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1. 背景

9NI（9%Ni鋼）是1944年開(kāi)發(fā)的W(Ni)一9%的中合金鋼，由美國(guó)鎳公司的產(chǎn)品研究實(shí)驗(yàn)室研制成功，它是一種低碳調(diào)質(zhì)鋼，組織為馬氏體加貝氏體。

這種鋼材在極低溫度下具有良好的韌性和高強(qiáng)度，而且與奧氏體不銹鋼和鋁合金相比具有熱脹系數(shù)小，經(jīng)濟(jì)性好，使用溫度低可達(dá)一196℃，自1960年通過(guò)研究證明不進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理亦可安全使用以來(lái)，9%Ni鋼就成為用于制造大型LNG儲(chǔ)罐的主要材料之一。鋼的主要特點(diǎn)是高鎳含量、高純凈度、較高強(qiáng)度、高的低溫沖擊韌性、良好焊接性能。

9Ni鋼主要用于制造液化天然氣(LNG)儲(chǔ)罐和運(yùn)輸船舶，低使用溫度可達(dá)-196℃，其強(qiáng)度高、低溫韌性?xún)?yōu)異、焊接性能良好，是深冷環(huán)境下使用的韌性好的材料。

但對(duì)于9Ni鋼的檢測(cè)來(lái)說(shuō)，其聲衰減特性類(lèi)似于不銹鋼，因而使用常規(guī)超聲檢測(cè)手段很難發(fā)現(xiàn)其中的缺陷。而LNG儲(chǔ)罐由于其焊縫的檢測(cè)量非常大，因而使用射線方法也無(wú)法滿(mǎn)足其檢測(cè)效率的要求。大的LNG儲(chǔ)罐生產(chǎn)商CB&I公司已經(jīng)認(rèn)可了超聲相控陣技術(shù)在LNG儲(chǔ)罐中的應(yīng)用，也側(cè)面反映了超聲相控陣技術(shù)在9Ni鋼LNG儲(chǔ)罐檢測(cè)中的可行性。

2. 9Ni鋼LNG焊縫檢測(cè)特點(diǎn)及配置

• 檢測(cè)量極大
• 厚度范圍10-50mm
• 之前使用RT或常規(guī)超聲分區(qū)掃查
• 母材為9%Ni，焊縫為Inconel 625
• 異種鋼焊縫與不銹鋼聲學(xué)特性類(lèi)似，但9%Ni材料為鐵磁性，可以使用磁性輪掃查器

針對(duì)以上的檢測(cè)特點(diǎn)，推薦的配置如下：

主機(jī)：Focus PX或者Omniscan超聲相控陣設(shè)備作為采集單元，

探頭：使用DMA雙晶矩陣相控陣探頭和線陣相控陣探頭的組合來(lái)共同完成檢測(cè)，

掃查器：使用可攜帶多組探頭的帶磁性輪的掃查器，如Flex掃查器。

軟件：Esteamtool聲束模擬軟件，可對(duì)焊縫覆蓋情況進(jìn)行前期模擬

3. 檢測(cè)方案及遵循的標(biāo)準(zhǔn)

使用線陣探頭檢測(cè)坡口區(qū)域，并對(duì)缺陷進(jìn)行精確測(cè)量。使用DMA探頭對(duì)Inconel 625焊縫區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，而且聲速要選擇9%Ni材料聲速，此時(shí)TOFD不適用，因?yàn)樵胍暨^(guò)大。

API 620 附錄U中的檢測(cè)是基于斷裂力學(xué)得出的結(jié)論，對(duì)于符合標(biāo)準(zhǔn)、查找缺陷和檢測(cè)重復(fù)性而言，信號(hào)幅值與此有關(guān)，但對(duì)于驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)而言，信號(hào)幅值與其無(wú)關(guān)。

因而缺陷分析基于以下3點(diǎn)：

• 缺陷是否為開(kāi)口型還是埋藏型
• 缺陷長(zhǎng)度
• 缺陷高度（必要時(shí)）

同時(shí)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)里對(duì)缺陷類(lèi)型定性無(wú)要求。

9% Ni與Inconel 625焊接中的主要缺陷為中心裂紋和側(cè)壁未融合

4. 檢測(cè)結(jié)果

使用驗(yàn)證試塊可以發(fā)現(xiàn)上下表面的刻槽缺陷。

下面是無(wú)明顯缺陷的檢測(cè)結(jié)果

下面是帶缺陷的檢測(cè)結(jié)果。

現(xiàn)場(chǎng)挖開(kāi)驗(yàn)證了該缺陷的存在。

5. 結(jié)論

使用超聲相控陣設(shè)備結(jié)合DMA雙晶矩陣相控陣技術(shù)及線陣技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)坡口及焊縫內(nèi)部缺陷，并可進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量，且由于其檢測(cè)效率*，因而成為9Ni鋼LNG儲(chǔ)罐焊縫檢測(cè)的選擇。