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1. 背景

9NI（9%Ni鋼）是1944年開發的W(Ni)一9%的中合金鋼，由美國鎳公司的產品研究實驗室研制成功，它是一種低碳調質鋼，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度，而且與奧氏體不銹鋼和鋁合金相比具有熱脹系數小，經濟性好，使用溫度低可達一196℃，自1960年通過研究證明不進行焊后消除應力熱處理亦可安全使用以來，9%Ni鋼就成為用于制造大型LNG儲罐的主要材料之一。鋼的主要特點是高鎳含量、高純凈度、較高強度、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)儲罐和運輸船舶，低使用溫度可達-196℃，其強度高、低溫韌性優異、焊接性能良好，是深冷環境下使用的韌性好的材料。

但對于9Ni鋼的檢測來說，其聲衰減特性類似于不銹鋼，因而使用常規超聲檢測手段很難發現其中的缺陷。而LNG儲罐由于其焊縫的檢測量非常大，因而使用射線方法也無法滿足其檢測效率的要求。大的LNG儲罐生產商CB&I公司已經認可了超聲相控陣技術在LNG儲罐中的應用，也側面反映了超聲相控陣技術在9Ni鋼LNG儲罐檢測中的可行性。

2. 9Ni鋼LNG焊縫檢測特點及配置

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

針對以上的檢測特點，推薦的配置如下：

主機：Focus PX或者Omniscan超聲相控陣設備作為采集單元，

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共同完成檢測，

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，可對焊縫覆蓋情況進行前期模擬

3. 檢測方案及遵循的標準

使用線陣探頭檢測坡口區域，并對缺陷進行精確測量。使用DMA探頭對Inconel 625焊縫區域進行檢測，而且聲速要選擇9%Ni材料聲速，此時TOFD不適用，因為噪音過大。

API 620 附錄U中的檢測是基于斷裂力學得出的結論，對于符合標準、查找缺陷和檢測重復性而言，信號幅值與此有關，但對于驗收標準而言，信號幅值與其無關。

因而缺陷分析基于以下3點：

• 缺陷是否為開口型還是埋藏型
• 缺陷長度
• 缺陷高度（必要時）

同時驗收標準里對缺陷類型定性無要求。

9% Ni與Inconel 625焊接中的主要缺陷為中心裂紋和側壁未融合

4. 檢測結果

使用驗證試塊可以發現上下表面的刻槽缺陷。

下面是無明顯缺陷的檢測結果

下面是帶缺陷的檢測結果。

現場挖開驗證了該缺陷的存在。

5. 結論

使用超聲相控陣設備結合DMA雙晶矩陣相控陣技術及線陣技術可以發現坡口及焊縫內部缺陷，并可進行長度測量，且由于其檢測效率*，因而成為9Ni鋼LNG儲罐焊縫檢測的選擇。