无损检测 超声导波检测 第1部分：总则-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《无损检测超声导波检测总则》由中国特种设备检测研

究院等实施，计划编号：20220485-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，结合相关单位开展

的大量调研、实验数据、实际工程检测应用经验等，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，本项目下达计划《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》。同期

修订项目《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，即为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。

（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，国内外在超声导波研究、新技术新仪器开发、众多领域应用都取

得了长足的发展，电磁超声导波、压电阵列导波、激光超声导波、空气耦合超声导波快

速发展走向应用，石油、化工、能源、交通等领域管道、轨道、容器、缆索等典型波导

类结构对象大量应用超声导波检测，检测对象温度范围也从传统的常温扩展到600℃以

上的高温对象在线检测。特别在本标准的推动之下，我国在超声导波领域的研究与应用

逐步走在了国际前列。因此，在标准修订的过程中充分考虑了上一版实施十年来，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/T31211-2014《无损检测超声导波总则》，与GB/T31211-2014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，2014版的第1章）；

——增加了规范性引用文件（见第2章）；

——修改和增加了多条术语和定义（见3.2~3.8、3.11~3.21，2014版的3.2）；

——增加了超声导波检测技术分类（见4.2）；

——增加了适用检测对象（见4.5.2）；

——增加了超声导波检测技术的选择原则（见第8章）;

——修改了按传感器激励与接收的导波模态分类（见9.2.1.3，2014版8.3.1.3）；

——增加了超声导波信号采集与分析软件的功能（见9.5）；

——修改了校准试样（见9.6.1，2014版8.7.1）；

——增加了导波检测模态与频率的选择，增加了波结构分析、检测模态和频率的选

择原则（见10.2）;

——修改了检测信号的分析和解释（见10.5.2，2014版9.4.2）

——增加了对比检测技术（见10.6）；

——增加了不可接受信号的处理措施（见11.2.4）。

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安全要求，6检测人员要求，7检测工艺规程，8超声导波检测技术的选择，9检测

设备和器材，10检测程序，11检测结果的评价和处理，12检测记录与报告。

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：

超声导波检测技术是无损检测领域中一种重要的检测方法，能够实现管、杆、绳等

结构的中长距快速扫查及板类结构的大面积快速扫查。随着超声导波检测理论的完善及

配套设备功能的提升，该项技术近些年取得了较大的发展。为了进一步规范超声导波检

测技术在我国的发展，着力提升该项技术水平，并促使此技术在我国高质量发展中发挥

重要作用，原标准起草单位根据技术发展趋势及最新研究成果提出修订建议。

本次标准修订中充分考虑了超声导波相关术语的规范性，查阅了大量文献和资料，

对重要术语和定义进行了修订，使其更加科学、规范、通用。

总结分析了目前超声导波常用分类方法，在标准中增加了超声导波检测技术分类，

有效覆盖了目前主要的分类方法。

压电式传感器是利用压电材料的压电效应来激励及感测超声波。厚度振动型压电片

可以在试件中产生离面位移，常用于在板中激励Lamb波；厚度切变型压电片可以产生

面内的切向位移，从而在板中激励SH波或在管道中激励扭转模态超声导波；长度伸缩

型压电片也是在试件中产生面内位移，但位移的方向平行于压电片长度方向，通常用于

在管道中激励纵向模态超声导波；径向伸缩的圆形或环形压电片则常用于激励全向型的

超声导波，并且可将这些压电片组成空间分布的稀疏阵列，对板状结构进行缺陷成像或

健康监测。压电传感器还常以周期阵列的形式均匀布置在管道周向，用以激励纵向模态

和扭转模态。梳状传感器也是一种行之有效的超声导波激励方法，主要用来在板中激励

Lamb波，或在管道中激励纵向导波。

电磁声传感器的检测对象多是导电材料或铁磁性材料，它是通过洛伦兹力或磁致伸

缩效应在试件中产生超声波。通过改变线圈形状或者静磁场的配置形式，即可激发出不

同的导波模态。回折线圈的应用十分广泛，它和单一方向磁场组合可以激励出多种超声

导波模态，其常见的组合方式如图5所示。这3种方式的区别主要在于静磁场的方向不

同，前两种组合方式可以用来激励Rayleigh波和Lamb波，第三种方式则常用在铁磁性

材料中激励SH波。对于激励Lamb波的电磁声传感器，多用在管道周向方向，产生周

向类Lamb波。而对于SH波传感器，既可以在管道上产生周向类SH波，也可以将它

们沿管道周向均匀排列，在管道中激励扭转模态超声导波。

激光超声是利用脉冲激光照射固体表面，通过烧蚀作用或热弹效应在试件中激励超

声波。激光超声与压电传感器或电磁声传感器相比，形式相对较少，其主要的激励方式

有点源激励、线源激励和线源阵列激励。利用激光超声可以在板结构中激励Lamb波或

Rayleigh波，或在柱状结构表面激励周向类Lamb波或周向类Rayleigh波。

超声导波不同的激励和接收方法各有优劣，常应用在不同的领域和对象上。压电传

感器能量转换效率高、灵敏度高、信噪比高、方便廉价，但受耦合条件影响较大。电磁

声传感器是一种非接触的检测方法，可用于在线、快速检测，其可设计性好，几乎可以

激励所有导波模态，但信噪比较低、能量转换效率低，并且由于原理的限制多用于导电

及铁磁性材料的检测。激光超声也是一种非接触式检测手段，常用于复杂构件检测，它

的优点在于时空分辨率高，但设备成本较高、技术复杂、信噪比较低。

磁铁

磁铁磁铁

回折线圈回折线圈回折线圈

(a)磁场垂直于线圈平面(b)磁场平行于线圈平面且垂直于导线(c)磁场平行于导线

图5回折线圈与静磁场常见的3种配合形式

根据检测场景的不同，常常需选择不同的超声导波检测技术，本次标准修订中特别

增加了超声导波检测技术的选择原则，使检测人员面对检测问题时能够更加精准选择相

关检测技术。

管道长距离超声导波粗检实例：

本例给出了采用压电超声导波进行长距检测的场景，也是最为常用的一种方式。

管道短距超声导波轴向/周向B扫描成像精检实例：

管道支吊架处缺陷检测实例：

目前采用轴向和周向导波来实施支吊架处缺陷的检测。

板类结构检测实例：

薄壁管道或板结构焊接接头检测实例：

木材、泡沫等非金属材料导波检测实例：

具体结果参见《基于空耦Lamb波的复合薄板缺陷检测技术》、《基于空气耦合Lamb

波的复合材料板缺陷成像研究》、《碳纤维复合材料凹槽缺陷空气耦合超声导波检测》等。

钢丝绳/钢铰线检测实例：

0.1

0.08

0.06

0.04

幅值（V）

0.02

X:5.93

Y:0.003582

0

024681012

声程（m）

高、低温在线超声导波检测：

电磁超声因不需要耦合剂，且传感器整体耐温能力较好，是高低温检测中优选电磁

超声传感器，温度范围可覆盖-196~800℃。

在线监测实例：

磁致伸缩导波在线监测方法。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；

导波检测模态与频率的选择是超声导波检测中的重要环节，对检测效果具有重要影

响，本次标准修订中重点修改了导波检测模态与频率的选择，根据历史现场应用经验总

结，增加了波结构分析、检测模态和频率的选择原则，给出了较为详细的频率选择方法，

能够提升检测人员对超声导波检测的应用水平。利用导波的多模态特性和模态转换效

应，可实现不同类型、不同损伤程度缺陷的检测。同时，这也使得导波信号容易出现混

叠，难以提取有效的信号特征。为保证获取包络清晰的导波信号，须尽量激励单一模态

的导波。在某一频率下可能出现多个具有传播能力的导波模态，其位移分布和振动速度、

应力和应变场分布会随质点位置变化而变化。即使是同一模态，在不同频率下也会产生

不同的场分布。因此进行导波检测应用时，针对被检试件，需结合频散曲线、波结构特

征、激励频率、衰减效应等因素综合考虑导波模态的选择。

对比检测是一种较为实用的检测方案，经实践证明，通过对比检测能够较为容易地

发现缺陷位置，是超声导波检测实际应用中的一种重要方式。采用MSGW20U对新疆

塔中油田的某段管道腐蚀实施对比检测，结果显示换能器正负2米范围内存在微小腐蚀

坑的可能性，但从3.5年的监测数据分析可见，变化不大，即使存在腐蚀但也没有存在

腐蚀增大的趋势。

表1对比检测基本信息

管道尺寸323.9管道材质碳钢管道环境埋地

管道状态保温层管道介质凝析油传输压力-

运行年限6年

仪器主机设置参数

频率64KHz波速3250m/s重复频率5

增益10dB周期数4平均次数20

监测方向双向正向距离15m负向距离15m

监测起止时间2016.10.22-2020.06.27监测次数4次

图1参考信号

图2采样信号DAC曲线分析图及特征标注

图3差值信号分析结果

本标准的修订是以大量科研成果及实践经验为基础，理论基础厚实、技术理念先进、

数据全面可靠，可以得出结论：依据国内现有条件，在制定详细的检测流程前提下，《无

损检测超声导波检测总则》在国内可以有效实施。

本标准的修订，全面总结了超声导波检测技术发展的最新成果，系统完善了原有标

准的各个部分，对检测人员更加友好、操作性更强，将进一步起到引领超声导波技术规

范化发展的作用。

本标准不涉及专利保护问题。

本标准编写符合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》中有关规定。本标准制订后有助于国内各个行业从事无损检测领域的工作者规

范合理使用超声检测技术，确定检测工艺，评价和评估检测结果。

（四）采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对

比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况：

本标准为总则类标准。

本标准没有采用国际标准。

本标准修订过程中，未查到同类国外标准、未测试国外的样品样机。

本标准水平为国际先进水平。

（五）与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系：

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。

（六）重大分歧意见的处理经过和依据：

无。

（七）国家标准作为强制性国家标准或推荐性国家标准的建议：

建议本标准为推荐性国家标准。

（八）贯彻国家标准的要求和措施建议：

建议尽快批准、实施和贯彻本标准。

（九）废止现行有关标准的建议：

本标准为现行标准GB/T31211-2014的修订项目。

（十）其他应予说明的事项：

项目改名原因：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，

本项目下达计划《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》。同期修订项目《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，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》。

计划名称建议改名改名原因

20220485-T-469无损检测超声导波检从规范超声导波相关标准技术内

无损检测超声检测测第1部分：总则容、明确区分标准功能考虑，建议

总则建议标准编号为GB/T将超声导波标准体系化，将本项目

修订GB/T31211-201431211.1-20XX作为系列标准第1部分总则，给出超

声导波检测的通用技术要求。

20220482-T-469无损检测超声导波检从规范超声导波相关标准技术内

无损检测磁致伸缩超测第2部分：磁致伸缩容、明确区分标准功能考虑，建议

声导波检测方法超声导波检测方法将超声导波标准体系化，建议将本

修订GB/T28704-2012建议标准编号为GB/T项目作为超声导波系列标准第2部

31211.2-20XX分，提出磁致伸缩超声导波检测方

法的具体要求。

综上所述，建议本项目改名为GB/T31211《无损检测超声导波检测》的第1部分，

中文名称为《无损检测超声导波检测第1部分：总则》，建议标准号为GB/T31211.1。

按《国家标准审核工作手册》（第16页）的规定，本次修改为编辑性修改，无技术

性变化。项目改名申请建议提请标委会全体委员审查。

《无损检测超声导波检测第1部分：总则》起草组

2023.6.10

（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《无损检测超声导波检测总则》由中国特种设备检测研

究院等实施，计划编号：20220485-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，结合相关单位开展

的大量调研、实验数据、实际工程检测应用经验等，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，本项目下达计划《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》。同期

修订项目《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，即为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。

（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，国内外在超声导波研究、新技术新仪器开发、众多领域应用都取

得了长足的发展，电磁超声导波、压电阵列导波、激光超声导波、空气耦合超声导波快

速发展走向应用，石油、化工、能源、交通等领域管道、轨道、容器、缆索等典型波导

类结构对象大量应用超声导波检测，检测对象温度范围也从传统的常温扩展到600℃以

上的高温对象在线检测。特别在本标准的推动之下，我国在超声导波领域的研究与应用

逐步走在了国际前列。因此，在标准修订的过程中充分考虑了上一版实施十年来，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/T31211-2014《无损检测超声导波总则》，与GB/T31211-2014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，2014版的第1章）；

——增加了规范性引用文件（见第2章）；

——修改和增加了多条术语和定义（见3.2~3.8、3.11~3.21，2014版的3.2）；

——增加了超声导波检测技术分类（见4.2）；

——增加了适用检测对象（见4.5.2）；

——增加了超声导波检测技术的选择原则（见第8章）;

——修改了按传感器激励与接收的导波模态分类（见9.2.1.3，2014版8.3.1.3）；

——增加了超声导波信号采集与分析软件的功能（见9.5）；

——修改了校准试样（见9.6.1，2014版8.7.1）；

——增加了导波检测模态与频率的选择，增加了波结构分析、检测模态和频率的选

择原则（见10.2）;

——修改了检测信号的分析和解释（见10.5.2，2014版9.4.2）

——增加了对比检测技术（见10.6）；

——增加了不可接受信号的处理措施（见11.2.4）。

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安全要求，6检测人员要求，7检测工艺规程，8超声导波检测技术的选择，9检测

设备和器材，10检测程序，11检测结果的评价和处理，12检测记录与报告。

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：

超声导波检测技术是无损检测领域中一种重要的检测方法，能够实现管、杆、绳等

结构的中长距快速扫查及板类结构的大面积快速扫查。随着超声导波检测理论的完善及

配套设备功能的提升，该项技术近些年取得了较大的发展。为了进一步规范超声导波检

测技术在我国的发展，着力提升该项技术水平，并促使此技术在我国高质量发展中发挥

重要作用，原标准起草单位根据技术发展趋势及最新研究成果提出修订建议。

本次标准修订中充分考虑了超声导波相关术语的规范性，查阅了大量文献和资料，

对重要术语和定义进行了修订，使其更加科学、规范、通用。

总结分析了目前超声导波常用分类方法，在标准中增加了超声导波检测技术分类，

有效覆盖了目前主要的分类方法。

压电式传感器是利用压电材料的压电效应来激励及感测超声波。厚度振动型压电片

可以在试件中产生离面位移，常用于在板中激励Lamb波；厚度切变型压电片可以产生

面内的切向位移，从而在板中激励SH波或在管道中激励扭转模态超声导波；长度伸缩

型压电片也是在试件中产生面内位移，但位移的方向平行于压电片长度方向，通常用于

在管道中激励纵向模态超声导波；径向伸缩的圆形或环形压电片则常用于激励全向型的

超声导波，并且可将这些压电片组成空间分布的稀疏阵列，对板状结构进行缺陷成像或

健康监测。压电传感器还常以周期阵列的形式均匀布置在管道周向，用以激励纵向模态

和扭转模态。梳状传感器也是一种行之有效的超声导波激励方法，主要用来在板中激励

Lamb波，或在管道中激励纵向导波。

电磁声传感器的检测对象多是导电材料或铁磁性材料，它是通过洛伦兹力或磁致伸

缩效应在试件中产生超声波。通过改变线圈形状或者静磁场的配置形式，即可激发出不

同的导波模态。回折线圈的应用十分广泛，它和单一方向磁场组合可以激励出多种超声

导波模态，其常见的组合方式如图5所示。这3种方式的区别主要在于静磁场的方向不

同，前两种组合方式可以用来激励Rayleigh波和Lamb波，第三种方式则常用在铁磁性

材料中激励SH波。对于激励Lamb波的电磁声传感器，多用在管道周向方向，产生周

向类Lamb波。而对于SH波传感器，既可以在管道上产生周向类