GB∕T 38895-2020 无损检测 电磁声换能器(EMATs)指南.pdf
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1、书 书 书犐 犆犛 犑 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?犌犅犜 ?(犈犕犃犜 狊)?犖狅 狀 犱 犲 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狏 犲狋 犲 狊 狋 犻 狀 犵犌狌 犻 犱 犲 犾 犻 狀 犲 狊犳 狅 狉犲 犾 犲 犮 狋 狉 狅犿犪 犵 狀 犲 狋 犻 犮犪 犮 狅 狌 狊 狋 犻 犮狋 狉 犪 狀 狊 犱 狌 犮 犲 狉 狊(犈犕犃犜 狊) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?书 书 书目次前言范围规范性引用文件术语和定义由制造者提供的换能器技术指标一般要求测试器具换能器性能要求检测报告 犌犅犜 前言本标准按照 给出的规则起草。本
2、标准由全国无损检测标准化技术委员会( )提出并归口。本标准起草单位:爱德森(厦门)电子有限公司、中国特种设备检测研究院、中北大学、清华大学、浙江大学、武汉中科创新技术股份有限公司、广东汕头超声电子股份有限公司、钢铁研究总院、中国科学院金属研究所、中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所、中国科学院声学研究所。本标准主要起草人:郑阳、沈功田、林俊明、胡斌、张宗健、周进节、李素军、谭继东、蓝麒、崔高宇、黄松岭、唐志峰、王子成、詹红庆、张建卫、蔡桂喜、黄凤英、沈建中。犌犅犜 无损检测电磁声换能器(犈犕犃犜 狊)指南范围本标准规定了超声检测用电磁声换能器性能测试与检验的一般要求、由制造者提供的技
3、术指标、测试器具、性能要求和测试报告。本标准适用于电磁声体波(横波、纵波)换能器。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是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。 一般工业用铝及铝合金板、带材第部分:一般要求 无损检测术语超声检测 质量管理体系要求 无损检测超声检测号校准试块 无损检测超声检测设备的性能与检验第部分:探头 无损检测仪器抽样、出厂检验、型式检验基本要求 无损检测电磁超声检测总则术语和定义 、 和 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 电磁声换能器犲 犾 犲 犮 狋 狉 狅犿犪 犵 狀 犲
4、狋 犻 犮犪 犮 狅 狌 狊 狋 犻 犮狋 狉 犪 狀 狊 犱 狌 犮 犲 狉激励和接收超声体波(横波、纵波)的电磁声换能器。 偏置磁场犫 犻 犪 狊犿犪 犵 狀 犲 狋 犻 犮犳 犻 犲 犾 犱提供电磁声换能器工作的外加磁场。注:偏置磁场的类型有永磁铁和电磁铁。 换能器数据表犈犕犃犜犱 犪 狋 犪狊 犺 犲 犲 狋描述换能器性能参数的表格。注:换能器数据表不作为单个换能器性能的检测证书。 提离犾 犻 犳 狋 狅 犳 犳电磁声换能器前端检测面距被检工件表面的距离。 操作温度范围狅 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狀 犵狋 犲犿狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲狉 犪 狀 犵 犲能够正常检测被检对象的温度范
5、围。犌犅犜 高温操作时限犺 犻 犵 犺 狋 犲犿狆 犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲狅 狆 犲 狉 犪 犫 犾 犲狋 犻 犿犲电磁声换能器在高温下工作允许的操作时间。 工作电流狊 狋 犪 狀 犱 犪 狉 犱狅 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狀 犵犮 狌 狉 狉 犲 狀 狋电磁声换能器正常工作时通过的电流。 最大允许电流犿犪 狓 犻 犿狌犿犪 犾 犾 狅狑犪 犫 犾 犲犮 狌 狉 狉 犲 狀 狋电磁声换能器允许通过的最大电流。 标准工作电压狊 狋 犪 狀 犱 犪 狉 犱狅 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狀 犵狏 狅 犾 狋 犪 犵 犲电磁声换能器正常工作的标准工作电压。 最大允许电压犿犪 狓 犻 犿狌犿犪 犾 犾
6、 狅狑犪 犫 犾 犲狏 狅 犾 狋 犪 犵 犲电磁声换能器允许加载的最大电压。由制造者提供的换能器技术指标 换能器数据表表给出了本标准规定的由制造者提供的所有换能器数据表中的项目清单,该数据表也应包含有关测试换能器用的仪器及其设定值、测试条件等数据。表数据表中列出的项目清单应提供的项目、测量的或计算的参数电磁声换能器类别直入射斜入射横波纵波横波纵波非聚焦聚焦非聚焦聚焦非聚焦聚焦非聚焦聚焦制造商名称换能器类型换能器重量和尺寸连接器类型线圈形状和尺寸偏置磁场类型最大允许电流标准工作电流最大允许电压标准工作电压标准允许提离操作温度范围犌犅犜 表(续)应提供的项目、测量的或计算的参数电磁声换能器类别直
7、入射斜入射横波纵波横波纵波非聚焦聚焦非聚焦聚焦非聚焦聚焦非聚焦聚焦高温操作时限脉冲波形(时间和频率)中心频率和带宽相对脉冲回波灵敏度距离幅度曲线、阻抗特性辐射声场(铁磁性和非铁磁性)近场长度声束角扩散角换能器入射点焦距、焦区宽度焦区长度外观注: 信息数据; 测试数据; 计算数据。 其他要求制造者应说明电磁声换能器在运输过程中特殊储存和防护的条件。应经供应商和客户协商同意删减某些项目和(或)增加表中未规定的其他一些项目。对于高温条件下使用的换能器,制造者还应提供有关温度对灵敏度和声束角影响的数据。一般要求 电磁声换能器应符合下列规定:)应具有标明工作频率、线圈形状尺寸、波型的唯一编号,或有能追溯
8、这些信息的固定参考号;)按第章给出电磁声换能器的性能数据表。 选择下列方式之一保证换能器质量:)在按 建立的质量管理体系下生产的大批量相同类型换能器的条件下,应按 的方法进行抽样控制换能器质量,且制造者要提供换能器数据表;)小批量生产的各类型的换能器或按要求生产的专用换能器,应提供单个换能器检测结果的检测证书;)对换能器各项例行测试应按本标准规定的现场检验方法进行。犌犅犜 测试器具 电子仪器 电磁声检测仪对第章规定的检验项目进行测试用的电磁声检测仪(或实验室用的脉冲发射器、双工器、信号放大器)应为与换能器相匹配的仪器。如测试时规定使用一种以上类型的电磁声检测仪,则应使用每一种型号的电磁声检测仪
9、分别进行测试。供专用型电磁声检测仪使用的电磁声换能器,也应使用换能器数据表中规定的换能器电缆和电气匹配装置进行检测。注:当换能器电缆长度超过时,可能对换能器的性能影响很大。 其他仪器除电磁声检测仪或实验室脉冲发射器、双工器、信号放大器以外,按本标准评价换能器工作性能使用的主要仪器还有:)一台带宽不小于 的示波器及配套的探头;)一台带宽不小于 的频谱分析仪或一个具有离散型傅里叶变换()功能的示波器(或数字转换器) ;)网络分析仪或阻抗分析仪;)可选器具: 型衰减器; 其他声场接收器,如激光测振仪; 指向性图形绘图仪。 线缆线缆用于连接电磁声换能器和检测仪器,采用射频信号线。线缆阻抗值为 ,串联电
10、容小于 。 阻抗匹配器电气匹配器用于对电磁声换能器进行阻抗匹配,主要有以下两种形式:)换能器内置匹配器;)外置匹配器。 试块材料种类:非铁磁性材料铝,材质符合 的规定,材质纯度应不低于牌号为 的纯铝纯度;铁磁性材料 钢。对规定的检验项目进行检测用时应使用下述试块进行检测,检测用的试块如下:)推荐使用具有不同半径犚的半圆柱形试块。试块的半径范围从 ,两个半径间隔为犚槡,材质应符合 的规定。每个试块厚度应等于或大于其半径,最大厚度可达 。)具有如图所示的平行平面和直径为横孔的钢试块。试块尺寸应符合下列规定:)试块的长犾、高犺、宽狑应使超声波声束不受其侧面影响;犌犅犜 )孔深为犱、犱的横通孔至少应有
11、个孔落在近场区以外;)孔的间距狊应使相邻两横通孔显示的回波幅度至少下降 ;)材质应符合 的规定。)具有如图和图所示的半球底孔钢试块。材质应符合 的规定。使用这些试块分别测量垂直面及水平面中的声束扩散。)方形试块,其长宽相等,具有一定厚度。单位为毫米图犿犿横孔试块单位为毫米图半球底斜孔钢试块犌犅犜 单位为毫米图横孔和半球底孔钢试块 其他器具其他器具包括:)加热炉,温度可控,并应进行校准后使用。)五个自由度坐标的手动或自动扫查架:)三个直线坐标轴狓、狔、狕;)两个角度坐标轴和,其中表示狓轴的旋转自由度,表示狔轴的旋转自由度。)最小厚度 的塞尺。)精度为的直尺。换能器性能要求 外观质量 检测方法目测
12、检查换能器的外观和装配质量,看其是否标识齐全,以及是否存在能够影响换能器性能和长期稳定性的表面损伤。 验收规范换能器外观应满足技术规范相关要求。 脉冲波形 检测方法采用来自半圆柱体试块的半圆柱面的回波作为脉冲波形,半圆柱面的半径犚应大于换能器近场长度的 倍或在聚焦换能器的聚焦范围内。测试装置如图和图所示,主要由脉冲发射器、示波器、信号放大器、阻抗匹配器、双工器等组成,犌犅犜 测试装置应满足以下要求:)脉冲发射器可以定义脉冲参数,包括激励脉冲波形、脉冲宽度、频率等;)信号放大器通频带 ,在测试脉冲中心频率 内的通带平坦度为 ,放大系数 ,放大系数可调范围为 。测试电磁声换能器脉冲波形时,波形可采
13、用方波、双极方波、正弦波、调制正弦波,可以任选一种或多种波形进行测试。测试脉冲的频率为电磁声换能器的中心频率,测试脉冲频带宽度应大于换能器的频带宽度。不同的电磁声换能器的脉冲波形,采用下列测试条件进行测试: 单线圈电磁声换能器:工作方式为自激自收,采用如图所示的测量装置测试换能器的脉冲波形; 双线圈电磁声换能器:工作方式为一激一收,采用如图所示的测量装置测试换能器的脉冲波形。测试过程应记录脉冲发射器的设定值、测得的发射脉冲的峰峰值幅度以及信号接收器的增益值。建议绘制发射脉冲波形图,宜在其检测结果中包括这些脉冲波形图。说明: 脉冲发射器; 电磁声换能器; 示波器; 试块; 发射匹配器; 双工器;
14、 接收匹配器;犚 半圆柱试块半径。 信号放大器;图单线圈换能器脉冲波形测量装置犌犅犜 说明: 脉冲发射器; 信号放大器; 示波器; 电磁声换能器; 发射匹配器; 试块; 接收匹配器;犚 半圆柱试块半径。图双线圈换能器脉冲波形测量装置 验收规范脉冲宽度误差的最大允许值为制造者规定的技术指标的 。 脉冲频谱和带宽 检测方法采用如图所示的装置,使用频谱分析仪或离散傅里叶变换测出回波频谱。测量回波频谱幅度下降到峰值幅度时的高、低频率。根据这些高频率和低频率,按式()计算脉冲波形中心频率:犳犳犳()式中:犳 脉冲波形中心频率;犳 测量回波频谱幅度下降到峰值幅度时的高频率;犳 测量回波频谱幅度下降到峰值幅
15、度时的低频率。脉冲波形带宽按式()计算:犳犳犳()式中:犳 脉冲波形带宽。犌犅犜 脉冲波形相对带宽按式()计算,以百分数表示:犳 (犳犳) ()式中:犳 脉冲波形相对带宽。 验收规范脉冲中心频率偏差的最大允许值为数据表中规定频率的 。带宽偏差的最大允许值为标称带宽的 。如果频谱在犳和犳之间有多个最大值,相邻最大值和最小值幅度的差值不应超过。对于相对带宽超过 的宽带换能器,下限频率不应高于 犳,上限频率不应低于 犳。 相对脉冲回波灵敏度 检测方法相对脉冲回波灵敏度按式()计算:犛 (犞犞)()式中:犞 来自规定反射体的回波峰峰值电压;犞 按 测出的施加到换能器上的峰峰值电压。对检测用的规则反射体
16、、试块及方法要求如下:)规则反射体优选平面反射体;)直入射电磁声换能器采用大平底试块测试;)斜入射电磁声换能器采用半圆柱试块测试;)反射体的回波调至满屏的 ,并记录接收增益。 验收规范相对脉冲回波灵敏度偏差的最大允许值为制造者规定指标的。 距离幅度曲线 检测方法电磁声脉冲幅度随换能器的距离改变而变化,因此,所有类型换能器应使用表中规定的反射体测得的距离幅度曲线来评定。表测定距离幅度曲线的反射体反射体类型反射体圆板形反射体平底孔圆柱形反射体横孔球形反射体半球底孔测试电磁声换能器时,圆板形反射体、横孔、半球底孔被视作为等效的反射体。使用一组大小相同且与换能器距离不同的反射体来绘制接收到的回波幅度与
17、换能器距离的关系图。每条曲线至少应有八个有效测量点。对于聚焦换能器,选用的测试距离应覆盖焦距范围;对于非聚犌犅犜 焦换能器,此距离应覆盖包括近场长度在内的范围。距离和幅度在数据表规定的电磁声检测仪校准后的显示屏上测定。在获得最大反射体回波的各测试位置,通过提高增益,使噪声达到反射体回波原来幅度时为止,测定噪声与反射体回波的差值,由此得出一条噪声曲线。如果通过提高增益不能使噪声达到那样的幅度时,可采用下述方法估算测定的噪声与反射体回波的差值,例如反射体回波为全屏幅度的 时: 若噪声为全屏幅度的 ,则要将衰减器读数再加; 若噪声为全屏幅度的 ,则要将衰减器读数再加 ; 若噪声为全屏幅度的,则要将衰
18、减器读数再加 。测量噪声曲线时,换能器要移开反射体。制造者的数据表中,每种型号的换能器都要配有曲线图,曲线图中至少要有一条距离幅度曲线,还应有一条距离噪声曲线。 验收规范在焦区长度内,规定反射体(例如横孔)的回波与噪声电平的差不应比制造者规定的数值小。 阻抗特性 检测方法对于电磁声的换能器,没有恒定阻抗或相位的频率间隔,其阻抗特性易受被检对象材料及提离等因素影响。因此,应用完整的阻抗相位曲线来表征换能器的特性,并且应分别在铝材料和 钢材料试块进行阻抗特性测试。电磁声换能器阻抗使用规定的网络分析仪或阻抗分析仪测定。测试时,将电磁声换能器置于试块上,保持提离距离为,然后将换能器用固定电缆线直接连接
19、到分析仪上,如电缆线是可更换的,则要用长度不超过 的电缆连接。在以电磁声换能器的中心频率为对称中心的一个频段内,绘制阻抗模和相位相对频率的关系曲线。 验收规范测得的阻抗模和相位或静电容偏差的最大允许值为制造者规定指标的 。 标准允许提离 检测方法采用厚度为 的大平底试块,试块材料为铝和 钢,分别在两种材料试块上进行提离测试。测试时,在室温下,首先将电磁声换能器放置于试块上表面,初始提离为,设置电磁声检测仪或脉冲发射器输出换能器的标准工作电压或电流,激励电磁声换能器,并接收试块底面回波,调整一次底面回波达到满屏的 ,逐步增加换能器与工件间的提离高度,在此过程中观察一次底面回波,并测量一次底面回波
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