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-编制说明

（一）工作简况

1）任务来源：

根据国标委发〔2022〕22号文件，国家标准化管理委员会关于下达2022年第二批

推荐性国家标准计划，其中《无损检测磁致伸缩超声导波检测方法》由中国特种设备

检测研究院等实施，计划编号：20220482-T-469，计划项目周期：16个月。

2）主要工作过程：

起草阶段：

计划下达后，2022年9月中国特种设备检测研究院开始组建标准起草工作组，初步

确定工作方案和进度安排。标准起草过程中，基于中国特种设备检测研究院等单位承担

的国家重点研发计划项目《高温承压类特种设备损伤精准检测技术装备研发及示范应

用》（资助号：2022YFC3005000）、国家重点研发计划课题《典型承压类特种设备损伤

磁声复合式监检测技术研究》（资助号：2018YFC0809002）等科研项目的科研成果，结

合大量调研和实际检测应用经验，通过全面的比对、梳理和归纳，起草组于2023年3

月提出了工作组讨论稿。

2023年5月26日，在中国特种设备检测研究院组织召开了工作组会议，审议标准

征求意见稿初稿内容，并就标准名称修改及系列化讨论达成一致。超声导波检测包含压

电超声导波、磁致伸缩超声导波、电磁超声导波、激光超声导波、空气耦合超声导波等

多种检测技术，为规范超声导波检测总则和磁致伸缩超声导波检测方法标准的技术内

容，使标准体系更加明晰，功能区分更加明确，《无损检测超声检测总则》（项目计

划号20220485-T-469），计划更改项目名称和标准号，建立我国超声导波检测标准体系，

即为GB/T31211.1《无损检测超声导波检测第1部分：总则》。本项目下达计划《无

损检测磁致伸缩超声导波检测方法》（项目计划号20220482-T-469），计划更改项目

名称和标准号，纳入GB/T31211超声导波检测标准体系，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》。

经过与各方专家多次讨论和沟通协商，工作组内部讨论达成一致后形成标准征求意

见稿，于2023年6月提交全国无损检测标准化技术委员会公开征求意见。

3）本标准起草单位：

中国特种设备检测研究院等

4）本标准主要起草人：

等。

（二）国家标准编制原则和确定国家标准主要内容

本项目为修订项目。

在过去的十年中，磁致伸缩超声导波在新技术发展、新仪器设备使用、新领域应用

中取得了长足的发展。在技术和仪器设备方面，由传统的单通道到A型脉冲检测技术及

仪器，发展出了B扫描成像、阵列成像检测技术及仪器；在应用方面，由以管道检测为

主，也发展到了对缆索、轨道等结构的检测。因此，在标准修订的过程中充分考虑了上

一版实施十年来，磁致伸缩超声导波无损检测领域的新技术发展、新仪器设备使用、新

领域应用。

本标准代替GB/T28704-2012《无损检测磁致伸缩超声导波检测方法》，与GB/T

28704-2012相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：

——修改了范围的内容[见第1章，2012版的第1章]；

——修改了规范性引用文件标准号（见第2章，2012版的第2章）；

——修改了通用检测工艺规程的部分内容（见7.1，2012版的7.1）

——修改了检测设备及器材的内容，删除了原来统一的要求，添加了单通道、扫查

成像式、阵列式检测设备三个分类[见8.1~8.4，2012版的8.1]；增加了器材（见8.6）；修

改了统一的校准试件，分别按设备分类规定校准试件（见8.2.5、8.3.5、8.4.5，2012版8.4.1）；

——修改了检测的内容，增加了分类仪器的信号解释与分析[见9.2、9.3、9.5.6、9.6，

2012版的9.2、9.4、9.8.6]；

——删除了结果解释和评价的内容[见2012版第10章]；

——增加了单通道超声导波检测仪器的性能指标要求[见附录B]；

——增加了阵列式超声导波检测仪器的性能指标要求[见附录C]；

——增加了磁致伸缩超声导波B扫描检测最大距离推荐表[见附录D]；

——增加了磁致伸缩超声导波监测方法[见附录E]；

——增加了螺旋焊管磁致伸缩超声检测[见附录F]；

——增加了管道支撑结构处磁致伸缩超声导波检测[见附录G]；

——增加了桥梁缆索磁致伸缩导波检测超声导波检测[见附录H]。

本标准为无损检测方法标准之一，以“国际接轨、广泛参与、合理易用、服务行业”

为宗旨，依据我国用户需要和协商一致的原则进行编制，目的在于统一采用磁致伸缩超

声导波进行检测的技术规范。

本标准的主要内容包括：1范围，2规范性引用文件，3术语和定义，4方法概要，

5安全警示，6人员要求，7检测工艺规程，8检测设备与器材，9检测，10检测结

果的处理，11检测记录与报告，附录A检测报告示例，附录B单通道超声导波检测

仪器的性能指标要求，附录C阵列式超声导波检测仪器的性能指标要求，附录D磁

致伸缩超声导波B扫描检测最大距离推荐表，附录E磁致伸缩超声导波监测方法，附录

F螺旋焊管磁致伸缩超声检测，附录G管道支撑结构处磁致伸缩超声导波检测。

本标准的全部内容，经过标准起草组协商一致。

（三）主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果：

磁致伸缩超声导波检测方法是一种基于磁致伸缩效应的超声导波检测方法，其作为

超声导波的一种重要检测方法，广泛用于石化、电力等工业设备以及大型游乐设施等民

用设备的检测，为保障设备安全运行提供重要技术手段。随着该技术在过去近十年中的

广泛使用和技术研究的进步，产生了大量新应用和新方法，同时国内检测仪器设备也不

断发展更新。

本次标准修订，扩大了标准的适用范围，尤其是增加了0.5mm～80mm厚的板类构

件，为其表面和内部缺陷的检测提供了新的技术手段。

根据市场上现有仪器类别，归纳总结成三类，分别为单通道、扫查成像式、阵列式，

并对各个类别的设备做了详细规定，以便检测人员全面了解设备的特性，并根据需求选

取合适的设备。同时在信号解释与分析部分按仪器分别进行了描述，是检测人员系统了

解不同设备的信号分析方法。

仪器的性能指标直接影响到检测结果，通过大量实践，系统总结了单通道超声导波

检测仪器、多通道超声导波检测仪器的关键电气性能要求和基本功能要求，为检测仪器

的合格评定提供了重要参考。

通过仿真与实验验证总结出了磁致伸缩超声导波B扫描检测最大距离推荐表，为检

测实施提供了重要指导。

磁致伸缩超声导波的一个重要应用是在线监测，通过多个应用现场证明，该技术能

够有效发现板类、管类等波导结构中存在的截面损失。

螺旋焊管磁致伸缩超声导波检测已有了较大规模的应用，技术相对成熟。

管道支撑结构处磁致伸缩超声导波检测、桥梁缆索磁致伸缩导波检测均有较大的市

场需求，目前已开始在实践中应用，多个案例的结果证明该技术可靠性较高。

1）单通道仪器在校准试件的测试

本测试采用了MSGW30磁致伸缩超声导波检测系统及校准试件1进行测试，其系

统配置如图1所示：

图1MSGW30超声导波无损检测系统

探头采用标称中心频率为128kHz。仪器系统采用了频率为128kHz，脉冲周期数为

4进行导波激励，其检测结果如图2所示。

图2频率为128kHz,周期数为4时，校准试件1的导波A扫描距离-幅值曲线定量分析

通过绘制距离-幅值曲线定量分析可知，横截面损失比为1%的通孔测试值为0.98%，

符合标准中校准试件1中横截面损失比为1%的通孔的测量误差不超过±10%的要求。

MSGW30磁致伸缩超声导波检测系统可以明显发现横截面损失比为1%的通孔，且信噪

比达到了10.3dB，达到了标准中校准试件1横截面损失比为1%的通孔信噪比不低于6dB

的要求。

2）扫查成像式导波仪器在校准试件的测试

本测试采用MRCS30超声导波B扫描检测系统对标准试件3进行B扫描检测，B

扫描检测传感器的中心频率为128kHz，校准试件5上4mm通孔中心距为100mm，其

检测系统布置图如图3所示。

图3MRCS30超声导波B扫描检测系统

检测时，超声导波激励参数设置为128kHz，周期数为4，B扫描的步长设置为10mm，

图4为磁致超声导波B扫描结果。

图4频率为128kHz，周期数为4时，校准试件3的B扫描成像结果

由图8可知，两个4mm通孔的回波最高幅值达到了0.87V，-6dB截止直线的幅值

为0.435V，根据-6dB截止直线重绘B扫描图像，由图5可知，两个4mm通孔的回波区

域能够完全独立分开。

图5截止直线-6dB时，校准试件3的导波B扫描重构图

3）阵列式导波检测设备的测试

本测试以杭州浙达精益的GWPA10U超声导波相控阵检测系统为基础，仪器为8通

道，测试试件的直径为219mm、壁厚8mm、长度3000mm的裸直管，材质为45#钢，

缺陷布置在距离换能器2.165m位置，缺陷的横截面损失比为1%。其布置示意图如图8

所示：

图8阵列式导波检测设备布置示意图

本测试分为两部分，分别仪器电气参数及仪器设备性能，仪器电气参数包括8个通

道的延时精度和激励脉冲的电压误差，仪器系统性能参数包括仪器校准的标准差、聚焦

信噪比。

a）各通道延时精度测试

以5通道为基准，测量的相对延时结果如下：

表1阵列式导波检测设备的各通道延时精度测试

软件设置延

通道测试延时/ns误差/ns相对误差

时/ns

50///

134543483290.84%

2682622-60-8.80%

352645100-164-3.12%

445434588450.99%

645434515-28-0.62%

752645065-199-3.78%

8682704223.23%

由上表可知，本阵列式导波检测设备的各通道延时最大误差为199ns，符合标准规

定的250ns。

b）各通道激励脉冲电压输出精度测试

表2阵列式导波检测设备的各通道激励脉冲电压输出精度测试

软件设置输出

通道测试幅值/V误差/V相对误差/%

电压/V

517017000.00

117017552.94

2170183137.65

3170183137.65

4170180105.88

6170183137.65

717017995.29

817017995.29

由上表可知，本阵列式导波检测设备的各通道延时最大误差为19V，符合标准规定

的15V。

c)通道间回波幅值一致性校准

本测试以样管的端面为基准，测试管道端面回波幅值的一致性情况。测试结果如图

9所示。

图9阵列式导波设备对直径219mm、壁厚8mm、长度3000mm的裸直无缝管端面的校准。

根据检测结果显示，阵列式导波设备校准信号幅值的标准差是0.231V。

d）阵列式导波设备对缺陷的检测

对管道缺陷进行聚焦检测，检测发现在距离换能器2.168m处有通道7位置有一回

波，与实际缺陷设置吻合。

图10阵列式导波设备对样管的缺陷聚焦检测的信号图

图11阵列式导波设备对样管的缺陷聚焦检测的信号局部放大图

通过检测信号可知，主瓣能量Em=1，最大旁瓣能量maxEs=0.40，聚焦因子

=1/0.40=2.5，其横截面损失比为1%的检测信噪比SNR=225/40=15dB，满足标准规定的

6dB要求。

通过仿真与实验验证总结出了磁致伸缩超声导波B扫描检测最大距离推荐表，为检

测实施提供了重要指导。

超声导波B扫描检测技术在钢杆管的检测应用案例：

以实际检测案例为例，将中低频磁致伸缩超声导波B扫检测方法应用在输电线路的

钢管杆检测时，具有明显的技术优势，不仅解决了钢管杆纵向焊缝、焊接爬梯支架、部

分焊接点的影响，而且大大提高了大直径被检构件的检测灵敏度。

图6为现场实验用在役输电线路钢管杆结构示意图及超声导波B扫检测方法示意

图。

图6现场实验用在役输电线路钢管杆结构示意图

本实验所选用输电线路钢管杆为多节圆筒形钢管杆，扫查位置直径为1200mm，被

检构件壁厚为18mm，材质为Q235，外表面为镀锌加防锈漆。由图可知，超声导波B

扫检测探头沿着钢管杆扫查360度，导波声束也沿着钢管杆扫查一圈，实现了钢管杆两

个法兰之间的全覆盖检测。

图7所示为实验用在役钢管杆的中低频磁致伸缩超声导波B扫检测的结果，其检测

结果包含B扫图及A扫图。由图中可知，各钢管杆的环焊缝特征明显，腐蚀区域集中

在两个环焊缝中间，呈草状波分布，且缺陷信噪比较高。在距离检测点负向0.7至1.2

米处，钢管杆的西北323°方向，存在密集型内腐蚀坑的异常回波信号。经相控阵超声

复检可得，腐蚀坑分布区域的尺寸为50cm*30cm，其中局部内腐蚀坑的最大腐蚀深度超

过壁厚18%。

该实际现场实验验证了中低频磁致伸缩超声导波B扫检测方法在大直径、含有多种

焊接特征（如环焊缝、纵向焊缝、焊接支架）复杂构件的适用性及可行性，具有推广和

应用价值。

图7实验用在役钢管杆的超声导波B扫检测结果

磁致伸缩超声导波的一个重要应用是在线监测，通过多个应用现场证明，该技术能

够有效发现板类、管类等波导结构中存在的截面损失。

磁致伸缩导波在线监测方法测试：

本案例采用MSGW30单通道超声导波检测仪器，对直径为508mm、壁厚12mm、

长度为10.45米、材质为碳钢的裸直缝管进行监测，监测算法采用残差分析法，其样管

及缺陷布置如下图12及表3样管缺陷设置列表所示。为了模拟实际缺陷的产生，本试

验设置了非生长型缺陷和生长型缺陷。生长型缺陷采用人工扩孔的方式模拟缺陷的增

长，缺陷从直径为3.4mm增长至6.5mm，每次增长均记录两次数据。

图12超声导波监测平台布置示意图

表3样管缺陷设置列表

序号特征类型位置（单位：m）备注

1管道端面0

2监测换能器0.3

3水泥支架11.9

4孔伤缺陷1（旧）3.6实验前原有缺陷

5孔伤缺陷2（旧）4.6实验前原有缺陷

6孔伤缺陷3（新）6.86Φ5通孔一次成型非生长型缺陷

7孔伤缺陷4（新）7.91Φ3.4-Φ6.5通孔逐渐成型生长型缺陷

8水泥支架28.05

9管道端面10.45

图136.9米处非生长型孔缺陷的监测数据分析图

图147.91米处生长型孔缺陷的监测数据分析图

根据图13可知，在6.9米时，本监测系统可监测获得0.3%的缺陷，且最终缺陷幅

值来回震荡，无生长趋势。如图14可知，在7.91米时，本监测系统可可监测缺陷横截

面损失比从0.213%到0.407%的变化趋势，其变化趋势与缺陷大小设置的趋势一致，可

判断该缺陷正是本实验设置的缺陷；

螺旋焊管磁致伸缩超声导波检测已有了较大规模的应用，技术相对成熟。

螺旋焊管磁致伸缩超声导波检测方法测试：

本案例采用A扫描磁致伸缩螺旋换能器检测螺旋焊管测试样管，验证上述基于非轴

对称导波的螺旋焊管检测方法。如图15所示为实验设置，外径为529mm、壁厚为7mm

的螺旋焊管测试样管，设置一处人工模拟槽型缺陷，缺陷所引起的当量横截面变化为

ECSC=2.7%。作为对比试验，在测试样管外壁分别安装A扫描磁致伸缩螺旋换能器（螺

旋角为70°）和圆周换能器，分别激励中心频率为f=128kHz的非轴对称导波T(22,1)和

轴对称模态导波T(0,1)对测试样管进行检测。测试实验采用的是由杭州浙达精益机电技

术股份有限公司开发的MSGW30超声导波检测设备。

如图16所示为使用磁致伸缩圆周换能器和A扫描螺旋换能器检测螺旋焊管测试样

管得到的检测信号。由信号可见，使用轴对称导波时，由于入射波场和散射声场均会与

螺旋焊缝发生破坏性相互作用，检测信号信噪比SNR低且难以解读，槽型缺陷未被有

效检测；使用非轴对称导波时，由于检测声场垂直入射导波螺旋焊缝，未发生破坏性散

射效应，模拟槽型缺陷反射信号清晰的显示在检测信号中，其信噪比SNR较高，模拟

缺陷被有效检测。对比实验表明，采用合适的非轴对称导波模态检测螺旋焊管管体缺陷，

检测信号信噪比和缺陷检测灵敏度均得以大幅度提升，证明了所述检测方案的有效性。

图15螺旋焊管管体缺陷检测对比实验设置

2

轴对称导波

1

(V)0

-1

幅值

干扰杂波多，信号解读困难，灵敏度低

-2

-5-4-3-2-1012345

距离(m)

2焊缝焊缝

缺陷非轴对称导波

1

(V)0

-1

幅值

-2

-5-4-3-2-1012345

距离(m)

图16螺旋焊管缺陷检测实验信号

超声导波B扫检测技术可使得B扫探头沿着螺旋焊缝进行扫查，导波的波矢与螺

旋焊缝垂直，大大减少了螺旋焊缝对导波检测的影响。如图17所示，采用沿着螺旋焊

缝进行扫查时，B扫图可将螺旋焊缝展开，因此原螺旋焊缝在B扫图中显示为“直焊

缝”。采用B扫描检测探头扫查外径732mm、壁厚10mm、成型角72°的螺旋焊管测

试样管，样管中引入模拟缺陷42处，包括孔状缺陷和槽型缺陷，当量横截面变化ECSC

均小于1%。

图17磁致伸缩超声导波采用B扫描检测技术对螺旋焊管进行扫查示意图

使用B扫描传感器激励中心频率为f=128kHz的非轴对称导波对样管进行螺旋扫查。

如图18所示为传感器负向螺旋扫查成像结果，由图可见，螺旋焊管管体缺陷5~8号、

10号、22~24号、26号以及一处管道支架特性均清晰显示在图像中，几处缺陷最大

ECSC=0.62%。如图23所示为换能器正向螺旋扫查成像Hscan结果，由图可见，螺旋焊

管管体缺陷11号、13~14号、30~33号、39号、42号等缺陷均清晰显示在扫查图像中，

分辨率较高。实验结果表明，基于非轴对称导波的螺旋焊管管体缺陷检测技术，成功检

测模拟缺陷，检测灵敏度突破ECSC=1%，有效检测距离可达双向20m范围的管道区域。

支架

25

5~8

20

15

26

扫查通道

10

522~24

支架

-5-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.50

距离(m)

图18换能器负向螺旋扫查图像

25

2013,14

11

15

4230-33

扫查通道0.62%

10

5

0123456789

距离(m)

图19换能器正向螺旋扫查图像

管道支撑结构处磁致伸缩超声导波检测、桥梁缆索磁致伸缩导波检测均有较大的市

场需求，目前已开始在实践中应用，多个案例的结果证明该技术可靠性较高。

1）桥梁缆索磁致伸缩导波检测实验分析、综述报告

标准编制组对本标准所规定的桥梁缆索磁致伸缩导波检测进行了大量的现场检测

试验验证分析，试验验证内容主要涉及检测方法与原理、安全要求、检测设备和器材、

检测程序、检测记录等。

检测设备器材：

试验分析所采用的仪器为华中科技大学研制的桥梁索杆磁致伸缩导波检测系统，主

要技术指标如下：

表4设备技术指标

缆索直径Φ5~226mm

PE厚度≤17mm

灵敏度5%的金属截面积损失

检测距离索体不小于30米，锚固区不小于7米

重量£20kg

系统主要由非接触式磁致伸缩传感器（磁化器+检测线圈+转接板）、设备主机和便

携式计算机组成，系统结构组成及其连接实物照片如图20所示。

图20检测系统

磁化器（非接触式）：

磁化器的作用是在被检构件的激励和接收线圈处分别加上偏置磁场。以提高换能效

率、消除倍频效应并实现导波模态选择，图21是磁化器示意图。

图21磁化器

检测线圈和转接板：

检测线圈和转接板用于导波信号的激励和接收，双工模式下仅需要一个线圈和转接

板即可实现激励和接收。图22是检测线圈和转接板示意图。

（a）（b）

图22(a)检测线圈(b)转接板

检测主机：

检测系统主机主要用于产生磁致伸缩导波激励信号和接收检测数据，并将数据通过

USB接口传送到便携式计算机有软件进行信号显示与存储，检测主机如图20中所示。

便携式计算机：

便携式计算机安装Window7或Windows10操作系统，磁致伸缩导波检测软件平台

运行在便携式计算机上，便携式计算机的硬件要求如下所示：

表5便携式计算机性能要求

操作系统Windows7/1032/64位

CPU2.0GHz或以上

内存1G或以上

硬盘至少1G可用空间

显示器分辨率1280*800或以上

（1）实验一：拉索断丝实验

断丝实验对象为一根长4950mm，Φ7-61丝环氧平行钢丝拉索索体，拉索直径

77mm，拉索单位质量20.5kg/m，内外双层PE护套，实物如图23所示。

图23断丝实验拉索

拉索断丝数如下所示：

表6拉索断丝数与截面积损失率

面积占比%断丝根数（根）采集编号

001

1.6412

3.2823

4.9234

6.5645

8.2056

9.8467

11.4878

13.1189

14.75910

16.391011

18.031112

19.671213

21.311314

22.951415

24.591516

26.231617

27.871718

29.511819

31.151920

32.792021

34.432122

36.072223

37.702324

39.342425

断丝效果如下图所示：

图24拉索断丝实拍图

实验参数设置：

使用上述仪器进行了拉索断丝实验，检测时参数设置如表7所示。

表7拉索断丝实验导波检测参数设置

磁化器个数4个

导波模态L(0,1)

激励频率50kHz

激励幅值0.75V

周期数3

采集时间20ms

采样频率2MHz

采集次数200次

重复频率5

传感器安装如图25所示：

图25传感器安装示意图

导波检测结果：

根据上述设置，采集到拉索断丝0~24根的导波检测信号，如下图所示：

22

1.51.5

11

0.50.5

(V)

0(V)0

幅值

幅值

-0.5-0.5

-1-1

-1.5-1.5

-2-2

0.20.40.60.811.21.40.20.40.60.811.21.4

时间(ms)时间(ms)

断丝0根断丝1根

22

1.51.5

11

0.50.5

(V)

(V)00

幅值幅值

-0.5-0.5

-1-1

-1.5-1.5

-2-2

0.20.40.60.811.21.40.20.40.60.811.21.4

时间(ms)时间(ms)

断丝2根断丝3根

22

1.51.5

11

0.50.5

(V)

0