2023无损检测超声导波检测第2部分：磁致伸缩超声导波检测方法

2目次目次II前言 III引言 IV112范引文件 13语定义 1磁致缩应magnetostrictiveeffect 11磁致缩应inversemagnetostrictiveeffect 112224法2概述 2直2间35全36员47测艺4通检工规程 4检作指书艺卡 48测备器材 4概述 4单道波测4扫成式波设备 6阵式波测8对试件 9器材 9检设的护10910检前准备 10传器装位处理 10传器安装 11距—幅线11影检结的12检测 13IIII10测果处理 19概述 19基距—度线分的19基被件真缺陷确定 19不接信的1911测录报告 19附录A（料）检报告例 21附录B（料）单道超导检仪的能指要求 22附录C（料）阵式超导检仪的能指要求 24附录D（料）磁伸缩声波B扫检最大离荐表 26附录E（料）磁伸缩声波线测法 27附录F（料）螺焊管致缩声波测 30附录G（料）管支撑构磁伸超导波测 33附录H（料）桥缆索致缩波测 35引言引言IVIVGB/T31211——GB/T31211.1无损检测超声导波检测第1部分：总体要求；——GB/T31211.2无损检测超声导波检测第2部分：磁致伸缩超声导波检测方法。PAGEPAGE31无损检测超声导波检测第2部分：磁致伸缩超声导波检测方法范围本标准规定了用于快速发现构件中存在截面损失的磁致伸缩超声导波检测方法。本标准适用于检测温度为-20℃～550℃、直径为10mm～1000mm、壁厚为0.5mm～80mm管状、直径为10mm～80mm棒状、直径为5mm～226mm束状和0.5mm～80mm厚的板类等构件的表面和内部缺陷。本标准未建立评价判据，具体的判据由合同各方协商确定。本标准没有完全给出进行检测时的安全要求，使用本标准的各方有义务在检测前建立适当的安全和防护准则。（GB/T9445无损检测人员资格鉴定与认证GB/T12604.1无损检测术语超声检测GB/T12604.6无损检测术语涡流检测GB/T15822.1无损检测磁粉检测第1部分:总则GB/T19943JB/T4730.22JB/T4730.334730.44GB/T12604.1和GB/T12604.6磁致伸缩效应magnetostrictiveeffect磁致伸缩铁磁性材料受外磁场作用时，其尺寸、形状发生变化的现象。磁致伸缩效应inversemagnetostrictiveeffect截面损失crosssectionalarealoss被检构件缺陷处横截面减少的面积。截面损失率ratioofcrosssectionalarealoss被检材料或构件缺陷处横截面减少的面积与其公称横截面总面积的比值。有效检测距离effectivetestinglength在一定灵敏度条件下仪器可达到的最大检测距离。磁致伸缩带magnetostrictivefilm具有较强磁致伸缩效应的材料制成的带材，如镍合金带、铁钴硬磁合金带、Terfenol-D合金带等。概述磁致伸缩超声导波检测方法分为直接法和间接法两种。直接法本方法利用材料自身的磁致伸缩效应在构件中直接激励和接收导波，只能适用于被检对象为铁磁（图1直接激励法磁致伸缩导波检测原理图间接法24.2图2间接激励法磁致伸缩导波检测原理按本标准实施检测的人员，应按GB/T9445或合同各方同意的体系进行资格鉴定与认证，并由雇主或其代理对其进行职位专业培训和操作授权。从事磁致伸缩超声导波检测的单位应按本标准的要求制定通用检测工艺规程，其内容至少应包括如下要素：应按9.1.3执行。概述磁致伸缩超声导波检测设备及器材按照检测模式可分为单通道导波检测设备和多通道阵列式导波检测用的单通道超声导波检测仪应满足如下要求：20-200kHz；≥250V；20Hz；60dB；10-15~+4010~80%rel.hum。检测用的单通道超声导波检测软件应满足如下要求：——信号采集；——信号实时存储；A——绘制和存储距离—波幅曲线的功能；——反向回波的识别；——具有时基和距离显示两种方式，且可实现波形局部放大；——信号回放；——生成检测报告DN2196dB校准试样用于检测设备灵敏度、DAC曲线校准、检测距离及各种功能的测试。1DAC9%30.5mm～2mm±0.2mm3图3校准试件1示意图1——校准试件；2——粘贴好的磁致伸缩带；3——9%横截面损失比的环槽缺陷1；4——3%横截面损失比的盲孔缺陷；5——9%横截面损失比的环槽缺陷2。校准试件22±2mm4图4校准试件2示意图35图5校准试件3示意图8.2.1检测用的中扫查成像式导波传感器不仅应满足8.2.2的所有要求外，还应满足如下要求：Ф100mmB检测用的扫查成像式超声导波检测软件应满足8.2.3节的所有要求外，还应满足如下要求：AB检测系统灵敏度及信噪比应满足以下要求：DN5001%6dB8.2.5DAC6475B试。图6校准试件4示意图图7校准试件5示意图检测用的阵列式超声导波检测仪应满足如下要求：8≥250V；1060dB；-15~+4010~80%rel.hum。检测用的阵列式导波传感器应满足如下要求：8：DN150检测用的阵列式超声导波检测软件应满足如下要求：AA检测系统灵敏度及信噪比应满足以下要求：DN2190.56dB校准试样用于检测设备灵敏度、DAC曲线校准、检测距离及各种功能的测试。6DAC690.50.5mm～2mm0.2mm8图8校准试件6示意图4253对比试件用于对被检测构件上缺陷截面损失率当量进行评定。对比试件应采用与被检测构件材料性能及几何形状相同或相近的材料制作，试件的长度至少为仪器可探测9%截面损失率人工缺陷距离的1.2倍,且不小于12m。除合同有关各方另有约定之外，应按如下要求加工对比试件：3409±0.2mm。35～10mm90.2mm1m39%1m，器材在间接激励法中，预磁化器的功能是将磁致伸缩带磁化，使其剩磁达到适当大小。耦合剂耦合剂应标明型号、使用温度范围、耦合形式，并有相关的使用说明书。应制定书面规程，对检测设备进行周期性维护和检查，以保证仪器功能。检测资料审查应包括下列内容:采用直接法进行检测时，传感器安装表面应无液体或污垢等固体残留物以及可能影响检测的其他障碍物，可以保留10mm厚度以下的涂层、防腐层或保温层。1.5~2概述磁致伸缩材料一般用于间接法检测，其实施方法主要包括耦合剂粘接、干耦合等。磁致伸缩带材宜预先测量好，然后采用裁纸刀或铁皮剪刀裁取，裁取时应注意：2-4mm截取后的磁致伸缩带材宜采用预磁化器进行预磁化，刷磁次数5-10次，预磁化具体要求如下：5mm耦合剂粘接分为磁致伸缩带材的耦合剂涂抹和粘接两个过程，具有要求如下：在不方便使用耦合剂的工况下，如大于200℃的高温时，可采用干耦合方式。磁致伸缩带材干耦合一般需要采用定制的器材辅助实施，可根据辅助器材的操作说明书执行，一般实施原则如下：应采用8.536%9%（为IIIIIIIV6Ⅳ区Ⅲ区记录线 评定线判废线Ⅱ区Ⅰ区背景噪声7.4.296dBⅣ区Ⅲ区记录线 评定线判废线Ⅱ区Ⅰ区背景噪声图9距离—幅度曲线示意图在激励时产生的其他模态导波及在缺陷处发生模态转换会影响检测结果。激励能量越大，有效检测距离越长；反之，有效检测距离越短。检测盲区与激励信号的频率、周期数有关。激励频率越高，激励信号周期数越少，检测盲区越小；反之，则检测盲区越大。采用A扫描检测时，构件与构件、支撑物与被检件等结合部位及附近区域也属检测盲区。可通过导波B扫描检测方法及移动传感器的安装位置消除某些检测盲区，对无法消除的检测盲区应采用其他无损检测方法进行检测。检测概述T（n,1）T（0,1）；T（n,1）检测设备的调试包括下列步骤：将仪器检测显示灵敏度由测试距离—波幅曲线时的灵敏度提高12dB进行检测，一旦发现缺陷反射信号，即降低12dB并调出已存储好的距离—波幅曲线进行比对，凡处于II区，III区和IV区的信号需要进行信号记录，并测量出在被检件上的具体位置，在被检件示意图和实物上做出标识。检测中应确认相邻长度有效范围之间的重叠，确保不引起漏检，从而影响检测结果。检测信号的分析和解释通常需要参考相关实验建立的数据库，至少应包括如下内容：根据A扫图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。往复反射波是超声导波在被检构件上两个距离较近的结构特征中往复反射形成的，在信号分析应结合被检构件的结构特征进行排除。（结合被检构件的结构特征，将被检构件的结构特征引起的回波信号在A扫图中标注出。标注特征应包含特征的导波回波幅值、声程位置等信息。I区的为IIIIIIVIV概述扫查成像式超声导波检测设备一般采用剪切模态对被检构件实施检测，以下为典型应用案例：T（n,1）SH将扫查成像式超声导波检测传感器放置在固定位置，且确保该检测位置所覆盖检测区域具有一定的代表性，如含有该被检构件的焊缝、焊接支架、焊接支撑板等特征。依据9.6.1.3实施检测设备调试。磁致伸缩超声导波B扫描检测的数据采集包括下列步骤：BBB扫描检测方法相对A扫描检测增加了一个纬度的位置信息，其检测信号的分析至少包含如下内容：B对导波B1B表1导波B扫描信号图管道特征的定性分析类别B扫描成像特点典型特征结构全周向特征同一声程位置处，反射回波在管道周向上连续且幅值较为一致；焊缝、法兰等对称性周向特征同一声程位置处，反射回波在管道周向上均匀对称分布；对称性焊接支撑架等单一周向特征同一声程位置处，反射回波在管道周向上零星分布或无规律分布；腐蚀缺陷、单一焊接支架、仪表三通等图10某管道周向扫查时的导波B扫描成像图根据反向回波分析不仅可以根据9.6.1.6.2节的方法进行分析，而且反向回波在周向分布情况与正向回波相同；往复反射波分析不仅可以根据9.6.1.6.3节的方法进行分析，而且其往复反射波的周向分布信息与特征分布相关；噪声分析不仅可以根据9.6.1.6.4节的方法进行分析，且其周向分布情况应与特征无关；结合被检构件的结构特征，将被检构件的结构特征引起的回波信号在B扫描图及该周向位置的A扫图中标注出。标注特征应包含特征的导波回波幅值、水平和垂直方向的位置等信息。选择B扫图中缺陷回波信号最强的位置绘制出对应的A扫信号图，缺陷信号与距离—幅度曲线进行比对分级，反射波幅在I区的为I级，在II区的为II级，在III区的为III级，在IV区的为IV级。概述按照被检构件的规格选择合适的传感器，以下为典型的传感器应用案例：a）检测管道时，一般将探头覆盖管道一圈抱紧后实施检测；检测设备的调试包括下列步骤：（809.2采用检测信号的分析和解释通常需要参考相关实验建立的数据库，至少应包括如下内容：所示；图11阵列式超声导波的对称性信号分析图14图12阵列式超声导波聚焦后的A扫信号图根据对称性信号、水平弯曲信号、竖直弯曲信号分析反射回波的对称性。表2为管道反射回波的对称性分析对照表表2管道反射回波的对称性分析对照表类别特点典型特征结构对称性特征对称性信号幅值较大，水平弯曲和竖直弯曲信号幅值较小架等非对称特征对称性信号幅值较大，水平弯曲或竖直弯曲中其中一信号幅值较大三通等往复反射波是超声导波在被检构件上两个距离较近的结构特征中往复反射形成的，对称性分析与距离较近的结构特征相关，在信号分析应结合被检构件的结构特征进行排除。噪声分析不仅可以根据9.6.1.6.4节的方法进行分析，且其周向分布情况应与特征无关；结合被检构件的结构特征，将被检构件的结构特征引起的回波信号在A扫图中标注出。标注特征应包含特征的导波回波幅值、声程位置、通道位置等信息。I区的为IIIIIIVIV概述III级和10.2.4对于确定的不可接受信号，需要采用以下方法进行复检：NB/T47013.3磁致伸缩超声导波检测报告应至少包括如下内容：被检构件的信息，包括：设备名称、编号、设计与工作参数、材料和几何尺寸等；检测仪器型号、检测方式、传感器型号；检测仪器工作参数设置；距离—波幅曲线；传感器安装部位示意图；检测软件名及数据文件名；检测结果分析及分级结果及数据图；检测结论；检测人员、报告编写人和审核人签字及资格证书编号；检测日期。附录A为推荐的报告格式。附录A（）表A.1磁致伸缩超声导波检测报告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-波幅曲线被检件结构示意图检测结果波形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附录B（资料性）序号项目测试条件指标要求电气性能要求①预热后的稳定性使用合适的探头和试件，使超声导波仪器产生左右两个端面回波信号。将近端面回波信号的幅度调至80在测试过程中，探头和试块的温度变化不能大于30min10min技术指标±5在厂家给定的技术指标范围内。①信号幅度的变化不能超过全屏幕高度的±2%；②信号位置的变化不能超过全屏幕宽度的±1%。1稳②相对温度变化的稳定性采用合适频率的探头和试件，使超声导波仪器产生8022把超声导波仪器放入温度试验室，调节试验室的环境温度。在制造者给定的技术指标规定的温度范围内，最多每间隔10℃时读取回波高度及其位置。10℃时，参考回波的幅度和位置的变化不能超过±5%2电气性能要求激指标要求①激励信号频率采用频谱分析仪或带FFT功能的数字示波器对仪器的激励信号频率进行测量，并连接到超声导波Txi，激励信号的周期数为4；选择适当的频率测试点，但整个频率范围或各个不连续频段的最低和最高的频率点为必选。①实测值与标称值之间的偏差≤标称值的2%；②发射脉冲电压在仪器出厂文件中提供的最佳阻尼设定值条件下，调节发射脉冲宽度和发射脉冲重复频率为中间值，测量超声导波仪器所有发射通道的最大、最小及中间值发射脉冲电压。②实测值与标称值（带负载，即V50）之间的偏差≤标称值的10%收器性能指标要求①发射脉冲后盲区采用任意波形发生器产生100kHz或超声导波仪器宽频带的中心频率的连续正弦波，测量相控阵仪器的发射脉冲后盲区，仅测试仪器一个通道。发射脉冲后盲区＜100μs②动态范围采用任意波形发生器依次选择相控阵仪器每个频带的设定值，采用经过校准的外部衰减器，测量相控阵仪器的动态范围，仅测试仪器一个通道。可用的动态范围＞40dB③放大器频率响应采用任意波形发生器选择超声导波仪器频带的设定值，采用经过校准的外部衰减器，测量相控阵仪器放大器频率响应，仅测试仪器一个通道。①频带的中心频率与标称值之间偏差≤标称值的10%；②频带带宽的上、下限实测值应包含标称值范围；③接收部分频带范围按-3dB测量。2基本功能要求注：①仪器系统具备扫频功能，分辨率不小于1kHz。注：②仪器系统具有导波方向控制功能。注：③仪器系统能进行存储和回放或数据外部存储，记录数据为原始数据。注：④仪器数字采样频率应至少大于激励频率的10倍。附录C（资料性）序号序号项目测试条件指标要求1电气性能要求激指标要求①延时分辨率将示波器连接到阵列式超声导波仪器参考信号发射终端；使用超声导波仪器的信号发生器激励一个周期的正弦信号，幅值设置为最大幅值的80%；示波器使用超声导波检测仪内的同步信号进行同步；设置每个激励单元的延时为零；使用示波器测量每个激励单元中同步信号与正弦信号之间的时间tP0；设置每个激励单元的延时为等同于一个延时分辨率，该延时分辨率为制造商提供的分辨率；使用示波器测量每个激励单元中同步信号与正弦信号之间的时间tP1；tP1-tP0励单元的延时分辨率；①实测值与标称值之间的偏差≤标称值的2%；②延时线性度将示波器连接到超声导波仪器信号发射终端Tx𝑖𝑖；使用超声导波仪器的信号发生器激励一个周期的正弦信号，幅值设置为最大幅值的80%；示波器使用超声导波检测仪内的同步信号进行同步；设置每个激励单元的延时为零；使用示波器测量被检验过的激励单元中同步信号与正弦信号之间的时间𝑡𝑡P0；将仪器制造商规定技术参数中的激励单元最大延时按照每10%99个延时等同于9个目标延时；对于每个目标延时𝑡𝑡Targeti，使用示波器测量被检验过的激励单元中同步信号与正弦信号之间的每个时间𝑡i，可计算出其误差差值𝑡dif，其计算公式如下：𝑡dif=𝑡i−𝑡0−𝑡aei最大的延时误差不超过250ns③激励电压误差将示波器连接到超声导波仪器信号发射终端Tx𝑖𝑖；使用超声导波仪器的信号发生器激励一个周期的正弦信号，幅值设置为最大幅值的80%；示波器使用超声导波检测仪内的同步信号进行同步；最大的电压误差不超过15V将激励单元的输出电压按照制造厂商提供的数值进行激励输出；对于每个输出电压aeiidif，其计算公式如下：dif=i−aei收器性能指标要求①增益线性度将信号发生器接到超声导波检测仪器的接收端Rxi供。1099等同于9个目标增益；对于每个增益电压𝐺aeiGidif，其计算公式如下：𝐺dif=Gi−𝐺aeti最大的增益误差不超过1dB2基本功能要求注：仪器系统通道数量不少于8个。注：仪器系统的电压输出档位不得少于8个。注：仪器系统的可调增益不得低于40dB。附录D（资料性）磁致伸缩超声导波B扫描检测最大距离推荐表表D.1磁致伸缩超声导波B扫描检测最大距离推荐表单位：米频率(kHz)管道直径648096112128144160180200DN100———0.50.50.60.70.80.8DN125——0.50.60.90.911.21.2DN1500.50.50.80.91.11.21.41.61.8DN20011.31.51.61.81.92.12.42.6DN2501.31.61.81.92.22.42.62.93.3DN3001.51.71.92.12.42.733.53.9DN3501.822.22.42.83.23.74.24.9DN4002.533.33.74.24.85.66.57DN45033.74.24.65.56.16.36.67.3DN5003.54.44.95.25.76.36.677.6DN60044.755.35.86.46.87.27.8DN7003.33.74.34.85.35.86.26.97.6DN80033.84.45.15.96.57.17.98.8DN9003.84.75.86.17.58.39.210.311.3DN10004.966.98.29.510.611.512.914.3注：本表格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。附录E（资料性）磁致伸缩超声导波在线监测方法本附录用于发现板类、管类等波导结构中存在截面损失的磁致伸缩超声导波监测方法。本附录用于采用单通道磁致伸缩超导导波仪器、阵列式磁致伸缩超声导波检测仪器采用巡检式监测、实时在线监测的监测方法进行监测。仪器除了满足8.2.1节、8.4.1节规定的要求外，还应满足以下要求：——若仪器安装到现场，其防护等级应满足现场实际使用需求，但不可低于IP65；——具有读取监测探头的SN识别码；——具有温度读取与记录的功能；探头除了满足8.2.2节、8.4.2节规定的要求外，还应满足以下要求：——换能器防护等级应满足现场实际使用需求，但不可低于IP65；——分配有唯一的SN识别码，可供仪器识别；——可安装温度传感器，实时读取被检构件的温度数值；除了满足8.2.3节、8.4.3节规定的要求外，还应满足以下要求：——可对信号进行温度补偿处理——信号分析时可提取缺陷特征信号；——具有设置阈值报警功能；——读取监测换能器的SN识别码并且自动匹配采集信号；概述监测过程可分为基准信号的采集与监测数据的采集两个步骤。基准信号是超声导波监测的基准数据，用于后期采样数据的对比，至少包括以下内容：（）被监测构件的数据采集过程至少包括以下内容：概述监测信号的分析和解释通常需要与基准信号进行对比或者利用正负样本训练得到伤损模型，具体（）和9.5）（（（）监测设备初始化监测设备初始化利用频扫功能确定监测频率调试设备，确定工作参数伤损状态下基准信号利用频扫功能确定监测频率调试设备，确定工作参数伤损状态下基准信号健康状态下基准信号对导波信号进行预处理（标准化处理、去直流、取包络、特征分析、不同信号变换域处理等）得到被监测对象的腐蚀状态得到被监测对象的腐蚀状态基于差异对比的处理方法利用健康状态下基准信号对实测信号进行对比分析基于健康状态和伤损状态基准信号训练识别模型的机器学习方法分析方法人工观察法开始监测，得到实测信号并进行预处理（标准化处理、去直流、取包络、特征分分析方法人工观察法开始监测，得到实测信号并进行预处理（标准化处理、去直流、取包络、特征分析、不同信号变换域处理等）附录F（资料性）螺旋焊管磁致伸缩超声导波检测本附录用于将低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带按一定的成型角卷成管坯，然后将管缝焊接制成的螺旋焊管。一般采用间接激励法激励非轴对称模态导波进行检测。8.120-200kHz1kHz；检测系统应满足以下要求：3%、69%；A1%；BDN300220mm206dBB对比试块采用本部分第8.4.2规定的与被检测管道材料性能及几何形状相同的钢管。非轴对称导波反射波入射波缺陷焊缝A非轴对称导波反射波入射波缺陷焊缝图F.1检测原理示意图BBB图F.2B扫描探头移动示意图B）BBBAscan/RFFscan、Hscan图F.3典型的螺旋焊管B扫描检测图附录G（资料性）管道支撑结构处磁致伸缩超声导波检测200mmVU一般采用间接