相控阵检测工艺规程文档格式.doc
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沿焊缝宽度方向的坐标；
Z：
沿焊缝厚度方向的坐标
图1坐标定义
3.2
相控阵超声检测phasedarrayultrasonictesting
根据设定的延迟法则激发相控阵阵列探头各独立压电晶片（阵元），合成声束并实现声束的移动、偏转和聚焦等功能，再按一定的延迟法则接收超声信号并以图像的方式显示被检对象内部状态的超声检测技术。
3.3
延迟法则delaylaw
参与波束形成的发射和接收探头阵元以及对应每个阵元的发射电路和接收电路时序和时间间隔的控制规则，一般包含阵元激发延迟规则、发射延迟规则、接收延迟规则等。
阵元激发延迟规则可以控制阵元激发的数量、起始位置；
发射延迟规则可以控制发射声束的偏转、聚焦和聚焦偏转；
接收延迟规则可以动态地改变接收信号的聚焦延迟，控制接收声束的动态聚焦。
3.4
激发孔径activeaperture
相控阵探头一次激发阵元数的有效长度和宽度，如图2所示。
对于线阵探头，其激发孔径长度A按式
（1）计算。
A=n·
e+g·
（n-1）·
·
（1）
A——激发孔径；
g——相邻阵元之间的间隙；
e——阵元宽度；
n——激发阵元数量；
p——相邻两阵元中心线间距；
w——阵元高度
图2激发孔径
3.5
电子扫描electronicscanning
指以电子方式实现对工件的扫查，即通过延迟法则实现波束的移动或角度偏转，使之扫过工件中被检测区域。
。
3.6
线扫描linearelectronicscanning（E-scan）
采用不同的阵元和相同延迟法则得到的声束，在确定范围内沿相控阵探头长度方向扫描被检件，以实现类似常规手动超声波检测探头前后移动的检测效果，也称作E扫描。
线扫描包括直入射线扫描和斜入射线扫描两种。
3.7
扇扫描sectorialelectronicscanning（S-scan）
采用同一组阵元和不同延迟法则得到的声束，在确定角度范围内扫描被检件，也称作S扫描。
3.8
探头前端距probeposition
焊接接头检测时，探头前端距焊缝中心线的距离。
3.9
机械扫查mechanicalscan
以机械方式实现对工件的扫查，即通过移动探头实现波束的移动，使之扫过工件中的被检测区域。
3.10
平行线扫查parallelscan
探头在距焊缝中心线一定距离S的位置上，平行于焊缝方向进行的直线移动，以获得并记录声束覆盖范围内整条焊缝信息，如图3所示。
图3平行线扫查
3.11
斜向扫查obliquescan
焊接接头检测时，入射声束方向与焊接接头中心线成一定夹角，按照给定的探头距离进行扫查的方式，一般用于保留余高焊接接头横向缺陷的检测，如图4所示。
图4斜向扫查
3.12
B型显示B-display
工件端面投影图显示，即主视图，图像中横坐标表示扫描的宽度，纵坐标表示扫描的深度，B扫描显示表示检测区域在Y-O-Z平面的投影,如图1所示。
3.13
C型显示C-display
工件平面投影图显示，即俯视图，图像中横坐标表示平行线扫查移动的距离，纵坐标表示扫描的宽度。
焊缝检测时，C扫描显示表示检测区域在X-O-Y平面的投影，如图1所示。
3.14
D型显示D-display
工件侧面投影图显示，即侧视图，图像中横坐标表示平行线扫查移动的距离，纵坐标表示深度。
焊缝检测时，D扫描显示表示检测区域在X-O-Z平面的投影，如图1所示。
3.15
S型显示S-display
由扇扫描声束组成的扇形图像显示，图像中横坐标表示离开探头前沿的位置，纵坐标表示深度，沿扇面弧线方向的坐标表示角度。
焊缝检测时，S型显示的是探头前方焊缝的横截面信息。
3.16
P型显示P-display
将扫查结果以线性理论为基础计算后以主视图、俯视图和侧视图的形式显示。
3.17
角度增益补偿（ACG）anglecorrectedgain
使扇扫描角度范围内不同角度的声束检测同一声程相同尺寸的反射体回波幅度等量化的增益补偿，也称作角度修正增益。
3.18
时间增益修正（TCG）timecorrectedgain
对不同声程相同尺寸的反射体的回波幅度进行增益修正，使之达到相同幅值。
3.19
相关显示relevantindication
由缺陷引起的显示。
3.20
非相关显示non-relevantindication
由于工件结构（例如焊缝余高或根部）或者材料冶金结构的偏差（例如金属母材和覆盖层界面）引起的显示。
包括由错边、根焊和盖面焊以及坡口形状的变化等引起的显示。
4一般要求
4.1检测人员
4.1.1相控阵超声检测人员的一般要求应符合NB/T47013.1的有关规定。
4.1.2相控阵超声检测人员应具有一定的金属材料、设备制造安装、焊接及热处理等方面的基本知识，应熟悉被检件的材质、几何尺寸及透声性等，对检测中出现的问题能做出分析、判断和处理。
4.1.3从事聚乙烯压力管道焊接接头相控阵超声检测的人员还应熟悉聚乙烯管道的材料特性、制造工艺和焊接工艺。
4.2设备和器材
4.2.1仪器和探头产品质量合格证明
相控阵检测仪产品质量合格证中至少应给出预热时间、低电压报警或低电压自动关机电压、发射脉冲重复频率、有效输出阻抗、发射脉冲电压、发射脉冲上升时间、发射脉冲宽度（采用方波脉冲作为发射脉冲的）、发射延迟精度以及放大器频带响应、衰减器精度、动态范围以及串扰等主要性能参数；
探头产品质量合格证中至少应给出探头型号及序列号、探头尺寸、中心频率、带宽、电阻抗或静电容、阵元数量、第一个和最后一个阵元位置、阵元间距、阵元间串扰、阵元脉冲回波灵敏度等其他主要性能参数。
4.2.2检测仪器、探头和组合性能
4.2.2.1检测仪器
a）采用的相控阵超声检测仪，其工作频率按-3dB测量应至少包括1.0MHz～20MHz的频率范围，超声仪器各性能指标和测试条件应满足附录A中的要求并提供相应的证明文件，测试方法按JB/T11779的规定；
b）相控阵超声检测仪具备分时激发和并时激发多个阵元，脉冲激发电压最大值不低于75V。
增益可调，最小步进不大于1dB；
c）相控阵超声检测仪至少具有超声波发射、接收、放大、数据自动采集、记录、显示和分析功能；
d）相控阵超声检测仪需有聚焦和修正算法以及时间延时控制软件。
具备幅值测量、深度定位等自动分析功能；
e）相控阵超声检测仪具备线扫描和扇扫描；
A型显示、B型显示、C型显示和S型显示；
并能进行存储和视频回放或数据外部存储。
记录数据为真实数据；
f）相控阵超声检测仪的A扫描数字采样频率至少5倍于可能使用的最高探头标称频率，信号幅度的数字化分辨力至少为8位（256级）；
g）在任意角度下，相控阵超声检测仪应能对目标反射体在固定声程传播路径的回波信号幅值进行平均化（角度修正增益ACG补偿楔块中的声波衰减和回波透射）；
h）相控阵超声检测仪应具备信号通过时基的幅度补偿功能（时间修正增益）。
4.2.2.2探头
线阵探头中心频率范围一般为0.5MHz～10MHz，阵元数一般为4～256，探头阵元以及楔块参
数应满足JB/T11731附录B和附录C的要求，其他性能指标应符合本标准附录B的要求，应提供相应的证明文件，测试方法按JB/T11731的规定。
4.2.2.3仪器和探头的组合性能
4.2.2.3.1以下情况时应测定仪器和探头的组合性能：
a）新购置的相控阵超声仪器和（或）探头；
b）仪器和探头在维修或更换主要部件后；
c）检测人员有怀疑时。
4.2.2.3.2显示高度线性偏差不大于2%，幅度控制线性偏差不大于2%，时基线性偏差不大于0.5mm。
4.2.2.3.3任意连续20dB，衰减器累积误差不大于1.7dB；
任意连续60dB，衰减器累积误差不大于3.0dB。
4.2.2.3.4采用频率为5MHz的相控阵超声探头，仪器和探头的组合频率与探头标称频率之间偏差不得大于±
10%。
4.2.2.3.5采用频率为5MHz的相控阵超声探头，扇扫成像横向分辨力和纵向分辨力不大于2mm。
4.2.2.3.6采用频率为5MHz的相控阵超声探头，扇扫角度范围测量偏差一般不超过±
3°
，扇扫角度分辨力不大于2.5°
4.2.2.3.7仪器和探头的显示高度线性、幅度控制线性和时基线性的测试方法按GB/T23902的规定，组合频率的测试方法按JB/T10062的规定，其他组合性能的测试方法按JJF1338的规定。
4.2.3扫查装置
4.2.3.1扫查装置一般包括探头夹持部分、驱动部分、导向部分及位置传感器。
4.2.3.2探头夹持部分应能调整和设置探头位置，在扫查时保持探头相对距离和相对角度不变。
4.2.3.3导向部分应能在扫查时使探头运动轨迹与参考线保持一致。
4.2.3.4驱动部分可以采用马达或人工驱动。
4.2.3.5扫查装置中的位置传感器，其位置分辨力应符合本标准的工艺要求。
4.2.4试块
4.2.4.1标准试块
4.2.4.1.1标准试块是指具有规定的化学成分、表面粗糙度、热处理及几何形状的材料块，用于评定和校准相控阵超声检测设备，即用于仪器探头系统性能校准的试块。
本部分采用的标准试块为CSK-ⅠA、半圆试块、专用线性试块、A型相控阵试块和B型相控阵试块。
4.2.4.1.2CSK-ⅠA试块的具体形状、尺寸见NB/T47013.3，其他试块示意图见本部分，半圆试块见图5、专用线性试块见图6、A型相控阵试块见图7、B型相控阵试块见图8。
4.2.4.1.3专用线性试块的制造满足本部分要求，其他标准试块的制造应满足JB/T8428的要求，制造商应提供产品质量合格证，并确保在相同测试条件下比较其所制造的每一标准试块与国家标准样品或类似具备量值传递基准的标准试块上的同种反射体（面）时，其最大反射波幅差应小于或等于2dB。
4.2.4.2对比试块
4.2.4.2.1对比试块是指与被检件化学成分相似，含有意义明确的参考反射体（反射体应采用机加工方式制作）的试块，用以调节超声检测设备的幅度和声程，以将所检出的缺陷信号与已知反射体所产生的信号相比较，即用于检测校准的试块。
4.2.4.2.2对比试块的外形尺寸应能代表被检件的特征，试块厚度应与被检件的厚度相对应。
如果涉及不同工件厚度对接接头的检测，试块厚度的选择应由较大工件的厚度确定。
4.2.4.2.3对比试块应采用与被检件声学性能相同或相似的材料制成，当采用直探头检测时，不得有大于或等于φ2mm平底孔当量直径的缺陷。
图5半圆试块
注：
材质为铝，孔内塞住不溶于水的塑料件。
图6专用线性试块
图7A型相控阵试块示意图
图8B型相控阵试块示意图
4.2.4.2.4不同被检件超声检测用对比试块人工反射体的形状、尺寸和数量应符合本部分相关章节的规定。
4.2.4.2.5对比试块的尺寸精度在本部分有明确要求时应提供相应的证明文件，无明确要求时参照JB/T8428的规定。
4.2.4.3模拟试块
4.2.4.3.1模拟试块是指含有模拟缺陷的试块，主要用于焊接接头相控阵超声检测工艺的验证。
4.2.4.3.2模拟试块的厚度应与被检件相同。
检测曲面工件时，模拟试块的曲率半径应符合以下规定：
a）对于检测面直径大于或等于32mm、小于或等于159mm的工件，工件曲率半径应为模拟试块曲率半径的0.9倍～1.1倍；
b）对于检测面直径大于159mm、小于500mm的工件，工件曲率半径应为模拟试块曲率半径的0.9倍～1.5倍；
c）对于检测面直径大于或等于500mm时，模拟试块可以采用相同曲率半径的材料制作，也可以采用平面材料制作。
4.2.4.3.3模拟试块应满足下列要求：
a）模拟试块中的模拟缺陷应采用焊接方法制备或使用以往检测中发现的真实缺陷。
其缺陷类型为被检件中易出现的典型焊接缺陷，主要包括裂纹、未熔合和未焊透等，其中至少有一处横向缺陷；
b）试块中的缺陷位置应具有代表性，至少应包含外表面、内表面和内部；
c）试块中的缺陷长度和自身高度满足表22的规定，但缺陷长度的最小值为10mm；
d）若一块模拟试块中未完全包含上述缺陷，可由多块同范围的模拟试块组成。
4.2.5耦合剂
4.2.5.1应采用透声性较好且不损伤被检件表面的耦合剂，如机油、化学浆糊、甘油和水等。
4.2.5.2实际检测采用的耦合剂应与检测系统设置和校准时的耦合剂相同。
4.2.5.3选用的耦合剂应在工艺规程规定的温度范围内保证稳定可靠的检测。
4.2.6相控阵超声仪器和探头校准、核查、运行核查和检查的要求
4.2.6.1校准、核查和运行核查应在标准试块上进行，校准时应使探头主声束垂直对准反射体的反射面，以获得稳定和最大的反射信号。
4.2.6.2校准或核查
每年至少对超声仪器和探头组合性能中的显示高度线性、幅度控制线性、时基线性、衰减器精度、组合频率、扇扫成像横向分辨力和纵向分辨力、扇扫角度范围以及扇扫角度分辨力进行一次校准并记录，测试要求应满足4.2.2.3的规定。
4.2.6.3运行核查
4.2.6.3.1相控阵超声检测仪每隔6个月至少对仪器和探头组合性能中的显示高度线性、幅度控制线性、时基线性进行一次运行核查并记录，测试要求应满足4.2.2.3的规定。
4.2.6.3.2每隔1个月至少对阵元有效性进行一次核查，在相控阵探头中允许存在失效阵元，但失效阵元数量不得超过相控阵探头阵元总数的1/4，且不得出现相邻阵元连续失效。
4.2.6.4检查
4.2.6.4.1每次检测前应检查仪器设备器材外观、线缆连接和开机信号显示等情况是否正常。
4.2.6.4.2每次检测前应对位置传感器进行检查和记录，检查方式是使带位置传感器的扫查装置至少移动500mm，将检测设备所显示的位移和实际位移进行比较，其误差应小于1%。
4.2.6.5校准、核查、运行核查和检查时的注意事项
校准、核查、运行核查和检查时，应将影响仪器线性的控制器（如抑制或滤波开关等）均置于“关”的位置或处于最低水平上。
4.3检测工艺文件
4.3.1检测工艺文件包括工艺规程和作业指导书。
4.3.2工艺规程除满足NB/T47013.1的要求外，还应规定表1和相关章节所列相关因素的具体范围或要求。
相关因素的变化超出规定时，应重新编制或修订工艺规程。
表1相控阵超声检测工艺规程涉及的相关因素
序号
相关因素的内容
1
被检件类型和几何形状，包括工件规格、厚度、尺寸和产品形式等
2
检测面要求
3
检测技术（直入射线扫描、斜入射线扫描、扇扫描、直接接触法、液浸法及扫描波型等）
4
检测仪器类型
5
相控阵探头类型及参数（阵元高度和宽度、间隙、数量）
6
楔块尺寸及角度
7
聚焦范围（深度或声程）
8
激发孔径尺寸（激发阵元数量、激发孔径长度和宽度）
表1（续）
9
10
扫描类型（线扫描或扇扫描）
11
耦合剂类型
12
校准（试块及校准方法）
13
扫查方向及扫查范围
14
扫查方式（平行线扫查或锯齿形扫查）
15
附加检测（如需要）及要求
16
自动报警和或记录装置（用到时）
17
人员资格要求；
检测报告要求
18
检测数据的分析和解释
19
验收级别（质量等级）
4.3.3应根据工艺规程的内容以及被检件的检测要求编制操作指导书。
其内容除满足NB/T47013.1的要求外，至少还应包括：
a）检测技术要求：
直入射线扫描、斜入射线扫描、扇扫描、直接接触法、水浸法及扫描波型（横波、纵波）等；
b）检测设备和器材：
检测设备、探头、楔块、耦合剂、扫查装置、试块名称和规格型号，工作性能检查的项目、时机和性能指标；
c）检测工艺参数：
包括检测覆盖区域、探头及楔块的参数设置、扫查方法及扫描类型、扫查面准备、探头位置等，以及检测系统的设置（激发与接收单元的阵列孔径、入射角度、扫查角度范围、扫查角度步进、聚焦方式及位置、一次波与多次波反射、灵敏度等）和校准（灵敏度、位置传感器等）方法，横向缺陷的检测方法（必要时）。
4.3.4操作指导书的工艺验证
4.3.4.1操作指导书在首次应用前应进行工艺验证，验证的内容和方式应满足相关章节的规定。
4.3.4.2经合同双方同意，工艺验证可使用经过认证的相控阵超声仿真软件进行。
4.4安全要求
检测场所、环境及安全防护应符合NB/T47013.1的规定。
4.5检测实施
4.5.1检测准备
4.5.1.1在承压设备的制造、安装及在用检验中，相控阵超声检测时机及检测比例的选择等应符合相关法规、标准及有关技术文件的规定。
4.5.1.2所确定的检测面应保证工件被检部分能得到充分检测。
4.5.1.3焊缝的表面质量应经外观检查合格。
检测面（探头经过的区域）上所有影响检测的油漆、锈蚀、飞溅和污物等均应予以清除，其表面粗糙度应符合检测要求。
表面的不规则状态不应影响检测结果的有效性。
4.5.2扫查方式和扫描方式的选择
4.5.2.1根据不同的检测对象，按照各章、条的具体要求选择所需的机械扫查方式和电子扫描方式。
4.5.2.2电子扫描方式分为扇扫描和线扫描，机械扫查方式分为平行线扫查、斜向扫查及手动锯齿形扫查，检测过程中扫描方式和扫查方式可结合并同时进行。
4.5.2.3平行线扫查、斜向扫查等一般结合扇扫描或线扫描并配合与探头相连的位置传感器进行。
4.5.2.4手动锯齿形扫查一般结合扇扫描或线扫描进行，可不用连接位置传感器。
4.5.3扫查速度
4.5.3.1手动锯齿形扫查时，探头移动速度不超过150mm/s。
4.5.3.2采用平行线扫查、斜向扫查等扫查方式时，应保证扫查速度小于或等于最大扫查速度νmax，同时应满足耦合效果和数据采集的要求。
最大扫查速度按式
（1）计算：
νmax=PRF△x/NM·
式中：
νmax——最大扫查速度，mm/s；
PRF——脉冲重复频率，Hz；
PRF<
c/2S
c——声速，mm/s；
S——最大检测声程，mm。
N——设置的信号平均次数；
M——延迟法则的数量（如扇扫描时，角度范围为40°
~70°
，角度步进为1°
，则M=31；
线扫描时，总体晶片数量64个，激发晶片数量16个，扫查步进为1，则M=49）；
.X——设置的扫查步进值，mm。
4.5.4扫查覆盖
4.5.4.1扇扫描所使用的声束角度步进最大值为1°
或能保证相邻声束重叠至少为50%。
4.5.4.2线扫描相邻激发孔径之间的重叠，至少应为激发孔径长度的50%。
4.5.4.3平行线扫查时，若在焊缝长度方向进行分段扫查，则各段扫查区的重叠范围至少为50mm。
对于环焊缝，扫查停止位置应越过起始位置至少20mm。
需要多个平行线扫查覆盖整个焊接接头体积时，各扫查之间的重叠至少为所用线扫描激发孔径长度或扇扫描声束宽度的10%。
4.5.4.4锯齿形扫查时，相邻2次探头移动间隔应不超过阵元高度度（w）的50%。
4.5.5扫查步进的设置
扫查步进是指扫查过程中相邻2个A扫描信号间沿扫查方向的空间间隔。
检测前应将检测系统设置为根据扫查步进采集信号。
扫查步进值主要与工件厚度有关，按表2的规定进行设置。
表2扫查步进值的设置
工件厚度t/mm
扫查步进最大值ΔXmax/mm
t≤10
1.0
10＜t≤150
2.0
t＞150
3.0
4.5.6图像显示
4.5.6.1扫查数据以A型信号显示及图像形式显示，图像可用B型显示、C型显示、D型显示、S型显示及P型显示等形式，也可增加XKZ显示。
4.5.6.2在扫查数据的图像中应有位置信息。
4.5.7扫查灵敏度
扫查灵敏度的设置应符合相关章节的规定。
4.5.8灵敏度补偿
4.5.8.1耦合补偿
在检测和缺陷定量时，应对由表面粗糙度引起的耦合损失进行补偿。
4.5.8.2衰减补偿
在检测和缺陷定量时，应对材质衰减引起的检测灵敏度下降和缺陷定量误差进行补偿。
4.5.8.3曲面补偿
探测面是曲面的工件，应采用曲率半径与工件相同或相近的对比试块，通过对比试验进行曲率补偿。
4.5.9延迟法则
根据所采用的扫查方式确定，设置时应考虑如下因素：
a）阵元参数：
标称频率、阵元数量、阵元宽度、阵元间隙及阵元高度；
b）楔块参数：
楔块尺寸、楔块角度及楔块声速；
c）阵元数量：
设定延迟法则使用的阵元数量；
d）阵元位置：
设定激发阵元的起始位置；
e）角度参数：
设定在工件中所用声束的固定角度、声束的角度范围；
f）距离参数：
设定在工件中的声程或深度；
g）声速参数：
设定在工件中的声速，例如横波声速、纵波声速；
h）工件厚度：
设定被检件的厚度；
i）探头位置：
设定探头前端距或扫查起始位置；
j）采用聚焦声束检测时，应合理设定聚焦声程或深度。
4.5.10耦合监控的设置
4.5.10.1耦合监控的设置方法由使用的相控阵超声设备而定。
在被检件或与被检件特征相同的试块上调试耦合监控，将最大波调整到满屏高度的80%（误差为±
5%），在此基础上提高6dB，即为耦合监控的灵敏度。
4.5.10.2耦合监控的方式一般分为图像显示监控和铃声报警监控两
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