【国家标准(GB)】 无损检测 超声检验 探头及其声场的表征

Ics 19. 100
中华人民共和国国家标准
GB/T 18694-2002
eqyISO10375:1997(E)
无损检测
超声检验
探头及其声场的表征
Non-destructive testing-Ultrasonic inspection-Characterization of search unit and sound field2002-03-10发布
中华人民共和国
国家质量监督检验检疫总局
2002-08-01实施
GB/T 18694—2002
ISO前言
引用标推
測试方法和现程
测试装置
时域响应bZxz.net
颊率响应
自由声场参数
回被测量
相对灵敏度
附录 A(标准的附录)
标准试块
-TTKAONTKACa=
GB/T18694—2002
本标准等效采用ISO【0375：1997E）《无损检测超市检验探头及H声场的表征》。为了可重复性地独取材料内有关缺陷的信息，必须对超声脉冲的发生、发射和接收作出适当规定，控制和表征。为厂保证超声检验果的精确性和重现性，需要丁解探头的性能及其声场分布，并规定可采用的测试方法。
本标准推荐片法可在实验室条件下测定超声探头性能奏数+其中包播中心频率、带就，近均长度，半扩做角，场深（焦点长度）声束直径和焦距。本标准对探头性能参数测量的规定，适用于被浸操头和接触探头。本标准还是状取自由卢场测最参数和脉冲间波测最参数的片则。本标准通过对探头在工作状态下回波信号作出频域和时域响应、声场、截面声压分布、电融抗和相对嫩度的測定，使探头性能以独守于探伤仪的本体性能得到「较为全面的体现，本标准的附录A是标准的附录。
本标雄由中国机械工业联合会提出，本标准出全国无损检测标摊化技术委员会归口。木标雄负责起草单位：F海材料研究所。本标雄主要起毕人：华云波。
本标推委抵海材料研究所负责解释。GR/T 186942002
ISO前言
ISO(国际标准化纽织）是国家标准化机构（IS(）成员国机构）的国际联盟。际标准的制定常出ISC技术委员会实施，每个成员函就钩都有权参加他感兴趣的项目技术委员会，同1SO保持联络的国际组织，政府和非政府机构也参与其T作。ISC）同处理电工标准化事务的国际电工委员会（IEC)密合作出技术委员会草拟的国际标准由成员国机构投票表决，至少要参投票的成员国机梅%以上同意票能作为国际标发布。
国际标IS）10375由ISO/TC135无摄检测技术委员会，SC:3声学法分委员会起草。YYKAONYKAca=
GB/I18694—2002
在超声检测中，材料的不完善性，或通常被称之为缺陷的检山和评价，是通过声脉冲来实现的，为了可重复性地获取材料内有关缺陷的信息，必须对超声脉冲的发生、发射和接收作出适当规定、控制和表征。为了保证超市检验结架的精确性和重现性，那就而要了懈探头（也称之为换能器，以下均称为探头）的性能及其声场，以及所采用的测试方法。出于对超声探头全面描述的需蔓，或者是为了挑选适合于某项检测工作的探头的需要，必须在各方都接受的基础上建立一超声探义的性能参数。本标准所述为法可在实验室条件下测定超声探头的性能参数，如中心频率、带宽、近场长度，半扩角，场深（焦点长度）、声束直径和焦距。本标准对探头性能参数测量手段所作出的规定，既适用于液浸探头，也适用于接触探头。本标准还给出了获取自由声场测量参数和脉冲回波测量参数的导则，给出了计算这些参数的实例。本标准所提供的满量技术和方法：可达到以下日的：a）挑选和规定探头性能：
b）检验和保证探头使用期内性能的一致性；e）便于选择同样的或可等效取代的探头：d）在对使用不同仪器、不同的设备配置，出不同操作人员在不同测定时间和时期获得的结果作比较时，提供一个可以比较的基础，1范围
中华人民共和国国家标准
无损检测、超声检验
探头及其声场的表征
Non-destruciive lesting-Uitrasanic inspcction-Characterization of seareh unit and saund fieldGB/T 18694—2002
eqv [S0 10375:1997(E)
本标准规定了超声探头的某些性能和探头声场的测试方法。本标准的月的在于建文统一的测试方法，以形成一个评估基础，对在不同实验室和不同时期的测定结果进行评估。本标准没有规定探头的验收标准，但为采用本标准的各方规定验收标准奠定了技术基础。本标谁适用F标称题率为0.5～15MHz的直探头和斜探头，但不包括表面波探头，本标雅给了探头而场的技术参数及其在液体中的测量方法。本标准没有论及接触检测中的声场测定问题。本标准给广用丁评价超声探头性能的测定规程和以电脉冲激励现场和实验室使用的探头声场技术参数的测试方法，木标准所讨论的性能参数石以下内容：各种形状探头在由声场中的高，低端频率，中心频率，波长，带宽，时域和题域响府、近场长度，半扩散角以及回被帜度测量·声束截面声压分布，阻抗和相对灵敏度等。给出了平探头和聚焦探头规楚性能的表达形式。为了给出探头的基准信息和检验可能存在的性能退化，还对独丁超声仪器的探头电性能进行了测鼠。电阻抗和灵敏度是在各被测操头规定频率下测定的。电阻抗足指探头的输人复阻抗，而探头灵敏度则是对操头电声转换效率的一种度尽。有关这两项的测试规程分别在4.6和4.7叙述。2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中叫用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效：所有标准都会被修订，使用本标推的各方应探讨使用下列标推最新版本的可能性。JI3/T4730--1491压力奔器无损检测JB/T8428-1996校正钢焊超声波检测仪器用标准试块JB/T163-—1999超声探伤用1号标准试块技术条件3符号
带宽，以百分数裁示。
周数：
探头换能器心件的有效直径.mm，焦距处焦点（声束）直径，mm
场深（焦柱长度）.mm。
焦距.mn。
探头频率，MHz，
低端频率（出声场中比峰值低3dB，向波测量时比峰值低6dB)，MHz。中华人民共和国国豪质量监替检验检疫总局2002-03-10批准YYKAONIKACa=
2002-08-01 实施
GB/T 18694 —2002
高端频率（自由声场中比峰值低3B.回波测量时比峰值低6dB),MHz。中心额率,MHz。
峰值题率，MHz。
矩形探头的有效边长，mm。
近场长度,mm。
波峰个数。
相对灵颤度,dB3.
介质厚度，即探头至反射体的距离，IIm脉冲持续时间·：
介质中的声速.km/s，
输入或微励电压信孕幅度的峰一一峰值.V。
输出电压信号幅度的峰——蜂值V。探头的纵轴方向。
垂直于探头前表面的轴向距离，mm。试验介质中的波长.mm。
人射角，（\)。
折射角，（°）。
偏斜角，\）。
阻抗，。
半扩散角，\），
测试方法和规程
超声操头的性能不仅取决于它自身的性能参数，同时也受与之耦合的介质性能影响·超声探头的性能叫用波长、中心赖率、时域响应、频率和频带等表征。波长、探头频率和波在介质中的传播速度之间行以下关系：
试验介质内波的传播速度,km/s;a—波长，mm;
f--.探头频率，MTTz
a）当以5MHz的直探头对钢作接触检测时，声脉冲在钢巾的纵波波长由以下公式计算：f - 5 MHz - 5 X 10° Hz
钢的纵坡声速为：
×=5. 85 km/s=5. 85x 10mm/s
所以u-5.85×10°/(5×10)—1.17 mm(纵被被长)h）当以5MHz的斜探头（横波)对钢作接触检测时，声脉冲在钢中的波长按以下公式计算：f - MHz - 5 × 10 Hz
钢中的横波声速为：
v#=3. 24 km/s-3. 24 X 10 mm/s所以 =3.24×10/(5×10)=0,65 mm(横波波长)(1)
上述参数采用本标准所述的脉冲回波法测定，为消除无关信号的影响，回液要用无阶联选通阐门选通。经阐门选通后的回波既作为时域响应分析时示波器的输人信号，也作为频域响成分析时频谱分析仪2
GB/T18694—2002
的输人信号。用于激励探头的尖电脉冲·要有尼够宽的频谱供探头响应的评价。测楚时，应记求每次测定所使用的激励脉冲的幅度.反射休类型和探头离反射体的距离。4.1测试装置
图1所示为测试装置的示意图，采用脉冲反射法检测时，常用尖电脉冲激励。测试装骨山以下几部分组成：脉冲发生器、接收机、选通闸门（或其备闸门选道回波信号输出端口的探伤仪）.示被器、频谱分析仪和探头等。示波器和频谱分析仪的频率范围应不低于50MHz，测试时应使用50Q的同轴电缆，输人到示波器和频谱分析仪的同轴电缆应接入50Q的终端匹配电阻。探头应由激励脉冲激谢，对指定反射体产生的网波信号进行分析。对十液浸检测，应通过调节探头的人射方向·使反射体表面产生最大幅度的回波。对于蔽没检测的声场测定、通常以不锈钢小球或钢丝作为反射体。分析叫波波形时，也可使用板玻跨块之类的平面反射体，钢球的标准直径为4mm，钢丝的标谁青径为2.5mm。在使用本标推的双方取得一致的情况下，也可采用其他尺寸的球或钢丝。为避免波容器的底面反射影响，被作为反射体使用的钢球或钢丝至少应远离底而50mm以上。图2给出了用一个不锈钢球或一根钢丝横截面和一块玻璃试块作为反射靶的液浸试验装置。
在接触检测巾，既使用直声束探头（以下简称直探头）也使用斜声束探头（以下简称斜探头）使用直探头的接触检测，既有按脉冲反射式工作的单探头检测，也有按-发一收方式工作的双探头检测。测定声场时·要用具石多个厚度层的阶梯试块，要采用矿质油或甘袖之类的适当耦合剂，探头与试块接触面之间的压力底保持均恒，所用试块的厚度应大于所用微励脉冲振铃宽度的当量距离，试块平正度和平行度应优于心.02mm，试央前后表而的粗糙度应在1.6~3.2um之间。图3所示为在阶梯试块上进行的接触测试。
斜声束可而两种方祛获得，一种是使换能器元件在探头内与探义之2轴形成光角（上述夹角以术语人射角α表示）；另一种方法楚在直探头上安装一块斜楔，辐射到材料内的斜市束既可以是折射纵波，也可以是折射横波，
对于接触检测用斜探头的测试，应使用JL/T10063规定的试快，要把探头安放在能使声束射问RI00圆孤面的方向，移动探头位置，使之能接收到最人回波，在1号标准试块上尺100回孤面的圆心所对废的探头位置标出探头的入射点，此点也是超声束在探头上的出射点。探头人射点确定以后，再按下述方法测定探头折射角3，它是辐射声束轴线与被检表面法线之夹确，对折射价介」10到75的探头，要使探头声束射向直径50mm的通孔，在1号标准试块上探头人射点所对应的刻度值即为探头折射角的值。对于折射角在80°左有的探头，要使探头声束射向直径1.5mm的通孔。测定时，要移动探头位置，使之能接收到最大回波，此时在1号标准试块上探头人射点所对应的刻度值即为探头折射角的值，端斜角?是声策同探头纵轴方问X的偏斜角度，探头波形分折要采用从1号标准试快上R10圆孤面的反射问波，对于工作在-发·收模式的两个斜探头的波形分析，要采用在1号标准试块的平面上获得的最大反射号。图4示出了接触检测测定时采用的斜探义和1号标准试块，测定宽束斜探头时，所用反射体宽度至少要同被测斜探头换能器元作的直径一样。进行波形分析时，要对经门选通后的参考试块背面（即无限大反射体)回波作时域和频域喇应的表征。
-YYKAONYKACa
脉冲发生器
锌校推试块
）接触检测用点探头
超冲仪器
接收机
GB/T 18694
选遍闸门
1孕标准试块
平面反射体
）持控测用料探头
C）漫检测用直束
探火驱集热探
拨收信号
制门选通后信号
T=0.7W~1.NuN=近场长度
图 1 采用电冲山邀剧的超声脉冲反射法检测的测试装置图中尺寸单位为m
示数带
◆选迪信号
办接收信号
潮率分析仪
选通信孕
图中尺单位为mm
平板响试块
反射体
T一直探头近场长度一形您探头焦距测世频率响应时用平而反射体，测量声场时用球靶图2探头置于球靶或平面反射体上力的液浸测试校正试快离座大于探头直轻
阶梯较门试块
GB/T 18694 - 2002
辨合狗
脉净回波
厚度，—近场长度
发射探头
亲遵声
接收探义
脉冲[以波检测时，7-0.75N。--1.5V，穿透淡检测,T>N。图3直探头接触检测的测试布置
图中尺单
卢束方向
探头入射点
1号频准试块
装取回波信习的斜探汇;位码
发射探头
束方高
新探头
迪乳，+1.5
通孔50
有机璃
探实入射点
接收探头
（操头人射点是卢束的出时点，工=操头纵轴力向=垂于检测表面.3一折射角，一领斜角）图斜探头接触检测的测试布置
KAONTKACa=
4.2时域响应
GB/T 18694—2002
时域啊应评价时，用来产生回波信号的反射体要依据检测种类（液浸检测或接触检）和探头类型（直探头或斜探头)选定。[回波信号持续附间是对探头尼性能的度量。脉冲波形用峰数表征，峰数1是蝙度大等丁最大半波幅值20%（一14dL)的半波数。脉持续时间T要按第一个波峰的起点李最后一个波峰的终点之间的时所隔计算，以微秒为单位：如图5 所示，波形的周数（是峰数的一半。
4.3懒率响应
通过使用频率（谱)分析仪器，给定反射体的回波响成可用以率为白变量的信号幅度函数度量，应使用平面反射体作为靶反射体，离探头的距离应尽可能接近探头近场长度N。或焦距FL。回被信号可采用带滤波器的题谱分折仅分析，也可先推全数产化处理后再作快速傅立叶变换。颖率响应是随后给出峰值颠率、中心频率和带宽等参数的基础。峰值频率了，是频率响应中出现最人幅度时的巅率，如图6所示,高低端预卒f和力分别是比测得脉冲回被最大幅度低50%（6dB)的回波幅度处的频率，中心频率按下式确定：
f: = (f. + f/2
最大帕度川能出现在中心题率处，也可能不是。回波信号的带宽B。以百分数表示，可根据下式计算求得：
B - [f -f>/f.- × 10o
此外，带宽 B、也可用绝对值f.一表示,单位为 MHz。...
图7所示为·接触检测拓斜探头在1号标雅试块上获得的典型测试结果，回波信号来印该试块上R100圆弧反射面。图8所示为一用下液浸捡测的聚焦探头的测试结果，回波信号取自块处于探买焦距处的坡璃试映。
下列数据摘白图7测量结渠：
峰值频率f.-3.4MHz
半波高度频率(低端)和.(高端)分别为：f -2.6 MH
f.=4. 2 MHz
中此算得中心频率：
J(2.6 / 4. 2)/23. 4 MHz
在此例中，峰值赖率和中心率价好和等，但在一般情说下，它们并不相等，图各给的结果就是一例。
即工例数据，订穿得到白分数表示的带宽如下：w=(4.2—2. 6)/3. 4×100%=17%用绝对值表示的带宽为：
fu fi = 1. 2 MTIz -2. 6 MI[z=1. G MIHz4.4自由声场参数
样供畅度，100%
GB/T 18694 --2002
跌冲持续时间Tro
(峰数 P是 7.周数 CN是 3. 5)
图5时域响应
峰值幅度、100%
图 6 脉冲回波检测的频率谱
20%【—140B）
当一列声波从个探头向一半无限空间辐射而不受任何边界产生的十扰影响的时候，我们称此声场为白由声场。一个阅形超声探头的自出声场是用它的近场，远场和声束扩散角等参数来表征的。对一给定直径和频率的换能器元件而言，探头在一半无限均质空问产生的自由市场的几个特征参数可由计算求得，当探头与被检材料直接接触时，声场通常可别分成两个区域。紧靠换能器的区域称为近场区（费涅尔区），在此区域，卢压分布呈复杂图案，可用图9左半图所示的最大值和最小值来表征。对丁平面换能器，超出近场后的区域即称为远场（费琅荷费区）在此区域，声压随距离增如而降低，如圈9下图声束轴线上声压分布曲线的右半部分所示，当D泌入时，近场长度N。可用如下近似公式计算；N- D/(41)
式中：N～近场长度
D探头换能器元件有效直径：
>一按式(1)和（2)计让算得到的探头中心频率。时在试验介质中的波长。KAONTKACa=
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