1. 背景

9NI（9%Ni钢）是1944年开发的W(Ni)一9%的中合金钢，由美国镍公司的产品研究实验室研制成功，它是一种低碳调质钢，组织为马氏体加贝氏体。

这种钢材在极低温度下具有良好的韧性和高强度，而且与奥氏体不锈钢和铝合金相比具有热胀系数小，经济性好，使用温度低可达一196℃，自1960年通过研究证明不进行焊后消除应力热处理亦可安全使用以来，9%Ni钢就成为用于制造大型LNG储罐的主要材料之一。钢的主要特点是高镍含量、高纯净度、较高强度、高的低温冲击韧性、良好焊接性能。

9Ni钢主要用于制造液化天然气(LNG)储罐和运输船舶，低使用温度可达-196℃，其强度高、低温韧性优异、焊接性能良好，是深冷环境下使用的韧性好的材料。

但对于9Ni钢的检测来说，其声衰减特性类似于不锈钢，因而使用常规超声检测手段很难发现其中的缺陷。而LNG储罐由于其焊缝的检测量非常大，因而使用射线方法也无法满足其检测效率的要求。大的LNG储罐生产商CB&I公司已经认可了超声相控阵技术在LNG储罐中的应用，也侧面反映了超声相控阵技术在9Ni钢LNG储罐检测中的可行性。

2. 9Ni钢LNG焊缝检测特点及配置

• 检测量极大
• 厚度范围10-50mm
• 之前使用RT或常规超声分区扫查
• 母材为9%Ni，焊缝为Inconel 625
• 异种钢焊缝与不锈钢声学特性类似，但9%Ni材料为铁磁性，可以使用磁性轮扫查器

针对以上的检测特点，推荐的配置如下：

主机：Focus PX或者Omniscan超声相控阵设备作为采集单元，

探头：使用DMA双晶矩阵相控阵探头和线阵相控阵探头的组合来共同完成检测，

扫查器：使用可携带多组探头的带磁性轮的扫查器，如Flex扫查器。

软件：Esteamtool声束模拟软件，可对焊缝覆盖情况进行前期模拟

3. 检测方案及遵循的标准

使用线阵探头检测坡口区域，并对缺陷进行精确测量。使用DMA探头对Inconel 625焊缝区域进行检测，而且声速要选择9%Ni材料声速，此时TOFD不适用，因为噪音过大。

API 620 附录U中的检测是基于断裂力学得出的结论，对于符合标准、查找缺陷和检测重复性而言，信号幅值与此有关，但对于验收标准而言，信号幅值与其无关。

因而缺陷分析基于以下3点：

• 缺陷是否为开口型还是埋藏型
• 缺陷长度
• 缺陷高度（必要时）

同时验收标准里对缺陷类型定性无要求。

9% Ni与Inconel 625焊接中的主要缺陷为中心裂纹和侧壁未融合

4. 检测结果

使用验证试块可以发现上下表面的刻槽缺陷。

下面是无明显缺陷的检测结果

下面是带缺陷的检测结果。

现场挖开验证了该缺陷的存在。

5. 结论

使用超声相控阵设备结合DMA双晶矩阵相控阵技术及线阵技术可以发现坡口及焊缝内部缺陷，并可进行长度测量，且由于其检测效率*，因而成为9Ni钢LNG储罐焊缝检测的选择。