无损检测超声检测凸曲面斜入射试块的制作与检验方法(T-CSTM 00214—2020).pdf

ICS 19.100 J 04 团 体 标 准 T/CSTM 00214-2020 无损检测 超声检测 凸曲面斜入射试块的制作与检验方法 Non-destructive testing Ultrasonic testing Fabrication and testing method of oblique incident test block with convex surface 2020-09-25 发布 2020-12-25 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 T/CSTM 002142020 I 目 录 前 言.II 1 范围.4 2 规范性引用文件.4 3 术语和定义.4 4 尺寸.4 5 材料.6 6 制备.6 7 标记.6 8 使用方法.6 9 证书.9 附录 A(规范性附录)校准试块的特性和用途.10 附录 B(资料性附录）本标准起草单位和起草人.11 T/CSTM 002142020 I 前 言 本部分参照 GB/T1.12009 给出的规则起草。请注意本文件的某些内容有可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国材料与试验团体标准委员会无损检测技术及设备领域委员会（CSTM/FC94）提出。本标准由中国材料与试验团体标准委员会无损检测技术及设备领域委员会（CSTM/FC94）归口 T/CSTM 002142020 3 引 言 超声波检测的凸曲面斜入射试块称为脚跟试块（或称 3 号校准试块），由系列试块组成，并且几何形状更简单。脚跟试块不提供试块广泛的应用范围，尤其不能用于对超声探伤仪的全面校验。但是在实际凸曲面检测中，可以随时用脚跟试块对超声检测设备的时基线和灵敏度设置进行简单的校验。此外，它也适用于对斜探头曲面检测的入射角和入射点的校验。T/CSTM 002142020 4 无损检测 超声检测 凸曲面斜入射试块的制作与检验方法 1 范围 本标准规定了凸曲面斜入射试块的尺寸、材料、制造以及用它对超声检测设备进行校准和校验的使用方法。本标准适用于空心类锻件、管件或棒类件等的周向方向斜入射超声波探伤水平、垂直、声程的精确定位。本标准提供了一种可以对周向斜探测凸曲面锻件角度、声速及零点标定的方法。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 3505 产品几何量技术规范(GPS)表面结构：轮廓法 术语、定义及表面结构参数(ISO 4287:2010,IDT)GB/T 12604.1 无损检测 术语 超声检测(GB/T 12604-2005,ISO 5577:2017,IDT)GB/T 20737 无损检测通用术语和定义(GB/T 20737-2006,ISO/TS 18173:2005,IDT)3 术语和定义 GB/T 12604.1和 GB/T 20737 界定的术语和定义适用于本文件。4 尺寸 4.1 尺寸要求 4.1.1 凸曲面检测的角度、声速及零点标定试块，其厚度不小于 25 mm（推荐 25 mm），宽度为 W=2R，高度为 H=R+60，横通孔直径为 3 mm。4.1.2 半圆形侧面的角度长刻线位置 P 的计算公式：P=RSin()；其中为 20、30、40、50、60、70、80。41.3 角度短刻线位置 P 的计算方法同角度长刻线，短刻线分别为 25、35、45、55、65、75，角度刻线位置 P 参数见表 1 示例，粗糙度 Ra3.2m，标准试块制作参数示例见表 2。4.1.4 图 1 给出了试块的尺寸。图中 R 半径允许小于 50 mm，或大于 400 mm，表中 R 的数值仅为推荐参数。表 1 半圆形侧面的角度刻线位置制作参数 序号序号 试块类型试块类型 R R 半径半径 2020 P P 位置位置 3030 P P 位置位置 4040 P P 位置位置 5050 P P 位置位置 6060 P P 位置位置 7070 P P 位置位置 8080 P P 位置位置 1 20-AVZ-0050 FB50 50 17.1 25 32.1 38.3 43.3 47.0 49.2 2 20-AVZ-0100 FB100 100 34.2 50 64.3 76.6 86.6 94.0 98.5 3 20-AVZ-150 FB150 150 51.3 75 96.4 114.9 129.9 141.0 147.7 4 20-AVZ-0200 FB200 200 68.4 100 128.6 153.2 173.2 187.9 197.0 T/CSTM 002142020 5 5 20-AVZ-0250 FB250 250 85.5 125 160.7 191.5 216.5 234.9 246.2 6 20-AVZ-0300 FB300 300 102.6 150 192.8 229.8 259.8 281.9 295.4 7 20-AVZ-0350 FB350 350 119.7 175 225.0 268.1 303.1 328.9 344.7 8 20-AVZ-0400 FB400 400 136.8 200 257.1 306.4 346.4 375.9 393.9 备注：长度单位均为 mm。表 2 标准试块制作参数 序号序号 试块类型试块类型 R R 半径半径 mmmm W W 宽度宽度 mmmm H H 高度高度 mmmm 1 20-AVZ-0050 FB50 50 100 110 2 20-AVZ-0100 FB100 100 200 160 3 20-AVZ-0150 FB150 150 300 210 4 20-AVZ-0200 FB200 200 400 260 5 20-AVZ-0250 FB250 250 500 310 6 20-AVZ-0300 FB300 300 600 360 7 20-AVZ-0350 FB350 350 700 410 8 20-AVZ-0400 FB400 400 800 460 图 1 超声检测用脚跟试块的尺寸与刻度 4.2 制作要求 R半圆半径，公差 0.38 mm；W宽度，公差 0.76 mm；H高度，公差 0.76 mm；P角度位置线，公差 0.2 mm；I典型试块标识；如：20-AVZ-0050 T/CSTM 002142020 6 20=典型钢种标号；A=角度，V=声速，Z=零点；0150=150，试块半圆半径，单位 mm；如：FB150 F=脚跟,B=试块 FB=脚跟试块；三位：150=外圆半径 150 mm。5 材料 制作试块的钢材应具有下列特性:用平炉或电炉生产的低碳镇静钢；正火状态；晶粒度不低于6级。6 制备 6.1 校准试块的材质应均匀，且经超声检测无缺陷(见附录A中A.2)。6.2 为获得细晶组织和良好的材质均匀性，在最终机加工前应将试块按以下方式进行热处理：a)以920 的温度保温30 min，并用水淬冷；b)再加热到650 至少保温2 h，然后在静止空气中冷却。6.3 热处理后机加工前，应从两个相互垂直的方向，并沿轧制方向对试块做进一步的超声检测。热处理后，所有表面应至少去除2 mm。所有尺寸和表面粗糙度应符合图1要求。6.4 为了防止附加效应的产生，刻度槽的深度应为0.1 mm士0.05 mm；刻度槽的长度应为6 mm，并且其位置公差为士0.2 mm。机加工完成后应进行最终超声检测。6.5 试块的纵波速度应为5920 m/s士30 m/s，横波速度应为3255 m/s士15 m/s。7 标记 脚跟试块上应按图1做永久性参考标记：生产商商标；本标准号；唯一的序列号。8 使用方法 8.1 时基线的设置 调节时基线时，应将相继回波的前沿(左侧边)调整到与仪器屏幕对应的刻度相一致。脉冲传播时间取决于被检材料中的超声波波速。8.1.1 用直探头校准不大于 250 mm 的时基线 探头在校准试块反射面上的放置位置应按图2a)的示意；校准范围为100 mm时荧光屏(A扫描)上的显示应按图2b)示意图。注：当校准距离大于10倍的试块厚度时可能会出现困难，这取决于所用的探头和频率。单位为mm a）探头在校准试块上的位置 25 T/CSTM 002142020 7 b)校准范围为 100 mm 时 A 扫描的显示示意图 图 2 用直探头校准不大于 250 mm 的时基线 8.1.2 用曲面斜探头校准 RCos（）+30 或 RCos（）+60 的时基线 曲面检测斜探头在校准试块上的位置按图 3a)(用于 RCos（）+30 校准距离)和图 3b)(用于 RCos（）+60校准距离)。图 3a)和图 3b)也给出了这两种校准范围的仪器荧光屏显示示意图。a)用于 RCos（）+30 校准范围 b)用于 RCos（）+60 校准范围 图 3 曲面检测斜探头在校准试块上的位置 8.2 灵敏度设置和探头校验 8.2.1 概述 很多因素会影响灵敏度设置(见附录 A 中 A.3)。8.2.2 纵波探头灵敏度设置 探头应置于图 4a）所在的位置。灵敏度的设置应以 A 扫描中显示的连续回波作为参考基准。也可将探0 25 50 75 100 0 R Cos（）+30 0 R Cos（）+60 T/CSTM 002142020 8 头放在图 4b）的位置，利用直径 3 mm孔的回波，使相应回波幅度最大，以此设置灵敏度。图 4 直探头灵敏度设置 8.2.3 曲面斜探头 8.2.3.1 灵敏度设置 分别利用声程为 RCos（）+30 和 RCos（）+60 的两个反射面进行灵敏度设置。校验探头时，声耦合是一个重要因素，当进行探头之间的比较时，应使用相同的耦合介质。a)使用经校准的增益调节器，先将来自于反射面的回波调到屏幕高度的 80%，然后再将其调节到需设置的水平。b)不用增益调节器，利用来自于圆周面的单次回波调节灵敏度(见图 5、图 6)。图 5 曲面检测斜探头不用增益调节器进行灵敏度设置 图 6 曲面检测斜探头不用增益调节器进行灵敏度设置 8.2.3.2 曲面探头入射点位置的测定 曲面斜探头应按图 7 放置，并在校准试块倒角 2mm 或 1mm 上前后移动，直到来自于倒角面的反射回波幅度达到最大。这时探头入射点与试块上倒角的中心重合。8.2.3.3 声束角度的测定 a)b)0 R Cos（）+30 0 R Cos（）+60 T/CSTM 002142020 9 用间隙的矩形槽面或试块底面的回波测定声束角度。将曲面斜探头在校准试块圆周面上平行移动，直到来自于矩形槽面或试块底面的反射回波幅度达到最大。声束角度可以直接从校准试块上与探头入射点重合的刻度值上读得，当探头入射点与刻度线不重合时也可以采用插值法获取。图 8 所示的这些位置可用于测定 20至 80的曲面斜探头。图 7 曲面斜探头入射点测定 图 8 曲面斜探头声束角度测定 9 证书 对于每一块试块，制造商都应发布一份证书以说明：a)该试块符合本标准；b)所测得的纵波声速平均值：Vl；c)所测得的横波声速平均值：Vs。T/CSTM 002142020 10 附录 A(规范性附录)校准试块的特性和用途 A.1 用于“非小型”探头校准的试块厚度 当用于非小型探头时，可以使用更厚的试块，例如厚度 40mm 或 50mm。A.2 最终机加工前后的材料超声检测 用纵波探头(晶片直径 10mm,频率 6MHz)进行两次检测：a)将探头按图 2a)放置，第四次底面回波的波幅应比后面出现的、由晶粒结构产生的噪声高出至少50dB。b)在材料均匀性方面，不应有波幅大于晶粒散射波幅的缺陷。A.3 设置灵敏度需考虑的因素 设置灵敏度时宜考虑下列因素，它们可分为四大类：a)设备：脉冲能量、频率、脉冲波形、放大率等；b)所用探头：种类、尺寸、声阻抗、晶片阻尼、声场极值分布图等；c)被检材料：表面状态(与耦合有关)，材料种类(吸收性)等；d)缺陷分析：形状、取向、性质等。T/CSTM 002142020 11 附录 B(资料性附录)本标准起草单位和起草人 本标准负责起草单位:南京迪威尔高端制造股份有限公司。本标准参与起草单位:中国特种设备检测研究院、山东瑞祥模具有限公司、钢研纳克检测技术股份有限公司、常州超声电子有限公司、卡麦隆(上海)机械有限公司。本标准主要起草人:陈昌华、张利、郑阳、侯金刚、魏忠瑞、马建民、范弘、张建卫、潘振新、肖潇、尹述港、彭意豪。