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1、 ICS 19.100 CCS J 04 团 体 标 准 T/CSTM 00697-2023 无损检测 超声检测 井口和采 油树产品 堆焊层超 声波检测 方法 Non-destructive testing Ultrasonic testing Ultrasonic testing method for weld overlay of wellhead and tree products 2023-06-12 发布 2023-09-12 实施 中关村材料试验技术联盟 发布T/CSTM 006972023 I 目 录 1 范围.1 2 规范 性引 用文 件.1 3 术语 和定 义.1 4 检测
2、人员.2 5 检测 方法.2 6 检测 设备 和器 材.2 7 校准 试块.3 8 灵敏 度设 置与 复核.4 9 扫查 方法.5 10 验收.5 11 检 测报 告.6 附录 A(规 范性)液浸 式超 声波检 测方 法.7 附录 B(规 范性)纵波 斜探 头和纵 波双 晶斜 探头 分辨 率校验.8 附录 C(规 范性)堆焊 层校 准试块.9 附录 D(资 料性)起草 单位 和起草 人.10 T/CSTM 006972023 前 言 本 文 件 参 照 GB/T 1.1 2020 标 准 化 工 作 导 则 第 1 部 分：标 准 化 文 件 的 结 构 和 起 草 规 则，GB/T 2000
3、1.4 标准 编写 规则 第 4 部分：试 验方 法 标准 的规 定起 草。请注意 本文 件的 某些 内容 有可能 涉及 专利。本 文件 的发布 机构 不承 担识 别这 些专利 的责 任。本文件由中国材料与试验 标准 化委员会无损检测技 术及设备标准化 领域委员 会（CSTM/FC94）提出。本文件由中国材料与试验 标准 化 委员会无损检测技 术及设备标准化 领域委员 会（CSTM/FC94）归口 T/CSTM 006972023 1 无 损检测 超声检 测 井 口和采 油树产品 堆焊层 超声波检 测方法 1 范围 本 文 件 规定 了 油气 井口 设备 中 管 形部 件 和阀 体 部件（以
4、下 统称 部 件）内 孔 表面 或 外 表面 奥 氏体 不锈钢或 镍基 合金 等 堆 焊层 超声检 测的 要求。本文件适用 于 油气 井口 设 备在生产、制造、安装和 修复 中的部 件内孔 直径大于 50 mm，堆焊层厚度 为 3 mm 25 mm 的堆焊 熔敷层、熔接层和热影响区的手 动 或自动检测。其他设备部件 堆焊层的检测可参 照本 文件 执行。2 规范 性引 用文 件 下 列 文 件对 于 本文 件 的应用 是 必 不可 少 的。凡 是注日 期 的 引用 文 件，仅 注日期 的 版 本适 用 于本 文件。凡 是不 注日 期的 引用 文件，其最 新版 本（包括 所有的 修改 单）适用 于
5、本 文件。GB/T 9445 无损检 测人 员资 格鉴 定与 认证 GB/T 11259 超声检 测用 钢参 考试 块的 制作和 控制 方法 GB/T 12604.1 无损检 测术 语超 声检 测 JB/T 10061 A 型 脉冲 反射 式超 声探 伤 仪通用 技术 条件 JB/T 10062 超声探 伤用 探头 性能 测试 方法 JJG 746 超声探 伤仪 检定 规程 ISO 9712 无 损 检 测 人 员 资 格 鉴 定 与 认 证（Non-destructive testing-Qualification and certification of NDT personnel）SNT
6、-TC-1A 无损检 测 人 员资 格鉴 定与 认证（personnel qualification and certification in nondestructive testing）3 术语 和定 义 GB/T 12604.1 界定 的 以 及 下列 术 语和 定义 适用 于本 文件。3.1 堆焊层 weld overlayer 用 焊 接 方法 在 油气 井口 设备 中 部 件 的 内 孔表 面 或外表 面 堆 敷具 有 耐蚀 和 一定性 能 的 金属 包 层。堆焊层超 声检 测的 对象 包括 熔敷层、熔 接层 和热 影响 区。3.2 熔敷层 deposited layer 堆焊中
7、在部 件基 材之 上熔 化的焊 条或 焊丝 部分 3.3 熔接层 bond line 熔敷层 与部 件基 材的 过度 部分，也称 溶接 线。3.4 热影响 区 heat affected zone 熔接层 下 约 4mm 范围内基 材性能 受堆 焊影 响 且 易产 生缺陷 的区 域。3.5 密封区 seal area 油气井口 设备中 的 部件 内孔 附 近 端部（因与 相 邻 孔型 部 件 密封 衔 接，故 堆焊层 质 量 有要求）的 外表面区 域。T/CSTM 006972023 2 3.6 可记录 指示 recordable Indications 可记录 指示 为指 示超 过参 考反射
8、 体水 平 的 50%。3.7 可拒收 指示 rejectable Indications 可拒收 指示 为指 示超 过参 考水平。3.8 单个指 示 single indications 在任意 方向 间隔 超 过 13mm 的达到参 考反 射体 回波 幅度的 指示。3.9 多个指 示 multiple indications 在任意 方向 彼此 相 隔 13 mm 以内的两 个或 多个 达到 参考反 射体 回波 幅度 的指 示。4 检测 人员 4.1 检测 应由 按照 GB/T 9445 或 ISO 9712 或 SNT-TC-1A 供需 双方 协商 认可 的等 效标准 取得 资格 证书
9、并经过堆 焊超 声检 测专 业培 训的操 作人 员进 行。4.2 检 测应 由供 方任 命的 级及以 上人 员进 行监 督。4.3 检 测报 告应 由 级及 以 上人员 签发。5 检测 方法 5.1 当 部 件 的 内 径 足 够 大 以 及 其 他 条 件 许 可 时，易 使 用 双 晶 直 探 头 在 堆 焊 层 侧 进 行 检 测；如 果 订 货 要求，也 可使 用纵 波双 晶斜 探头或 附 录 A 的 规定。5.2 当 部件 的内 径较 小或 其 他条件 不允 许时，易 使用 单晶直 探头 在基 材侧 进行 检测；如果 订货 要求，也可使用 纵波 单晶 斜探 头。当基材 侧检 测不 允
10、许 时，应使用 附 录 A 的 规定 在内 孔进行 操作。5.3 熔接 层 检 测应 在堆 焊层 侧进行。5.4 堆焊 层侧 检测 时，使用 双晶直 探头 和纵 波双 晶斜 探头进 行。5.5 基材 侧检 测时，使 用单 晶直探 头和 纵波 斜探 头进 行。6 检测 设备 和器 材 6.1 超 声仪 器 6.1.1 应使 用脉 冲反 射式 超 声探伤 仪 或 相控 阵 探 伤仪，仪器 增益 的最 小调 节步 长宜 为 0.5dB 或 更小。6.1.2 用于 自动 检测 的超 声 探伤仪 应 具 有：a）足 够高 的重 复频 率，以 满足扫 查速 度的 要求；b）闸 门的 界面 波跟 踪功 能；
11、注：水浸法需要的功能 c）声 光警 报和 记录 功能，且报警 阈值 连续 可调。6.1.3 超声 探 伤仪 的垂 直线 性 误差、水 平线 性误差 和 动态范 围等 应按照 JJG 746 的要 求 进行 校准，校 准间隔不 应超 过一 年。6.1.4 在 超声 探伤 仪的 校准 周期内，应 按 照 JB/T 10061 规 定的 方法 对仪 器进 行 核查，核查 间隔 一般 不应超过三 个月。6.2 超 声探 头 6.2.1 超 声探 头的 标称 频率 为 2 MHz 5 MHz，误差 不宜超 过 10%，应按 照 JB/T 10062 规定 的方 法 对其 进行 核查。探 测面 与探 头靴
12、底 面之 间的 间 隙 g，不应大 于 0.5 mm。对于圆 柱面或 球面，上 述要 求可由 公式（）检 查:g=a2/D.(1)T/CSTM 006972023 3 式中：探头接触面宽度，单位为毫米(mm)。纵向移动检测 时为探头宽度、周向移动检侧时为探头长度；D 工件直径，单位为毫米(mm)。6.2.2 如果 间 隙 g 值大 于 0.5 mm，则探头靴 底面 应修 磨至与 曲面 吻合，灵 敏度 和时基 范围 也应 作相 应 调整。6.2.3 单晶 探头 应符 合下 列 要求：a）单 晶直 探头 的直 径一 般 不应超 过 30 mm；b）纵波 单 晶斜 探头 的折 射 角宜 为 45。6
13、.2.4 双晶 探头 应 符 合下 列 要求：a）双晶探头两晶片间的夹角应能使有效声场覆盖全部检测区域，但总的声场覆盖范围不宜超过156 mm2(0.5 平方 英寸)；b）双 晶探 头 灵 敏度 最高 的 声束汇 聚区 应位 于堆 焊的 熔接层；c）双 晶斜 探头 的折 射角 宜 为 70 左右，但 不应 小于 60。6.2.5 纵波 斜探 头和 纵波 双 晶斜探 头分 辨率 校验 方法 见附录 所 示。6.3 耦 合剂 6.3.1 耦合 剂应 具有 良好 湿 润性能，可 以 是 20#或 30#机油、甘油、化 学纤 维素、油脂、松 油或 水。6.3.2 对于 镍基 合金 材料，耦合剂 中的
14、硫含 量不 应超 过 250 ppm。6.3.3 对于 奥氏 体不 锈钢，耦合剂 中的 卤化 物（氯化 物加氟 化物）含 量不 应超 过 250 ppm。7 校准 试块 7.1 一 般要 求 7.1.1 校准试块 的堆焊层和 基材 应与被检部件 具有相 同的材质，相同 或相似的 制造和 堆焊 工艺，以及相似的热 处理 工艺，其 制作 要求应 满 足 GB/T 11259 要求。7.1.2 当试块的 热处理 工艺 与被检 部件 差异 较大时，可 通过两者对相 同 参考反 射体 的灵敏度比 较实验进行修正。堆 焊层 校准 试块 见附 录 C 所 示。7.1.3 试块 堆焊 层的 厚度 和 表面状
15、态应 与被 检堆 焊层 相同。7.1.4 当 被检 部件 的内 孔直 径大于 500 mm 时，可以 使用平 面试 块；当内 孔直 径小于 等于 500 mm 时，必须使 用曲 面试 块，且试块 检测 面 的 直径 不应 超过 部件的（0.91.5）倍。7.2 A 型校 准试块 7.2.1 当使 用 双 晶直 探头 从 部件内 孔的 堆焊 层侧 检测 时，应 使用 图 1 所 示的 A 型校准 试块。7.2.2 A 型校准 试 块的 基材 厚度 T 至 少为 堆焊 层厚 度 t 的两 倍。图 1 A 型校准 试块 7.3 B 型校 准试块 7.3.1 当使用纵波 双晶斜探头 从部件内孔的 堆焊
16、层侧 检测（或使用 纵 波单晶斜 探头从 基材侧检 测）时，T/CSTM 006972023 4 应采用 图 2 所 示的 B 型校 准试块。7.3.2 B 型校准 试 块的 基材 厚度 T 至 少为 堆焊 层厚 度 t 的两 倍。图 2 B 型校准 试块 7.4 C 型校 准试块 7.4.1 当使用 单晶直 探头 或 纵波 单 晶斜探头 从 部件的 基材 侧 检测（或使 用 纵波 双晶斜 探头从 堆焊 层侧检测）时，应 使用 图 3 所示的 C 型 校准 试块。7.4.2 C 型校准 试块 基材 厚度 T 与被 检 部 件基 材 厚 度 的偏差 不应 大于 10%。注：在 A、B、C 型试块
17、中，所 有 平底孔（FBH）和横孔（SDH）直径的加工允差均为 0.1 mm。图 3 C 型校 准试块 8 灵敏 度设 置与 复核 8.1 灵 敏度 设置 8.1.1 双晶 直探 头 灵 敏度 设置 如下：a）当 检测 熔敷 层时，堆 焊 层 侧检 测用 A 型试 块中 的 平底孔 W、X、Y、Z 绘 制 距离-波幅曲 线，并以此作 为基准 灵 敏度；b）当 检测 熔接层 时，堆 焊 层 侧检 测 用 A 型 试块 中的 平底 孔 W 获得 最大 波幅，再调节 仪器 增益 使回波幅 度为 满刻 度 的 80%，并 以 此作 为基准 灵 敏度。8.1.2 纵波 双晶 斜探 头 灵 敏度 设置 如
18、下：a）当 检测 堆焊 层时，堆 焊 层 侧检 测用 B 型 试块 中的 横孔 Z、Y、X、W 绘制 距离-波幅曲 线，并以此作 为基准 灵 敏度；b）当 检测 热影 响区 时，堆 焊层侧 检测 用 C 型试 块中 横孔 U 获得 最大 波幅，再 调节仪 器增 益使 回波幅度 为满 刻度 的 80%，并 以此 作为 基准 灵敏 度。T/CSTM 006972023 5 8.1.3 单晶 直探 头 灵 敏度 设置 如下：a）当 检测 熔敷 层时，基 材 侧检测 用 C 型 试块 中的 平 底孔 X、Y、Z 绘制 距离-波幅曲 线，并 以 此作为 基准 灵敏 度；b）当 检测 熔接层 时，基 材
19、侧检测 用 C 型试 块中 的平 底孔 Z 获得 最大 波幅，再 调节仪 器增 益使 回波幅度 为满 刻度 的 80%，并 以此 作为 基准 灵敏 度。8.1.4 纵波 单晶 斜探 头 灵 敏度 设置 如下：a）当 检测 熔敷 层时，基 材 侧检测 用 B 型试 块中 的横孔 W、X、Y、Z 绘制 距离-波幅曲线，并以此作为基准 灵 敏度；b）当 检测 热影 响区 时，基 材侧检 测 用 C 型 试块 中的 横孔 U 获得 最大 波幅，再 调节仪 器增 益使 回波幅度 为满 刻度 的 80%，并以此 作为 基准 灵敏 度。8.2 设 置检 查和 重新 设置 8.2.1 在对相同部件的检 测 过
20、程中，应使用校准试块 对仪器进行定期设置检查，检查频次应至少每 4h一次，且当 更换 设备 操作 人员和 在检 测的 开始 及结 束均应 进行 检查；8.2.2 如 果仪 器 的 初始 设置 参数发 生任 何改 变，以及 发现检 测灵 敏度 有 2dB 及 以上的 降低，均 应重 新 进行 灵敏 度设置；8.2.3 在检测过 程中，如果 设置检查不合格，则自上 一次设置合格后 的所有被 检部件 应在仪器 重新设置后重新 检测。9 扫查 方法 9.1 扫 查灵 敏度 应在 基准 灵 敏度基 础上 提 高 6 dB。9.2 探 头的 扫查 速度 不应 超 过 150mm/s。自动检测 除 外。9.
21、3 采 用双 晶直 探头 检测 时，探头 的扫 查方 向应 垂直 于堆焊 方向，且 探头 的隔 声层平 行于 堆焊 方向，如图 4 所示。图 4 双晶直 探头 的扫 查方向 9.4 采 用纵 波双 晶斜 探头 检 测时，应分 别沿 平行 堆焊 方向和 垂直 堆焊 方向 进行 扫查。9.5 探 头相 邻扫 查轨 迹至 少 应有 15%的 重叠，见 图 4 所示。9.6 缺 陷当 量尺 寸一 般应 采 用-6 dB 法确 定。9.7 对于 接触 法检 验，校准 试块和 检验 工件 表面 之间 温差应 在 1 4C 以内。10 验收 10.1 普通 要求 10.1.1 当堆 焊层 仅用 于耐 蚀 目
22、的 时，只检 测 熔 接层 缺陷。10.1.2 在密 封区 内或 距部 件端 部 75 mm 内区域，用 3.2 mm 平底孔设 置灵 敏 度；在 密封 区外 或距 部件端部 75 mm 外区域，用 9.6 mm 平底孔设 置灵 敏度。10.1.3 灵敏 度设 置方 法见 8.1.1 b）或 8.1.3 b）。验 收 方法如 表 1 所 示。表 1 堆焊 熔 接层 验收 方法 质 量等级 密 封区内和 距部件 端部 75mm 内 可记录指示 其 余区域 验 收结论 T/CSTM 006972023 6 单 个指示 多 个指示 1 当量3.2FBH，或：当量3.2FBH+6dB 且长度2D 当量
23、3.2FBH+6dB 当量9.6FBH 接受 2 缺陷当量或长度超过以上结果为可拒收指示 拒收 注：D 为探头晶片直径。10.2 特殊要求 10.2.1 当 堆 焊 层 不 仅用 于耐 蚀、还 需 符 合 设 计 规 范的 性 能 要 求 时，既 检 测 熔敷 层 缺 陷，也 检 测 熔 接层缺陷。10.2.2 应采用 3.2 mm 平 底孔设 置灵 敏度。灵 敏度 设置方 法参 见 8.1.1 或 8.1.3。验 收方 法和 质量 分级如表 2 所 示。10.2.3 如果 订货 要求，可 以 使 用 1.6mm 横孔。灵 敏 度设 置方 法参 见 8.1.2 a）或 8.1.4 a）。验收
24、方法和质量 分级 如 表 2 所示。表 2 堆焊熔 敷层和 熔 接层验 收方 法 质 量等级 熔 敷层 可记 录 指示 熔 接层 可记 录 指示 验 收结论 单 个指示 多 个指示 单 个指示 多 个指示 1 当量3.2FBH 当量3.2FBH+6dB 当量1.6SDH 当量1.6SDH+6dB 接受 任意当量的密集指示（任意 2D 区域内）任意当量的密集指示（任意 2D 区域内）2 当量3.2FBH 当量3.2FBH+6dB 当量1.6SDH 当量1.6SDH+6dB 接受 3 缺陷当量超过 级为可拒收指 示 拒收 注：D 为探头晶片直径。11 检 测报 告 检测报 告应 至少 包含 以下
25、信息：a）被检 部 件名 称和 编号；b）检 测范 围（含堆 焊层 代 码和/或 标识）；c）产 品 标 准和/或 检测 标 准（含 版本 号）；d）检 测规 程（含版 本和 编 号）；e）检 测设 备和 器材（仪 器 型号、编号 及校 准日 期；探头类 型、序列 号、尺寸 和频率；校 准试 块编号、半 径/平 面、堆焊 层厚 度；耦 合剂 种类）；f）检测 参数；g）检 测方 式（手动/自动）；h）扫 查路 径 方 案；i）检测 数 量；j）检测 结果（含 拒收 缺陷 的 位置、深 度和 尺寸）；k）检 测日 期；l）检测 人员（资 格及 签字）和审 核人 员（资格 及签 字）。T/CSTM
26、 006972023 7 附录 A(规范性)液浸式超声波检测方 法 A.1 仪器应具备足够电压、重复频率、波形的脉冲发生器，确保在所要扫查速度达到全体积覆盖。A.2 对 自动 化液 浸检 测应 当采用 音响 警报 或记 录设 备，且 应按 符合 下列 要求：a)警 报或 记录 设备 应当 可 调节，以便 在任 何通 常要 求的指 示幅 度水 平和 材料 深度触 发；b)为确 保报 警闸门 跟踪 检 验区域，闸门 应锁 定来自 检测工 件的第 一次 交界面 脉冲波，而非 来自 系统的初 始脉 冲波。A.3 操作设备应当为探测管件、包括探测装置提供足够调节，并允许在两个互相垂直的竖直平面，提 供任
27、 意角 度调 节。操作设 备必 须为 探测 管件 和探测 装置 之间 提供 必要 的角度 调节。A.4 扫 查系 统应 当为 探测 装置提 供准 确的 定位，以 确保精 确控 制。水距 应连 续可调。A.5 探 测装 置为 参考 试块 和被检 零件 或材 料提 供准 确定位。基 本液 浸装 置见 图A.1 所示。图 A.1 基本液浸 装置 探测装 置 耦合剂 工件 托盘 水 槽 T/CSTM 006972023 8 附录 B(规范性)纵波斜探头和纵波双 晶斜 探头分辨率校验 B.1 分 辨率 校验 如图 B.1 所 示位置 斜探 头，使与 相应台 阶的两 个超 声波的 反射回 波相等，并 位于
28、屏 高 80%。评 估所用方 法 应 符合 表B.1 要 求。表 B.1 探头分 辨率 探 头类型 频率(MHz)步骤(mm)双晶 4 或5 3 角度 4 或5 2 角度 2 4 图 B.1 用于验 证探头分 辨率的试 块 B.2 如图 B.2 所 示，如果 两个回 波间 隔至 少 6 dB，则分辨 率视 为令 人满 意。必须每 周检 查。a）分 辨率 好 b）分辨 率差 图 B.2 验证分 辨率 H H/2 H H/2 74 69 65 62 60 T/CSTM 006972023 9 附录 C(规范性)堆焊层校准试块 C.1 校 准试 块必 须与 被测 零件材 料所 用相 同的 工艺/程序
29、（包括 厚度），并满 足图 1 或图 C.1 中的所有 D 型 堆焊层 校 准 试 块 要 求。表 面 条 件 必 须 与 被 测 零 件 相 同。必 须 在 校 准 试 块 上 机 加 工 一 个 平 底孔；其 直径 会依 堆焊 层横 截面厚 度和 检验 区的 金属 基材厚 度作 出规 定。C.2 直 径 小于 500 mm 时，必 须 使 用 弯曲 试 块，其直 径 等 于 被 检表 面。可使用 直 径 大 致 相 等的试块；这 种情 况下，可 使用 具有特 定直 径的 试块 来测 试为参 考块 直 径0.9 至 1.5 倍之 间的 直径。标引序号说明：A 金属行程，公差 0.38 mm；
30、B 堆焊厚度，公差 0.1 mm；C 试块长度或宽度，公差 0.76 mm。平底孔直径可采用 FBH3.2 mm,公差为 0.1 mm。图C.1 D 型堆焊层校准试 块 Y 21 A X Z U V 4 7 11 16 3.2 76 C 30 30 3.2 3.2 3.2 3.2 T/CSTM 006972023 10 附录 D(资料性)起草单位和起草人 本文件 负责 起草 单位:南 京迪威 尔 高 端制 造股 份有 限公司。本文件 参与起 草单 位:中海 石油（中 国）有限 公司湛 江分公 司、重 庆前 卫科技 集团有 限公司、中 国特种设 备检 测研 究院、山 东瑞祥 模具 有限 公司、钢 研纳克 检测 技术 股份 有限 公司、北京 科技 大学。本 文 件 主 要 起 草 人:陈 昌 华、刘 书 杰、张 利、刘 晓 磊、张 闻 骋、黄 熠、孟 文 波、王 尔 钧、张 崇、李荣、田 贵七、郑 阳、张君 娇、魏 忠瑞、马 建民、范 弘、张 建卫、黎敏。