GBT 43921-2024 无损检测 超声检测 全矩阵采集全聚焦技术（FMCTFM）标准立项发展报告

无损检测超声检测全矩阵采集/全聚焦技术（FMC/TFM）StandardizationDevelopmentReport:Non-destructiveTesting—UltrasonicTesting—FullMatrixCapture/TotalFocusingMethod(FMC/TFM)摘要随着现代工业对关键构件内部缺陷检测能力要求的不断提升，传统超声相控阵技术在近表面分辨力、缺陷定量精度及复杂几何结构适应性等方面逐渐显现技术瓶颈。全矩阵采集/全聚焦技术（FullMatrixCapture/TotalFocusingMethod，简称FMC/TFM）作为超声检测领域的新兴阵列信号处理技术，通过采集并处理全矩阵数据，结合逐点虚拟聚焦算法，能够在检测区域内实现动态聚焦，显著提升成像分辨力和缺陷检出率。然而，长期以来我国在该领域缺乏统一的标准规范，制约了技术的大规模工程应用。在此背景下，国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）于2024年4月25日正式发布GB/T43921-2024《无损检测超声检测全矩阵采集/全聚焦技术（FMC/TFM）》，并自发布之日起实施。该标准是我国首项针对FMC/TFM技术的国家标准，全面规定了该技术的方法原理、检测系统要求、试块制备、检测步骤及结果评定等内容，填补了国内相关标准空白，为航空、航天、能源、交通等领域的在役检测提供了统一的技术依据。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及预期应用效果，旨在为标准使用者提供全面的技术解读与实施指南。关键词：无损检测；超声检测；全矩阵采集；全聚焦技术；FMC/TFM；国家标准；成像检测Keywords:Non-destructiveTesting;UltrasonicTesting;FullMatrixCapture;TotalFocusingMethod;FMC/TFM;NationalStandard;ImagingDetection一、引言1.1研究背景无损检测（Non-destructiveTesting,NDT）作为保障工业产品质量与运行安全的关键技术手段，在现代制造业中占据不可替代的地位。超声检测作为无损检测最重要的分支之一，因其对人体无害、检测灵敏度高、穿透能力强、适用范围广等优势，广泛应用于航空航天、核电、石油化工、轨道交通和船舶制造等国民经济重点领域。近年来，随着材料科学和制造工艺的快速发展，关键构件对内部缺陷检测的要求日益严苛——不仅要准确检出缺陷，还需要对缺陷的尺寸、形状、走向和性质进行精确表征。传统超声相控阵技术虽然在一定程度上实现了声束的电子扫描和动态聚焦，但受限于单次聚焦法则的物理机制，其在检测区域内的成像质量无法做到全场均匀一致，尤其在近表面区域和复杂几何结构处，定量精度受到明显制约。在此技术背景下，全矩阵采集/全聚焦技术（FMC/TFM）应运而生。该技术最早源于合成孔径聚焦（SAFT）思想的延伸，其核心在于：利用相控阵探头中的每个阵元依次激发，所有阵元同时接收，从而获得包含全部收发组合信息的全矩阵数据。在对数据进行后处理时，通过逐点计算每个成像像素点到各收发阵元对的声程，并叠加各通道信号实现全区域的虚拟动态聚焦。该技术突破了传统超声检测中"物理聚焦"的限制，在理论上能够在整个检测区域内实现完美的动态聚焦效果，具有检测分辨力高、缺陷定量精度高、信噪比优良等突出优势。在国际标准化层面，国际标准化组织（ISO）已发布多项与FMC/TFM相关的标准及技术规范，如ISO23865、ISO19675等，欧美等发达国家也在积极推动该技术的标准化和工业化应用。相比之下，我国在FMC/TFM技术研究和应用方面已具备相当的基础，但标准化工作相对滞后，行业用户和检测机构在工程实践中缺乏统一的检测方法、验收准则和质量控制依据，严重制约了技术的规范化推广和国际互认。1.2标准制定意义本标准的制定具有多方面的重要战略意义：填补标准空白，完善标准体系。GB/T43921-2024是我国针对FMC/TFM超声检测技术的首项国家标准，有效填补了我国在该技术领域标准体系的空白，与现有GB/T12604《无损检测术语》、GB/T23908《无损检测超声检测穿透法》等标准形成良好衔接，共同构成覆盖新型超声成像检测技术的方法标准群。促进行业规范化应用。标准对FMC/TFM检测系统的性能要求、检测工艺设计、参考试块的制备以及检测结果的记录与评定进行了系统规定，为各行业用户和第三方检测机构提供了可操作、可复现、可审核的统一技术依据，有利于促进该技术在工程实践中的规范化推广应用。促进国际接轨与互认。参照ISO相关标准和国际通行技术指标制定本标准，有助于提升我国FMC/TFM检测技术水平和检测结果的国际互认度，为中国装备制造企业和检测机构"走出去"提供标准化支撑。1.3标准基本信息GB/T43921-2024《无损检测超声检测全矩阵采集/全聚焦技术（FMC/TFM）》由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56）提出并归口，于2024年4月25日经国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）批准发布，自发布之日起实施。该标准为现行有效标准，采用中文编写，标准性质为推荐性国家标准，分类号属于无损检测（ICS19.100）。标准文本提供电子版形式，共约1分钟可完成下载。二、标准编制过程概述2.1立项与预研阶段在标准立项之前，全国无损检测标准化技术委员会联合国内主要研究单位和骨干企业，组织开展了FMC/TFM技术的国内外发展现状调研和技术预研工作。预研工作系统梳理了ISO23865、ISO19675等国际标准的技术框架，对比分析了国内外FMC/TFM检测设备和软件的性能差异，收集整理了国内多个领域工程应用中的检测数据和典型问题，为标准立项提供了充分的技术依据。在预研基础上，起草组完成了标准草案的初稿，明确了标准适用范围、技术架构和核心指标，于2022年完成标准立项答辩，正式通过国家标准委审批立项。2.2起草与研讨阶段标准立项后，全国无损检测标准化技术委员会组建了由行业知名专家牵头的标准起草工作组，成员涵盖科研院所、高等院校、检测设备制造商、第三方检测机构和终端用户单位。起草工作组召开多次编制工作会议，对标准技术内容进行了充分的讨论和论证。针对FMC/TFM技术中特有的全矩阵数据采集流程、后处理成像算法性能评价方法、系统校准要求等核心内容，起草组开展了多项比对试验，积累了详实的实验数据，为标准技术指标的确定提供了科学依据。起草工作组在编制过程中广泛征求了行业内各利益相关方的意见，历经多轮讨论形成了标准征求意见稿。征求意见稿在全国范围内发送至各相关单位广泛征求意见，起草组对所有反馈意见进行了逐条处理，形成了标准送审稿。2.3审查与报批阶段标准送审稿提交全国无损检测标准化技术委员会全体委员审查。审查会议对标准的科学性、先进性、协调性和可操作性进行了全面审议。委员们对标准中涉及的关键术语定义、检测系统要求、试块技术要求以及结果评定方法等内容提出了修改意见。起草组根据审查意见进一步完善了标准文本，形成了标准报批稿，经全国无损检测标准化技术委员会审核通过后，上报国家标准化管理委员会审批。2.4发布与实施2024年4月25日，国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）正式发布了GB/T43921-2024《无损检测超声检测全矩阵采集/全聚焦技术（FMC/TFM）》，并自发布之日起实施。该标准自发布起即实施，体现了行业对该标准尽快落地应用的迫切需求。三、标准主要内容解读3.1范围本标准规定了采用FMC/TFM技术对金属材料及非金属材料构件进行超声检测的方法要求，包括检测系统、参考试块、检测步骤、数据采集与处理、结果评定及检测报告等。同时，标准就适用范围进行了必要界定：适用于厚度范围宽泛的规则或复杂几何形状构件的检测，包括平面构件、曲面构件、管材焊缝以及角焊缝等多种结构形式。标准明确指出，全矩阵数据采集方法要求相控阵探头中的每个阵元依次作为发射器激发，而所有阵元作为接收器同步接收回波信号，从而构成一个完整的N×N（N为阵元数）数据矩阵。在对全矩阵数据进行后处理时，可通过全聚焦算法进行逐点虚拟聚焦成像；标准明确提出，该数据亦可用于合成孔径聚焦（SAFT）等其他后处理算法，具备良好的数据兼容性和算法扩展性。3.2规范性引用文件标准在编制过程中严格遵循与我国现有基础标准的衔接性原则，以保障与不同标准间的协调一致。标准的规范性引用文件主要包括：GB/T9445《无损检测人员资格鉴定与认证》——对执行FMC/TFM检测操作的人员资质提出明确要求；GB/T12604.1《无损检测术语超声检测》——统一了标准中使用的超声检测基础术语；GB/T20737《无损检测通用要求和导则》——明确检测方案制定和实施的通用要求；JB/T8428《无损检测超声检测用试块》——规范了标准中所用参考试块的性能指标和制作要求。上述引用文件共同构建了本标准实施所需的技术保障基础，确保标准的内容与现行有效的相关标准和法规相互协调。3.3术语和定义标准统一界定了FMC/TFM技术所涉及的核心术语，包括："全矩阵采集"（FMC），即利用多元相控阵探头，使每一阵元依次作为发射源、全部阵元同时接收，获取全矩阵数据的采集方式；"全聚焦方法"（TFM），即使用全矩阵采集数据，将检测区域离散化为网格像素点，按虚拟聚焦规则对各像素点进行逐点计算和成像的后处理算法；"发射-接收阵元对"，指全矩阵数据中某一特定发射阵元与某一特定接收阵元构成的信号采集通道；"虚拟聚焦"，指通过软件算法对全矩阵数据进行计算，使检测区域中每一像素点均成为声学聚焦点的后处理过程。术语定义的明确统一，为该项技术的规范化应用和国际交流奠定了语言基础，有效避免了因概念表述不一致导致的技术交流障碍。3.4检测系统要求标准从保障检测结果可靠性的角度出发，对FMC/TFM检测系统提出了系统而明确的要求，涵盖硬件设备与软件系统两个层面。在硬件方面，标准规定检测系统应包含多元相控阵超声探伤仪、相控阵探头、扫查装置（包括手动或自动扫查机构、编码器）以及必要的校准工具。其中，探伤仪应具备全矩阵数据的采集、存储和传输功能，阵元通道数应与探头阵元数相匹配，各通道的发射和接收响应应具有良好的一致性。在性能指标方面，标准要求系统应能够按照预设的阵元规则完成全矩阵数据采集，保证各通道间信号幅值和相位的稳定性及重复性。标准提出了系统校准的具体方法：使用标准试块对全部通道进行灵敏度一致性和时间延迟校准，确保通道间偏差在允许范围内。在软件功能方面，标准对后处理软件提出了明确要求：应具备全矩阵数据的显示、处理、成像与分析能力；应支持全聚焦方法的逐点计算成像；应提供缺陷位置、尺寸和幅值等特征参数的测量工具。此外，标准要求成像算法的时间偏置计算应严格依据声速参数，并考虑被检材料声速各向异性等实际因素的影响。3.5参考试块标准对FMC/TFM检测用参考试块的技术要求进行了规定。参考试块用于系统校准和检测灵敏度设定，其材料声学性能（声速、衰减系数等）应与被检工件材料相同或相近。标准对试块的几何形状、尺寸精度、表面粗糙度和热处理状态等均规定了相应的技术指标。试块中预埋的人工反射体类型包括：横孔、平底孔、槽口和通孔等，反射体的位置分布覆盖了不同深度区域，以满足灵敏度设定和检测覆盖验证的需求。此外，标准还对试块上反射体的加工精度——包括直径公差、深度公差、位置公差等——提出了明确要求，以保障不同实验室间检测结果的可比性和可重复性。对于复杂几何结构（如管件、锻件等）的检测，标准允许采用与被检工件几何特征相似的专用试块，或直接在工件本体上设置反射体作为检测灵敏度的参照依据。3.6检测方法标准对FMC/TFM检测的实施步骤进行了系统规定。在检测前，检测人员应了解被检工件的材料特性、几何结构、可能的缺陷类型和位置以及检测面可达条件，依据相关法规、产品标准或合同要求编制检测工艺规程。检测面的准备应满足探头与工件之间声耦合良好，必要时应对检测面进行打磨处理，使其表面粗糙度满足检测要求。检测过程中，探头应通过机械扫查装置或人工方式按预定路径移动，以覆盖全部检测区域。标准规定了扫查速度与编码器采样间距的匹配关系，保证采集的全矩阵数据在空间位置上具有足够的重叠覆盖。全矩阵数据的采集参数（包括激发电压、增益、时间窗口、采样频率等）应根据检测需求和系统校准结果合理设置，并在检测报告中予以记录。后处理与成像分析部分，标准要求采用全聚焦算法对采集的全矩阵数据进行离线或实时处理，以获得检测区域的二维或三维图像。标准对成像区域的网格划分密度、成像动态范围、图像显示方式等给出了技术指引，检测人员应在标准规定的成像条件下对图像中的缺陷信号进行识别、定位和定量评定。3.7结果评定与报告在结果评定方面，标准要求检测人员应综合考虑缺陷的反射波幅、当量尺寸、指示长度以及缺陷在工件中的位置和走向等因素，结合检测工艺规程中规定的验收准则和合格级别，对检测结果进行综合评定。标准强调检测结果的评定应可追溯，原始全矩阵数据应予以完整保存。标准规定了检测报告的编制要求。检测报告应包含：检测单位与检测人员信息、被检工件信息（名称、材质、规格、热处理状态等）、检测系统描述（仪器型号、探头型号、阵元参数等）、检测条件（耦合剂、扫查方式、检测参数等）、参考试块信息及校准结果、检测结果（缺陷位置、尺寸、当量等）以及检测结论。报告中所使用的术语和符号应与标准保持一致。四、主要起草单位及团队介绍4.1全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56）全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56）是经国家标准化管理委员会批准设立的全国性专业标准化技术组织，负责我国无损检测领域的标准制修订工作及对口的国际标准化活动。该委员会由来自科研院所、高等院校、检测设备制造企业、第三方检测机构和行业用户单位的专家共同组成，秘书处设在上海材料研究所有限公司。在我国无损检测标准化体系持续完善的大背景下，SAC/TC56组织各参与单位协同攻关、群策群力，充分发挥了标准化技术委员会在专业引领、资源整合和质量把关方面的核心作用。GB/T43921-2024的成功发布是委员会在新型超声成像检测技术标准化领域取得的一项重要标志性成果。4.2其他参与单位及团队五、结论与展望GB/T43921-2024《无损检测超声检测全矩阵采集/全聚焦技术（FMC/TFM）》的发布实施，标志着我国在先进超声成像检测技术标准化领域迈出了重要一步。该标准的实施，不仅为FMC/TFM技术的工程化应用提供了统一、规范的技术准则，也为该技术的持续发展奠定了坚实的标准化基础，具有显著的经济效益和社会效益。在宏观层面，该标准填补了国内FMC/TFM技术标准的空白，完善了我国无损检测标准体