GB/T 41966-2022 无缝钢管相控阵超声检测方法

　　ICS 77 . 040 . 20 CCS H 26

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41966—2022

　　无缝钢管相控阵超声检测方法

　　ultrasonic phased array testing method for seamless steel tubes

　　2022-12-30 发布 2023-07-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 41966—2022

　　目 次

　　前言 I

　　引言 "

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 通用要求 2

　　5 检测设备 3

　　6 试块 3

　　7 检测方法 4

　　8 检测设备设置 5

　　9 检测程序 5

　　10 验收 5

　　11 记录和报告 5

　　附录 A (规范性) 规定壁厚与外径之比大于 0 . 2 的钢管的纵向缺欠检测方法 7

　　附录 B (资料性) 斜向缺欠的超声检测 8

　　附录 C (规范性) 声束轴向等效宽度测定方法 9

　　附录 D (规范性) 声束周向等效宽度测定方法 10

　　GB/T 41966—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 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》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 。

　　本文件由中国钢铁工业协会提出 。

　　本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归 口 。

　　本文件起草单位:武汉中科创新技术股份有限公司 、中国石油物资有限公司 、山西太钢不锈钢钢管有限公司 、钢研纳克检测技术股份有限公司 、冶金工业信息标准研究院 、武汉市德华测试工程有限公司 、湖北工业大学 、清华大学 、宝丰钢业集团有限公司 。

　　本文件主要起草人:王子成 、林光辉 、刘海平 、张琳 、张建卫 、董莉 、杨浪 、宋小春 、黄松岭 、韩士丰 、韩志雄 、桂琳琳 、郭建龙 、郭雷 、刘光磊 、涂君 、薛建忠 、金耀辉 、李羽可 。

　　I

　　GB/T 41966—2022

　　引 言

　　无缝钢管作为特种设备压力管道的重要元件,主要应用于钢管制造 、电力 、化工设备制造和石油天然气输送管道铺设等行业 。本文件是为了大力推广无缝钢管相控阵超声检测技术而制定的 。

　　在无缝钢管无损检测领域内,常规单(双)晶回波检测技术难以兼顾声束宽度和分辨率,因此存在检测效率低 、声束难以达到 100%覆盖 、检测角度和聚焦深度难以改变等问题 。相控阵超声检测技术用电子扫描取代部分机械扫查和晶片几何拼接,显著降低了扫查机械的复杂性,大幅度提高了超声扫查灵敏度的一致性和系统信噪比,缩短了系统调试时间,提高了超声无损检测的能力和可达性 。

　　本文件的制定有利于提高无缝钢管的检测效率和检测能力,推动无缝钢管无损检测技术的进步 。

　　"

　　GB/T 41966—2022

　　无缝钢管相控阵超声检测方法

　　1 范围

　　本文件规定了无缝钢管相控阵超声检测的仪器和设备 、试块 、检测方法 、设备设置 、检测程序 、验收 、记录和报告 。

　　本文件适用于外径不小于 6 mm且壁厚与外径之比不大于 0 . 2 的无缝钢管(以下简称“ 钢管”)缺欠的相控阵超声检测 。

　　注 : 本文件所规定检测方法主要用于检测破坏了钢管金属连续性的缺欠 。

　　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/T 5777—2019 无缝和焊接(埋弧焊除外)钢管纵向和/或横向缺欠的全圆周 自动超声检测

　　GB/T 9445 无损检测 人员资格鉴定与认证

　　GB/T 12604. 1 无损检测 术语 超声检测

　　GB/T 20490 承压无缝和焊接(埋弧焊除外)钢管 分层缺欠的超声检测

　　GB/T 20737 无损检测 通用术语和定义

　　GB/T 32563 无损检测 超声检测 相控阵超声检测方法

　　NB/T 47013 . 15 承压设备无损检测 第 15 部分:相控阵超声检测

　　YB/T 4082 钢管 、钢棒自动超声检测系统综合性能测试方法

　　ISO 11484 钢材产品 雇主的无损检测人员资格鉴定体系(Steel products—Employer’s qualifi- cation system for non-destructive testing(NDT) personnel)

　　ISO 18563-1 无 损 检 测 超 声 相 控 阵 设 备 的 特 征 和 验 证 第 1 部 分: 仪 器 (Non-destructive testing characterization and verification of ultrasonic phased array equipment—part 1 : Instruments)

　　ISO 18563-2 无 损 检 测 超 声 相 控 阵 设 备 的 特 征 和 验 证 第 2 部 分: 探 头 (Non-destructive testing characterization and verification of ultrasonic phased array equipment—part 2: probes)

　　3 术语和定义

　　GB/T 12604. 1 、GB/T 20737 、GB/T 32563 和 NB/T 47013 . 15 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　相控阵图像 phased array ,mage

　　相控阵超声采集数据的不同显示形式 。

　　注 : 常见模式有 A-显示 、L-显示 、c-显示 、D-显示等 。

　　3.2

　　相控阵信号 phased array s,gnal

　　需评定的相控阵图像或波形 。

　　1

　　GB/T 41966—2022

　　3.3

　　周向扫查 c,rcumference scann,ng

　　相控阵探头晶片沿钢管轴向排列 , 探头沿钢管圆周方向移动扫查 , 以获得并记录声束覆盖范围内钢管检测信息 。

　　3.4

　　周向横波 c,rcumferent,al shear wave

　　沿钢管圆周方向传播的横波 。

　　3.5

　　轴向横波 ax,al shear wave

　　沿钢管轴向方向传播的横波 。

　　3.6

　　仪器重复频率 ,nstrument repet,t,on frequency

　　相控阵仪器激发和接收超声信号的频率 。

　　注 : 仪器重复频率受到声波在扫描范围内往复传输时间和数字系统处理时间限制 , 且避免幻象信号的产生 。 3.7

　　扫描声束重复频率 scann,ng beam repet,t,on frequency

　　扫查位置/角度声束激发和接收超声信号的频率 。

　　注 : 扫描声束重复频率计算方法见式(1) 。

　　f rep ……………………( 1 )

　　式中:

　　frep — 扫描声束重复频率 , 单位为赫兹(Hz) ;

　　feff — 仪器重复频率 , 单位为赫兹(Hz) ;

　　N — 相控阵每个合成波形的扫描线数 。

　　3.8

　　声束轴向等效宽度 equ,valent ax,al w,dth of sound beam

　　等效在钢管表面沿轴向移动距离的声束宽度 。

　　3.9

　　声束周向等效宽度 equ,valent c,rcumferent,al w,dth of sound beam

　　等效在钢管表面沿周向移动距离的声束宽度 。

　　4 通用要求

　　4 . 1 除非产品标准另有规定或供需双方协商同意 , 检测应在钢管所有主要生产工序(轧制 、热处理 、冷和热加工 、定径和矫直等)操作全部完成后进行 。

　　4 . 2 被检测的钢管应有足够的平直度以保证检测的有效性 。表面应没有影响检测可靠性的外来异物 。

　　4 . 3 应选用耦合效果良好且无损于钢管表面的耦合介质 。

　　4 . 4 检测应由按照 GB/T 9445 、ISO 11484 或等效标准经培训合格的操作人员进行 , 并由经雇主任命的有资格的人员监督 。在由第三方检测的情况下 , 此项应由供需双方协商 。

　　4 . 5 本方法一般用于纵向缺欠的检测 。按照合同要求或双方协商确定 , 可检测横向 、分层 、斜向缺欠 。经供需双方协商 , 按附录 A 的规定进行壁厚与外径之比大于 0 . 2 的钢管的缺欠检测 。

　　2

　　GB/T 41966—2022

　　5 检测设备

　　5 . 1 检测仪器

　　检测仪器应按照 ISO 18563-1 进行性能测试与验证 , 周期宜为 12 个月 。 自动检测时 , 仪器通道数应不小于 16/64 。

　　5 . 2 探头

　　探头应按照 ISO 18563-2 进行性能测试与验证 , 周期宜为 12 个月 。 自动检测时 , 晶片数量应不小于 64 。

　　5 . 3 检测系统

　　5 . 3 . 1 检测系统应满足以下要求:

　　a) 通道灵敏度波动不大于 9 dB;

　　b) 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 , 损坏晶片不应超过使用晶片总数的 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 ;

　　c) 补偿后合成声束灵敏度波动不大于 2 dB;

　　d) 检测系统应能同步记录检测数据和探头扫查位置 。

　　注 : 合成声束是指激发孔径以聚焦法则发射和接收的超声波束 。

　　5 . 3 . 2 自动检测设备应按照 YB/T 4082 进行综合性能测试 , 测试周期宜为 12 个月 。

　　6 试块

　　6 . 1 对比样管

　　6 . 1 . 1 对比样管用途 、材料 、尺寸和工艺状态应符合 GB/T 5777—2019 的规定 。

　　6 . 1 . 2 人工纵向缺陷和横向缺陷的设置 、尺寸和加工工艺应符合 GB/T 5777—2019 的规定 。

　　6 . 1 . 3 人工分层缺陷的设置 、尺寸和加工工艺应符合 GB/T 20490 的规定 。

　　6 . 1 . 4 人工斜向缺陷的设置 、尺寸和加工工艺参见附录 B。

　　6 . 2 声束校准试块

　　6 . 2 . 1 声束校准试块用于测试声束的周向和轴向宽度 , 其规格和材料应符合 6 . 1 . 1 的要求 。

　　6 . 2 . 2 设置一个直径 1 . 6 mm竖通孔或半通孔人工缺陷 , 用于测试周向横波声束的轴向宽度和轴向横波声束的周向宽度 , 以及测试斜向横波声束的轴向和周向宽度 , 按照附录 C 和附录 D。

　　6 . 2 . 3 设置内壁和外壁人工纵向缺陷各一个 , 尺寸参考 6 . 1 . 2 , 用于测试周向横波声束的周向宽度 , 见附录 D。

　　6 . 2 . 4 设置内壁和外壁人工横向缺陷各一个 , 尺寸参考 6 . 1 . 2 , 用于测试轴向横波声束的轴向宽度 , 见附录 C。

　　6 . 2 . 5 设置人工分层缺陷 3 个 , 尺寸参考 6 . 1 . 3 , 用于测试径向纵波声束的周向宽度和轴向宽度 。

　　3

　　GB/T 41966—2022

　　7 检测方法

　　7 . 1 一般要求

　　7 . 1 . 1 应采用超声波横波技术检测纵向 、横向以及斜向缺欠 , 采用纵波直入射技术检测分层缺欠 。

　　7 . 1 . 2 检测过程中钢管与探头应相对运动 , 以便扫查整个钢管表面 , 检测覆盖率由探头声束宽度计算 。检测过程的相对移动速度变化应不超过 ±10% 。钢管两端有一段较短的长度不能被检测到 。任何未检测到的管端应按照适当的产品标准要求进行处理 , 应符合 GB/T 5777—2019 附录 B 的规定 。

　　7 . 1 . 3 检测频率应在 1 MHz~15 MHz , 根据钢管尺寸 、材料和等级要求选择 。

　　7 . 1 . 4 除非供需双方另有协议 , 纵向缺欠应采用顺时针和逆时针两个方向进行检测 , 横向缺欠应采用前和后两个方向进行检测 , 斜向缺欠应采用两个相对方向进行检测 。

　　7 . 2 相控阵超声轴向电子扫查方式

　　7 . 2 . 1 主动孔径应不大于 30 mm , 当验收等级为 GB/T5777—2019 表 1 中规定的 U1 且钢管外径不大于 50 mm 时 , 主动孔径宜不大于 15 mm 。

　　7 . 2 . 2 电子扫查步进量应不大于声束轴向等效宽度的一半 。声束轴向等效宽度的测定方法按照附录 C执行 。

　　7 . 2 . 3 非主动孔径可具有聚焦特性 。检测纵向缺欠时 , 非主动孔径方向探头应具有合适的自然入射角或偏心距(水浸法) 。

　　7 . 2 . 4 检测横向缺欠时 , 主动孔径方向声束应具有合适的轴向入射角 。

　　7 . 2 . 5 自动检测时 , 周向扫查速度应满足式(2)要求 , 声束周向等效宽度的测定方法按照附录 D执行 。

　　vc frep × wc ……………………( 2 )

　　式中:

　　vc — 周向扫查速度 , 单位为毫米每秒(mm/s) ;

　　frep — 单个电子扫描声束重复频率 , 单位为赫兹(Hz) ;

　　wc — 声束周向等效宽度 , 单位毫米(mm) 。

　　7 . 3 相控阵超声周向电子扫查方式

　　7 . 3 . 1 非主动孔径应不大于 25 mm , 当验收等级为 GB/T5777—2019 表 1 中规定的 U1 且钢管外径不大于 50 mm 时 , 非主动孔径宜不大于 12 . 5 mm 。

　　7 . 3 . 2 电子扫查步进量应不大于声束周向等效宽度的一半 。 主动孔径可具有相位控制聚焦特性 。

　　7 . 3 . 3 检测纵向缺欠时 , 主动孔径方向声束应具有合适的入射角或偏心距(水浸法) 。

　　7 . 3 . 4 检测横向缺欠时 , 非主动孔径方向声束应具有合适的 自然轴向入射角 。 自动检测时 , 轴向扫查速度应满足式(3)要求 。

　　vl frep × w l ……………………( 3 )

　　式中:

　　vl — 轴向扫查速度 , 单位为毫米每秒(mm/s) ;

　　frep — 单个电子扫描声束重复频率 , 单位为赫兹(Hz) ;

　　wl — 声束轴向等效宽度 , 单位毫米(mm) 。

　　4

　　GB/T 41966—2022

　　8 检测设备设置

　　8 . 1 每次重新使用检测设备时或更换不同规格钢管时 , 应用本文件规定的对比样管对检测设备进行设置。

　　8 . 2 应调整检测设备使对比样管上同一个人工缺陷产生的所有声束的相控阵信号幅度接近一致。

　　8 . 3 当内 、外壁人工缺陷相控阵信号使用同一个报警闸门时 , 应调整检测设备灵敏度至对比样管内 、外壁人工缺陷均能报警的最低值。 当使用两个报警闸门时 , 应分别调整内 、外壁灵敏度至对比样管人工缺陷均能报警的最低值。 同时 , 两个闸门的范围应覆盖壁厚区域。

　　9 检测程序

　　9 . 1 检测步骤

　　9 . 1 . 1 检测开始前应在正常生产速度下 , 使用对比样管校验检测设备 , 对比样管人工缺陷无漏报且信噪比应大于 8 dB, 检测设备校验合格后方可进行检测。

　　9 . 1 . 2 检测时 , 应保证检测区域全覆盖且不会产生漏检。

　　9 . 1 . 3 在检测过程中 , 应对检测数据进行实时记录。 发现缺欠时 , 宜输出声光报警信号。

　　9 . 2 检查与复核

　　9 . 2 . 1 更换钢管规格 、更换班组后及同规格钢管检测结束时 , 均应按照 9 . 1 . 1 的要求进行校验。 校验的检查频次应至少每 4 h进行 1 次 。

　　9 . 2 . 2 如校验结果不能满足 YB/T 4082 中关于稳定性的要求 , 则应对检测设备重新调试和测试 , 达到要求后应对上一次校验后所检测的钢管重新进行检测。

　　10 验收

　　10 . 1 钢管产生的所有相控阵信号低于触发/报警电平应认为此次检验合格。

　　10 . 2 钢管产生等于或大于触发/报警电平的相控阵信号时应视为可疑品,或由制造商选择 , 可进行重新检测。 如果在重新检测后 , 所有的信号均低于触发/报警电平 , 钢管应被视为通过了此次检测;否则 , 钢管应被视为可疑品。

　　10 . 3 对可疑钢管 , 根据产品标准的要求应采用下列一种或多种方法进行处理:

　　a) 对可疑区域进行修磨或采用其他无损检测方法检测。 确认剩余壁厚在允许的公差范围内后 , 此钢管按先前规定的方法重新检测;如果没有产生等于或大于触发/报警电平的信号 , 则此钢管视为通过了此次检测。 经供需双方协商并确定可接受的验收等级 , 可疑区域也可以采用其他无损检测技术和检测方法重新检测 ;

　　b) 切除可疑区域 ;

　　c) 视此次钢管检验不合格。

　　1 1 记录和报告

　　1 1 . 1 检测记录

　　宜保留每支钢管的检测记录 , 应至少包含以下信息:

　　5

　　GB/T 41966—2022

　　a) 仪器重复频率和扫描声束重复频率 ;

　　b) 相控阵探头数量和类型[包括频率(中心频率和带宽) 、阵元数量 、阵元尺寸(长和宽) 、排列方向和阵元间距 、楔块角度或轴向偏转角度(水浸法) 、楔块高度或水距(水浸法) 、楔块声速] ;

　　c) 主动孔径和孔径内阵元数 ;

　　d) 聚焦选择和焦距 ;

　　e) 参考灵敏度和扫查灵敏度 ;

　　f) 扫描声束补偿灵敏度 ;

　　g) 距离波幅补偿曲线 ;

　　h) 闸门参数(应包括数量 、位置 、范围及高度) ;

　　i) 扫描时间范围 ;

　　j) 耦合监视 ;

　　k) 评定规则 ;

　　l) 检测波形或相控阵图像数据 。

　　1 1 . 2 检测报告

　　检测报告应至少包含以下信息:

　　a) 本文件编号 ;

　　b) 符合性说明 ;

　　c) 经协商或其他方式认可的与规定程序之间的任何偏离 ;

　　d) 产品牌号和尺寸 ;

　　e) 检测技术的类型和详细信息 ;

　　f) 设备校验采用的方法 ;

　　g) 对比标准缺陷验收等级的描述 ;

　　h) 检测 日期 ;

　　i) 操作者资格及签名 。

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　　GB/T 41966—2022

　　附 录 A

　　(规范性)

　　规定壁厚与外径之比大于 0 .2 的钢管的纵向缺欠检测方法

　　A. 1 当钢管的壁厚与外径之比大于 0 . 2 时,应由供需双方按 A. 2 或 A. 3 协商确定其中一种检测方法 。

　　A. 2 当钢管的壁厚与外径之比大于 0 . 2 且小于或等于 0 . 25 时,内壁人工缺陷深度与外壁人工缺陷深度的比值应符合表 A. 1 的规定 。

　　表 A. 1 壁厚与外径之比和人工缺陷深度的对应关系

　　壁厚与外径之比

　　内壁人工缺陷深度与外壁人工缺陷深度之比

　　0 . 200

　　1.0

　　0 . 201~0 . 210

　　1.6

　　0 . 211~0 . 222

　　1.9

　　0 . 223~0 . 235

　　2.2

　　0 . 236~0 . 250

　　2.5

　　A. 3 当钢管的壁厚与外径之比大于 0 . 2 且小于 0 . 3 时,可利用管内的折射纵波检测外壁缺欠,而利用波型转换后的反射横波检测内壁缺欠(见图 A. 1),采用此种检测方法时,应由供需双方商定内壁人工缺陷深度与外壁人工缺陷深度的比例,但不应超出表 A. 1 所列数值范围 。

　　标引符号说明 :

　　TR — 探头 ;

　　L — 纵波 ;

　　s — 横波 。

　　图 A. 1 纵波转换为横波的检测方法

　　7

　　GB/T 41966—2022

　　附 录 B

　　(资料性)

　　斜向缺欠的超声检测

　　B. 1 经供需双方协商 , 可对无缝钢管中斜向缺欠进行超声检测 。

　　B. 2 检测斜向缺欠时 , 声束在管壁内呈螺旋传播 。

　　B. 3 斜向缺欠检测只适合于公称外径大于 133 mm 的钢管 。

　　B. 4 斜向人工刻槽的角度与钢管上斜向 自然缺欠的角度基本一致 。

　　B. 5 人工斜向槽在样管的内 、外表面加工或外表面加工 , 各槽口的名义尺寸相同 。

　　B. 6 人工斜向槽尺寸见 GB/T 5777—2019 中表 1 和表 2 的相关要求 。 当钢管壁厚与外径之比大于0 . 2 时 , 人工缺陷尺寸见表 A. 1 。

　　8

　　GB/T 41966—2022

　　附 录 C

　　(规范性)

　　声束轴向等效宽度测定方法

　　C. 1 本测定方法应采用声束校准试块 。

　　C. 2 将探头放置于声束校准试块表面,首先沿声束校准试块轴向方向移动探头,寻找二次波外壁人工缺陷的最高反射信号,将信号幅度调节至满屏 80%高度,然后向前移动探头, 当信号幅度降至 40%时,探头对应轴向位置即为声束宽度的前端点;同样向后移动探头当信号幅度降至 40%时,探头对应轴向位置即为声束宽度的后端点 。两端点之间的距离即为该外壁深度的声束宽度 。

　　C. 3 将探头放置于声束校准试块表面,首先沿声束校准试块轴向方向移动探头,寻找一次波内壁人工缺陷的最高反射信号,将信号幅度调节至满屏 80%高度,然后向前移动探头, 当信号幅度降至 40%时,探头对应轴向位置即为声束宽度的前端点;同样向后移动探头当信号幅度降至 40%时,探头对应轴向位置即为声束宽度的后端点 。两端点之间的距离即为该内壁深度的声束宽度 。

　　C. 4 比较内 、外壁两个声束宽度的值,较小者为声束轴向等效宽度 。

　　C. 5 不能检测出内壁人工缺陷信号时,可采用竖通孔中部反射信号替代 。

　　9

　　GB/T 41966—2022

　　附 录 D

　　(规范性)

　　声束周向等效宽度测定方法

　　D. 1 本测定方法应采用声束校准试块 。

　　D. 2 将探头放置于声束校准试块表面,首先沿声束校准试块圆周方向移动探头或声束校准试块,寻找二次波外壁人工缺陷的最高反射信号,将信号幅度调节至满屏 80%高度,然后顺时针移动探头或试块,当信号幅度降至 40%时,探头对应周向位置即为声束宽度的前端点 , 同样向逆时针移动探头或试

　　块,当信号幅度降至 40%时,探头对应周向位置即为声束宽度的后端点 。两端点之间的外壁弧长距离即为该外壁深度的声束宽度 。

　　D. 3 将探头放置于声束校准试块表面,首先沿声束校准试块圆周方向移动探头或声束校准试块,寻找一次波内壁人工缺陷的最高反射信号,将信号幅度调节至满屏 80%高度,然后顺时针移动探头或试块,当信号幅度降至 40%时,探头对应周向位置即为声束宽度的前端点 , 同样向逆时针移动探头或试

　　块,当信号幅度降至 40%时,探头对应周向位置即为声束宽度的后端点 。两端点之间的外壁弧长距离即为该内壁深度的声束宽度 。

　　D. 4 比较内 、外壁两个声束宽度的值,较小者为声束周向等效宽度 。

　　D. 5 不能检测出内壁人工缺陷信号时,可采用竖通孔中部反射信号替代 。

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