GB T 20935.2-2009 金属材料电磁超声检验方法.第2部分 利用电磁超声换能器技术进行超声检测的方法.pdf
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1、ICS 7704020H 26 圆亘中华人民共和国国家标准GBT 2093522009金属材料电磁超声检验方法第2部分:利用电磁超声换能器技术进行超声检测的方法Method of electromagnetic acoustic inspection for metal materials-Part 2:Standard practice for ultrasonic testing using electromagnetic acoustictransducer(EMAT)techniques2009-1 0-30发布 2010-05-01实施宰瞀粥鬻瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会仪
2、19GBT 2093522009前言1范围2规范性引用文件3术语和定义4检测方法概述5意义和用途6应用基础7装置8校准9检测方法10结果判定11试验报告目 次I,2455u坨M刖 置GBT 2093522009GBT 20935(金属材料电磁超声检验方法分为如下3个部分:第1部分:电磁超声换能器指南;第2部分:利用电磁超声换能器技术进行超声检测的方法;第3部分:利用电磁超声换能器技术进行超声表面检测的方法。本部分为GBT 20935的第2部分。本部分等同采用ASTM E1816一07利用电磁超声换能器技术进行超声检测的方法(英文版)。本部分与ASTM E181607有关差异如下:将规范性引用文
3、件ASTM E1316(无损检测术语改为GBT 126041和GBT 126046;将规范性引用文件ASTM E1774(电磁超声换能器指南改为GBT 209351;将规范性引用文件ASTM E587(超声波接触式斜探头检验方法改为GBT 11343;一一将规范性引用文件SNT-TC-1A无损检测人员资格鉴定与认证、ANSIASNT CP一189无损检测人员资格鉴定与认证标准和MIL-STD-410无损检测人员资格鉴定与认证改为GBT 9445。为便于使用,本部分做了下列编辑性修改:“本方法”一词改为“本部分”;将以英制单位作为标准单位改为以国际单位制作为标准单位;删除原ASTM标准中的关键词
4、;删除原ASTM标准中的参考文献。本部分由中国钢铁工业协会提出。本部分由全国钢标准化技术委员会归口。本部分起草单位:钢铁研究总院、冶金工业信息标准研究院。本部分主要起草人:贾慧明、范弘、张建卫、童凯、黄颖。1范围GBT 2093522009金属材料电磁超声检验方法第2部分:利用电磁超声换能器技术进行超声检测的方法11 GBT 20935的本部分介绍了利用电磁超声换能器进行特定超声检测的规程。本部分介绍了利用电磁超声换能器技术进行表面检测、内部检测和测厚的方法。12本部分介绍了利用电磁超声换能器产生和接收超声波的技术细节和指导,以保证可靠的、可重复的检测缺陷和测厚。本部分介绍的电磁超声换能器技术
5、可以作为无损评价各种工件使用可靠性以及生产过程控制的依据。13本部分介绍了一种利用电磁场在材料中产生超声波的非接触检测技术,本部分介绍的波型有表面波、兰姆波、纵波和横波。14本部分介绍了一些特定的电磁超声换能器应用方法,这些应用方法适用于使用者认为采用电磁超声换能器技术优于传统压电技术的场合,而不建议将电磁超声换能器技术用于传统技术更具优势的场合(参见GBT 209351)。15本方法适用于可由电磁方法产生声波的所有材料,包括导电材料或铁磁性材料。16本部分介绍了一些经过验证的电磁超声换能器技术的特定应用方法,这不意味着这些已被应用的电磁超声换能器技术是最佳方法或所有方法。在考虑选择应用技术时
6、,本部分仅提供了一个范围。17本部分以国际单位作为标准单位。18本部分不论述与使用有关的安全问题。使用者有责任在使用前制订有益安全和健康的规程,并确定其适用范围。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 20935的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适合于本部分。GBT 9445无损检测人员资格鉴定与认证(GBT 9445-2008,ISO 9712:2005,IDT)GBT 126041无损检测术语超声检测
7、(GBT 126041 2005,IS0 5577:2000,IDT)GBT 126046无损检测术语涡流检测GBT 209351金属材料电磁超声检验方法第1部分:电磁超声换能器指南(GBT 209351-2007,ASTM E177496(2002),IDT)ASTM E494测量材料中超声波传播速度的标准实施规程ASTM E797超声波接触式脉冲反射法手动测厚方法3术语和定义GBT 126041、GBT 126046和GBT 209351确立的术语和定义适用于本部分。1GBT 20935220094检测方法概述41表面检测411 在被检测材料中产生的瑞利波或表面波,可灵敏地检测出表面的缺陷
8、和不连续性。通过不连续性界面上的声波反射或者穿过工件表面的声波衰减,检出材料中的缺陷。可以使用脉冲反射或一发一收超声波技术。412图1是一种典型的可产生瑞利波或兰姆波的电磁超声换能器。如图所示,外磁场B0平行施加于导体或铁磁性材料表面,回折线圈平行放置在材料的表面上,由射频(RF)电脉冲激励,通过感应在被检材料中产生表面电流,表面电流在磁场中受洛仑兹力作用,洛仑兹力激发的垂直于材料表面振动的应力波产生表面波。电磁超声换能器一般产生双向表面渡,但通过特殊设计也可产生与传统超声检测相同的单向波。图1 产生瑞利波或兰姆波的典型电磁超声换能器413表面缺陷或不连续性可导致表面波的反射或衰减。在电磁超声
9、换能器的接收线圈附近,反射或衰减的超声波使置于磁场中的导体产生振动,从而在线圈中感应出可测量的电压。42内部检测421为了能够发现工件内的缺陷或不连续性,应使用超声体波对材料的内部进行检测。与表面检测原理相同,也是通过不连续性界面上声波的反射或衰减来检测缺陷。422根据特定应用可选择纵波或横波进行检测。虽然直声束脉冲反射法是最直观方法,但考虑预期缺陷的位置和取向等因素选择斜声束一发一收技术可能更为理想。423图2是一种典型的激发体波的电磁超声换能器装置。如图所示,外磁场B0垂直施加于导体或铁磁性材料表面,本装置中使用的是电磁超声换能器螺旋线圈,线圈平行置于材料表面并由脉冲电流激励,通过感应在材
10、料中产生表面电流,电流在磁场中受洛仑兹力的作用,在材料表面形成振动的应力波。根据磁场的设计特征,可激发出垂直于工件表面传播的径向偏振或平面偏振横波,图2装置产生的是径向偏振的横波。在非铁磁性材料中,可产生能有效使用的纵波。在铁磁性材料中,由于耦合效率非常低纵波很难产生,但可使用由其他波型转化的纵波。72将详细介绍产生各种体波模式的电磁超声换能器和磁化装置。GBT 2093522009俯视图图2产生体波的典型电磁超声换能器43测厚431超声波测厚是在超声波传人材料后,声波在材料底面反射回材料表面,在超声波速度已知的前提下,通过测量超声波传播的时间来计算被检材料的厚度。对于特定的材料,可由在标准试
11、块中的声波传播时间与材料厚度的函数关系计算出厚度,见ASTM E797和731。432材料中的超声波传播速度取决于该材料物理特性,即材料的硬度和密度,对于同类的材料一般认为其物理特性是一常数。速度近似值可以从很多资料中查到,也可根据试验来确定,见GBT 2093522009ASTM E494。433应采用体波来测定声波在材料中的传播时间。虽然可以应用纵波来测定,但一般应采用横渡,这是因为横波在材料中的传播速度较慢,对于较薄材料的测量更精确。虽然直声束脉冲回波法是最简单和最常用的方法,但在检测较薄的材料时,如果要求扫描速度较快或分辨率较高时,一般应采用斜声束一发一收技术。用电磁超声换能器技术产生
12、体波的方法在423和图2中进行了讨论和描述。5意义和用途51 由于电磁超声换能器为非接触检测技术,所以它可应用于自动高速检测、运动物体的检测、远距离或危险环境下的检测、高温状态下的检测及粗糙表面状态下的检测。本部分介绍了使用电磁超声换能器技术进行超声波检测的方法,包括表面检测、内部检测和测厚。52在超声波发射和接收的技术上,电磁超声换能器具有独特性。因此,传统的超声波技术和方法通常也适用于电磁超声检测技术。53由于电磁超声换能器通过电磁方法在材料中产生和接收声波,所以能够检测导体或铁磁性材料。线圈是电磁超声换能器产生超声波的最简单形式,将其通以交变激励电流,并置于在材料表面附近的均匀的磁场中,
13、在导体中交变电流感应出涡流。在磁场中,感应出的涡流受到洛仑兹力的作用,这种力通过与金属晶格的碰撞或其他微观的过程传递给被检材料。这种力的方向随激励电流的频率交替变化,产生超声波。在铁磁性材料中,同时将伴随着另外一种耦合机制激发超声波,通过磁滞伸缩效应,交变电流产生的动态磁场与材料磁化场的相互作用形成另一种波源。上述这些转换机制是可逆的,因此能够实现检测。图3给出了激发电磁超声的转换机理、力及方向。j单个导体中的电流;B外磁感应强度;R磁力(铁磁性材料);F。磁致伸缩力(铁磁性材料)F。洛仑兹力(导体材料)。b)图3电磁超声产生机理GBT 209352200954电磁超声换能器可激发出各种模式的
14、超声波,与传统的超声波技术相同,声束角度和声波模式的选择是由材质、预计不连续性位置及其取向决定的。在使用电磁超声换能器时,要正确选择声波模式,需要知道被检工件的几何形状和预计不连续性的大致位置、尺寸、取向及反射率,还应知道电磁超声换能器允许的提离范围及超声波传播的物理规律。55对于一些需要灵活选择声波模式的应用场合,电磁超声换能器技术与传统的压电超声技术相比具有明显的优势。电磁超声换能器可高效地产生表面波,且与传统压电超声探头相比更容易产生水平偏振的横波(SH波),由于SH波在界面上不会发生波型转换这一点很重要,可以通过调节发射信号频率使入射角在o。90。之间变化。电磁超声换能器也可用来激励兰
15、姆波,能对管材进行周向检测或对薄板进行整体检测。电磁超声换能器可以很方便的重复制作,互换性较好,因此传感器的信号响应具有很好的重复性。6应用基础61人员资格检测人员应具有国家认可的人员资格,符合GBT 9445或其他标准要求。使用的标准、条例及其使用版本应在各方之间的协议中说明。62方法和技术本部分介绍了所要使用的一般方法和技术。其他特定技术应在双方协议中加以说明。63报告内容、验收标准除特殊说明,检测结果报告应与第11章要求的一致。验收标准应符合相关标准的规定或在双方协议中予以规定。64修复、返工后的复检条款本部分不包含修复、返工后的复检条款,若需要,可在双方协议中加以说明。7装置71表面检
16、测711母材检测7111 电磁超声换能器线圈的设计图4所示的是一种典型的产生瑞利波的回折线圈。工作方式可以是脉冲反射式或一发一收式。7112线圈的激励需要采用专用的大功率射频发射电路以周期脉冲串形式激励线圈。7113磁化图5所示的是一种典型的为回折线圈提供外部磁场的电磁结构。如图所示设计能产生一个平行于检测面的脉冲磁场,磁脉冲发生器和电源提供电流脉冲激励脉冲磁铁,该磁场也可以由永久磁铁或有源直流电磁铁来提供。GBT 2093522009电磁超声换能器回折线圈结构示意图N典型的电磁超声换能嚣回折线圈图4产生瑞利波的典型电磁超声换能器回折线圈图5产生表面波的典型电磁结构GBT 2093522009
17、7114仪器典型的仪器装置特点是能采集检测数据,并能对电磁超声换能器的检测信号进行分析。接收单元由信号处理和数据采集电路组成,可对电磁超声换能器信号进行增益调节和滤波,传统的超声仪器也有此功能。操作者可用多种方式采集、分析电磁超声换能器信号。计算机配上AD转换板及相应的超声探伤软件即可组成一套有效配置。还可以采用与传统超声仪器类似的简单配置,将模拟信号输出至示波器提供所需结果。另外,为了给信号采集提供准确的触发,需要脉冲发生器接收器的同步电路。7115对比试样用于校准系统的对比试样应与被检材料具有相同的材质、厚度、表面状态及热处理过程。除了调整灵敏度所需的参照反射体外,对比试样不应存在不连续性
18、或其他异常状态。标准反射体的长度、宽度和深度应与验收标准相一致。712焊缝检测7121 电磁超声换能器线圈的设计多数情况下,在检测母材时所用电磁超声换能器线圈磁铁设计(711)可以有效地应用于焊缝的检测中。然而在某些应用中,焊缝表面不连续性的检测有一定难度,由于焊缝的根部和余高可以产生反射,该反射有时太强以致与不连续性信号相混淆,甚至淹没了不连续性信号。通过使用衍射技术,可以消除焊缝几何形状反射的信号,也就可以很清楚地显现出不连续性。图6所示的是一种特殊设计的焦线重合的一发一收的电磁超声换能器探头,在扫查时与焊缝中心线成一定角度,选择适当频率使瑞利波波长与被检测工件近表面的不连续性尺寸相当,表
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