一、PAUT在可移动罐柜检测中的优势

            与常规超声和射线检测技术相比，PAUT具有以下的优势：

            1）检测效率高，检测时只需对可移动罐柜环焊缝或纵焊缝进行一次简单的非平行扫查而无需来回移动即可完成焊缝的检测；

            2）具备更好的成像能力、图像解析和数据分析能力，可实现实时显示，在扫查的同时可对焊缝进行分析、评判，也可打印、存盘和永久性保存；

            3）对可移动罐柜自动焊检测灵敏度高，较高的缺陷检出率，缺陷定量和定位简单、准确；

            4）相对于射线，绿色安全、不干扰生产，对面积型缺陷有更高的检出率。

            二、PAUT在可移动罐柜检测的适用范围

            在可移动罐柜焊缝检测中，使用PAUT技术是可以完全替代常规超声检测的。

            另外其适用于碳素钢或低合金钢，亦适用于铝及其合金、奥氏体不锈钢、铁素体‐奥氏体双相不锈钢、钛合金等材料及连接焊缝的检测。

            依据ASTM E2700-09标准，其适用的母材厚度范围是9mm-200mm，另经验证有效的前提下也能够用于更薄或者更厚工件的检测。

            ISO/DIS 13588:2010标准规定，PAUT适用于厚度≥6mm的金属全熔透焊接接头半自动或全自动检测。

            CCS衍射时差法(TOFD)和相控阵超声检测(PAUT)技术应用指南(2017)规定，PAUT技术适用于母材厚度≥6mm的全熔透焊缝的检测，适用于平板对接、管对接、T形或者角形连接焊缝，同时亦适用于外径大于250mm或内外径之比大于0.7的筒体纵向焊缝、筒体外径大于200mm的筒体周向焊缝、各种尺寸的曲面相贯焊缝。

            结合以上国际相控阵标准及船级社规范，PAUT检测覆盖了用于可移动罐柜制造的所有常用材料及母材厚度和接头方式。

            三、船级社对可移动罐柜焊缝检测要求
            根据IMDG国际危规的规定，可移动罐柜罐壳的结构和设计必须符合主管机关认可的压力容器规则的规定。

            主管机关一般不直接设立独立的检查和试验机构，而是授权各船级社执行对可移动罐柜的认可和检验。以下分别介绍中国船级社和劳氏船级社对受压容器的无损检测要求。

            1）中国船级社规定受压容器的无损检测要求如下：

            注：①对外径≤170mm的筒形构件，联箱对接环缝应25%射线检测，其他管对接环缝应10%射线检测抽查。

            2）劳氏船级社对受压容器的无损检测要求为：

            注：①无损检测方法：体积无损检测可以采用射线探伤，当母材厚度≥8mm时亦可采用超声波探伤。对于表面无损检测，铁磁性金属推荐使用磁粉探伤，非铁磁性金属使用渗透探伤。

            船级社对受压容器的无损检测要求存在差异，但是随着超声相控阵技术的发展和可移动罐柜箱主对该检测技术的逐渐接受，超声相控阵技术以较射线探伤的检测优势，会在越来越多的现场检测中替代射线探伤。

            四、PAUT在可移动罐柜检测应用要求
            综合ASTM标准以及船级社的无损检测要求，对PAUT技术进行可移动罐柜无损检测的实施有以下要求。

            1）检测机构及人员

            从事PAUT检测的机构应具有对应船级社认可的机构资质。从事检测的人员应获得船级社颁发或认可的无损检测资格证书，方可从事与资格等级对应的检测工作。

            2）检测设备及器材

            设备主机应具有厂家或国家认可的计量部门出具的校准报告，且在校准报告规定的有效期内。仪器设备的水平线性、垂直线性及衰减器线性应周期性进行校验并记录，最长校验周期不超过一年。

            仪器应至少具有超声波发射、接收、放大、数据采集、记录、显示及分析功能。系统应具备足够的增益，增益应连续可调且步进值不大于1dB。

            设备可发射和接受的标称频率范围为1MHz～10MHz，数字化采样频率至少应为探头标称频率的5倍，仪器能将采集到的所有原始数据进行保存并不可更改。

            所使用的探头应具有出厂检测报告及合格证，探头的晶片数量、尺寸、中心频率的选择应与所使用的设备匹配或者根据厂家的建议。选择的楔块轮廓曲率应和罐壳曲率保持一致，以确保探头和管壳有很好的接触。

            另外，扫查装置应保持探头沿预设的扫查路径平稳移动，自动或半自动扫查应保证探头扫查移动与编码器计数同步。耦合剂应操作温度范围内保证稳定可靠的超声特性，并与检测系统校准时采用的耦合剂相同。

            3）检测规程和工艺的设计要求

            检测前应编写针对可移动罐柜受压壳体具体检测工艺规程，检测工艺需提交船级社认可。当检测工艺发生变化时，需修改检测工艺规程并重新提交认可。

            工艺规程应至少包括以下因素：确定检测目的(检测任务、位置、级别)，依据的标准、法规，检测范围(焊缝形状、规格、材质、壁厚、焊接工艺等)，检测设备和器材以及校准、试块、聚焦法则等，检测工艺(探头配置、扫查方式、横向缺陷补充检测方式等)，检测前的表面准备要求，数据采集，工艺试验报告，检测数据的分析和解释，缺陷评定，重新检测要求等。
   
            另外，需按照批准的检测工艺文件编写针对不同焊缝（周向焊缝、横焊缝、角焊缝）的检测工艺卡，检测人员应按照检工艺卡的要求对具体结构进行检测。

            检测工艺卡至少应包含以下内容：执行标准，验收等级，检测时机，检测比例，表面要求；仪器，探头，试块的型号及生产序列号；楔块，扫查器，耦合剂名称；扫查面，探头参数及分布，仪器灵敏度设置，扫查增量，分区及波束覆盖范围，扫查方式，扫查速度，横向缺陷检测方案(需要時)；检测标识要求，检测操作程序；数据记录要求。

            4）待检表面的处理标准

            检测面探头移动区域应打磨平顺，并清除焊接飞溅、铁屑、油污及其他影响探头正常移动或削弱声能传播的杂质。当检测面存在较大的凹坑，应经过补焊并将补焊区域修磨至与临近母材平齐，确保耦合情况良好。

            5）检测时机的要求

            无损检测需在可移动罐柜形状尺寸和外观质量检查合格后进行。如果需要进行热处理，那么检测工作应在热处理完成之后进行。检测工作至少应在焊接完成24小时以后进行。对最小屈服强度大于或等于395N/mm2的高强度钢，焊缝的无损检测应在焊后48h以后进行。

            6）检测范围的确定

            检测区域的宽度应包含焊缝和热影响区。热影响区宽度按相应工艺认可实测数据或两侧熔合线外各10mm的区域(取大者)。对焊缝在长度方向上分段扫查，则各段扫查区域应至少有20mm的重叠，对于环焊缝，则扫查停止位置应越过起始位置至少20mm。

            7）检测设备的校准

            检测前需确认相控阵探头晶片的可操作性，确保每一个晶片都有发射和接收超声波的能力。要确认每一个发射、接收模组的性能和每一个通道的电缆传导。

            所有相控阵探头中，有超过10%的缺陷晶片时，此探头不可承担此次检测工作。

            进行声速及楔块延迟校准后，设备在试块上3mm孔的深度及水平定位精度不大于1mm。相控阵灵敏度TCG校准后，各波束一致性误差不大于±5%屏幕范围。

            当探头或楔块、探头电缆类型或长度、超声设备、检测人员、耦合剂、电源类型、聚焦方式、扫查方式、软件版本等改变时，设备应重新进行校准。

            每班次检查开始前及结束后应进行系统校验确认，若连续工作时间较长，还应每4小时校验一次。

            8）数据的判读

            数据的评判人员需具有II或III级资质。应记录所有检测数据，反射体波幅超过TCG20%的信号应进行评判并记录。缺陷记录应包括缺陷类型、缺陷长度、深度、高度及位置信息。所有危害性缺陷，如裂纹，未焊透，未熔合等均评定为不合格。

            9）检测报告

            相控阵检测中所有可记录的信息都应在检验报告中得以体现，便于后期的复核和审查。检测报告应包括但不限于以下内容。超声波设备的确认，参数的设置，被检焊缝信息，检测工艺内容，缺陷评定信息，修理信息，检测人员信息等。

            10）返修以及返修可移动罐柜的重新检测

            对整条经100%相控阵检测的焊缝，如发现不允许的缺陷时，应在缺陷清除干净后进行补焊，并对修理后的该部位进行再次检验，并使用原验收等级进行判定，直至合格。

            对于进行局部相控阵检测的焊缝，发现不允许的缺陷时，应在该缺陷两端的延伸部位增加检查长度或选择同一焊缝的另外两段焊缝进行检测，所延伸或另选焊缝长度不低于250mm。若仍不合格，则对该焊缝进行清理并连同焊接试件一起进行重新焊接或对该条焊缝进行100%检测。

            对于所发现缺陷的一次不成功修理，可以允许再一次进行修理，但是后续的修理需扩大清理母材原热影响区的范围。

            五、结语
            超声相控阵技术作为近年来发展迅速的无损检测新技术，与常规超声和射线检测相比有很多的优点。

            然而，目前国内有关超声相控阵技术检测和评价方法的相关标准规范较滞后，从一定程度限制了该技术在国内的普及和应用。

            本文综合了部分国外ASTM、ISO相控阵技术要求以及两个船级社的标准，对有意向船级社申请使用相控阵技术进行可移动罐柜管壳无损检测的制造厂分别从检测规程和检测工艺设计、检测实施的注意要点、检测报告的编写等方面给出建议。

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