《无损检测 超声检测 凹曲面斜入射试块的制作与检验方法-编制说明》

一、标准编制说明内容

1、工作简要过程，来源、主要参加单位和工作组成员等

超声波探伤仪和探头的标定工作，目前主要的标准试块为V1(IIW1)船形试块和V2(IIW2)

牛角试块，它们的作用主要为水平线性、垂直线性、动态范围、灵敏度余量、分辨力、盲区、

探头的入射点、折射角等，探头的检测面为平面。而肚兜试块与船形试块或牛角试块的作用

基本相同，但探头的检测面为凸曲面。工件面的形状通常为平面和曲面，平面作为检测面的

探伤工作，其仪器和探头标定为船形试块和牛角试块；凹曲面锻件作为检测面的探伤工作，

其仪器和探头标定全世界范围内没有检测的标准试块。

凹曲面(内孔表面)锻件的超声波周向斜探测缺陷精确定位，在国际上一直没有标准试块

调试。如何确定凹曲面锻件检测的角度、扫描速度及零点，成为无损检测领域重大难题。油

气钻采设备零部件周向斜探测缺陷的检测，国际上采用的探伤方法主要是内外径缺口上获得

的第一个反射的峰值之间连接一条线，建立振幅的基准线。但对缺陷的精度定位无法保证，

现有的对比试块均无法满足角度、速度及零点标定工作。因此，需要一种新的对比试块以解

决上述问题。

1.1任务来源

本项目是根据CSTM无损检测技术及设备领域委员会标准制修订计划（无损标委会字

（2021）2号文），附件计划名称“无损检测超声检测凹曲面斜入射试块的制作与检验方

法”；计划起草单位为南京迪威尔高端制造股份有限公司、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、福默诗贸易（上海）有限公司、洛阳LYC轴承有限公司。主要起草单位：

南京迪威尔高端制造股份有限公司，为基础公益类项目。计划完成时间：2021年。

1.2主要工作过程

起草阶段：计划下达后，2021年05月组成了标准起草工作组。2021年06月15日在南京召

开了工作组第一次会议，确定了标准编写原则和分工。经工作组全体成员的分工合作，于2021

年08月18日提出了标准工作组讨论稿。经过对标准工作组讨论稿的多次讨论和沟通协商，于

2021年08月30日在标准工作组讨论稿基础上形成标准征求意见稿。

征求意见阶段：2021年08月30日，发送征求意见稿给全体委员和有关单位征求意见，征

求意见的截止日期为2021年09月20日。

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审查阶段：征求意见结束后，2021年10月在南京召开了工作组第二次会议，XX条均采纳，

并对原稿件进行了补充修改，完成了对意见的处理。2021年11月完成标准送审稿和编制说明，

提交标委会秘书处进行审查。对本标准进行了审查，获得一致通过。

报批阶段：工作组按照会议审查意见和建议进行了整理和分析，最终采纳XX条，未采

纳YY条（见审查意见汇总处理表），并于2021年12月形成了标准报批稿和编制说明，提

交标委会秘书处报批。

1.3主要参加单位和工作组及其所做的工作

主要参加单位和工作组成员有：南京迪威尔高端制造股份有限公司，陈昌华、张利；中

国特种设备检测研究院，郑阳、张君娇；山东瑞祥模具有限公司，魏忠瑞、马建民；钢研纳

克检测技术股份有限公司，范弘、张建卫；常州超声电子有限公司，潘振新、肖潇；卡麦隆

(上海)机械有限公司，尹述港；福默诗贸易（上海）有限公司，曹军利、洛阳LYC轴承有限

公司，陈翠丽。

所做的工作：陈昌华负责全面策划和文字编辑，张利、郑阳、马建民、魏忠瑞、潘振新、

肖潇负责资料汇总、试块设计、实验及检测程序，范弘、张建卫、尹述港、曹军利、陈翠丽

负责方案设计及标准审核。

2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则

1）标准化对象简要情况

（1）产品标准

①产品主要品种、产量及生产厂家

本标准规定了肚兜校准试块的尺寸、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。适用于空心类锻件、管件或孔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曲面锻件角度、声速及零点标

定的对比试块。

在符合工业锻件生产适用性的前提下，尽量降低各项要求、简化方法过程，从而达到降

低生产成本的目的。例如，锻造、铸造、制管、焊缝及探头的厂家，在进行曲面检测的角度

探头校准时，目前国内外仪器、生产使用厂家均不能确认或出具曲面检测斜探头校准证书，

我们通过曲面试块（或称为：4号校准试块、肚兜试块）保证了其具备可追溯性，也确保了

工业生产中曲面检测斜探头使用中角度磨损的准确的测量问题。

②产品主要用途及质量情况

对超声波探头及其与超声探伤仪组合系统的标定，目前主要采用的校准试块为

GB/T19799.1（等同ISO2400）规定的1号船形试块或GB/T19799.2（等同ISO7963）规定

的2号牛角试块，这些试块除了可以用来标定探头的入射点、折射角和扫描零点，还可以测

量仪器的水平线性、垂直线性、动态范围等性能指标。船形试块和牛角试块的应用对象均为

平面探头。截至目前，对于检测凹曲面工件的凸曲面斜探头的标定，在世界各国尚没有统一

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的校准试块。标定曲面斜探头入射点、折射角和扫描零点的校准试块称为肚兜试块，姑且命

名为4号试块。本标准有利于锻造、铸造、制管、焊缝及仪器、探头等厂家，在进行凹曲面

工件检测的角度探头校准工作。

本标准是基础通用标准，提供了曲面工件斜探头检测方法中的一种检测工艺验证技术，

解决了这一检测工艺验证技术标准空缺的问题。

2）制修订标准的原则

（1）制修订标准的依据或理由

要实现曲面斜探头准确定位的超声波探伤，就要标定出探头的入射点和折射角以及时基

扫描线的零点。其中，探头的入射点可以采用通常的“棱角反射法”进行标定。这样，肚兜

试块主要需解决的难题是折射角的测定和扫描零点的确定。之所以将肚兜试块设计为半圆体

与长方体的组合形状，是因为当探头沿试块的内圆周面做周向运动时，折射声束的传播方向

发生变化，当垂直于试块底面或矩形槽面时，声波发生全反射，探头接收的回波最大，由此

可根据探头入射点处的角度刻度值得到折射角的大小。一般来说，通过调整仪器检测范围和

扫描速度来确定时基线扫描零点的方法是，利用试块上已知声程差的两个反射面的回波来校

准时基线刻度值，即可消除探头延迟块声程影响而获得金属中的声程。肚兜试块为轴对称形

状，探头可从圆周体两侧以完全相同角度入射并获得全反射回波，但两者的声程不同，在矩

形槽一侧为S1＝Rх（1-Cos（β））+30，在无矩形槽一侧为S2＝Rх（1-Cos（β））+60，

如图所示，两者之间有固定的声程差30mm，恰好满足确定扫描零点所需的条件。

图肚兜试块的设计及工作原理

肚兜试块既要满足曲面斜探头的特殊标定要求，同时还需兼顾测试仪器性能和校验探伤

灵敏度等一般用途，因此试块的尺寸设计至关重要。当折射声束垂直试块底面和矩形槽面传

播时，探头与反射面之间声程应大于2倍探头近场区长度，可以避免近场区影响而造成的测

量结果误差。对于晶片尺寸为13mm×13mm的2.5MHz斜探头，波长λ＝C/f＝（3230×

103）/（2.5×106）＝1.29mm，则近场区长度：

d2132

N32.8mm

441.29

由于试块半径R一般大于30mm，因此选择矩形槽面距水平圆心线30mm可以满足声程

不小于2N的最低要求。将长方体高度设计为60mm，既使声程大于2N，还使声程差S2－S1

＝30mm足够大。

（2）制修订标准的原则

遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断完善”的标准编制

原则，并与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，统筹推进。

在确定本标准主要内容时，综合考虑生产企业的使用习惯和用户的利益，寻求最大的经

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济、社会效益，充分体现了标准在技术上的先进性和技术上的合理性。

本标准的起草宗旨：在符合适用性的前提下，尽量降低标准的各项要求、简化方法过程，

从而达到降低生产成本的目的。

本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1《标准化工作导则第1部分：标

准的结构和编写》进行编写。

本标准显著提高了超声波斜入射缺陷的精确定位，大大提高了凹曲面锻件超声波周向斜入

射检测的水平，同时可以与各种内圆弧半径50mm差系列的肚兜试块相配合，实现空心、孔

或内圆弧锻件纵向缺陷的超声波探伤的准确定位。利用本标准的肚兜对比试块标定的仪器比

例，满足了仪器准确校准目的，更有利于曲面锻件的超声波缺陷定位探伤。

利用超声波周向斜探测缺陷精确定位，可有效地判定曲面锻件的缺陷位置，利于后道工

序是否加工或判废的制造过程，充分发挥探伤检测方法的潜力与优势。

3、采用国际标准和国外先进标准的项目

本标准为自主起草。国内外尚未有类似的标准，故本标准未采用国际标准或国外先进标

准。本标准水平为国际先进水平。

4、标准主要内容（包括牌号、成分、性能指标、型号、各种参数、

公式、试验方法、检验规则等）确定的论据（包括试验、验证、统

计数据等），修订标准时，应列有新旧标准的对比分析。

在对凹曲面锻件、铸件、焊接件和管件内表面等的超声波周向扫查探伤时，对于检出缺

陷的精确定位，由于缺少校准试块的标定，所以一直成为无损检测领域的一大难题。以油气

钻采设备零部件的周向斜入射探伤为例，国际上采用的探伤方法是，利用部件内外壁上缺口

获得的最大回波峰值之间连接一条直线，建立振幅的DAC线，但对缺陷位置的精度定位无法

保证。因此，研制曲面斜探头的校准试块，精确标定出探头的入射点、折射角和扫描零点，

进而实现准确的定位探伤，已经成为超声波检测亟待解决的重要课题。笔者通过长期探伤工

作总结和归纳，设计出用于标定曲面斜探头的肚兜试块，并申报了中国国家专利和美国发明

专利且获得授权（中国专利授权号：2018215680251、2018215679983；美国发明专利授权号：

PCT/CN2018/109459）。

5、主要试验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济论证，预

期的经济效果等。

本标准的实施主体为厂家、用户及有关的检测机构等

本标准有利于超声波周向斜探测缺陷精确定位，可有效地判定曲面锻件的缺陷位置，

利于后道工序是否加工或判废的制造过程，充分发挥探伤检测方法的潜力与优势。

本标准有利于锻造、铸造、制管、焊缝及仪器、探头等厂家，在进行凹曲面工件检

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测的角度探头校准工作。

本标准发布后，有利于把握产品质量，将会给全球带来良好的社会效益和一定的经

济效益。

截至目前，对于检测凹曲面工件的标定，在世界各国尚没有统一的校准试块。一直以来，

国内外超声波探头制造厂家和第三方校准实验室均不能出具曲面斜探头的测试报告，原因是

没有合适的校准试块。肚兜试块的国际发明填补了这一空白。

6、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系。

本标准与我国的现行法律、法规和强制性国家标准没有冲突。

7、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据。

本标准制定过程中，尚无出现未采纳的重大分歧意见。

8、标准水平建议，预期的社会经济效果。

一直以来，国内外超声波探头制造厂家和第三方校准实验室均不能出具曲面斜探头的测

试报告，原因是没有合适的校准试块。肚兜试块的发明填补了这一空白。肚兜试块不仅能准

确测定曲面斜探头的入射点和声束角度等，还为平面斜探头改制为曲面斜探头以及曲面斜探

头使用磨损后维修提供了测量手段。

肚兜试块保证了曲面斜探头对检出缺陷的精确定位，提高了凹曲面锻件、铸件和管件

周向超声波检测的水平；同时，它还能“一块多用”，用来测试仪器性能和校验灵敏度。我

们相信肚兜试块的问世一定能为钢铁产品质量提升发挥重要作用，并带来良好的社会效益和

经济效益。

9、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办

法等内容），根据国