《型钢缺陷检测 第6部分 相控阵超声法》征求意见稿

ICS19.100

J04

团体标准

T/CSTMXXXXX-202X

型钢缺陷检测

第6部分相控阵超声法

SectionSteelDefectTesting-Part6：PhasedArrayUltrasound

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

前言

本文件参照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规

则》，GB/T20001.4-2015《标准编写规则第4部分：试验方法标准》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专利的责任。

本文件由中国材料与试验团体标准委员会综合标准领域委员会(CSTM/FC99)提出。

本文件由中国材料与试验团体标准委员会综合标准领域委员会(CSTM/FC99)归口。

本文件为首次发布。

I

型钢缺陷检测第6部分相控阵超声法

重要提示（危险或警告或注意）：使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。

本文件并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符

合国家有关法规规定的条件。

1范围

本文件适用于厚度不小于6mm热轧型钢（包括H型钢、工字钢等）的相控阵超声检测，

包含检测人员、检测系统、检测要求、检测温度、检测系统的设置和校准、缺陷的测定与评

定、质量分级和检测报告。供需双方协商后也可使用液浸法检测的机械化扫查方法。

本文件规定了利用手工扫查或自动(半自动)扫查的一维线阵相控阵超声技术检测型钢

时工艺参数的选用规则，以及确定缺陷位置及尺寸的方法。

使用二维面阵相控阵超声探头进行检测，也可参照本文件。

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必不可少的条款。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。

ISO9712无损检测人员资格鉴定和认证(Non-destructivetesting—Qualification

andcertificationofpersonnel)

注：GB/T9445-2015无损检测人员资格鉴定和认证(ISO9712：2012，IDT)

GB/T11259无损检测超声检测用钢参考试块的制作和校验方法

GB/T11345焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定

GB/T12604.1无损检测术语超声检测

JJF1338相控阵超声探伤仪校准规范

ISO18563-1无损检测超声相控阵设备的特性和验证第1部分仪器

ISO18563-2无损检测超声相控阵设备的特性和验证第2部分探头

ISO18563-3无损检测超声相控阵设备的特性和验证第3部分组合系统

GB/T32563无损检测超声检测相控阵超声检测方法

JB/T11731无损检测超声相控阵探头通用技术条件

JB/T13463无损检测超声检测用斜入射试块的制作与检验方法

3术语和定义

GB/T12604.1和GB/T32563界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

当量面积equivalentarea

通过当量平底孔直径计算的面积称为当量面积。

3.2

等效工件工艺equivalentworkpieceprocess

制作的对比试块与工件材料相同声学性能，且应与被检验工件相同或相似（声学衰减差别

1

应在±25%以内）的工艺，称为等效工件工艺。

4检测人员

4.1从事相控阵检测的人员至少应符合ISO9712或等效标准的要求，应通过有关相控阵检测技

术的专门培训并取得相应证书。

4.2相控阵检测人员应熟悉所使用的检测设备。

4.3相控阵检测人员应具有实际检测经验并掌握一定的金属材料及加工的基础知识。

5检测设备

5.1总则

相控阵检测设备包括仪器、软件、探头、扫查装置、试块和耦合剂，上述各项应成套或单

独具有产品合格证或制造厂出具的合格文件。

5.2相控阵仪器

5.2.1相控阵仪器应为计算机控制的含有多个独立的脉冲发射/接收通道的脉冲反射型仪器，其

放大器的增益调节步进不应大于1dB。

5.2.2相控阵仪器应配备与其硬件相匹配的延时控制单元和成像软件。

5.2.3-3dB带宽下限不高于1MHz，上限不低于15MHz的发射/接收电路。

5.2.4采样频率不应小于探头中心频率的5倍。

5.2.5超声信号模数转换位数应不小于8位。

5.2.6各通道的发射脉冲延迟精度不大于5ns。

5.2.7相邻通道间的串扰应不大于-30dB。

5.2.8仪器校准

5.2.8.1相控阵设备应定期校准，校准周期为1年。

5.2.8.2相控阵仪器校准结果应符合以下要求：

a）仪器的水平线性误差不超过±1%，垂直线性误差不超过±2%；

b）衰减器误差每1dB不超过±0.5dB,每20dB不超过±1dB,每60dB不超过±2dB；

5.3软件

5.3.1软件至少应有A、B、C、S型显示的功能，且具有在扫描图像上对缺陷定位、定量及分析

功能。

5.3.2能够存储、调出A、B、C、S图像，并能将存储的检测数据复制到外部存储空间中。

5.3.3仪器软件应具有聚焦法则计算功能、ACG及TCG校准功能。

5.3.4仪器的数据采集和扫查装置的移动同步，扫查步进值应可调，其最小值应不大于1mm。

5.3.5仪器应能存储和分辨各扫描信号之间相对位置的信息，如编码器位置。

5.3.6离线分析软件中应能对检测时关键参数设置进行查看。

5.4相控阵探头

5.4.1相控阵探头应符合JB/T11731。相控阵探头应由多个晶片组成阵列，采用线型扫查的相控

阵探头晶片应不少于64片，采用扇型扫查相控阵探头晶片不少于8片。

5.4.2探头可加装用以辅助声束偏转的楔块或延迟块。楔块型号中的字母“L”为纵波楔块，“S”

为横波楔块，楔块型号选择仪器内置的型号，楔块与探头需完全匹配使用。

5.4.3探头实测中心频率与标称频率间的误差应不超过±10%。

5.4.4探头-6dB相对频带宽度不小于55%。

5.4.5采购验收相控阵探头时，同一探头晶片间灵敏度最大差值不超过±2dB，且不应存在坏晶

2

片。

5.4.6使用中的相控阵探头如出现坏晶片，可在选择激发孔径范围时设法避开坏晶片；如无法避

开，则要求在扫查使用的每个声束组中，损坏晶片不应超过总使用晶片数的12.5%，且没有连续

损坏晶片；如果晶片的损坏超过上述规定，可通过仿真软件计算且通过试块测试，确认坏晶片对

声场和检测灵敏度、信噪比无明显不利影响，才允许使用。

5.5扫查装置

5.5.1扫查装置应具有确定探头位置的功能，可通过步进电机或位置传感器实现对位置的探

测与控制，位置分辨力应符合工艺要求。

5.5.2夹持部分应确保探头与位置传感器同步运动。

5.5.3为提高探头运动轨迹与拟扫查轨迹的一致性和数据采集的一致性，应尽可能使用导向

装置。

5.5.4驱动部分可以采用电机或人工驱动。

5.6对比试块

5.7.1对比试块材质、声学性能应与被检测工件相同或相似，并应保证内部不存在影响检测

的缺陷。

5.7.2对比试块应进行定期校验。

5.7.3检测厚度不大于20mm的型钢时，可采用如图1所示的阶梯平底试块。

单位为毫米

图1阶梯平底试块

5.7.4检测厚度大于20mm时，可采用如图2所示的平底孔试块。对比试块形状和尺寸应符合图

2和表1的规定，对比试块人工反射体为Φ5mm平底孔，反射体个数至少为3个。

3

表1平底孔试块尺寸

单位为毫米

试块最小宽

试块编号检测厚度t检测面到平底孔距离S试块厚度T

度b

1>20~4010、20、304040

2>20~4015、30、456040

3>60~10015、30、45、60、8010040

4>100~15015、30、45、60、80、100、120、14015060

注1:检测厚度大于40mm时，试块可用厚代薄。

注2:为减轻单个试块尺寸和重量，声学性能相同或相似的试块上的平底孔可加工在不同厚度试块

上。

单位为毫米

说明:

T——试块厚度;

S——检测面到平底孔的距离;

B——试块宽度。

图2平底孔对比试块

5.7.5对比试块也可选取被检工件部分制作。如图3所示，对比试块形状和人工伤类型应符合图

4的规定，对比试块人工伤为Φ5mm平底孔（FBH）和Φ1.8mm横孔(SDH)构成，平底孔至少3

个，分别为T/4、T/2、3T/4深，横孔至少3个，分别为皮下2mm，T/2、3T/4深。FBH1距端部

10mm，FBH1、FBH2、FBH3相距40mm，SDH2居于中心位置，其它两个与SDH2相距40mm。

单位为毫米

4

图3H型钢对比试块

5.7耦合剂

耦合剂应正确使用。在校验、设定灵敏度，扫查和不连续评定时，应使用相同型号的耦合剂。

检测结束后，如果耦合剂的存在会影响后道生产检测工序或成品的完整性，则应清除干净。

注：可使用合适的耦合剂：如水(有或没有防腐蚀剂或软化剂)、油脂、油、甘油和水质浆糊。

6检测要求

6.1被检型钢表面应平整、光滑，不应有液滴、油污、腐蚀和其他污染物或任何其他引起耦合

失效，阻碍探头自由移动及引起判断错误的物质。

6.2被检型钢内部组织不应在检测时产生影响检测的干扰回波。

6.3检测场地应避开强光、强磁场、强振动、腐蚀性气体、严重粉尘等影响超声波探伤仪稳定

性和检测人员可靠观察的因素。

7检测温度

7.1采用常规探头和耦合剂时，工件的表面温度范围为0℃~60℃。

7.2系统校准与实际检测间的温度差应控制在±14℃之内。

7.3若检测过程中工件温度变化超出上述范围，应评价温度变化对检测结果的影响。

7.4若检测前发现工件温度超出上述范围，应通过实验验证设备的适用性，同时验证检测的可

操作性和可靠性。

8检测系统的设置和校准

8.1扇扫描的校准

8.1.1采用扇扫描检测前，应对扇扫描角度范围内的每一条声束校准，校准的声程范围应包含检

测拟使用的声程范围。

8.1.2可采取TCG修正方法进行校准，也可采取ACG曲线方法进行校准。

5

8.1.3为避免角度灵敏度差异，在校准前可先进行TCG修正。

8.1.4TCG修正采用带有圆弧的等效工件厚度的试块。锻件检测时，ACG曲线和TCG修正可

采用GB/T11345或JB/T13463标准横孔试块，也可采用其他斜入射的平底孔或横孔试块。

8.1.5扇扫描TCG修正后不同深度处相同反射体回波波幅应基本一致，且经最大补偿的声束对

最大声程处反射体回波的信噪比不应小于6dB。

8.1.6扇型扫描，校准模式采用“声程”进行深度方向的图形一致性校准。

8.1.7纵波扇扫最大角度为楔块的折射角±30°之间，横波扇扫最大角度为楔块的折射角±20°之

间。

8.2线扫描的校准

8.2.1采用线扫描检测前，应对线扫描角度范围内的每一个声束校准，校准的声程范围应包含检

测拟使用的声程范围。

8.2.2可采取TCG修正方法进行校准，也可采取ACG曲线方法进行校准。

8.2.3在校准前也可先对激发孔径位置不同导致的灵敏度差异进行修正。

8.2.4对于孔径位置灵敏度差异修正，0°声束可使用相控阵平底孔试块或相控阵横孔试块进行修

正，也可使用GB/T11345或JB/T13463标准试块上不同深度相同直径横孔进行修正，以及使用

GB/T11259标准试块上不同深度相同直径平底孔进行修正。

8.2.5线扫描TCG修正后不同深度处相同反射体回波波幅应一致，且经最大补偿的声束对最大

声程处回波的信噪比不应小于6dB。

8.2.6线性扫描，校准模式采用“深度”进行深度方向的图形一致性校准。

8.3扫查设置

8.3.1扫查分区

8.3.1.1应根据工件厚度、所选择扫查面，以及灵敏度、分辨力﹑信噪比要求等，决定是否

采用分区扫查，以及各区的覆盖范围。

8.3.1.2一般通过起始和终止阵元设定孔径，孔径的最大值为系统的物理通道数。

8.3.2扫查面

8.3.2.1应结合订单的具体要求，选择以下一种方式进行扫查(如图4所示):

a)平面A:探测腹板两侧末端；

b)平面B:探测翼缘两侧末端；

c)平面C:探测整个腹板；

d)平面D:探测整个翼缘；

e)或者平面A，B，C，D相结合。

6

图4扫查面示意图

8.3.2.2以上5种扫查方式均采用线扫描、纵波垂直入射法进行检测；对于腹板和翼缘连接处，也

可补充采用扇扫描探头横波斜入射法进行检测。

8.3.2.3探头扫查位置如图5所示。

图5相控阵探头扫查位置图

8.3.3扫查方式

8.3.3.1探头移动方向应与轧制方向垂直。相邻扫查线之间的距离应小于探头的最大激发孔径，

且两次相邻扫查区域应有10％重叠。

8.3.3.2当有需求时，H型钢两端各至少75mm范围内应进行全面扫查。

8.3.4扫查速度

探头扫查速度应不影响检测结果，一般应不大于150mm/s。

8.4声速校准

8.4.1相控阵检测采用扇型扫描，进行声速校准时，应采用等效工件工艺的刀型试块（见附录A），

利用刀型试块近似相等工件R声程圆弧作为反射参考体。

8.4.2相控阵检测采用线型扫描，进行声速校准时，应采用等效工件工艺的相控阵矩形试块（见

附录A），利用相控阵矩形试块的不同厚度进行声速的校准。如果没有不同厚度，也可采用同样

厚度，利用超声波的一次回波作为第一参考点，二次回波作为第二参考点。

8.4.3第一参考点设置需与试块厚度近似相等，第二参考点设置需与试块厚度的二倍相等。

7

8.5全声束延时校准

8.5.1相控阵采用扇型扫查，进行全声束延时校准时应采用等效工件工艺的刀型试块的近似相等

工件R声程圆弧作为反射参考体。

8.5.2相控阵采用线性扫查，进行全声束延时校准时应采用等效工件工艺的相控阵矩形试块的近

似相等工件厚度H底面作为反射参考体。

8.5.3应选择“深度”为线扫垂直入射的校准模式，选择“声程”为扇扫斜入射的校准模式。

8.5.4校准方式为线扫时，每条声束最高回波需都低于90%。

8.5.5校准方式为扇扫时，需移动探头使得中心声束回波声程读数数值等于刀型试块的圆弧半

径。

8.6TCG校准

8.6.1相控阵采用扇型扫查，进行TCG校准时应采用相控阵横孔试块（见附录A）的不同深度

孔作为反射参考体，也可参照GB/T11345附录E的表E.1试块。

8.6.2相控阵采用线性扫查，进行TCG校准时应采用相控阵横孔试块或相控阵平底孔试块（见

附录A）的不同深度孔作为反射参考体，也可采用相控阵矩形试块的不同厚度底面作为反射参考

体。

8.6.3校准并寻找参考反射体回波时，每条声束需均能达到最高回波，且最高回波都低于80%。

8.7ACG校准

8.7.1相控阵采用扇型扫查，进行ACG校准时，采用刀型试块R声程圆弧作为反射参考体。

8.7.2相控阵采用线性扫查，进行ACG校准时，采用相控阵矩形试块厚度H底面作为反射参考

体。

8.7.3校准并寻找参考反射体回波时，每条声束需均能达到最高回波，且最高回波都低于80%。

8.8灵敏度设置

8.8.1灵敏度设置有平底孔、横孔两种类型的人工伤等效工件工艺的对比试块。

8.8.2根据当量波高、或当量直径调整灵敏度

8.8.2.1根据当量波高进行人工伤试块灵敏度设置

将最大深度的人工伤等效工件工艺的试块回波调至满屏的适当高度(例如GB/T11259标准

平底孔试块或JB/T13463标准横孔试块的回波调至80%)，作为检测灵敏度，扫查灵敏度提高6dB。

8.8.2.2根据当量直径进行灵敏度调整

将最大深度的人工伤等效工件工艺的试块回波调至满屏的适当高度(例如GB/T11259标准

平底孔试块或JB/T13463标准横孔试块调至实际人工伤直径)，通过调试线扫或扇扫图形的人工

伤尺寸为实际的人工伤直径的增益作为检测灵敏度，扫查灵敏度提高6dB。

8.8.3曲面工件检测时，检测面曲率半径R≤W2/4时，TCG或ACG校准应在与检测面曲率相同

或相近(试块曲率在工件曲率的0.9～1.5倍范围内)的对比试块上进行。

8.8.4锻件的增益及声程修正可通过相应的模拟试块测定，也可通过仿真软件计算实现。

8.8.5工件的表面耦合损失和材质衰减应与试块相同，否则应进行传输损失补偿。在所采用的最

大声程内最大传输损失差小于或等于2dB时可不进行补偿。

9缺陷测定与评定

9.1缺陷记录

在检测过程中，在检测灵敏度下发现下列情况应记录:

a）缺陷第一次反射波(F1)波高大于或等于满刻度的50%，即F1≥50%。

b)当底面第一次反射波(B1)波高未达到满刻度时，缺陷第一次反射波(F1)波高与底面第一次

8

反射波(B1)波高之比大于或等于50%，即B1<100%，F1/B1≥50%。

c)当底面(或板端部)第一次反射波(B1)波高低于满刻度的50%，即B1<50%。

9.2缺陷指示长度的评定规则

单个缺陷按其表现的最大长度作为该缺陷的指示长度，若指示长度小于40mm时，则

其长度可不作记录。

9.3单个缺陷指示面积的评定规则

9.3.1单个缺陷按其表现的面积作为该缺陷的单个指示面积。

9.3.2当多个缺陷的相邻间距小于100mm或间距小于相邻缺陷(以指示长度来比较)的指示

长度(取其较大值)时，其各块缺陷面积之和作为单个缺陷指示面积。

9.4缺陷密集度的评定规则

在任一1m×1m检测面积内，按缺陷面积占的百分比来确定。

10质量分级

H型钢的质量分级见表2和表3。在具体进行质量分级时，表1和表2应独立使用。

表2H型钢质量分级

最大允许单个缺陷的指示长在检测面积内最大允许存在的

最大可允许单个

度或宽度a缺陷面积百分比，%

质量等级缺陷的指示面积，

任意1m2的检整个检测面积

宽度，mm长度，mmmm2

测面积内内

1815500105

210251000105

320503000105

4201006000105

a长度或宽度方向缺陷应同时考虑，并以等级较低的为准

表3H型钢两侧检测区域质量分级a

最大允许单个缺陷的最大允许单个缺陷的最大可允许单个缺陷

质量等级

指示宽度，mm指示长度，mm的指示面积，mm2

11050500

220701500

aH型钢两侧检测区域按9.1a）要求

11检测报告

检测报告至少应包括如下内容：

a)委托单位；

b)检测标准；

c)被检工件：名称、编号、规格、材质和热处理状况等；

d)检测设备：仪器型号及编号、扫查装置包括编码器、试块、耦合剂；

e)检测条件：检测工艺卡编号、探头参数及楔块选择、扫查方式、聚焦法则的设定、检测

使用的波型、检测系统的设置、角度增益修正文件、温度；

f)检测示意图：探头扫查表面、检测区域以及所发现的缺陷位置和分布；

g)检测数据：缺陷位置与尺寸、质量级别及缺陷部位的图像；

9

h)检测结论；

i)检测人员和责任人员签字；

j)检测日期。

10

附录A

(规范性)

相控阵校准试块

A.1进行相控阵校准时，采用的试块类型如下：

A.1.1具有R1和R2圆弧的试块，R1大约为1/2R，R2=R，R为近似工件的圆弧半径（声程），

零位刻度线位于试块的上端面中心线处。W为试块的宽度，其中W不小于40mm，如

图A.1所示。

图A.1校准试块1——刀型试块

A.1.2具有不同厚度的阶梯试块，H1大约为1/2H，H2=H，H为近似工件的厚度（深度），

W为试块的宽度，其中W不小于40mm，如图A.2所示。

.

图A.2校准试块2——相控阵矩形试块

A.1.3具有三种不同深度、相同横孔的试块，1号横孔离检测面距离为1/3H，2号横孔离检

测面距离为2/3H，3号横孔离检测面距离为H，H为近似工件的厚度（深度），W为试块

的宽度，其中W不小于40mm，如图A.3所示。

11

图A.3校准试块3——相控阵横孔试块

A.1.4具有三种不同高度、相同平底孔径的试块，1号平底孔离检测面距离为1/3H，2号平

底孔离检测面距离为2/3H，3号平底孔离检测面距离为H，H为工件的厚度（深度），W为

试块的宽度，其中W不小于40mm，如图A.4所示。

图A.4校准试块4——相控阵平底孔试块

12

附录B

(资料性)

起草单位和主要起草人

本文件负责起草单位：钢研纳克检测技术股份有限公司。

本文件参与起草单位：南京迪威尔高端制造股份有限公司、汕头超声电子股份有限公司、

上海珉瑞教育科技有限公司等。

本文件主要起草人：齐英豪、张建卫、陈昌华、付汝龙、杨贵德、高宇豪、丁伟臣、时

飞扬、徐正茂、陈庆勇、胡家豪、张广新。

13

目次

前言.................................................................................................................................................I

1范围....................................................................................................................................................................1

2规范性引用文件.............................................................................................................................................1

3术语和定义.......................................................................................................................................................1

4检测人员...........................................................................................................................................................2

5检测设备...........................................................................................................................................................2

5.1总则................................................................................................................................................................2

5.2相控阵仪器..................................................................................................................................................2

5.3软件................................................................................................................................................................2

5.4相控阵探头..................................................................................................................................................2

5.5扫查装置........................................................................................................................................................3

5.6对比试块.......................................................................................................................................................3

5.7耦合剂...........................................................................................................................................................5

6检测要求...........................................................................................................................................................5

7检测温度...........................................................................................................................................................5

8检测系统的设置和校准...............................................................................................................................5

8.1扇扫描的校准.............................................................................................................................................5

8.2线扫描的校准.............................................................................................................................................6

8.3扫查设置.......................................................................................................................................................6

8.8灵敏度设置..................................................................................................................................................8

9缺陷测定与评定.............................................................................................................................................8

9.1缺陷记录.......................................................................................................................................................8

9.2缺陷指示长度的评定规则......................................................................................................................9

9.3单个缺陷指示面积的评定规则.............................................................................................................9

9.4缺陷密集度的评定规则...........................................................................................................................9

10质量分级.........................................................................................................................................................9

11检测报告.........................................................................................................................................................9

附录A................................................................................................................................................11

(规范性)................................................................................................................................................................11

相控阵校准试块..................................................................................................................................................11

型钢缺陷检测第6部分相控阵超声法

重要提示（危险或警告或注意）：使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。

本文件并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符

合国家有关法规规定的条件。

1范围

本文件适用于厚度不小于6mm热轧型钢（包括H型钢、工字钢等）的相控阵超声检测，

包含检测人员、检测系统、检测要求、检测温度、检测系统的设置和校准、缺陷的测定与评

定、质量分级和检测报告。供需双方协商后也可使用液浸法检测的机械化扫查方法。

本文件规定了利用手工扫查或自动(半自动)扫查的一维线阵相控阵超声技术检测型钢

时工艺参数的选用规则，以及确定缺陷位置及尺寸的方法。

使用二维面阵相控阵超声探头进行检测，也可参照本文件。

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必不可少的条款。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。

ISO9712无损检测人员资格鉴定和认证(Non-destructivetesting—Qualification

andcertificationofpersonnel)

注：GB/T9445-2015无损检测人员资格鉴定和认证(ISO9712：2012，IDT)

GB/T11259无损检测超声检测用钢参考试块的制作和校验方法

GB/T11345焊缝无损检测超声检测技术、检测