GB/T11345-2013系列标准学习专题二
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缺欠、显示和缺陷
按照GB/T6417.1《金属熔化焊接头缺欠分类及说明》给出的定义，缺欠是指在焊接接头中因焊接产生金属不连续、不致密或连接不良的现象。缺陷是指超过规定限值的缺欠。新版标准中将通过超声检测所发现的缺欠称为显示，显示分为纵向显示和横向显示。衡量显示的大小和特征采用了“显示长度”、“显示特征”和“显示尺寸”。标准中的图３给出了纵向显示与横向显示的区分原则，即基本与焊缝轴线相平行的显示定义为纵向显示，而基本与焊缝轴线相垂直的显示定义为横向显示。本标准附录A规定了检测等级A、B和C关于横向显示与纵向显示在探头数量、探头角度和扫查位置等方面的具体要求。
与“等级”相关的概念
旧版标准中提到与等级相关的地方有两处，即 “检验等级”和“缺陷的等级分类”。按检验的完善程度和检测工作的难度系数，将检验等级依次分为A、B和C三个级别。在适用板厚、探头数量、扫查位置、横向缺陷的检查、焊缝余高是否磨平以及是否采用串列法扫查做出了规定。根据缺陷的性质、波幅高度和指示长度，将缺陷分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级。
新版标准中给出了检测等级、验收等级、参考等级、质量等级、记录等级和评定等级。
检测等级由新标准给出，分为A、B、C和D四个级别;
收等级由GB/T29712给出，分为验收等级２级和验收等级３级两个级别，显示能否被验收，取决于其波幅高度、类型和指示长度;
参考等级由新标准给出，标准提供了设置参考等级的四种技术方法；
质量等级由GB/T19418《钢的弧焊接头缺陷质量分级指南》给出，根据焊缝中存在缺欠的类型，密集程度和实际尺寸，将焊缝质量等级划分为Ｂ级（严格）、Ｃ级（中等）和Ｄ级（一般）;
记录等级与验收等级相关，对应于两个验收等级（验收等级２级和验收等级３级），其波幅值均比相应验收等级低４ｄＢ，显示的波幅高度位于记录等级和验收等级（含）之间时，应记录其指示长度，并参与指示长度限定要求的评价;
评定等级由GB/T29712给出，针对四种不同的参考等级设置技术方法，以表格（标准中表Ａ．１）形式规定了评定等级的具体参数，评定等级的设置与验收等级有关，即与焊缝的质量等级有关，规定了所有等于或超过评定等级的显示均应予以评定，与旧版标准中“评定灵敏度”的概念一致。
设计人员或使用者可以根据产品的功能特性或承载状况不同，将焊缝进行质量等级划分。不同质量等级的焊缝，采用超声检测时，其适用的检测等级、验收等级由国际标准ISO17635《焊缝无损检测：金属材料的一般规则》给出了相应的关联性，这与国家标准GB50205《钢结构程施工质量验收规范》的规定一样，针对一级焊缝和二级焊缝都给出了超声检测的评定等级、检验等级、探伤比例的要求。表３由ISO17635给出，说明了焊缝质量等级、检测等级和验收等级之间的关系。当需要评定显示特征时，应按GB/T29711评定；不推荐做超声检测，但如果协议规定使用，参考GB/T19418的Ｃ级执行。
表３焊缝质量等级、检测等级和验收等级之间的关系
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质量等级 （GB/T19418） |
检测等级 (GB/T11345) |
验收等级 （GB/T29712） |
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B |
至少B |
2 |
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C |
至少A |
3 |
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D |
无合用的检测等级 |
无适用 |
表３说明了Ｂ级质量等级的焊缝，超声检测时应执行B或C检测等级要求，并按照GB/T29712的合格等级２级进行验收；
C质量等级的焊缝，超声检测时应执行A级、B级或C级检测等级要求，并按照GB/T29712的合格等级３级进行验收；
而对于Ｄ级质量等级的焊缝，与GB/T50205的三级焊缝一样，一般不要求做超声检测。如果合同有要求，则可以按照GB/T19418［10］的C级质量等级焊缝的检测要求来执行检测。检测等级Ｄ级属于特殊应用，一般只在有明确合同要求时使用。
表４是ISO17640《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》标准给出的检测等级和质量等级之间的对应关系。根据表３和表４的规定，提示在执行检测前，应先编制检测工艺规程或工艺卡，确定适用的检测技术等级，而且这些技术文件应获得检测合同双方的认可。
表４ISO标准规定的焊缝质量等级和检测等级之间的对应关系
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检测等级（ISO17640） |
质量等级（ISO5817） |
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A |
C、D |
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B |
B |
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C |
根据协议 |
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D |
特殊应用 |
检测前需要的信息
新版标准特别注重检测合同或技术协议，对于可能影响检测方法选择或检测结果评定的技术参数作为必要的项目予以列出，如表５所示。
检测实施前，检测人员除了掌握表５所列的信息外，还应获得包括母材类型和产品门类、坡口型式、焊接工艺或焊接参数、报告要求、检测范围和发现不可验收显示后的纠正规程等信息。这里的“发现不可验收显示后的纠正规程”是指当出现了不合格的显示后所采取的纠正措施，包括是否返修，如果返修，应明确修补工艺，返修后的复检方法，扩大检测范围等质量控制手段，这些需要写书面工艺规程并获得检测合同双方的认可。
表５检测合同或技术协议中的必要项目序号内容关联项目
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序号 |
内容 |
关联项目 |
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a |
参考等级设定方法 |
选择技术1、2、3、4设定参考线 |
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b |
显示评定方法 |
按GB/T29711和（或）GB/T29712评定 |
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c |
验收等级 |
确定验收等级AL2或AL3 |
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d |
检测等级 |
选择检测等级A、B、C或D |
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e |
检测时被检对象所处的制造和加工状态 |
确定检测时机和表面状态 |
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f |
人员资格 |
检测人员的技术、经历和资质要求 |
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g |
横向显示的检测范围 |
是否要进行横向显示的检测、如何设定检测方法、检测范围、检测灵敏度以及合格标准 |
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h |
附加串联检测的要求 |
是否要采用串列法检测 |
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i |
焊前和（或）焊后的母材检测 |
是否要进行母材检测，如何设定检测方法、检测范围、检测灵敏度以及合格标准 |
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j |
是否需要书面检测工艺规程 |
是否要提交书面检测工艺规程，以及对书面检测工艺规程的具体要求 |
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k |
书面检测工艺规程的要求 |
对于提交的书面检测工艺规程应有合同双方的签字认可 |
书面检测工艺规程是指导检测人员实施焊缝超声检测的有效工艺文件。如果合同或技术协议要求提供书面检测工艺规程，新版标准的规定和要求通常满足了编写书面检测工艺规程的需要；如果不能满足，则应按照检测合同或技术协议的具体要求编写适用的书面检测工艺规程。人员要求
检测人员的技术能力和工作责任心决定了检测结果的可靠性。新版标准规定了检测人员应掌握焊缝超声检测的通用知识，具有足够的焊缝超声检测经验，并掌握一定的材料和焊接基础知识。检测人员应按照GB/T9445《无损检测人员资格鉴定与认证》或合同各方同意的体系进行资格鉴定与认证，取得相关工业门类的检测资质，经雇主或其代理进行职位专业培训和操作授权后，持证操作。目前国内普遍采用了ISO9712的人员认证体系，而GB/T9445《无损检测人员资格鉴定与认证》是ISO9712的等同采用标准，因此，只要是采用ISO9712或合同各方认可的体系颁发的资格证书，经岗位培训和授权后，均可按其技术资格级别从事相应的检测工作。
设备要求
新版标准没有像旧版标准那样，对超声探伤仪的工作频率、衰减器或增益器的精度和步进大小、总调节量给出具体指标，而是以“超声检测仪应符合JB/T10061《Ａ型脉冲反射式超声波探伤仪通用技术条件》或等效标准的要求”来规定，并在仪器的采购和维修环节做出了规定，特别是设备维修后，维修方应“按产品标准出厂检验的要求出具检验证书”。这里的检验证书仅仅证明仪器当时的状态符合“合格产品的技术要求”，能否用于检测，还应执行相关指标的验证。
仪器性能指标
新版标准规定，超声检测仪应定期进行性能测试，测试方法参见JB/T9214。仪器性能测试机构应具有计量检定资质，测试周期不宜超过12个月。除非另有要求，新标准列出了四项宜满足的指标：温度的稳定性，显示的稳定性，水平线性的偏差，垂直线性的偏差。前两项指标来源于GB/T27664.1《无损检测超声检测设备的性能与检验》，在该标准中，关于稳定性的表述有三处，分别是“8.2相对温度变化的稳定性”、“9.3.2预热后的稳定性”和“9.3.3显示抖动”。
关于温度的稳定性指标，新版标准只给出了评价指标，没有给出测试方法。而在GB/T27664.1中给出了“相对温度变化的稳定性”的测试方法和评价指标，但这两者不完全相同。同时在GB/T27664.1中还给出了“预热后的稳定性”的测试方法和评价指标，它表示仪器在开机预热后，正常检测状态下，只要仪器所处环境温度在其额定工况环境温度±５℃范围内，每10min观察一次给定波幅的位置和幅度变化差异，连续观察30min，以“信号幅度变化的最大允许值为全屏幅度的±２％，沿时基线飘移的最大允许值为全屏宽度的±１％”为合格指标。显然，本标准在这个特性指标上做了修改，如果采用“相对温度变化的稳定性”来衡量仪器的性能则要有专门的“环境试验箱”，通过调节试验箱的温度来测试该指标，对于设备的使用者难以实现。当采用“预热后的稳定性”来衡量仪器的性能，则可以做到，而且不用考虑环境温度的变化区间，只要设备处于正常的检测环境温度即可。
关于显示的稳定性指标，新版标准给出的描述是“频率增加约1Hz，信号幅度变化不大于全屏高度的±２％，信号位置变化不大于全屏宽度的±１％”。在GB/T27664.1则给出了“显示抖动”的概念，其检测方法是对于一个给定的回波信号“观察频率大于约1Hz的回波幅度和（或）位置的变化”，以“信号幅度变化的最大允许值为全屏幅度的±２％，信号位置变化的最大允许值为全屏宽度的±１％”为合格指标。测试时，可以采用１次/s的观察频率来记录给定回波信号的幅度和（或）位置的变化量。
检测时，仪器的水平线性影响显示的定位，仪器的垂直线性影响显示的定量，它们都会影响显示的定性。这两项指标在旧版标准中也有，但表述形式不一样。对于水平线性，由旧版标准的“水平线性误差不大于１％”修改为“水平线性的偏差不大于全屏宽度的±２％”，其测试方法没有差异，合格指标回到了JB/T10061的要求，实际上目前检测使用的仪器，其水平线性偏差均在１％以内。对于垂直线性，新旧标准的表述不同，评价方法也不同。旧版标准要求计算出测试值与理论值的正负偏差，然后取最大正偏差与最大负偏差的绝对值之和来作为累计偏差，要求这个值不得超过５％。而新版标准则只要求计算出最大正偏差与最大负偏差，任意偏差值均不得大于±３％，本标准更侧重于偏差数据的离散性，要求仪器的稳定性更好。
系统性能测试
新版标准规定了系统性能测试的时机，测试的方法以及测试的项目，并且规定，应在书面检测工艺规程中明确系统性能测试的项目、时机、周期及其性能要求。每次检测前应测试用于缺欠定位的斜探头的入射点和折射角，入射点的测试值与标称值的偏差不大于±１mm，折射角的测试值与标称值的偏差不大于±２°，此处的标称值应该是探头出厂时标注在探头（或质保书）上的数据。虽然只强调了用于缺欠定位的探头需要测试，实际检测时，所有参与使用的探头都应该满足上述要求。检测灵敏度余量、分辨力和盲区的测试视检测需要而定，这种需要应在书面检测工艺规程中予以明示。旧版标准给出了系统性能指标的测试周期，新版标准虽然没有明确给出，但要求在书面检测工艺规程中予以明确，而书面检测工艺规程是需要合同双方签字认可的，更具有约束力。
探头参数
探头频率一般在２～５ＭＨｚ之间选择，当使用技术２以规定尺寸的平底孔为反射体设置参考等级时，应考虑合格等级与探头频率的对应关系。一般来说，在给定介质中，降低探头频率时，散射衰减系数减小，波长增加，近场距离减小，声束扩散角增加，有利于发现缺欠。故新版标准规定，当按照GB/T29712标准评定显示时，即只考虑显示的指示长度和回波幅度时，应选择较低的探头频率。当需要按照GB/T29711标准评定显示时，即需要考虑显示特征和显示尺寸时，可选用较高的探头频率。因为对于较高的探头频率，声场指向性好，分辨力提高，有利于发现更小的缺欠，便于缺欠性质的判定。
标准指出“当被检对象的衰减系数高于材料的平均衰减系数时，可选择１ＭＨｚ左右的检测频率”，这里原文意思为“对高（于常规的）衰减材料采用长声程检测时可以采用大约１ＭＨｚ的探头频率”，即常说的用低频率探头检测衰减系数较大的材料。旧版标准以表格形式给出了检测板厚、探伤面、检验等级、探伤方法和探头折射角的选择关系。新标准在探头角度的选择上做出了四项规定：
① 当采用反射波检测时，应确保反射面的入射角α在３５°～７０°之间。这主要是考虑到防止产生波型转换，减小能量损失，保证检测灵敏度。
② 当使用多个探头时，其中一个探头应满足上述要求，且保证有另一个探头的主声束应尽可能与焊缝的熔合面垂直，探头折射角度差值应不小于１０°。这里主要考虑的是对于未熔合类缺陷的有效检出。
③ 对于曲面工件采用反射法检测时，应考虑反射波中的波型转换和声束覆盖范围，当出现漏检或评定有困难时，应在检测报告中予以说明。
④ 确保声束覆盖整个检测区域。
晶片尺寸的选择应与探头频率和检测声程有关。对于短声程如薄板检测，宜选用探头晶片尺寸为６～１２ｍｍ；对于长声程如单晶直探头检测大于１００ｍｍ或斜探头检测大于２００ｍｍ的声程，宜选用探头晶片尺寸为１２～２４ｍｍ。此时的晶片形状为圆形晶片，当采用矩形晶片时，可按等效面积计算出晶片尺寸的数值。
扫查曲面工件时，应充分考虑探头接触面与工件扫查面的匹配耦合。当耦合良好时，能保证探头发射的超声能量尽可能的传入工件，同时显示的反折射角的选择射回波也会尽可能的被探头接收到，有利于缺欠的检出。反之，就容易造成漏检和误判。旧版标准给出了探头接触面宽度Ｗ与工件曲率半径Ｒ 之间的关系。当Ｒ＞Ｗ２／４时，可以视为平板检测；当Ｒ≤Ｗ２／４时，应考虑修正探头接触面，选择适当的对比试块，用于检测灵敏度和时基线的调节。
与ISO17640标准不同，新版标准给出了与旧版标准相同定义的探头接触面宽度。对于有效的检测，应保证探头接触面与检测面之间的间隙（ｇ）不得大于0.5mm。当检测圆柱面或球面时，上述要求可以用g=ａ２/D 来检查（ａ为探头接触面宽度，Ｄ 为工件直径，ｍｍ），当ｇ大于0.5ｍｍ时，应考虑修磨探头接触面，确保耦合良好，同时，检测灵敏度和时基线范围也得作出相应的调整。
检测区域
焊接是指通过加热或加压，或两者兼用，并且用或不用填充材料，使工件达到原子结合的一种加工方法。焊接将伴随着热量的输入，对于焊接构件接头部位的母材，亦相当于一次冶炼过程。焊接接头附近母材因受焊接热作用而发生组织性能变化的区域称为焊接热影响区，位于热影响区域内的缺欠也会影响焊接接头性能。因此，焊缝超声检测的区域一般包括焊缝本身及焊接热影响区。热影响区的大小和组织性能变化的程度，取决于焊接方法、焊接规范、接头型式和焊后冷却速度。通过焊缝截面宏观低倍检验可以识别出热影响区域的大小。有资料显示：手工电弧焊的热影响区域宽度在6.0～8.5ｍｍ；埋弧自动焊的热影响区域宽度在5.0～7.0ｍｍ；CO2气体保护焊的热影响区域宽度在5.0～8.0ｍｍ；电渣焊的热影响区域宽度达到２７ｍｍ。旧版标准规定检验区域的宽度，应是焊缝本身再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30％的一段区域，这个区域最小10ｍｍ，最大20ｍｍ。新版标准规定，“检测区域是指焊缝和焊缝两侧至少10mm宽母材或热影响区域宽度（取二者较大值）的内部区域”，即当热影响区域宽度小于10mm时，检测区域取焊缝宽度和焊缝两侧至少10mm宽母材；当热影响区域宽度大于10mm时，检测区域取焊缝宽度和焊缝热影响区域宽度。旧版标准可以根据被捡焊缝的母材厚度计算出具体的检测区域宽度值，而本标准则需要检测人员判断热影响区的大小。根据前面的分析，检测实施前，可以按照旧版标准的计算方式给出具体的检测区域宽度值，也可以通过其他途径如焊缝截面宏观低倍检验获得，按照新版标准的规定，检测区域的具体数据应在书面工艺规程中予以明确，并获得检测合同各方的认可。检测过程中，当声束不能覆盖整个检测区域，或折射角不能满足条件时，应考虑更换超声检测技术，如改用双晶斜探头、爬波探头、超声衍射时差法（TOFD）或超声相控阵技术（PAUT），当考虑了焊缝类型和缺欠走向和分布时，也可增加其他无损检测方法，如渗透检测、磁粉检测或射线检测，如有可能，宜将焊缝余高磨平。
探头移动区
为了保证声束覆盖整个检测区域，探头应有足够的移动区域。新版标准附录Ａ 的表Ａ．１～Ａ．７分别给出了七种典型接头扫查时的探头移动区域宽度。增加检测面如采用双面检测时，可缩短探头移动区域，探头移动区域应在书面检测工艺规程中明确。位于探头移动区内的工件表面，应光滑平整，无焊接飞溅、铁屑、油垢及其他外部杂质，这些要求与旧版标准相同。由于焊缝检测现场很难得到表面粗糙度的数据，因此，新版标准取消了该要求，以“探头移动区表面的不平整度不应引起探头和工件的接触间隙超过0.5mm”来控制工件表面的平整度。当探头与工件的接触间隙超过0.5mm时，应修整工件表面状况。局部的隆起或凹陷导致探头与工件的接触间隙超过1mm时，若可以采用其他角度的探头补充扫查，这种局部的变化是允许的，否则，应修磨工件表面。新版标准中“探头移动区和声束反射面应允许无干扰的耦合剂和反射物”，其原文意思为“探头移动区和声束反射面应确保耦合和反射不受干扰”。
母材检测
采用斜探头对焊缝进行超声检测时，斜探头在焊缝边缘母材上的“探头移动区”内沿焊缝移动扫查。当探头移动区域内的母材存在缺欠时，会影响超声波声束进入检测区域，导致焊缝缺欠的漏检或误判。母材上的缺欠可能来源于钢板的冶炼扎制过程，也可能由于受焊接过程的影响，使得一些原本很小的缺欠变成了大缺欠。对于探头移动区域的母材检测，新版标准给出了如下规定：
① 应在检测合同或技术协议中明确是否需要检测以及何时检测。
② 应在书面检测工艺规程中明确如何检测。
③ 如果要求检测，发现缺欠后，应对其是否影响焊缝斜探头横波检测效果作出评价。
④ 当确认母材缺欠影响焊缝检测时，应调整焊缝超声检测技术，甚至更换检测方法。
参考文献：
丁兵．GB/T11345-2013标准解析［J］．无损检测，2015.37(4）:1-10。
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