此标准规定了使用半自动或全自动相控阵超声技术检测壁厚为3.2～8 mm的钢部件熔焊焊接接头的应用方法。如果壁厚范围超出最小值或最大值的要求，应当采用此标准中的检测等级D级。

虽然此标准的板厚范围主要是基于锅炉管道典型壁厚的取值范围，但其适用范围不局限于此。ISO 20601：2018标准适用于母材和焊缝材料都是低合金或细晶粒钢的板、管和容器的简单几何形状全熔透焊接接头。超声参数与工件材料相关，此标准中的超声参数是基于纵波声速范围为(5920±50) m/s，横波声速范围为(3255±30) m/s的钢材料。声速不同会导致折射角和回波反射率不同，当检测声速不同的材料时，应考虑该因素。

此标准提供了对熔焊接头进行相控阵检测时，在检测、定位、定量和不连续表征方面的特定能力及局限性的指导；描述了用于验收目的的缺欠评估，包括位置、长度、高度和缺欠类型。但标准中未包含缺欠的验收等级，因此在检测前，各相关方需要明确缺欠的评估方法并制定验收标准。

02、检测等级

所有的检测等级都要求有书面检测规程。书面检测规程应至少包含以下信息：检测目的和范围、检测技术、检测等级、人员资格鉴定，培训要求、所用的检测设备(包括频率、采样率、阵元间距、阵元尺寸)、参考或演示试块、校准和参考扫查示例、检测设备的灵敏度和范围设置、可接近性和检测表面条件、母材检测、指示的评估、验收等级或记录等级、报告要求、环境安全事宜以及扫查计划等。扫查计划应显示探头的位置、探头的移动方式和工件的覆盖，以提供一个标准化的、可重复的焊缝检测方法。扫查计划还应包括焊缝的厚度和几何形状，使用的波束角度相对于焊缝中心线的波束方向，以及每条焊缝的检测区域。

探头可以使用纵波、横波和爬波，探头的频率最少应为5 MHz，频率应与工件厚度相匹配。工件较厚时选用低频探头。

当检测弯曲表面时，探头与曲面的匹配应符合ISO 17640:2017《焊缝无损检测-超声检测-技术检测等级与评定》的要求。探头应配备有探头靴，探头靴应能有效匹配检测面的曲率，探头靴底部与检测弯曲表面的间隙应不大于0.5 mm。

因工件曲率对声束有影响，沿着焊缝方向的波束宽度应合适(例如：使用几何或电子波束聚焦)，以便根据指定的验收标准来测定不连续的长度。

为了实现相控阵成像(数据采集)的一致性，应使用导向装置和扫查编码器。探头和焊缝中心线的距离应保持恒定，最大允许误差为±1 mm。否则，应在参考试块上验证其适用性。

首先应确定检测区域，检测区域范围应规范确定。在制造阶段的检测，检测的区域应包括焊缝及焊缝每侧至少1.25T(板厚)的母材区域(激光焊或电子束焊为T)，或经证实的热影响区宽度。应使用扫查计划来记录区域覆盖，并证实声束能够完全覆盖被检测区域。在适用时或D级检测时，应使用参考试块和演示试块来验证检测设置的能力。当检测复杂几何结构的焊缝时(如不等厚材料的焊接对接、材料以一定角度连接或管嘴焊缝)，应仔细编制检测计划，并按照检测等级D级执行。

其次是扫查表面的准备。应清理足够宽度的扫查表面，以确保完全覆盖被检测区域。扫查面应平整，应无影响探头耦合的外来物(如锈蚀、松散氧化皮、飞溅、缺口、沟槽等)。检测表面的条件应保证探头和测试工件的表面间隙不得超过0.5 mm。必要时，应通过修磨扫查表面来保证要求的满足。机加工工件的表面粗糙度Ra不应超过6.3 μm，喷丸表面粗糙度Ra不应超过12.5 μm。当有涂层(如油漆等)且不能移除时，演示试块需带有相应的涂层，同时应指定和使用相应的修正措施。测试工件的表面温度应在0°~50°之间。如果测试工件的表面温度在该范围之外，应当使用特殊的高温相控阵探头和耦合剂，并验证仪器的适用性。

耦合剂在探头和测试工件之间提供稳定的超声传输。校准时使用的耦合剂应与后续检测过程中及检测后校准的耦合剂相同。

扫查区域的母材应经过检测，确保母材中存在的不连续不会影响焊缝的斜声束检测。当母材中发现不连续时，应评估不连续对预定的斜声束检测的影响。必要时，需对检测技术做出相应的调整。当标准要求的超声检测覆盖率受到严重影响时，应考虑其他的检测技术(如射线检测)。

07、范围和灵敏度设置

检测等级C级和D级应使用参考试块，用来设置灵敏度及确认检测的完整性(如：覆盖)。推荐采用如图1和图2所示的参考试块。图1中R是与被测工件曲率接近的参考试块曲率(对于工件直径D＞600 mm，试块的顶部可以采用平面)，如考虑到超声声程和灵敏度的修正，给定的参考试块可覆盖到其自身曲率70%～100%的工件曲率范围。

图1中的试块优先用于时间延迟和TCG的设置及修正，也可用于制作DAC或TCG，以及复核时间延迟(相对于探头靴磨损)和入射点。

图1 典型的横孔参考试块结构示意

对于灵敏度设置，推荐使用如图2所示的环焊缝参考试块(图中，Dr为参考试块的直径；tr为参考试块的厚度；l1为横孔的长度；l2为刻槽的长度)。这种试块用于复核探头的偏置、复核检测区域、调整范围和检测灵敏度、复核设置以及进行传输修正等。试块的长度≥150 mm，厚度范围为0.8tr～1.2tr，直径D的范围为0.8Dr～1.2Dr。如果没有其他反射体或管末端的回波干扰，反射体可加工在一根完整的管子上或管子的一部分上。作为一种选择，可使用沿焊缝坡口朝向的平底孔(直径为0.6 mm)。

图2 典型环焊缝参考试块结构示意

参考试块的材料应选用与被检工件(考虑声速、晶粒结构和表面状态)相同材料组的材料。

参考试块的尺寸和形状要求。至少应有一个参考试块的厚度与被测工件相同，并符合规定的材料公差。参考试块的曲率应类似于被检工件的曲率，且在一定曲率范围内。对于圆柱形工件的纵向焊缝检测，应使用曲面参考试块，其直径应在被检工件直径的0.8~1.2倍范围内。对于直径不小于300 mm的被检工件，可采用平的参考试块。应注意，所有直径或曲率都应保证探头靴和参考试块的最大间隙不超过0.5 mm。所选参考试块的长度和宽度应能确保所有人工反射体均可被正确扫查。

参考试块的参考反射体要求。图1所示的参考试块应至少包含2个横孔(SDH)，图2所示的参考试块应至少包含1个横孔(SDH)和两个刻槽。两个刻槽也可用两个平底孔(FBH)或两个圆底孔(RBH)替代。横孔和刻槽的长度应不小于波束的宽度。表4给出了典型环焊缝参考反射体的推荐尺寸。

当刻槽用于灵敏度设置时，波束角度不同，波幅会受到严重影响，应避免使用可能发生波形转换的波束角度。对于钢中的横波，入射角小于33°时会产生波形转换。对于角反射，如槽，或入射角大于57°的波束角也会受到影响。刻槽也可用于被测区域的覆盖演示。

当应用检测等级Ｄ级时，除了使用参考试块外，还需使用演示试块以确认检测的适当性(如覆盖和灵敏度设置)。如演示试块满足参考试块中指定的全部参考反射体，可取代参考试块。演示试块应选用与被检工件(考虑声速，晶粒结构和表面状态)相同材料组的材料制作。演示试块应含有与被测工件相同焊接工艺、相同焊材、相似几何形状的焊缝，演示试块的厚度应与被测工件相同。演示试块的曲率应该等于被测工件的曲率。演示试块的长度和宽度应能确保所有需要的参考反射体能被有效扫查。

演示试块应包含在真实焊缝内或焊缝处的反射体，这些反射体应能代表可能产生的缺陷。可用的两种反射体类型为：真实不连续(人为设计、焊接形成的缺陷)和人工不连续(机加工反射体，如槽、横孔和平底孔)。通常优先选用真实的不连续，或者也可使用人工不连续。不连续的类型和所需数量应得到合同双方的认可。

当检测等级为D级时，要求进行规程验证。检测规程需要在演示试块上进行演示，来验证规程的可接受性。在首次检测前，应完成令人满意的工艺规程验证。满意的工艺规程验证包括：所有的反射体都能被检出、规定的波幅区分能力以及深度和宽度的覆盖验证。

初始检测前，应使用扫查计划核实波束的覆盖，并在合适的参考试块上演示。对于探头位置相对于焊缝中心线可接受的偏差范围，应在检测规程中指定，并包含在扫查计划中，且在参考试块上标明。

沿着焊缝方向的扫查步进不应超过0.5 mm。检测等级D级可以指定其他扫查步进，但需要证明所设的扫查步进是合理的。横向缺欠检测时，为确保被检测区域的覆盖，应选择垂直于焊缝方向的扫查步进。

在初始扫查时，检测到的一些指示可能需要附加评估，如偏置扫查和垂直于不连续扫查，应补充相控阵扫查设置。

选择的扫查速度应能产生令人满意的图像。扫查速度选择取决于许多因素，如延迟法则数量、扫查分辨率、脉冲重复频率、数据采样率和被检测区域等。扫查线的缺失意味着所用的扫查速度过高。在单次扫查过程中，最多允许总扫查线的5％缺失，但不允许相邻扫查线缺失。

当焊缝总长度范围内分为多个部分扫查时，在相邻扫查之间至少需要20 mm的重叠。当扫查环焊缝时，第一次扫查的始端和最后一次扫查的末端需要同样的重叠。

必要时，进行耦合效果监控。

应使用基于自动计算机数据采集的装置来进行超声波检测。所有覆盖检查区域的A扫数据应存储，所有数据设置及设置参数应包含在数据记录中。所有数据都必须在指定的时间内存储。

典型的相控阵数据解释和分析可按如下要求进行：评估相控阵数据的质量、识别相关指示、按照规定对相关不连续分类、根据规定确定不连续位置和大小以及按照验收标准评估不连续。

相控阵检测应产生令人满意的图像，以便进行更加可靠的评估。可通过耦合、范围(时基)设置、灵敏度设置、信噪比、饱和指示和采集的数据来评估。相控阵成像质量的评估需要有技能和经验的操作人员，操作人员应能确定不满意的成像是否需要重新进行数据采集(重新扫查)。

相控阵成像包括了焊缝中的不连续和被测工件的几何特征，为了区别指示和几何特征，需要了解被测工件的具体信息。为了确定一个指示是否是相关指示(由焊缝中不连续导致)，应考虑反射体的形状、相对于噪声水平的信号波幅，并评估相控阵成像的模式或扰动情况。

相关指示的波幅、位置和模式包含了相关不连续类型的信息。相关指示应按照规定进行分类。

应通过采集的数据确定不连续是平行于焊缝轴线、垂直于焊缝轴线，还是焊缝厚度方向上的位置。不连续的长度定义为沿着焊缝的尺寸。测长法应按照应用的验收等级执行。当检测小径管的环焊缝时，沿外表面测量的长度要比实际的不连续长度长，尤其是较深的深度(如根部不连续)，可使用下式进行修正：

lc=ls ×(OD-2d)/OD

式中：lc为修正后的长度；ls为沿表面测量的长度；OD为外径；d为指示深度。

当指示高度可被直接测量时，如利用衍射信号，当为首选。如无衍射信号存在或可用时，则使用波幅进行评估。

(1) 基于波幅和长度的评估。波幅降低法可用于指示高度和长度的确定，对每个特定指示信号的最大波幅应根据规定的此类指示的验收等级进行评估。

(2) 基于高度和长度的评估。指示的高度是指示在壁厚方向的尺寸，对于长度方向上高度不同的指示，其高度应为指示长度范围内，高度分离最大时的扫查位置。如果要求更高精度，可使用重建算法。

(3) 不连续的表征。指示的回波模式、位置和方向可用于确定相关不连续的类型。

所有相关指示分类、确定其位置和长度并进行评估后，按照规定的验收标准进行评定。指示可分为“接受”或“不可接受”。

检测报告的内容至少包含以下信息：对ISO 20601：2018的引用；被测工件的相关信息；检测设备相关信息；检测技术相关信息；相控阵设置的相关信息；检测结果相关信息。

ISO 20601：2018为薄壁钢部件相控阵检测提供了依据，为检测结果的正确性评定奠定了基础。使用时应注意，此标准为检测方法标准，没有规定检测结果的验收。检测开始前，应在产品技术规范中，协商规定验收标准。