GB-T 47760-2026《铸钢件相控阵超声检测方法》

1GB/T47760-2026铸钢件相控阵超声检测方法1范围本文件描述了一般用途铸钢件和高承压铸钢件相控阵超声检测原理、检测要求、缺陷允许的最大限值和检测报告。本文件适用于经过热处理后且厚度不超过600mm的铸钢件的相控阵超声检测。对于厚度大于600mm的铸钢件，经工艺验证后参照执行。本文件不适用于奥氏体钢及奥氏体-铁素体双相不锈钢的相控阵超声检测。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。GB/T7233.1—2023铸钢件超声检测第1部分：一般用途铸钢件GB/T12604.1无损检测术语超声检测GB/T23905无损检测超声检测用试块GB/T32563—2016无损检测超声检测相控阵超声检测方法GB/T39240无损检测超声检测总则GB/T39242无损检测超声检测灵敏度和范围设定GB/T42399.1无损检测仪器相控阵超声设备的性能与检验第1部分：仪器GB/T42399.2无损检测仪器相控阵超声设备的性能与检验第2部分：探头GB/T42399.3无损检测仪器相控阵超声设备的性能与检验第3部分：组合系统3术语和定义GB/T12604.1和GB/T32563—2016界定的以及下列术语和定义适用于本文件。激发孔径activeaperture相控阵探头一次同时激发阵元组的有效长度。Ap=n·e+g×(n—1)…………(1)P标引符号说明：Ap——激发孔径，单位为毫米(mm);n—-单次激发阵元数量，单位为个；e——阵元宽度，单位为毫米(mm);g——相邻两个阵元间的间隙，单位为毫米(mm);p—相邻两个阵元间的中心线距离，单位为毫米(mm);w—--阵元高度，单位为毫米(mm)。图1激发孔径延时法则delaylaw用于波束形成与超声信号接收合成的控制法则。线扫描linearelectronicscan;L-scan通过不同的阵元和相同的延时法则得到的声束，在目标范围内沿相控阵探头长度方向扫描被检件，在相控阵探头不移动的模式下实现类似常规手动超声波检测探头移动的检测效果。扇扫描sectorialelectronicscan;S-scan通过相同的阵元和不同的延时法则得到的声束，在目标角度内扫描被检件。角度增益补偿anglecorrectedgain;ACG一种用于实现扇形扫查范围内不同角度声束对同声程、同尺寸反射体的回波幅度等量化的增益补偿方式。注：也称作角度修正增益。时间增益修正timecorrectedgain;TCG一种用于实现相同角度的声束对不同声程、同尺寸的反射体的回波幅度等量化的增益补偿方式。4原理相控阵超声检测是一种基于超声波在被检件中传播时，通过接收其穿透信号，以及在缺陷、界面等3不连续处产生的反射、折射和衍射信号，来实现工件内部缺陷检测的方法。5检测要求5.1.1材料的超声可探性，通过比较参考反射体回波高度(通常是第一次底波)和噪声信号进行评价。评价应选择铸钢件具有代表性的区域，该区域代表了工件的表面粗糙度和最大厚度范围，且上下面平行。如无平行面时，应做平底孔试块进行验证。5.1.2依据表1的参考回波高度，至少高出噪声信号6dB,若无法满足，则应注明可检测到的平底孔直径(信噪比至少为6dB)。表1超声可探性要求能探测的最小平底孔直径346234一5.1.3在评价的最大厚度处，如果最小可检出的平底孔或相当的横孔反射信号高出噪声信号不足6dB,超声可探性不能满足要求。在信噪比至少为6dB的情况下，可探测到的平底孔或横孔直径，应在检测报告中注明，附加工艺应由供需双方商定。5.2.1仪器及探头相控阵超声仪器应满足GB/T42399.1的要求，相控阵超声仪器的软件应满足GB/T32563—2016中6.3的要求，相控阵探头应满足GB/T42399.2的要求，仪器组合系统应满足GB/T42399.3的要求。5.2.2扫查装置5.2.2.1扫查装置包括探头夹持部分、驱动部分、导向部分及位置传感器。5.2.2.2探头夹持部分应能调整和设置探头位置，在扫查时保持探头相对距离和相对角度不变。5.2.2.3导向部分应能在扫查时使探头运动轨迹与参考线保持一致。5.2.2.4驱动部分可采用电机或人工驱动。5.2.3耦合剂应符合GB/T39240的规定，并具有以下特点：4a)采用透声性能良好的耦合剂，且耦合剂不损伤操作人员、被检件表面以及环境；b)实际检测采用的耦合剂与检测系统设置和校准时的耦合剂相同；c)选用的耦合剂在操作温度范围内保证稳定可靠的检测。5.2.4.1试块制作试块的制作应符合GB/T23905的要求。5.2.4.2标准试块标准试块为CSK-IA、DBPZ20-2、A型相控阵试块和B型相控阵试块。5.2.4.3参考试块5.2.4.3.1按GB/T39242的规定，应由与被检铸钢件相同或相似的声学性能的材料制作，并且表面状态、试块形状、试块厚度与被检件相同或相近。确保检测灵敏度及检测分辨力能够达到检测要求，并验证检测工艺的有效性。5.2.4.3.2应在检测区域内设置适当的人工缺陷验证声束的覆盖、灵敏度及分辨力。5.2.4.3.3当采用相控阵探头检测时，参考试块直径不应有大于或等于2mm平底孔当量直径的缺陷。5.3铸钢件被检表面的准备按GB/T39240的要求准备被检表面，被检表面应与相控阵探头保持充分的耦合，应无锈蚀、氧化皮、焊接飞溅等干扰声束传播和妨碍相控阵探头移动的物质。机加工后表面粗糙度应达到Ra≤12.5μm。若供需双方有特殊的检测需求，需要更高的表面质量，表面粗糙度应达到Ra≤6.3μm。5.4检测程序5.4.1检测原则5.4.1.1主要依据铸钢件的形状、铸造工艺或补焊后可能产生的缺陷，选择最佳的检测模式，铸钢件供方应制定合适的检测工艺规范，推荐使用纵波线扫描检测。5.4.1.2在检测灵敏度与信噪比能够达到检测要求时，可不聚焦且不分区检测。当检测灵敏度与信噪比不能达到检测要求时，宜聚焦检测。聚焦后如不能保证整个检测区域灵敏度，宜分区聚焦检测，分区检测时，各区域应有一定的重叠范围。在对缺陷进行精确定量时，或对有更高要求的灵敏度和分辨力的特殊区域时，可聚焦在相应区域。5.4.1.3当供需双方无特殊约定时，在厚度50mm内的圆角、变截面、外加冷铁处、补焊区、订货时规定的准备焊接区、特殊的外层，订货时规定的铸钢件重要部位，需采用横波扇扫描进行补充检测。5.4.1.4当深度超过50mm的补焊区，采用横波扇扫描时可更换不同角度的楔块保证声束的覆盖。当横波入射角度大于60°时，声程不应超过150mm。若无法满足覆盖要求，应在报告中给出覆盖范围说明。5.4.1.5探头的扫查应有重叠，重叠率应大于激发孔径的15%,应有规律地扫查所有被检区域，如锯齿形扫查等，扫查速度应不超过150mm/s,必要时，应通过对比试验进行确定，最大机械扫查速度可参考GB/T32563—2016中11.2的规定。5.4.1.6检测时尽可能从相对的两个面检测，当只能从一个面检测时，应确认是否满足近表面盲区要求。当无法满足近表面盲区检测要求时，可使用双线阵列探头进行检测。55.4.2探头和楔块的选用5.4.2.1纵波线扫描通常用16阵元、32阵元、64阵元或128及以上阵元的相控阵探头，探头的阵元数量及频率根据被检测工件的厚度及材质进行选择，探头频率范围应在1.0MHz～10MHz范围内，直接接触法选用平楔块或薄膜。5.4.2.2横波扇扫描通常用16阵元、32阵元及以上阵元的相控阵探头，选用带有角度的楔块转换得到横波。5.4.2.3横波扇扫描的激发孔径根据工件厚度、探头移动区域、被检区域及楔块角度进行计算，确保声束完全覆盖被检测区域。5.4.2.4当楔块与被检工件接触面的间隙大于0.5mm时，应采用曲面楔块或对楔块进行适当磨修，同时宜考虑对声束的影响。5.4.3耦合方式耦合方式采用直接接触法。5.4.4延时法则设置根据所采用的扫查方式确定延时法则的设置，应包括如下内容：a)阵元参数：标称频率、阵元数量、阵元宽度、阵元间隙及阵元高度；b)楔块参数：楔块尺寸、楔块角度及楔块声速；c)阵元数量：设定延迟法则使用的阵元数量；d)阵元位置：设定激发阵元的起始位置；e)角度参数：设定在工件中所用声束的固定角度、声束的角度范围；f)距离参数：设定在工件中的声程或深度；g)声速参数：设定在工件中的声速，例如横波声速、纵波声速；h)工件厚度：设定被检件的厚度；i)探头位置：设定探头前端距或扫查起始位置；j)采用聚焦声束检测时，合理设定聚焦声程或深度；k)初始扫查一般不聚焦，在对缺陷进行精确定量时，或对特定区域检测需要获得更高的灵敏度和分辨力时，可将焦点设置在该区域。5.4.5.1推荐使用参考试块，应用在特定范围内与被检铸钢件具有相同或相近声学特性的材料制作，并且表面状态相同或相近，至少选用试块中3个不同深度的平底孔，以TCG或DAC(距离一波幅曲线)方式进行灵敏度设置，再根据被检铸钢件与试块实际情况进行表面耦合补偿，以此作为基准灵敏度。5.4.5.2纵波线扫描灵敏度校准时，每个声束应记录不同深度的每个平底孔最大幅值信号，以此为基准，对每个声束在不同声程位置的灵敏度进行修正。5.4.5.3横波扇扫描推荐使用横通孔校准ACG与TCG,也可使用带有圆弧面的试块校准ACG。5.4.5.4纵波线扫描和横波扇扫描经TCG(含ACG)校准后不同深度处相同的反射体回波波幅应保持一致。5.4.5.5扫查灵敏度应在基准灵敏度上加6dB,为检测缺陷，可适当提高灵敏度，最多提高到显示屏上可见噪声信号。5.4.5.6表1给出了一般用途铸钢件和高承压铸钢件相控阵检测时对应的平底孔直径，在检测的厚度范围内，回波高度至少应达到40%屏高。65.4.5.7在检测过程中，如果怀疑因缺陷引起底波衰减超出规定的值(表2和表3),应在此处降低灵敏度复探，并测定底波衰减的值。5.4.5.8除另有规定，否则应记录达到或超过表2和表3所示等级的所有缺陷和底波衰减。表2一般用途铸钢件记录限不能测量尺寸的缺陷能测量尺寸的缺陷一43一64一66一1级区域336一33一表3高承压铸钢件记录限2345.4.6扫查方式5.4.6.1平面铸钢件可选用机械扫查，示意图见图2,即机械编码器搭配相控阵探头的检测方式，采集的数据包含平面铸钢件的扫查面位置信息，可选用一维单轴机械编码器或二维双轴机械编码器。推荐使用半自动扫查。具体操作按GB/T32563—2016中第11章的规定执行。a)平面铸件主视图b)平面铸件俯视图标引序号说明：1——相控阵探头；2——扫查方向；3——扫查线；4——相邻扫查线之间的距离(小于相控阵探头的最大激发孔径，且两次相邻扫查区域有不低于15%的重叠)。图2平面铸件扫查示意图5.4.6.2曲面铸钢件或结构复杂的铸钢件，编码器难以在铸钢件表面进行不间断移动，可选用手持相控阵探头进行手动多点或小范围内扫查检测。75.4.7成像显示方式5.4.7.1若采用机械扫查，成像显示方式采用A型、C型以及B型或者D型显示。5.4.7.2若采用手持多点或小范围内扫查，成像显示方式采用A型、B型显示。5.4.8关键性能测试关键性能测试包括以下内容：a)检测盲区：近表面盲区的测量可使用近表面区域的横孔作为参考反射体进行测试；b)横向分辨力：根据相邻缺陷之间的间距评判缺陷是单一缺陷还是多个缺陷，需要测量横向分辨力，推荐使用B型相控阵试块或其他具有相同功能的对比试块进行测量；c)纵向分辨力：考察超声波传播方向或者深度方向的分辨力时，应测量纵向分辨力，推荐使用B型相控阵试块或其他具有相同功能的对比试块进行测量；d)定位精度：仪器进行校准后，有必要测量定位精度。5.4.9记录缺陷及验证5.4.9.1记录缺陷位置，在被检工件上标注并在检测报告里注明，可附加C型、B型或D型显示图像，缺陷位置也应以示意图或工件标注照片形式记录。5.4.9.2记录的缺陷区域，可进一步验证其类型、形状、尺寸和位置。若平面铸钢件采用机械扫查方式检测，可结合多模态图像(A型、C型以及B型或者D型显示)从多个角度或增加纵波扇扫描、全聚焦等方式对缺陷进行综合判断。若曲面铸钢件或结构复杂的铸钢件，可改变超声检测技术(例如改变入射角)等方法进行判断。5.4.9.3可根据缺陷到被检表面的距离、几何形状、被检表面的粗糙度，调整灵敏度，识别缺陷类型。5.4.10缺陷的特征和定量5.4.10.1相控阵图像上通常可以测得缺陷所在位置的声程值、缺陷距离上表面的深度位置、缺陷距离探头中心的水平距离、缺陷的回波幅值、缺陷的水平长度，缺陷在深度方向的自身高度值，相邻缺陷间距等。5.4.10.2工程应用中，只有在一定条件下(如已知缺陷类型、缺陷简单的几何形状、声束对缺陷的最佳入射),才能用超声技术准确测量缺陷的尺寸。5.4.10.3通过增加声束方向和入射角度更好地表征缺陷类型，为简化程序，将缺陷特征分为如下：a)不能测量尺寸的缺陷(点状缺陷);b)能测量尺寸的缺陷(延伸缺陷)。5.4.10.4机械扫查铸钢件内部典型缺陷全聚焦图像(包含A型、B型、C型显示)可参考附录A。5.4.10.5主要方向平行于检测面缺陷的边界通过最高回波幅度高度下降6dB进行测定，对于底波衰减，缺陷边界通过比正常底波高度下降6dB(2MHz或2.5MHz)进行测定。以此边界测量缺陷的尺寸。5.4.10.6线扫描时，最高回波幅度为不同孔径组合时的最高回波；扇扫描时，最高回波幅度为不同位置扇扫描的不同角度A扫描中最高回波。5.4.10.7壁厚方向上的缺陷边界通过铸件两侧分别检测进行确定，以此边界测量缺陷的尺寸。5.5壁厚分区壁厚分区见图3,分为内层和外层，宜按铸钢件装配尺寸划分，或由供需双方商定。8a)平面铸件b)曲面铸件标引说明：a—t/3(最大30mm)。图3壁厚分区6缺陷允许的最大限值6.1.1延伸至外层的内层单个缺陷应按外层缺陷评定。6.1.2需方应根据质量等级要求，确定铸钢件不同区域的体积型和平面型缺陷的验收等级。6.1.3不能测量尺寸的缺陷是指小于声束宽度的不连续尺寸，取决于探头尺寸和所用的频率。声束宽度可参考GB/T7233.1—2023中的附录C,其中单晶探头的尺寸等效于相控阵探头的激发孔径。6.2一般用途铸钢件6.2.1取向主要垂直于检测面的平面型缺陷允许限值6.2.1.1图4给出了横波扇扫描检测在壁厚方向上单个平面型缺陷的允许限值，在1级中不准许出现直径超过3mm的平底孔缺陷，平底孔和横孔的直径转换按GB/T7233.1—2023中5.2.3的规定执行。9标引说明：3—--4级；4—--5级；Y——单个缺陷最大允许面积，单位为平方毫米(mm²)。图4横波扇扫描检测在壁厚方向上单个平面型缺陷的允许限值6.2.1.2对于长度大于10mm的缺陷，在壁厚方向上缺陷的最大尺寸不应超过壁厚的10%。长度不大于10mm的缺陷，在壁厚方向上不应超过壁厚的25%。6.2.1.3在壁厚方向或平行于表面，最大间距在10mm内的缺陷，应按单个缺陷进行评定。6.2.1.4对于距检测面距离X>50mm的平面型缺陷，图4所示验收曲线不适用，验收准则应由供需双方确定。6.2.1.5对长度大于3mm而不能测量壁厚方向上尺寸的缺陷，不能测量的尺寸应认定为3mm,缺陷面积按公式(2)计算：A=3L…式中：A——缺陷面积，单位为平方毫米(mm²);3——定义宽度，单位为毫米(mm);L——测量长度，单位为毫米(mm)。6.2.1.6随着声程长度的增加，声束直径变大，应采用对缺陷所在位置聚焦进行评定。无偏转角度时，焦点处的声束直径按公式(3)计算： (3)有偏转角度时，焦点处声束直径按公式(4)计算： (4)k——系数，通常取k=1.0～1.2(无特殊要求可取1.02);Dp——声束直径，即垂直于声束轴线的声压降6dB,单位为毫米(mm);λ——波长，单位为毫米(mm);Z:——沿声束传播方向到焦点的距离，单位为毫米(mm);D.——激发孔径，单位为毫米(mm);θ——声束折射角，单位为度(°)。6.2.2体积型缺陷允许限值体积型缺陷允许的限值见表4,不应有超过限值中任何规定的缺陷。表4体积型缺陷允许的限值层一1级2级3级一>50且不能测量尺寸的缺陷(点状缺陷)平底孔最大当外层3不评定内层的缺陷数量/个外层3356不评定内层不评定能测量尺寸的缺陷(延伸缺陷)外层3不评定内层外层内层不能测量宽度的缺陷外层内层面积·/mm²外层内层评定区域内最大总面积/mm²外层内层评定区域°/mm²一壁厚小于或等于50mm,不准许平底孔直径大于8mm;壁厚大于50mm,是否准许外层平底孔直径大于8mm,由供需双方商定。内外层累积。缺陷间距小于25mm,按一个缺陷评定。6.3高承压铸钢件6.3.1不能测量尺寸的缺陷允许限值在特殊的外层和准备焊接部位，不能测量尺寸的缺陷允许的最大数量，不应超过表5的限值。表5在特殊外层和准备焊接部位不能测量尺寸的缺陷允许等级100mm×100mm评定框内缺陷允许限值1级62级3级28“1级通常用于准备焊接部位，特殊外层的质量等级由需方指定。FBH-平底孔，SDH-横孔。°如果缺陷间距大于15mm,允许不计数量。横波扇扫描。直径3mm的横孔的距离波幅曲线降低50%可以代替直径为0.75mm横孔的距离波幅曲线。6.3.2能测量尺寸的缺陷允许限值具体要求与5.2.1一致。6.3.2.2体积型缺陷允许限值6.3.2.2.1体积型缺陷尺寸，外层不应超过图5给出的限值，内层不应超过图6给出的限值。5标引说明：X——距检测面或底面的最短距离，单位为毫米(mm);Y1——记录的最小缺陷面积，单位为平方毫米(mm²);Y2——单个缺陷最大允许面积，单位为平方毫米(mm²)。图5纵波线扫描检测位于外层能测量尺寸的体积型缺陷的记录和允许限值标引说明：4——5级；X——距检测面或底面的最短距离，单位为毫米(mm);Y1——记录的最小缺陷面积