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此標準規(guī)定了使用半自動或全自動相控陣超聲技術檢測壁厚為3.2～8 mm的鋼部件熔焊焊接接頭的應用方法。如果壁厚范圍超出最小值或最大值的要求，應當采用此標準中的檢測等級D級。

雖然此標準的板厚范圍主要是基于鍋爐管道典型壁厚的取值范圍，但其適用范圍不局限于此。ISO 20601：2018標準適用于母材和焊縫材料都是低合金或細晶粒鋼的板、管和容器的簡單幾何形狀全熔透焊接接頭。超聲參數(shù)與工件材料相關，此標準中的超聲參數(shù)是基于縱波聲速范圍為(5920±50) m/s，橫波聲速范圍為(3255±30) m/s的鋼材料。聲速不同會導致折射角和回波反射率不同，當檢測聲速不同的材料時，應考慮該因素。

此標準提供了對熔焊接頭進行相控陣檢測時，在檢測、定位、定量和不連續(xù)表征方面的特定能力及局限性的指導；描述了用于驗收目的的缺欠評估，包括位置、長度、高度和缺欠類型。但標準中未包含缺欠的驗收等級，因此在檢測前，各相關方需要明確缺欠的評估方法并制定驗收標準。

02、檢測等級

所有的檢測等級都要求有書面檢測規(guī)程。書面檢測規(guī)程應至少包含以下信息：檢測目的和范圍、檢測技術、檢測等級、人員資格鑒定，培訓要求、所用的檢測設備(包括頻率、采樣率、陣元間距、陣元尺寸)、參考或演示試塊、校準和參考掃查示例、檢測設備的靈敏度和范圍設置、可接近性和檢測表面條件、母材檢測、指示的評估、驗收等級或記錄等級、報告要求、環(huán)境安全事宜以及掃查計劃等。掃查計劃應顯示探頭的位置、探頭的移動方式和工件的覆蓋，以提供一個標準化的、可重復的焊縫檢測方法。掃查計劃還應包括焊縫的厚度和幾何形狀，使用的波束角度相對于焊縫中心線的波束方向，以及每條焊縫的檢測區(qū)域。

探頭可以使用縱波、橫波和爬波，探頭的頻率最少應為5 MHz，頻率應與工件厚度相匹配。工件較厚時選用低頻探頭。

當檢測彎曲表面時，探頭與曲面的匹配應符合ISO 17640:2017《焊縫無損檢測-超聲檢測-技術檢測等級與評定》的要求。探頭應配備有探頭靴，探頭靴應能有效匹配檢測面的曲率，探頭靴底部與檢測彎曲表面的間隙應不大于0.5 mm。

因工件曲率對聲束有影響，沿著焊縫方向的波束寬度應合適(例如：使用幾何或電子波束聚焦)，以便根據(jù)指定的驗收標準來測定不連續(xù)的長度。

為了實現(xiàn)相控陣成像(數(shù)據(jù)采集)的一致性，應使用導向裝置和掃查編碼器。探頭和焊縫中心線的距離應保持恒定，最大允許誤差為±1 mm。否則，應在參考試塊上驗證其適用性。

首先應確定檢測區(qū)域，檢測區(qū)域范圍應規(guī)范確定。在制造階段的檢測，檢測的區(qū)域應包括焊縫及焊縫每側至少1.25T(板厚)的母材區(qū)域(激光焊或電子束焊為T)，或經(jīng)證實的熱影響區(qū)寬度。應使用掃查計劃來記錄區(qū)域覆蓋，并證實聲束能夠完全覆蓋被檢測區(qū)域。在適用時或D級檢測時，應使用參考試塊和演示試塊來驗證檢測設置的能力。當檢測復雜幾何結構的焊縫時(如不等厚材料的焊接對接、材料以一定角度連接或管嘴焊縫)，應仔細編制檢測計劃，并按照檢測等級D級執(zhí)行。

其次是掃查表面的準備。應清理足夠寬度的掃查表面，以確保完全覆蓋被檢測區(qū)域。掃查面應平整，應無影響探頭耦合的外來物(如銹蝕、松散氧化皮、飛濺、缺口、溝槽等)。檢測表面的條件應保證探頭和測試工件的表面間隙不得超過0.5 mm。必要時，應通過修磨掃查表面來保證要求的滿足。機加工工件的表面粗糙度Ra不應超過6.3 μm，噴丸表面粗糙度Ra不應超過12.5 μm。當有涂層(如油漆等)且不能移除時，演示試塊需帶有相應的涂層，同時應指定和使用相應的修正措施。測試工件的表面溫度應在0°~50°之間。如果測試工件的表面溫度在該范圍之外，應當使用特殊的高溫相控陣探頭和耦合劑，并驗證儀器的適用性。

耦合劑在探頭和測試工件之間提供穩(wěn)定的超聲傳輸。校準時使用的耦合劑應與后續(xù)檢測過程中及檢測后校準的耦合劑相同。

掃查區(qū)域的母材應經(jīng)過檢測，確保母材中存在的不連續(xù)不會影響焊縫的斜聲束檢測。當母材中發(fā)現(xiàn)不連續(xù)時，應評估不連續(xù)對預定的斜聲束檢測的影響。必要時，需對檢測技術做出相應的調(diào)整。當標準要求的超聲檢測覆蓋率受到嚴重影響時，應考慮其他的檢測技術(如射線檢測)。

07、范圍和靈敏度設置

檢測等級C級和D級應使用參考試塊，用來設置靈敏度及確認檢測的完整性(如：覆蓋)。推薦采用如圖1和圖2所示的參考試塊。圖1中R是與被測工件曲率接近的參考試塊曲率(對于工件直徑D＞600 mm，試塊的頂部可以采用平面)，如考慮到超聲聲程和靈敏度的修正，給定的參考試塊可覆蓋到其自身曲率70%～100%的工件曲率范圍。

圖1中的試塊優(yōu)先用于時間延遲和TCG的設置及修正，也可用于制作DAC或TCG，以及復核時間延遲(相對于探頭靴磨損)和入射點。

圖1 典型的橫孔參考試塊結構示意

對于靈敏度設置，推薦使用如圖2所示的環(huán)焊縫參考試塊(圖中，Dr為參考試塊的直徑；tr為參考試塊的厚度；l1為橫孔的長度；l2為刻槽的長度)。這種試塊用于復核探頭的偏置、復核檢測區(qū)域、調(diào)整范圍和檢測靈敏度、復核設置以及進行傳輸修正等。試塊的長度≥150 mm，厚度范圍為0.8tr～1.2tr，直徑D的范圍為0.8Dr～1.2Dr。如果沒有其他反射體或管末端的回波干擾，反射體可加工在一根完整的管子上或管子的一部分上。作為一種選擇，可使用沿焊縫坡口朝向的平底孔(直徑為0.6 mm)。

圖2 典型環(huán)焊縫參考試塊結構示意

參考試塊的材料應選用與被檢工件(考慮聲速、晶粒結構和表面狀態(tài))相同材料組的材料。

參考試塊的尺寸和形狀要求。至少應有一個參考試塊的厚度與被測工件相同，并符合規(guī)定的材料公差。參考試塊的曲率應類似于被檢工件的曲率，且在一定曲率范圍內(nèi)。對于圓柱形工件的縱向焊縫檢測，應使用曲面參考試塊，其直徑應在被檢工件直徑的0.8~1.2倍范圍內(nèi)。對于直徑不小于300 mm的被檢工件，可采用平的參考試塊。應注意，所有直徑或曲率都應保證探頭靴和參考試塊的最大間隙不超過0.5 mm。所選參考試塊的長度和寬度應能確保所有人工反射體均可被正確掃查。

參考試塊的參考反射體要求。圖1所示的參考試塊應至少包含2個橫孔(SDH)，圖2所示的參考試塊應至少包含1個橫孔(SDH)和兩個刻槽。兩個刻槽也可用兩個平底孔(FBH)或兩個圓底孔(RBH)替代。橫孔和刻槽的長度應不小于波束的寬度。表4給出了典型環(huán)焊縫參考反射體的推薦尺寸。

當刻槽用于靈敏度設置時，波束角度不同，波幅會受到嚴重影響，應避免使用可能發(fā)生波形轉換的波束角度。對于鋼中的橫波，入射角小于33°時會產(chǎn)生波形轉換。對于角反射，如槽，或入射角大于57°的波束角也會受到影響。刻槽也可用于被測區(qū)域的覆蓋演示。

當應用檢測等級Ｄ級時，除了使用參考試塊外，還需使用演示試塊以確認檢測的適當性(如覆蓋和靈敏度設置)。如演示試塊滿足參考試塊中指定的全部參考反射體，可取代參考試塊。演示試塊應選用與被檢工件(考慮聲速，晶粒結構和表面狀態(tài))相同材料組的材料制作。演示試塊應含有與被測工件相同焊接工藝、相同焊材、相似幾何形狀的焊縫，演示試塊的厚度應與被測工件相同。演示試塊的曲率應該等于被測工件的曲率。演示試塊的長度和寬度應能確保所有需要的參考反射體能被有效掃查。

演示試塊應包含在真實焊縫內(nèi)或焊縫處的反射體，這些反射體應能代表可能產(chǎn)生的缺陷。可用的兩種反射體類型為：真實不連續(xù)(人為設計、焊接形成的缺陷)和人工不連續(xù)(機加工反射體，如槽、橫孔和平底孔)。通常優(yōu)先選用真實的不連續(xù)，或者也可使用人工不連續(xù)。不連續(xù)的類型和所需數(shù)量應得到合同雙方的認可。

當檢測等級為D級時，要求進行規(guī)程驗證。檢測規(guī)程需要在演示試塊上進行演示，來驗證規(guī)程的可接受性。在首次檢測前，應完成令人滿意的工藝規(guī)程驗證。滿意的工藝規(guī)程驗證包括：所有的反射體都能被檢出、規(guī)定的波幅區(qū)分能力以及深度和寬度的覆蓋驗證。

初始檢測前，應使用掃查計劃核實波束的覆蓋，并在合適的參考試塊上演示。對于探頭位置相對于焊縫中心線可接受的偏差范圍，應在檢測規(guī)程中指定，并包含在掃查計劃中，且在參考試塊上標明。

沿著焊縫方向的掃查步進不應超過0.5 mm。檢測等級D級可以指定其他掃查步進，但需要證明所設的掃查步進是合理的。橫向缺欠檢測時，為確保被檢測區(qū)域的覆蓋，應選擇垂直于焊縫方向的掃查步進。

在初始掃查時，檢測到的一些指示可能需要附加評估，如偏置掃查和垂直于不連續(xù)掃查，應補充相控陣掃查設置。

選擇的掃查速度應能產(chǎn)生令人滿意的圖像。掃查速度選擇取決于許多因素，如延遲法則數(shù)量、掃查分辨率、脈沖重復頻率、數(shù)據(jù)采樣率和被檢測區(qū)域等。掃查線的缺失意味著所用的掃查速度過高。在單次掃查過程中，最多允許總掃查線的5％缺失，但不允許相鄰掃查線缺失。

當焊縫總長度范圍內(nèi)分為多個部分掃查時，在相鄰掃查之間至少需要20 mm的重疊。當掃查環(huán)焊縫時，第一次掃查的始端和最后一次掃查的末端需要同樣的重疊。

必要時，進行耦合效果監(jiān)控。

應使用基于自動計算機數(shù)據(jù)采集的裝置來進行超聲波檢測。所有覆蓋檢查區(qū)域的A掃數(shù)據(jù)應存儲，所有數(shù)據(jù)設置及設置參數(shù)應包含在數(shù)據(jù)記錄中。所有數(shù)據(jù)都必須在指定的時間內(nèi)存儲。

典型的相控陣數(shù)據(jù)解釋和分析可按如下要求進行：評估相控陣數(shù)據(jù)的質(zhì)量、識別相關指示、按照規(guī)定對相關不連續(xù)分類、根據(jù)規(guī)定確定不連續(xù)位置和大小以及按照驗收標準評估不連續(xù)。

相控陣檢測應產(chǎn)生令人滿意的圖像，以便進行更加可靠的評估?？赏ㄟ^耦合、范圍(時基)設置、靈敏度設置、信噪比、飽和指示和采集的數(shù)據(jù)來評估。相控陣成像質(zhì)量的評估需要有技能和經(jīng)驗的操作人員，操作人員應能確定不滿意的成像是否需要重新進行數(shù)據(jù)采集(重新掃查)。

相控陣成像包括了焊縫中的不連續(xù)和被測工件的幾何特征，為了區(qū)別指示和幾何特征，需要了解被測工件的具體信息。為了確定一個指示是否是相關指示(由焊縫中不連續(xù)導致)，應考慮反射體的形狀、相對于噪聲水平的信號波幅，并評估相控陣成像的模式或擾動情況。

相關指示的波幅、位置和模式包含了相關不連續(xù)類型的信息。相關指示應按照規(guī)定進行分類。

應通過采集的數(shù)據(jù)確定不連續(xù)是平行于焊縫軸線、垂直于焊縫軸線，還是焊縫厚度方向上的位置。不連續(xù)的長度定義為沿著焊縫的尺寸。測長法應按照應用的驗收等級執(zhí)行。當檢測小徑管的環(huán)焊縫時，沿外表面測量的長度要比實際的不連續(xù)長度長，尤其是較深的深度(如根部不連續(xù))，可使用下式進行修正：

lc=ls ×(OD-2d)/OD

式中：lc為修正后的長度；ls為沿表面測量的長度；OD為外徑；d為指示深度。

當指示高度可被直接測量時，如利用衍射信號，當為首選。如無衍射信號存在或可用時，則使用波幅進行評估。

(1) 基于波幅和長度的評估。波幅降低法可用于指示高度和長度的確定，對每個特定指示信號的最大波幅應根據(jù)規(guī)定的此類指示的驗收等級進行評估。

(2) 基于高度和長度的評估。指示的高度是指示在壁厚方向的尺寸，對于長度方向上高度不同的指示，其高度應為指示長度范圍內(nèi)，高度分離最大時的掃查位置。如果要求更高精度，可使用重建算法。

(3) 不連續(xù)的表征。指示的回波模式、位置和方向可用于確定相關不連續(xù)的類型。

所有相關指示分類、確定其位置和長度并進行評估后，按照規(guī)定的驗收標準進行評定。指示可分為“接受”或“不可接受”。

檢測報告的內(nèi)容至少包含以下信息：對ISO 20601：2018的引用；被測工件的相關信息；檢測設備相關信息；檢測技術相關信息；相控陣設置的相關信息；檢測結果相關信息。

ISO 20601：2018為薄壁鋼部件相控陣檢測提供了依據(jù)，為檢測結果的正確性評定奠定了基礎。使用時應注意，此標準為檢測方法標準，沒有規(guī)定檢測結果的驗收。檢測開始前，應在產(chǎn)品技術規(guī)范中，協(xié)商規(guī)定驗收標準。