T_CSTM 00422-2022 无损检测 中低频磁致伸缩超声导波b扫检测方法.docx

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1、T/CSTM004222022前言本文件参照GB/T1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由中国材料与试验团体标准委员会无损检测技术及仪器领域委员会（CSTM/FC94）提出。本文件由中国材料与试验团体标准委员会无损检测技术及仪器领域委员会（CSTM/FC94）归口。IT/CSTM00422-2022无损检测中低频磁致伸缩超声导波B扫描检测方法1范围本文件规定了利用中低频磁致伸缩超声导波B扫描检测技术对构件中存在横截面积变化的缺陷进行成像检测方法。本文件适用于外径大于100

2、mm，壁厚1.4mm30mm的金属无缝管、直缝管以及壁厚为1mm30mm的金属板。金属管和金属板（统称构件）的工作温度范围在-20+200。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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/T9445无损检测人员资格鉴定与认证GB/T28704无损检测磁致伸缩超声导波检测方法GB/T31211无损检测超声导波检测总则GB/T12604.1无损检测术语超声检测NB/T47013.3承压设备无损检测第3部分：超声检测3术语和定义GB/T12604

3、.1、GB/T28704和GB/T31211界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1中低频磁致伸缩超声导波lowandmediumfrequencyultrasonicguidedwavesbasedonmagnetostrictiveeffects基于磁致伸缩原理激励的频率范围在5kHz300kHz的超声导波。3.2导波B型显示B-displayofguidedwaves超声导波检测结果在被检构件表面的投影成像显示方式，图像的横坐标代表声程，纵坐标代表探头沿垂直导波传播方向移动的距离或角度，如图1所示。以检测金属板为例，导波B型显示为反射回波幅度在平面检测区域的投影，如图2所示；以检测金

4、属管道为例，导波B型显示为反射回波幅度在曲面检测区域沿周向展开平面的投影，如图3所示。1T/CSTM004222022图1某管道周向扫查时的导波B扫描成像图图2超声导波在板上的B扫描检测示意图图3超声导波在管道上的B扫描检测示意图4方法概要4.1原理2T/CSTM00422-2022中低频磁致伸缩超声导波B扫描检测是利用磁致伸缩效应及其逆效应激励和接收中低频超声导波，并在垂直于声束方向移动探头从而实现对构件进行扫查的一种检测方法，其检测方式如图1所示。中低频磁致伸缩超声导波B扫描检测在金属管中的导波模态为T(n,1)，在金属板中的导波模态为SH波。4.2中低频超声导波检测的特点基于磁致伸缩原理

5、激励超声导波具有盲区小、换能器结构简单、操作方便的特点；基于磁致伸缩原理在中低频范围内激励的超声导波以磁致伸缩力为主，由涡流引起的洛伦兹力较弱，具有模态纯净、频散少、换能效率高的特点。4.2.1中低频超声导波B扫描检测的优点超声导波B扫描检测以局部单点激励进行横向扫描检测，具有以下的优点：a)检测结果采用二维图像显示，相比A扫描检测，增加了横向位置信息，能实现缺陷的二维定位；b)能分辨出管道相同声程位置上周向分布的多个特征，如仪表管接头、焊接支架和缺陷等，可避免采用管道全圆周激励时产生轴对称模态导波（如T(0,1)、L(0,2)等）出现的漏检；c)相对于全圆周激励的轴对称管道导波，声波能量集中

6、，检测灵敏度更高。4.2.2中低频超声导波B扫描检测的缺点中低频超声导波B扫描检测有以下缺点：a)只能获得管道横截面积的变化当量，不能测得管道壁厚损失的准确值；b)不能区分缺陷处于构件厚度方向上的位置，如内表面和外表面；c)由于局部激励加载导致声束扩散，相对于轴对称管道导波（如T(0,1)、L(0,2)等），检测距离较短。5安全要求本文件没有列出检测施工时所有的安全要求，使用本文件的用户应在检测前建立安全准则。检测施工过程中至少包括如下安全要求：a)在检测前的施工阶段，应对施工中可能伤害施工人员的各种危险源加以辨识，并对施工人员进行培训和采取必要的保护措施；b)施工人员应遵守检测现场的安全要求

7、，根据要求穿戴防护工作服和佩戴有关防护设备；c)当采用强磁体对磁致伸缩条带进行磁化时，应严格按照操作规程进行操作，并采用必要的保护措施以防止夹伤；d)若有要求，现场使用的任何设备都应具有防爆功能；e)在封闭空间内进行操作时，应考虑氧气含量等因素，并采取必要的保护措施；f)在高空进行操作时，应考虑人员、检测设备、器材坠落等因素，并采取必要的保护措施；g)在极端环境下进行施工时，如低温、高温等条件下，应考虑人员冻伤、烫手、中暑等因素，并采取必须要的保护措施。6检测人员要求从事超声导波检测的人员应按GB/T9445的要求或者有关主管部门的规定取得相应无损检测人员认证机构颁发的超声检测或超声导波检测资

8、格证书，并从事相应等级规定的检测工作。3T/CSTM004222022检测人员应经过专门培训，熟悉仪器的性能，可以独立操作和进行数据分析。且应该掌握被检构件材质、常见缺陷及其可能产生部位等知识，能根据检测结果进行综合判定。7检测工艺文件7.1检测工艺规程检测前，应按照本文件的要求制定通用检测工艺规程，其至少应包括如下内容：a)适用范围；b)引用标准、法规；c)检测人员资格、施工人员条件；d)检测设备：超声导波检测仪、电缆线、B扫描探头、数据采集和分析软件等；e)被检测构件的信息：尺寸、材质、结构特征与运行参数等，部分信息可采用图形表示；f)检测过程和检测数据分析报告；g)检测结果的评定；h)检

9、测记录、报告和资料存档；i)工艺规程的编制、审核和批准人员；j)编制日期。7.2操作指导书或工艺卡应按9.2执行8检测设备8.1检测仪器检测用的超声导波检测仪器应满足如下要求：a)工作扫频范围：5kHz300kHz，分辨率不小于1kHz；b)激励脉冲电压：250V；c)脉冲重复频率：20Hz；d)可调增益范围：60dB；e)发射接收模式：收发一体或收发分离可选；f)方向控制：与B扫描探头配合实现导波传播方向控制，并具备识别镜像波功能；g)适用环境条件：温度-15+40，湿度10%RH80%RH；h)接口：外部编码器等。8.2B扫描探头检测用的中低频磁致伸缩超声导波B扫描探头应满足如下要求：a)

10、可实现管道导波的局部激励加载，在构件表面产生剪切谐振；b)可配合检测仪器实现导波方向的控制；c)可适配被检测构件表面形状，对于管道最小适配直径为100mm；d)常规探头工作温度范围为-20+60；高温探头工作温度最高可达200；e)带编码器装置，可记录B扫描探头在被检测工件上的横向移动相对位置；f)工作状态应具有声、光提示功能。4序号钢管规格环行切槽位置（距试样一端）m外径Dmm壁厚Tmm长度Lm3%截面损失比6%截面损失比9%截面损失比1100D150424916232150D3006281018273300D10001034122232T/CSTM00422-20228.3检测信号分析软件

11、磁致伸缩超声导波B扫描检测的分析软件应至少包含以下功能：a)信号存储；b)信号分析；c)频散曲线的计算；d)绘制A扫描曲线；e)绘制距离-波幅曲线；f)绘制导波B型显示图像；g)信号回放；h)信号定位。8.4检测系统性能检测系统灵敏度及信噪比应满足以下要求：对构件横截面损失率的最小分辨率应达到1%，且信噪比不低于6dB。示例：对于材质为碳钢、公称直径为DN300的无包覆层无缝管，距离探头不小于2m处的周向长度为25mm的40%壁厚减薄，检测信噪比不低于6dB。8.5试件8.5.1校准试件校准试样用于设置仪器工作参数、设定检测灵敏度和校准距离-波幅曲线。校准试样宜采用材质为Q235的无缝钢管制作

12、，其外径D、壁厚T和长度L参见表1所示。试样上应制作3%、6%和9%截面损失率的环形切槽各一个，切槽的位置如表1所示，切槽的宽度为0.5mm2mm，切槽的深度应均匀，允差不大于0.2mm。表1校准试样的要求8.5.2对比试件对比试件用于对被检构件上缺陷横截面损失比当量进行评定。对比试件应采用与被检构件材料性能及几何形状相同或相近的材料制作，试件表面使用相同或相近的包覆层材料进行包覆，试件的长度至少为检测构件的1.2倍。除非合同有关各方另有约定，应按如下要求在对比试样上加工人工缺陷：在对比试件同一横截面上的外表面至少加工3个分别直径相同、深度为壁厚40%的120锥孔，各锥孔的环向间距应均匀分布，

13、锥孔的直径加数量按照构件横截面损失比的9%进行计算。当对比试件壁厚大于3mm时，各锥孔彼此深度允差为0.2mm；当对比试件壁厚小于3mm时，彼此深度允差为0.05mm；锥孔距试件端部至少1m。5T/CSTM0042220228.6检测系统的维护和校准检测系统的维护需制定书面规程，并对检测设备进行周期性检查和维护，以保证仪器的功能与性能。在进行现场检测之前，应在实验室内选择相应规格的校准试件对检测主机进行校准。在进行现场检测时，如怀疑设备的检测结果，应对设备进行功能检查和性能调整，并对每次维护结果进行记录。9检测准备9.1资料审查资料审查应包括下列内容：a)被检构件制造文件资料：产品合格证、设计

14、资料、竣工图、质量证明文件等，重点了解其类型、结构特征和材质特性；b)被检构件运行记录资料：运行参数、工作环境、载荷变化情况以及工作中出现的异常情况等；c)被检构件检验资料：历次检验记录和检测报告；d)被检构件其他资料：维护、保养、修理和改造的文件资料等。9.2操作指导书或工艺卡的编制在检测前，应编制书面的操作指导书或工艺卡。操作指导书或工艺卡应符合GB/T5616的要求，并包含以下内容：a)被检构件的基本信息及历史运行、检验的情况；b)检测范围，包括检测点的位置与分布，需要时可绘制示意图；c)探头的频率组合及扫查路径规划；d)对检测点的处理和准备（包括包覆层和构件表面）e)检测系统的使用说明

15、。9.3距离-波幅曲线的绘制在检测前，应根据被检构件的材料、规格及几何特征，选择符合8.5.2规定的对比试件绘制距离-波幅曲线。该曲线由记录线、评定线和判废线组成。记录线由3%横截面损失比的人工缺陷反射波幅绘制而成；评定线由6%横截面损失比的人工缺陷反射波幅绘制而成；判废线由9%横截面损失比的人工缺陷反射波幅绘制而成。记录线以下（含记录线）为1区，记录线与评定线（含评定线）之间为2区，评定线与判废线之间为3区，判废线及其以上区域为4区，如图4所示。6T/CSTM00422-20224区3区记录线评定线判废线2区1区背景噪声图4距离幅值曲线示意图9.4被检构件表面处理在安装探头位置需要对被检构件

16、的表面进行处理，包括下列内容：a)需将保温层、防腐层等包覆材料去除，露出被检构件的母材，宽度应不小于25cm；b)将被检构件表面的灰尘、铁锈以及凹凸不平等异物清理干净；c)如果被检构件表面只有一层防腐油漆，则可不必将油漆去除，只需将被检测构件表面的凸起去除即可；d)对于埋地管道，应在检测点位置进行开挖，开挖段深度距离管道下部不得小于30cm，开挖段管道外侧宽度应不小于50cm，长度应不小于1m。9.5探头的安装探头的安装应满足如下要求：a)按照操作指导书确定探头安装的位置，安装点选取的原则参见本文件9.6；b)截取磁致伸缩条带，截取长度根据被检构件确定；c)对磁致伸缩带进行磁化；d)根据被检构

17、件的外表面温度及表面状况，在磁致伸缩带与被检构件之间添加合适的耦合材料，并达到良好的声波耦合状态；e)按照制造商提供的安装说明，将B扫描探头安装到被检构件上。9.6探头布置位置的选取探头布置位置的选取应该按照以下原则进行：a)参照被检构件几何特征和其它状况对检测性能的影响；b)尽量靠近被检构件易腐蚀区域，同时避免腐蚀区域在检测盲区内；7T/CSTM004222022c)找出所有可能影响检测的障碍物和可能出现的噪声源，如环境的电磁干扰、机械振动和管道内介质的流动等，选择检测点宜尽可能远离这些噪声源。10检测10.1检测频率首先得到被检构件的频散曲线，然后根据频散曲线并结合导波在被检构件中的波结构

18、选择合适的检测频率。不同频率的导波对各类损伤有不同的灵敏度，检测过程中宜采用多种频率检测或扫频检测。频散曲线的求取，一般是首先建立被测对象的纳维（Navier）波动方程，求出波在被测构件中传播的位移和应力表达式，然后根据被检构件的位移应力等边界条件建立频散方程，该方程为超声波频率()与波传播速度()的函数，求解频散方程即得到关于的曲线，即频散曲线。10.2检测覆盖范围检测覆盖率不仅与管道规格、材质、几何特征、腐蚀严重程度及外包覆层均有关，而且还与导波检测频率有关。特别地，由于超声导波B扫检测为局部激励加载，声束会发生扩散，因此在检测前，应根据管道规格和导波频率确定最大检测距离，具体方法为：a)

19、按本文件推荐的有效检测距离，见附录A；b)按能够发现最远的焊缝反射信号确定有效检测距离；c)如果被检构件中包含弯头，则要求在有效检测范围内的弯头个数不超过2个。10.3检测仪器调试检测仪器的调试包括下列步骤：a)将B扫描探头、超声导波检测仪主机和计算机连接；b)打开仪器开关通电，并按仪器制造商规定的时间预热，使仪器达到稳定工作状态；c)按照被检构件的具体情况和操作指导书或工艺卡确定仪器的工作参数；d)对被检构件进行超声导波检测，识别检测信号中构件的端头、接头、焊缝、外部支撑等部位产生的超声导波反射信号，测量被检构件超声导波传播的波速；e)根据被检构件设定合适的扫查步长，步长不得超过B扫描探头激

20、励导波的横向宽度；f)进一步调节仪器工作参数，使仪器处于良好的工作状态。10.4数据采集与记录磁致伸缩超声导波B扫描检测的数据采集包括下列步骤：a)将B扫描探头在管道上的初始位置进行标记，必要时可进行拍照记录；b)采用调节好的仪器，根据仪器制造商提供的操作说明对被检构件实施检测；c)观察和记录B扫描探头移动到每个位置出现的超声导波反射回波信号；d)仪器软件自动绘制出导波B型显示图像，保存图像和相关的数据。11检测信号分析和评定11.1概述针对磁致伸缩超声导波B扫描检测结果，首先通过导波B型显示图像确定缺陷的数量和位置，再通过A扫描距离-波幅曲线对缺陷进行判定和分级。8类别B扫图像特点典型干扰结

21、构全周向特征在管道周向的相同声程位置上出现连续且幅值一致的反射回波焊缝、法兰等对称性周向特征在管道周向的相同声程位置上出现均匀对称分布的反射回波对称性焊接支撑架等单一周向特征在管道周向的相同声程位置上出现零星分布或无规律分布的反射回波单一焊接支架、仪表三通等T/CSTM00422-202211.2信号分析11.2.1B扫描成像检测信号的分析对B扫描检测信号的分析至少包含如下内容：a)根据超声导波反射回波信号绘制导波B扫图像；b)对B扫图像进行分析，判断回波信号是否由被检构件的端头、接头、焊缝、外部支撑等引起，如果是，应排除。表2列举了管道检测时常见的管道干扰结构导致的B扫图像特点；c)对于被检

22、构件上无明显几何形状变化部位的超声导波回波信号，排除镜像波、往复反射波及噪声等干扰信号后，即可确定为材料损失缺陷引起的超声导波回波信号；对于同一声程位置含有多个反射回波，可先确定该位置处疑似缺陷的数量，其次记录缺陷的二维位置信息并在被检构件上加以标识，然后进行检测结果评价和处理；d)对于环焊缝、法兰等全圆周结构干扰，可根据反射回波幅值沿管道周向上的一致性判断是否存在缺陷。表2常见管道干扰结构导致的B扫图像特点11.2.2特征信号的标注结合被检构件的结构特征，将结构干扰引起的回波信号在导波B型显示图像及该横向位置的A扫图中标注出。标注特征应包含结构特征名称、回波幅值、纵向和横向的位置等信息。11

23、.3干扰信号的排除11.3.1分析对象根据导波B型显示图像及A扫描曲线排除由被检构件的端头、接头、焊缝、外部支撑等固有特征部位产生的超声导波反射信号，其余超声导波反射信号均为分析对象。11.3.2镜像波分析镜像波是近场区较为常见的干扰信号，一般是由于导波传播方向控制不充分引起的，应在信号分析过程中予以排除，其判断的原则包含如下几个要素：a)镜像波与真实的回波以检测探头为中心镜像分布；b)一般情况下，镜像波的幅值比真实的回波小；c)在B扫描检测时，镜像波在横向上分布情况与真实的回波相同。11.3.3往复反射波分析往复反射波是超声导波在被检构件上两个大结构特征或者一个较长大结构的起止位置中往复反射

24、形成的，通常回波幅值较小，在信号分析时应结合被检构件的结构特征进行排除。9回波信号强度等级幅值范围处理意见级3%线以下记录在案级3%线9%线记录在案，由检测人员决定是否复验级9%线以上记录在案，采用其他无损检测方法复验T/CSTM00422202211.3.4噪声分析超声导波信号中的噪声一般分为相干噪声和非相干噪声（也叫随机噪声或环境噪声），应在信号分析时加以识别并排除。11.4分析结果处理11.4.1概述磁致伸缩超声导波B扫描检测可以判定缺陷类型和缺陷当量。但由于实际的腐蚀、机械损伤等金属缺失形状复杂且多变，可能导致检测结果显示的缺陷当量与真实缺陷存在一定的差异，因此对缺陷的判定和处理需要根

25、据实际情况由用户和检测人员协商确定。本文件给出了推荐的缺陷处理办法。11.4.2缺陷信号的分级根据上述分析结果和判定的依据，对结果进行处理：a)对非结构特征的反射回波信号进行判断与标注；b)将超声导波检测发现的缺陷信号与距离-波幅曲线进行比对分级，反射波幅在1区的为级，反射波幅在2区和3区的为级，反射波幅在3区的为级。对不同等级的信号，进行分级处理，见表3。表3超声导波缺陷信号等级及其处理表11.4.3缺陷信号复验办法对于出现缺陷信号的位置，可采用其他检测手段进行复检，具体办法可包括：a)采用目视检测或小锤敲击的方法，分辨是表面缺陷还是内部缺陷；b)对于外表面开口型缺陷，可采用深度尺直接测量缺

26、陷的深度；c)对于内部缺陷或内表面缺陷，应采用双晶直探头进行超声检测和定位，超声检测方法按NB/T47013.3执行；d)经用户同意，也可采用解剖抽查的方式进行验证。11.5缺陷的标识对确认缺陷的纵向、横向位置以及尺寸进行记录，必要时可以使用示意图、照片等记录。12检测记录与报告12.1检测记录应按检测工艺规程的要求记录检测数据和有关信息，除此之外，还应至少包括检测报告中的内容；所有记录的保存应符合有关法规、标准和（或）合同的要求。12.2检测报告10T/CSTM00422-2022检测报告的内容应当根据检测要求制定，应至少包含以下内容（示例见附件B）：a)项目名称；b)委托检测单位、检验报告

27、编号、签发报告日期；c)检测管道规格和工艺参数，检测点网路布置图；d)检测主机型号、探头型号及其中心频率；e)检测仪器及其探头的校准结果，包括样管尺寸图及其校准波形图；f)检测仪器工作参数设置；g)检测软件名及数据文件名；h)检测结果分析及分级结果及数据图；i)检测结论；j)检测人员、报告编写人和审核人签字及资格等级；k)检测日期。11频率(kHz)管道直径648096112128144160180200DN1000.20.30.40.50.50.60.70.80.8DN1250.30.40.50.60.90.911.21.2DN1500.50.50.80.91.11.21.41.61.8DN

28、20011.31.51.61.81.92.12.42.6DN2501.31.61.81.92.22.42.62.93.3DN3001.51.71.92.12.42.733.53.9DN3501.822.22.42.83.23.74.24.9DN4002.533.33.74.24.85.66.57DN45033.74.24.65.56.16.36.67.3DN5003.54.44.95.25.76.36.677.6DN60044.755.35.86.46.87.27.8DN7003.33.74.34.85.35.86.26.97.6DN80033.84.45.15.96.57.17.98.8DN

29、9003.84.75.86.17.58.39.210.311.3DN10004.966.98.29.510.611.512.914.3注：本表基于材质为碳钢无缝直管、外表面无包覆层情况计算获得的数据，仅供参考。T/CSTM004222022附录A（资料性）中低频磁致伸缩超声导波B扫描检测最大推荐距离见表A.1。表A.1中低频磁致伸缩超声导波B扫描检测最大距离推荐表单位：米12委托单位检测单位仪器型号执行标准构件名称构件编号构件规格表面状况外涂覆层类别构件材质内部介质工作环境使用年限检测频率传感器规格检测软件名称检测数据文件名仪器参数设置校准试件规格校准试件材料校准结果对比试件示意图对比试件距离

30、-波幅曲线被检件结构示意图检测结果B-Scan图、A-Scan图及距离幅值曲线分析图特征列表编号特征位置特征类型信号幅值信号分级结论检测人员检测日期报告人员报告日期审核人员资格证书及编号T/CSTM00422-2022附录B（资料性）检测报告示例磁致伸缩超声导波B扫描检测报告见表B.1。表B.1磁致伸缩超声导波B扫描检测报告13T/CSTM004222022附录C（资料性）起草单位和主要起草人本文件起草单位：杭州浙达精益机电技术股份有限公司、浙江大学湖州研究院、浙江大学、中国特种设备检测研究院、中特检仪器（嘉兴）有限公司、浙江省特种设备检测研究院、中北大学、北京工业大学、清华大学、管网集团（徐州）管道检验检测有限公司、江苏方天电力技术有限公司、广东电网有限责任公司电力科学研究院。本文件主要起草人：唐志峰、郑阳、吕福在、陈会明、张宗健、周进节、吕炎、黄松岭、李素军、张鹏飞、伍建军、谭继东、韩烨、骆苏军、罗福兴、王锋淮、马君鹏、董重里。_14