GB/T 40730-2021 无损检测 电磁超声脉冲回波式测厚方法

　　ICS 19 . 100 CCS J 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40730—2021

　　无损检测

　　电磁超声脉冲回波式测厚方法

　　Non-destructivetesting—

　　Measuringthicknessbyelectromagneticultrasonicpulse-echo

　　2021-10-1 1 发布 2022-05-01 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 40730—202 1

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　　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。

　　本文件由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC 56)提出并归口 。

　　本文件起草单位：中国特种设备检测研究院、上海材料研究所、中北大学、清华大学、电子科技大学、广东汕头超声电子股份有限公司超声仪器分公司、武汉中科创新技术股份有限公司、合肥通用机械研究院有限公司、南昌航空大学。

　　本文件主要起草人：郑阳、沈功田、周进节、张宗健、周俊峰、李素军、蓝麒、黄松岭、李翔、詹红庆、王子成、丁杰、朱雨虹、谭继东、阎长周、石文泽。

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　　无损检测

　　电磁超声脉冲回波式测厚方法

　　1 范围

　　本文件规定了使用电磁超声换能器激励和接收超声进行材料厚度测量的方法。

　　本文件适用于温度范围在- 196 ℃ ~800 ℃之间的钢材、有色金属及其他采用电磁超声换能器激发超声的材料的测量。

　　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，仅注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 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 27418 测量不确定度评定和表示

　　GB/T 34885 无损检测 电磁超声检测 总则

　　3 术语和定义

　　GB/T 12604 . 1、GB/T 27418 和 GB/T 34885 界定的术语和定义适用于本文件。

　　4 测厚原理、厚度值计算及测厚类型

　　4 . 1 测厚原理

　　电磁超声技术是通过电-磁-声耦合换能的方式，实现超声的激发与接收。 电磁超声的核心换能器件为磁铁和线圈，基本工作原理如图 1 所示。 电磁超声激发过程中，当置于被检导电材料上方的线圈通以瞬态交变电信号时，被检材料表面产生感应涡流，同时线圈感生出动态磁场。 涡流区域材料在偏置磁场和动态磁场作用下受到洛仑兹力的作用。 由于线圈中通过的是交变电流，感生的涡流也是交变的，从而涡流区域材料中各质点受到的洛仑兹力也是交变的。 这种交变作用力使材料表面质点产生振动，如果交变的频率是超声频段，则产生的振动表现为超声振动，即在材料中激发出超声。 如果被检材料是铁磁性材料，除了交变的洛仑兹力，还存在交变的磁致伸缩力和磁化力，在三种力的共同作用下，引起材料表面质点的超声振动，从而产生超声。 电磁超声接收过程是激发的逆作用过程。

　　电磁超声测厚方法不是直接测量厚度，而是由超声的传播时间与速度的乘积求得被测对象厚度值。传播时间为超声在被测对象厚度路径上一次传播的时间或多次往复传播的时间差。

　　电磁超声测厚方法的主要优点及局限性参见附录 A。

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　　标引序号说明：

　　1 — 磁铁;

　　2 — 线圈;

　　3 — 被检材料;

　　a —静态偏置磁场;

　　b— 瞬态交变信号;

　　c —动态磁场;

　　d—感应涡流;

　　e— 洛伦兹力;

　　f—磁致伸缩力(铁磁性);

　　g—磁化力(铁磁性);

　　h— 超声波。

　　图 1 电磁超声激发/接收机制

　　4 . 2 厚度值计算

　　4 . 2 . 1 测厚模式

　　采用电磁超声测厚时，常见的测厚模式有：

　　a) 一次脉冲回波测厚;

　　b ) 多次脉冲回波测厚;

　　c) 超声共振测厚。

　　4 . 2 . 2 -次脉冲回波测厚

　　原理如图 2a)和图 2d)所示，厚度值是声速与超声在材料厚度路径上传播时间的乘积，见式(1) :

　　d ……………………( 1 )

　　式中：

　　d —厚度，单位为米(m) ;

　　℃ —声速，单位为米每秒(m/s) ;

　　Δt —超声在材料厚度路径上往返一次的传播时间，单位为秒(s) 。

　　4 . 2 . 3 多次脉冲回波测厚

　　原理如图 2b)和图 2e)所示，厚度值是多个相邻脉冲时间差的平均值与声速的乘积。 由于检测较薄

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　　试件时，声波在材料中会经过多次反射，形成多次底面回波，在测厚时提取多次相邻脉冲时间差，对其时间差求平均再乘以当前声速即为厚度。 见式(2) :

　　d=v ……………………( 2 )

　　式中：

　　d —厚度，单位为米(m) ;

　　v —声速，单位为米每秒(m/s) ;

　　Δt —多次相邻回波脉冲时间差平均值，单位为秒(s) 。

　　4 . 2 . 4 超声共振测厚

　　原理如图 2c)和图 2f)所示，特定频率的超声进入材料后，在其上下表面来回反射达到驻波条件后，产生超声共振现象。 共振测厚时，一般采用宽频探头、宽频激发接收系统和宽频激励信号，接收到的检测信号中存在共振信号，将共振信号进行傅立叶变换，可获得共振频率，在已知声速条件下，获得厚度值 。见式(3) :

　　d ……………………( 3 )

　　式中：

　　d —厚度，单位为米(m) ;

　　n — 自然数;

　　v —声速，单位为米每秒(m/s) ;

　　fn—试件中第 n 阶共振频率，单位为赫兹(Hz),实际中通常采用第 1 阶共振频率进行计算。

　　a)-次脉冲回波测厚原理 b)多次脉冲回波测厚原理 c)超声共振测厚原理

　　d)-次脉冲回波测厚信号 e)多次脉冲回波测厚信号 f)超声共振测厚频谱图 2 电磁超声测厚模式

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　　4 . 3 测厚类型

　　电磁超声测厚以检测中探头适用温度范围划分如下：

　　a) 超高温测厚 —被检材料温度不小于 350 ℃时的测厚;

　　b ) 高温测厚 —被检材料温度大于或等于 80 ℃且小于 350 ℃时的测厚;

　　c) 常温测厚 —被检材料温度大于或等于 0 ℃且小于 80 ℃时的测厚;

　　d) 低温测厚 —被检材料温度大于- 50 ℃且小于 0 ℃时的测厚;

　　e) 超低温测厚 —被检材料温度不大于- 50 ℃时的测厚。

　　5 人员要求

　　按本文件实施测厚的检测人员应按 GB/T 9445 或合同各方同意的体系进行人员资格鉴定或认证，取得超声检测人员资格等级证书，并由雇主或代理对其进行岗位培训和授权。

　　6 安全要求

　　本章没有列出进行检测时所有的安全要求，使用本文件的用户应在检测前建立安全准则。 检测过程中的安全要求至少包括如下要素：

　　a) 在实施检测前，应对检测过程中可能伤害检测人员的各种危险源加以辨识，并对检测人员进行培训和采取必要的保护措施;

　　b ) 检测人员应遵守被检件现场的安全要求，根据检测地点的要求穿戴防护工作服和佩戴有关防护设备;

　　c) 在危爆场合使用时，由于电磁超声激发电压一般在高压范围，应注意对仪器、接插线、电磁超声前端的放电测试，确保具有防爆性后，再实施检测;

　　d) 在进行在线检测时，应制定特别的安全措施;

　　e) 在封闭空间内进行操作时，宜考虑氧气含量等相应因素，并采取必要的保护措施;

　　f) 在高空进行操作时，宜考虑人员、检测设备器材坠落等因素，并采取必要的保护措施;

　　g) 在极端环境下进行操作时，如低温、高温等条件下，宜考虑人员冻伤、烫伤等因素，并采取必要的保护措施;

　　h) 永磁式电磁超声换能器在运输、存放、搬运和使用过程中避免强磁对人身安全、设备、仪器仪表和环境的影响;

　　i ) 检测时应注意磁场导致的人员受伤和设备损坏及对其他辅助电子设备的影响;

　　j) 仪器操作中，应注意仪器、换能器和导线高压漏电检查，避免高压放电对人体或物品造成危害。

　　7 检测工艺规程

　　从事电磁超声测厚检测的单位应按本文件的要求制定通用检测工艺规程，其内容至少应包括如下要素：

　　a) 适用范围;

　　b ) 依据的标准、法规或其他技术文件;

　　c) 检测人员资格要求;

　　d) 检测设备和器材;

　　e) 被检产品信息及检测前的准备要求;

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　　f) 检测时机;

　　g) 检测方法和检测步骤;

　　h) 检测的标记和原始数据记录要求;

　　i ) 检测后的操作要求;

　　j) 检测结果的评价及处理方式;

　　k) 编制(等级)、审核(等级)和批准人;

　　l ) 制定日期。

　　8 检测设备和器材

　　8 . 1 测厚仪

　　8 . 1 . 1 电磁超声测厚仪类型

　　8 . 1 . 1 . 1 按支持的电磁超声探头磁铁种类分类，电磁超声测厚仪分为如下类型：

　　a) 永磁铁式电磁超声测厚仪;

　　b ) 电磁铁式电磁超声测厚仪;

　　c) 双模式电磁超声测厚仪(既支持永磁铁式又支持电磁铁式探头)。

　　8 . 1 . 1 . 2 按用途分类，电磁超声测厚仪分为如下类型：

　　a) 手动单次测量型电磁超声测厚仪;

　　b ) 自动连续扫查型电磁超声测厚系统;

　　c) 长期在线监测型电磁超声测厚系统。

　　8 . 1 . 1 . 3 按电磁超声测厚仪显示方式分类，电磁超声测厚仪分为如下类型：

　　a) 数字直读式 —直接显示被测材料厚度;

　　b ) A 扫显示式 —显示 A扫描检测信号同时显示被测材料厚度。

　　8 . 1 . 2 电磁超声测厚仪基本参数

　　电磁超声测厚仪应提供如下参数：

　　a) 激发工作电压范围;

　　b ) 激发工作电流范围;

　　c) 激发脉冲类型与特征;

　　d) 输出/输入阻抗;

　　e) 工作频率范围;

　　f) 最大接收增益;

　　g) 可调接收增益范围及步长;

　　h) 测量分辨率。

　　8 . 1 . 3 电磁超声测厚仪其他参数

　　电磁超声测厚仪宜提供如下参数：

　　a) 尺寸 ;

　　b ) 重量 ;

　　c) 电池工作时间;

　　d) 防水、防尘、防爆特性;

　　e) 存储与运输要求。

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　　8 . 1 . 4 电磁超声测厚仪功能要求

　　电磁超声测厚仪功能宜满足如下要求：

　　a) 用于高温或低温材料检测的测厚仪宜具有测量和指示被检材料温度功能;

　　b ) 电磁超声测厚仪至少具有 4 . 2 . 1 中所述的三种测厚模式中的一种;

　　c) 电磁超声测厚仪的工作频率范围一般为 0 . 5 MHz~ 20 MHz, 常用频率范围为 1 MHz~ 10 MHz ;

　　d) 电磁超声测厚仪动态增益调节范围不小于 40 dB;

　　e) 电磁超声测厚仪宜显示线性时基的 A扫描检测信号;

　　f) 电磁超声测厚仪宜具有手动选择回波波包进行测厚的功能;

　　g) 对于在易燃、易爆环境下使用的电磁超声测厚仪，具有防爆功能，通过防爆性能测试，仪器和探头外壳标有明显的“Ex”标志。

　　8 . 2 探头

　　8 . 2 . 1 电磁超声探头基本参数

　　电磁超声探头应提供如下参数：

　　a) 换能器类型;

　　b ) 操作温度范围;

　　c) 高温操作时限;

　　d) 表面磁感应强度;

　　e) 标准工作电压/电流;

　　f) 最大允许电压/电流;

　　g) 输入/输出阻抗;

　　h) 聚焦型传感器焦点位置。

　　8 . 2 . 2 电磁超声探头其他参数

　　电磁超声探头宜提供如下参数：

　　a) 换能器重量和尺寸;

　　b ) 连接器类型;

　　c) 线圈形状和尺寸;

　　d) 偏置磁场类型;

　　e) 辐射声场(铁磁性材料与非铁磁性材料);

　　f) 3 种以上典型材料上零提离距离时的工作主频或频响曲线，一般为铝、20 钢 、316 不锈钢;

　　g) 存储与运输要求。

　　8 . 2 . 3 电磁超声探头其他要求

　　电磁超声探头宜满足如下其他要求。

　　a) 电磁超声测厚探头可以为永磁铁式、电磁铁式或两者组合形式。 当采用永磁铁式探头时，宜具有防撞击功能。

　　b ) 电磁超声测厚探头的线圈常见的有饼形线圈、环形线圈、跑道形线圈和蝶形线圈，配合不同的磁铁形成特定辐射声场，宜根据所测材料厚度、反射面情况选择合适线圈的探头执行测量。

　　c) 高温、低温测厚中使用的电磁超声探头，应具有稳定实现测厚检测的耐温性能。

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　　8 . 3 仪器与探头组合性能

　　8 . 3 . 1 检测设备通用参数

　　检测设备应提供如下通用参数：

　　a) 最大测量厚度范围;

　　b ) 典型材料测量厚度范围，如铝、20 钢 、316 不锈钢 20 ℃时测量厚度范围;

　　c) 测量误差;

　　d) 最大提离高度;

　　e) 典型材料提离高度，如 20 mm 厚铝、20 钢 、316 不锈钢上最大提离高度。

　　8 . 3 . 2 自动化测厚系统参数

　　自动化测厚系统应提供如下参数：

　　a) 扫查速度;

　　b ) 扫查步距;

　　c) 定位精度。

　　8 . 3 . 3 在线监测系统参数

　　在线监测系统应提供如下参数：

　　a) 服役时长;

　　b ) 电池更换/充电时间间隔;

　　c) 壁厚变化分辨率。

　　8 . 4 试块

　　8 . 4 . 1 校准试块

　　8 . 4 . 1 . 1 校准试块为已知声速和厚度的试块，用于声速校准的试块采用与被检材料相同的材质、同样的热处理状态。

　　8 . 4 . 1 . 2 校准试块的形状为阶梯试块或圆柱试块。 试块尺寸由电磁超声传感器线圈尺寸和最深厚度上声束的扩散范围决定。 采用圆柱试块校准时，选用两块厚度分别为被检件的最小厚度、最大厚度的圆柱试块。 当被检材料最小厚度和最大厚度相差不大于 10 mm 时，也可只采用一块厚度为被检件平均厚度的试块。

　　8 . 4 . 1 . 3 常温校准试块尺寸按 8 . 4 . 1 . 2 执行。 非常温校准试块采用直径为 100 mm 圆柱形试块，厚度分别为被检材料的最小厚度、最大厚度。 当被检件最小和最大厚度相差不大于 10 mm 时，也可只采用 一块厚度为被检件平均厚度的试块。 校准时将试块加热或冷却至被检件同样温度。

　　8 . 4 . 2 模拟试块

　　8 . 4 . 2 . 1 对连续曲率变化的弯曲对象(如弯管、铸造弧面等)、曲率较大的对象(如小径管)、带有导电或导磁覆盖层和规则纹理表面的对象进行检测时，应制作模拟试块，用以验证检测有效性或作为对比的参照。

　　8 . 4 . 2 . 2 模拟试块的材质、表面状况应与被检件一致，厚度应包含被检件最大和最小两个厚度。

　　8 . 4 . 2 . 3 模拟试块使用时应加热或冷却至被检测对象工况温度。

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　　8 . 5 操作辅助装置

　　操作辅助装置用于电磁超声探头检测时探头的放置、移动和收起，以及高温检测时对人体的保护。

　　8 . 6 检测设备的维护

　　检测设备的维护宜考虑如下情况：

　　a) 应制定书面规程，对检测设备进行周期性维护和检查，以保证仪器功能和性能正常;

　　b ) 现场每次检测前，应检查仪器设备和探头外观、线缆连接情况、信号显示等是否正常;

　　c) 现场进行检测时，如怀疑设备的检测结果，应对设备进行功能和性能检查调整，并对每次维护检查的结果进行记录。

　　9 检测程序

　　9 . 1 检测条件确认

　　9 . 1 . 1 检测条件及要素

　　应从如下要素确认检测条件。

　　a) 被检件的材料。 确认是否适用于电磁超声检测，材料晶粒度、不均匀性、电学特性、磁学特性对测量的影响。

　　b ) 被检件的结构与尺寸。 确认被检件为平板结构、管道和曲面结构。 确认被检件的厚度尺寸范围。

　　c) 被检件的温度。 确认被检件接触面温度，内充介质温度。 温度变化范围，包括同一部位接触面与反射面之间的温度变化，不同测量部位的温度变化。

　　d) 被检件接触面和反射面状况。 确认接触面的平整性，是否为弧面。 确认是否存在表面腐蚀及腐蚀的类型和程度。 确认是否存在覆盖层。

　　e) 操作空间。 确认被检件周边的状况，确认检测区及是否有足够的操作空间。

　　f) 操作环境。 确认是否为易燃易爆场合，确认周围是否存在易受磁场影响的仪表，确认操作环境的温湿度，以及现场环境是否存在对检测人员安全构成威胁的因素。

　　9 . 1 . 2 现场勘查

　　在役设备测厚，应对被检件进行现场勘查，找出并设法排除可能影响检测结果的因素。 同时，对被检件进行定位标识。 对于高、低温材料，应现场测试其检测面的温度、确认检测部位的可接触性。

　　9 . 2 检测方式选择

　　9 . 2 . 1 测厚仪

　　9 . 2 . 1 . 1 如在检测电磁超声换能效率较低的材料(奥氏体不锈钢)、衰减较大材料(高温材料)、背景噪声大的材料(粗晶材料)时，宜选用具有 A扫描显示，且能进行手动参数设置的测厚仪。

　　9 . 2 . 1 . 2 用于铁磁性粉屑较多的场合宜选用支持电磁铁式探头的测厚仪。

　　9 . 2 . 2 探头

　　9 . 2 . 2 . 1 电磁超声探头的中心频率随着提离距离、被检材料及其温度在一定范围内发生变化。 特定的检测状况下电磁超声探头的工作频率是确定的。 根据被检材料厚度 d 的范围，按表 1 选择工作频率合适的探头。

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　　表 1 电磁超声探头工作频率选择

　　9 . 2 . 2 . 2 对于检测状况稳定，即检测中提离距离、温度、表面状况稳定，电磁超声探头工作频率不变或变化很小的情况，宜选用窄频探头进行检测。

　　9 . 2 . 2 . 3 对于检测状况不稳定，即检测中提离距离、温度、表面状况变化较大，电磁超声探头工作频率变化较大的情况，宜选用宽频探头进行检测。

　　9 . 2 . 2 . 4 用于扫查检测的探头应配备移动装置。

　　9 . 2 . 2 . 5 用于高温测厚的探头应满足在一定接触时间内的耐温性能和良好的散热恢复性。

　　9 . 2 . 2 . 6 用于铁磁性粉屑较多的场合宜选用电磁铁式探头。

　　9 . 2 . 2 . 7 检测弯曲表面试件或管道时，大曲率表面检测应选用小尺寸探头，小曲率曲面宜根据检测需求选择探头尺寸，或采用柔性接触前端探头。

　　9 . 2 . 3 扫查方式

　　采用电磁超声测厚进行壁厚线扫描或 C 扫描时，根据被检件的形状尺寸和电磁超声探头声束参数，确定扫查方式。

　　9 . 2 . 4 检测参数

　　9 . 2 . 4 . 1 检测设置一般原则

　　智能化的电磁超声测厚仪一般能自动优化选择检测参数，操作者使用中选择自动模式即可。 检测状况复杂的场合，可进行手动参数设置，以获得良好的检测效果。

　　9 . 2 . 4 . 2 激励/接收参数选择

　　激励/接收参数选择应根据如下要素确定：

　　a) 激励/接收参数主要包括激励电压、激励波形、脉冲重复频率和接收增益;

　　b ) 激励电压和接收增益应配合设置，使得能在检测过程中获得足够信噪比的检测信号;

　　c) 易燃易爆场合使用时，应限制激励电压大小，使得电磁超声探头不至于发生击穿放电。 插拔探头时，应使仪器处于电源“关”状态。

　　9 . 2 . 4 . 3 信号处理

　　信号处理时应根据如下要素确定。

　　a) 电磁超声检测信号一般较微弱，在检测电磁超声换能效率较低的材料(奥氏体不锈钢)、衰减较大材料(高温材料)、背景噪声大的材料(粗晶材料)时，可采用合适的信号处理方法得到信噪比

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　　足够好的信号。

　　b ) 常用的信号处理方法有信号平均、滤波、相关提取和锁相放大等。 信号处理方式可多种处理叠加使用。

　　c) 常用的获得超声传播时间的算法有过零间距、峰值间距、初次波时间等。

　　d) 信号平均次数增加，会增加获得检测信号的时间，高温检测或扫查检测时，得到足够信噪比的信号即可，不宜设置过多的平均次数。

　　9 . 3 检测准备

　　9 . 3 . 1 检测面准备

　　9 . 3 . 1 . 1 检测面基本要求

　　被检工件表面应无影响检测的障碍物和干扰检测的异物，如有影响检测的破碎氧化皮、铁屑、疏松腐蚀残余或金属颗粒等，以及易造成换能器接触面损坏的尖突，应清除。

　　9 . 3 . 1 . 2 带有覆盖层表面的准备

　　针对带有覆盖层表面被检件实施检测时应根据如下要素准备。

　　a) 不影响测量信号获取的较薄非导电非导磁覆盖层，包括存在破损的覆盖层，无需清理。

　　b ) 存在较厚非导电导磁覆盖层，提离高度增加，使得无法获取检测信号时，应清除覆盖层，清除范围为探头接触面的 2 倍大小。

　　c) 存在导电导磁覆盖层时，超声首先在覆盖层中产生并传播再进入被测材料本体进行传播，考虑覆盖层厚度对测量结果的影响并对测厚结果进行修正以得到本体的准确厚度。 如果导电导磁覆盖层有破损时，应打磨平整再进行测量。

　　9 . 3 . 1 . 3 腐蚀表面准备

　　针对具有腐蚀表面被检件实施检测时应根据如下要素准备。

　　a) 均匀的腐蚀表面不会影响测量，一般可不做处理。

　　b ) 坑蚀或点蚀形成的粗糙接触面，会使检测信号变形和换能效率降低，造成超声的传播时间难以准确测量，应处理平整。 如果测厚精度要求不高，波形变化对测量结果的影响可忽略，可不进行表面处理。

　　9 . 3 . 1 . 4 焊缝表面准备

　　对于有余高的焊缝表面、焊接波纹明显的表面应打磨平整。

　　如采用柔性接触前端电磁超声换能器，在能获得良好信噪比信号时，可不打磨。

　　9 . 3 . 1 . 5 弯曲表面准备

　　连续曲率变化的弯曲表面(如弯管、铸造弧面等)和曲率较大的表面(如小径管)，清除障碍物和干扰检测的异物。

　　9 . 3 . 1 . 6 相对规则的纹理表面准备

　　规则纹理表面，凹凸差在 2 mm 以内时(如离心球墨铸管)，清除障碍物和干扰检测的异物后，确认可获得足够信噪比的检测信号后实施检测。

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　　9 . 3 . 2 声速

　　测量前应已知被检材料在检测温度下的声速，可查表或试验测得。 常用材料温度-横波声速表参见附录 B;采用电磁超声测厚仪测量材料温度-声速曲线的方法参见附录 C。

　　9 . 3 . 3 检测作业指导书编制

　　对于每个检测工程或每个被检件，应根据使用的仪器和现场实际情况，按照通用检测工艺规程编制电磁超声检测作业指导书，确定电磁超声检测的部位和使用条件。 检测部位避免内部或外部附件的影响，测绘每个被检件，画出被检件结构示意图。

　　9 . 4 电磁超声测厚仪的调试、核查与校准

　　9 . 4 . 1 调试

　　9 . 4 . 1 . 1 每次实施检测前应对检测系统(探头、导线、仪器及辅助装置)进行调试，以保证检测结果的准确性。 应记录每次调试结果。

　　9 . 4 . 1 . 2 采用两个圆柱试块进行调试，分别在厚度接近待测厚度的最大值和待测厚度的最小值(或待测厚度最大值的 1/2)进行调试，调试试块上下表面平行而光滑，尺寸应保证侧面不产生反射波。

　　9 . 4 . 1 . 3 实验室条件下，宜采用一组试块进行检测设备调试和工艺验证。 现场条件下，允许采用单一厚度圆柱试块进行检测设备调试和核查。

　　9 . 4 . 1 . 4 用于调试的试块，其材料应与被检件相同。

　　9 . 4 . 1 . 5 如有必要，检测调试应在与被检材料温度相同的试块上进行。

　　9 . 4 . 1 . 6 声速测量按如下情况实施。

　　a) 若未知被检材料声速，则探头置于已知厚度较大的试块上，调整仪器声速值直到仪器显示厚度示值接近已知厚度值。 再将探头置于已知厚度较薄的试块上，调整仪器声速值直到仪器显示厚度示值接近已知厚度值。 反复进行上述两操作，直到厚度量程的高低两端都得到正确读数位置止。

　　b ) 若已知被检材料声速，则允许在仪器中直接输入声速值，同时应在用于标定的试块上调整仪器控制直到仪器显示正确的厚度值。

　　c) 对于非常温测厚，先测定被检材料温度，声速值修正至相应温度下的声速值。 材料不同温度下的声速值差异较大，且许多材料声速随温度变化是非线性的，应提前获得不同温度下材料的声速经验值，或采用对比试块，在同等温度下进行声速测量与调试。

　　9 . 4 . 1 . 7 零位调试时，探头置于较薄的试块上，调整零位调试参数，使测厚仪显示厚度示值接近已知厚度值。

　　9 . 4 . 2 核查

　　9 . 4 . 2 . 1 在下列情况下，应对电磁超声检测设备进行核查：

　　a) 每次检测开始前和结束后;

　　b ) 两班工作的间隔期内;

　　c) 探头或导线更换时;

　　d) 检测材料类型改变时;

　　e) 工作表面温度变化较大时;

　　f) 怀疑检测设备工作不正常时;

　　g) 合同各方有争议或认为有必要时。

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　　9 . 4 . 2 . 2 若核查读数偏差超过仪器允许误差，则应对检测开始或上次核查以来的全部测量数据予以复测。

　　9 . 4 . 3 校准

　　电磁超声测厚仪应每年校准。

　　9 . 5 检测实施

　　9 . 5 . 1 对于数字直显脉冲回波式电磁超声测厚仪，测厚探头置于被检材料表面，待仪器稳定后，读取厚度示值。

　　9 . 5 . 2 对于有波形显示功能的测厚仪，测厚探头置于被检工件表面。 当回波信号稳定后，根据如下情况读取厚度示值：

　　a) 观察到可识别的多次回波并且仪器读数稳定时，读取厚度示值;

　　b ) 观察到可识别的多次回波，但仪器读数不稳定时，调节闸门直到仪器读数稳定，读取厚度示值;

　　c) 无法观察到可识别的多次回波时，适当调节增益、激发和接收参数，直到能观察到可识别的多次回波，待仪器读数稳定，读取厚度示值;

　　d) 只观察到可识别的一次回波时，采用始波和一次回波法进行测厚，待仪器读数稳定，读取厚度示值;

　　e) 经调节无法观察到可识别的回波时，测厚失败。

　　9 . 5 . 3 扫查测厚时，扫查速度应确保得到每一个点的厚度值或满足允许的数据丢失要求。

　　9 . 5 . 4 测厚结束，移除探头，永磁铁探头偏转一定角度后再移除，避免吸力对被检件造成损坏。

　　9 . 5 . 5 对有剩磁要求的场合，检测后应进行退磁处理。

　　10 测量结果不确定度

　　10 . 1 影响电磁超声测厚测量结果不确定度的因素

　　测量不确定度是表征被测量值分散性的非负参数，表明了实际测量值可能的分布区间。

　　检测人员应对产生测量不确定度的潜在因素进行分析，如果认为它们对结果产生明显的影响，则应纳入不确定度影响因素进行评定。

　　电磁超声测厚的测量结果不确定度影响因素参见附录 D。

　　测量结果不确定度分析参照 GB/T 27418 实施。

　　10 . 2 不确定度评定

　　10 . 2 . 1 一般原则

　　测量结果不确定度评价依赖于影响因素分析和计算方法。

　　10 . 2 . 2 计算方法

　　按 GB/T 27418 确定的方法计算电磁超声测厚测量结果不确定度。

　　1 1 检测记录与报告

　　1 1 . 1 检测记录

　　应按检测工艺规程的要求记录检测数据和有关信息。

　　GB/T 40730—202 1

　　1 1 . 2 检测报告

　　检测报告应至少包括如下内容：

　　a) 委托单位、报告编号;

　　b ) 检测单位;

　　c) 被检工件(设备)规格、几何尺寸、材料牌号、公称厚度、涂层厚度、表面状态、被检材料温度、环境温度;

　　d) 执行标准，如引用本文件;

　　e) 检测仪器名称、型号;

　　f) 探头的类型和频率;

　　g) 调试和对比试件的材料、尺寸或编号;

　　h) 仪器检测状态参数的设置值;

　　i ) 用图示标明检测部位;

　　j) 检测设置文件名称及数据文件名称(适用时);

　　k) 验收准则及检测结论;

　　l ) 检测 日期、检测人员和审核人签字及资格。

　　GB/T 40730—202 1

　　附 录 A

　　(资料性)

　　电磁超声测厚方法的主要优点及局限性

　　A.1 电磁超声测厚方法的主要优点

　　电磁超声测厚方法主要有如下优点：

　　a) 测量精度高，电磁超声测厚中一般采用横波，声速低，波长小，同样的传播路径上较纵波有更长的传播时间，测量精度较纵波高，薄壁时更易分辨波包;

　　b ) 带防锈漆或覆盖层检测，在检测带非导电和非磁性覆盖层材料时，电磁超声换能器直接在材料表面激励和接收超声，超声只在被检材料内部传播，而不在覆盖层中传播，避免了覆盖层对测厚结果准确性的影响;

　　c) 无需耦合剂，可非接触测量，易用于自动扫查系统;

　　d) 高低温工况下材料测厚;

　　e) 粗糙表面不打磨条件下测厚;

　　f) 粗晶材料大壁厚测厚，电磁超声易于在材料中直接产生直入射横波，且激发频率很低，对粗晶材料有较好的穿透性;

　　g) 检测复杂表面形状对象，换能器易于制成柔性前端，使得电磁超声换能器线圈可与复杂检测表面实现自适应贴合。

　　A.2 电磁超声测厚方法的主要局限性

　　电磁超声测厚方法主要有如下局限性：

　　a) 检测效果依赖于被检材料的电磁特性，当材料的换能效率低时，信号微弱，无法进行测厚;

　　b ) 激发电压高，在易燃易爆场合使用时，对仪器、传感器的安全性要求高;

　　c) 受强磁冲击影响大的对象无法使用，如仪表附近。 当剩磁对被检材料使用性能有影响时检测后应退磁;

　　d) 当被检材料存在杂散电平或外部环境存在较强电磁干扰时，对仪器和换能器的接地和抗干扰要求高。

　　GB/T 40730—202 1

　　附 录 B

　　(资料性)

　　常用材料温度-横波声速表

　　表 B. 1~表 B. 9 分别给出了常用材料的部分温度下的横波声速，可作为校准或实际测量的参考值进行使用。

　　表 B.1 20 钢温度-横波声速表

　　表 B.2 15crMo温度-横波声速表

　　表 B.3 P9 1 温度-横波声速表

　　GB/T 40730—202 1

　　表 B.4 TP347H温度-横波声速表

　　表 B.5 430F温度-横波声速表

　　表 B.6 12crMo温度-横波声速表

　　表 B.7 cr17Mo2Ti温度-横波声速表

　　GB/T 40730—202 1

　　表 B.8 cr25Mo3Ti温度-横波声速表

　　表 B.9 Al温度-横波声速表

　　GB/T 40730—202 1

　　附 录 C

　　(资料性)

　　电磁超声测厚仪测量材料温度-声速曲线的方法

　　C.1 概述

　　规定了采用 A型脉冲反射式电磁超声设备器材测量获得材料温度-声速关系的方法。

　　对于确定的材料，适用温度范围为能在材料上采用电磁超声设备器材有效激发并接收到超声的温度范围。 如铁磁性材料在小于其居里温度的范围内。

　　测量中温度范围上限和下限宜为材料使用温度上限和下限。

　　C.2 方法原理

　　使用标准试块进行测量，在厚度已知的前提下，通过不同温度下接收的原始信号得到相邻回波间的时间差，并计算获得该温度下的声速值。

　　必要时考虑标准试块热膨胀造成的厚度变化对测量的影响，对不同温度下的声速值进行修正，得到最终的材料温度—声速曲线。

　　为获得较准确的声速，宜进行 10 次以上测量，求解平均值，并评估测量不确定度。

　　C.3 设备和器材

　　C.3 . 1 仪器

　　采用带有 A 型脉冲显示的电磁超声仪器。

　　仪器的时间轴分辨率宜大于 10 ns。

　　C.3 . 2 探头

　　电磁超声探头辐射声场宜具有良好的直线声束指向性，扩散角尽量小。

　　测量横波温度-声速曲线时采用横波探头。 测量纵波温度-声速曲线时采用纵波探头。

　　在能有效获得声速测量的多次回波信号时，尽量采用较高工作主频的探头，以获得高的时间分辨率，提高测量精度。

　　高温测量时探头具有足够的耐热性能。

　　C.3 . 3 试块

　　C.3 . 3 . 1 标准试块

　　直径 100 mm、高 10 mm 圆柱试块，材质 20 钢，用于校验仪器的各项参数设置。

　　C.3 . 3 . 2 测量试块

　　直径 100 mm、高 10 mm 圆柱试块，材质为被测材料，用于测量温度-声速曲线。

　　C.3 . 4 测温计

　　一般可采用热电偶或红外测温仪作为测量计，如有条件可采用红外热像仪监测试块受热的均匀性。测温计在测量温度范围内的测量精度不大于 0 . 1%。

　　GB/T 40730—202 1

　　C.4 温度-声速曲线测量

　　C.4. 1 系统调试和核查

　　采用 C. 3 . 3 . 1 规定的标准试块，按 9 . 4 在常温下进行检测系统调试和核查。

　　C.4.2 高温声速测量

　　C.4.2. 1 高温下声速测量时，测量试块置于带有温控功能的加热炉上或腔式加热炉中。 如采用加热炉，试块上宜覆盖耐高温保温棉，如石棉，以使试块获得较好的升温。 加热炉式材料温度-声速曲线电磁超声测量系统如图 C. 1 中所示。

　　标引序号说明：

　　1 — 计算机;

　　2 — 电磁超声检测仪;

　　3 — 高温 EMAT;

　　4 — 高温石棉;

　　5 — 待检试样;

　　6 — 高温加热炉;

　　7 — 温度测量仪;

　　8 —K 型热电偶;

　　a —激励/接收信号。

　　图 C.1 加热炉式材料温度-声速曲线电磁超声测量系统示意图

　　C.4.2.2 采用测温计监测试块温度，根据不同类型的加热方式选择合适的监测方式，包括如下具体操作。

　　a) 加热炉加热测量试块时，采用热电偶作为测温计，一般将热电偶插入保温棉内并接触测量试块表面;采用红外测温仪作为测温计，一般在保温棉上开小 口 以测量试块表面温度。 试块较厚时，在不影响检测前提下在侧面不同深度开孔，用于测量试块温度的均匀性。

　　b ) 腔式加热炉，测量前应采用测温计测量试块表面温度。

　　C.4.2.3 当加热至测量温度点时，探头置于试块表面，接触 5 s 后开始测量，以使探头接触处试块温度恢复到与试块整体一致水平。

　　C.4.2.4 为获得足够信噪比信号，宜有 2 次以上回波，回波次数较多时易获得较高的测量精度。 按 C. 2测量声速。

　　GB/T 40730—202 1

　　C.4 . 3 低温声速测量

　　C.4.3. 1 低温下声速测量时采用液氮(- 196 ℃)、液氦( -268 . 9 ℃)对测量试块进行整体降温。

　　C.4.3.2 采用测温计监测试块温度，根据不同类型的测温计选择合适的监测方式，包括如下具体操作：

　　a) 采用热电偶作为测温计时，应测量试块上下表面及侧面温度，确认试块温度达到测量温度且 一致时，实施测量。

　　b ) 采用红外测温仪作为测温计时，点式红外测温仪应测量试块上下表面及侧面温度，确认试块温度达到测量温度且一致时，实施测量。

　　c) 采用红外热像仪作为测温计时，观察试块整体温度达到均匀，且试块温度处于测量温度时，实施测量。

　　C.4.3.3 探头置于试块表面，接触 5 s后开始测量，以使探头接触处试块温度恢复到与试块整体一致水平，宜监测接触点周围的温度，获得实际准确的温度值。

　　C.4.3.4 为获得足够信噪比信号，宜有 2 次以上回波，回波次数较多时易获得较高的测量精度。 按 C. 2中原理测量声速。 典型测量信号与声速求解方法如图 C. 2 所示。

　　注：Δt1、Δt2、Δtn-1均表示为相邻两次回波的时间差，单位为微秒(μs) 。

　　图 C.2 典型测量信号与声速求解方法

　　GB/T 40730—202 1

　　附 录 D

　　(资料性)

　　影响电磁超声测厚结果测量不确定度的因素

　　表 D. 1 列举了影响电磁超声测量不确定度的因素。 电磁超声测厚过程中不确定度的主要来源有如下三个方面：

　　a) 被测对象和调试方法引入的不确定度;

　　b ) 仪器自身引入的不确定度，由仪器厂商给出;

　　c) 测量过程中各种随机因素影响使读数不重复所引入的不确定度分量。

　　表 D.1 影响电磁超声测厚结果测量不确定度的主要因素表

　　GB/T 40730—202 1

　　表 D.1 影响电磁超声测厚结果测量不确定度的主要因素表(续)