線圈的寬度和檢測螺距??梢哉J(rèn)識到,正常情況下橫向缺欠檢測不到。
由于這種檢測技術(shù)的激勵頻率遠(yuǎn)高于穿過式/扇形線圈技術(shù),因此只有靠近檢測線圈的鋼管表面部分的不連續(xù)性缺欠能夠被檢測到。
2.6.2 ASTM E 309—2011標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E 309—2011標(biāo)準(zhǔn)沒有關(guān)于局限性的附錄,但在第5章“意義和用途”中有如下條款:
(1)由于隨著從外部表面距離的增加渦流密度幾乎成指數(shù)衰減,深部的缺陷響應(yīng)減小,所以一些深部的缺陷可能不能被檢測到。
(2)鋼管全長上連續(xù)均勻的劃傷或焊接處等缺陷可能常常不能被沿著鋼管長度掃查的差動環(huán)繞線圈或探頭檢測到。
2.6.3 ISO 10893-3∶2011標(biāo)準(zhǔn)
ISO 10893-3∶2011標(biāo)準(zhǔn)附錄 A(規(guī)范性)漏磁檢測方法的局限性中規(guī)定:當(dāng)超過某一壁厚時,經(jīng)供需雙方協(xié)商同意,內(nèi)表面槽深有必要超過規(guī)定的外表面槽深,這取決于所使用的設(shè)備和被檢鋼管的表面狀態(tài)等因素。因此,表6普遍適用。
2.6.4 ASTM E 570—2009標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E 570—2009標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定不同鋼管壁厚內(nèi)表面槽深與外表面槽深的比值,但在第1章“范圍”中規(guī)定適用于檢測壁厚至12.7 mm的鋼管。2.6.5 ISO 10893-10∶2011標(biāo)準(zhǔn)
ISO 10893-10∶2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定適用檢測徑壁比(D/T)≥5的鋼管。對于D/T ∧5的鋼管,其縱向缺陷的檢測,在附錄A(規(guī)范性)中有如下規(guī)定:
(1)當(dāng)D/T ∧5時,經(jīng)供需雙方協(xié)商同意應(yīng)采用(2)或(3)任意一種方法。
(2)當(dāng)4≤D/T ∧5時,縱向內(nèi)槽的深度應(yīng)在外槽深度的基礎(chǔ)上增加,見表12。
表12 不同徑壁比時內(nèi)、外參考槽深的比值
(3)當(dāng)3≤D/T ∧5時,入射角應(yīng)減??;此時,不用直接轉(zhuǎn)換的橫波,應(yīng)采用折射縱波產(chǎn)生的橫波。在這種情況下,內(nèi)、外槽深之比應(yīng)由供需雙方協(xié)商決定,但決不能小于1.0或大于表12給出的相關(guān)比值。
2.6.6 ASTM E 213—2009標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E 213—2009標(biāo)準(zhǔn)沒有具體規(guī)定被檢鋼管的徑壁比,但在附錄A1(強(qiáng)制性)應(yīng)用于特殊和安全的管材檢測的A.1.1.1條款中規(guī)定:“這里描述的方法適用于各種徑壁比的鋼管,前提是應(yīng)用適當(dāng)?shù)某绦?,例如以下闡述的內(nèi)容?!边@些檢測程序的目的是實(shí)現(xiàn)合適的折射角和波形來確保鋼管全體積上的覆蓋,也適于徑壁比較小的鋼管,防止在探傷小直徑薄壁管時產(chǎn)生假信號。
ASTM系列探傷方法標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)的ISO探傷方法標(biāo)準(zhǔn)比較,探傷技術(shù)方法沒有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別,但對對比樣管選材、人工缺陷形狀和尺寸、驗(yàn)收等級以及對探傷報告的要求等是不同的,所以在執(zhí)行的過程中應(yīng)引起注意,應(yīng)視采用探傷方法標(biāo)準(zhǔn)分別對待執(zhí)行。
ASTM系列探傷方法標(biāo)準(zhǔn)是對相應(yīng)探傷方法的一種推薦操作法,沒有規(guī)定驗(yàn)收等級,所以執(zhí)行此類標(biāo)準(zhǔn)時檢測報告中的驗(yàn)收等級不能明確標(biāo)志,容易引起相關(guān)方的誤解和分歧。因此,當(dāng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可采用ISO或ASTM標(biāo)準(zhǔn)時,建議優(yōu)先采用ISO探傷方法標(biāo)準(zhǔn)。
[1] American Petroleum Institute.API Spec 5CT Specification for casing and tubing[S].Washington D.C.:2011.
[2] American Petroleum Institute.API Spec 5L Specification for line pipe[S].Washington D.C.:2012.
[3] Technical Committee ISO/TC 17,Steel,Subcommittee SC 19.ISO 10893-2∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 2:Automated eddy current testing of seamless and welded(except submerged arc-welded)steel tubes for the detection of imperfections[S].Switzerland:2011.
[4] Technical Committee ISO/TC 17,Steel,Subcommittee SC 19.ISO 10893-3∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 3:Automated full peripheral flux leakage testing of seamless and welded(except submerged arcwelded)ferromagnetic steel tubes for the detection of longitudinal and/or transverse imperfections[S].Switzerland:2011.
[5] Technical Committee ISO/TC 17,Steel,Subcommittee SC 19.ISO 10893-5∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 5: Magnetic particle inspection of seamless and welded ferromagnetic steel tubes for the detection of surface imperfections[S].Switzerland:2011.
[6] Technical Committee ISO/TC 17,Steel,Subcommittee SC 19.ISO 10893-8∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 8: Automated ultrasonic testing of seamless and welded steel tubes for the detection of laminar imperfections[S].Switzerland:2011.
[7] Technical Committee ISO/TC 17,Steel,Subcommittee SC 19.ISO 10893-10∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 10:Automated full peripheral ultrasonic testing of seamless and welded(except submerged arcwelded)steel tubes for the detection of longitudinal and/or transverse imperfections[S].Switzerland:2011.
[8] Technical Committee ISO/TC 17,Steel,Subcommittee SC 19.ISO 10893-12∶2011 Non-destructive testing of steel tubes—Part 12: Automated full peripheral ultrasonic thickness testing of seamless and welded(except submerged arc-welded)steel tubes[S].Switzerland:2011.
[9] ASTM Committee E07 on Nondestructive Testing.ASTM E213 Standard practice for ultrasonic testing of metal pipe and tubing[S].2009.
[10] ASTM Committee E07 on Nondestructive Testing.ASTM E309 Standard practice for eddy-current examination of steel tubular products using magnetic saturation[S].2011.
[11] ASTM Committee E07 on Nondestructive Testing.ASTM E570 Standard practice for flux leakage examination of ferromagnetic steel tubular products[S].2009.
[12] ASTM Committee E07 on Nondestructive Testing.ASTM E709 Standard guide for magnetic particle testing[S].2008.