最新BSEN126682汇总.docx

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最新BSEN126682汇总

BSEN126682

无损检验——

超声波检验设备的表征及校验——

第2部分：

探头

1适用范围

本欧洲标准所涵盖的超声波无损检测用探头包括下述类别：

中心频率范围为0.5~15MHz、聚焦和非聚焦的：

a）单晶或双晶的接触法纵波或横波探头；

b）液浸探头。

本标准中所规定的与超声评价相关的材料是以超声纵波速度（5920±50）m/s和横波速度（3255±30）m/s的钢为基础的。

本标准未包含探头的定期测试，对探头进行现场常规验证测试的方法在EN12668-3中给出。

在探头寿命期间内需要验证EN12668-3规定以外的参数时，需得到合约双方同意，这些额外参数的验证方法应选用本标准中给出的方法。

2参考标准

该欧洲标准结合了其它出版物的已标日期或未标日期的参考文件及规定。

出版物和文章中适当位置引用的这些参考标准如下列所示。

出版物中，注明日期的参考标准，今后如有修正或修订，须注明其修正或修订。

对于未注明日期的参考标准，应取其最新版作为参考（包括修正部分）。

EN1330-4，无损检测-术语-第4部分：

超声检测术语；

EN12223，无损检测-超声检验-1号校验试块规范；

EN12668-1，无损检测-超声检验设备的表征与校验-第1部分：

仪器；

EN12668-3，无损检测-超声检验设备的表征与检验-第3部分：

仪器与探头的组合设备；

EN27963，钢焊缝-焊缝超声检验用2号校验试块（ISO7963:

1985）；

ENISO9001，质量体系-设计、研发、生产、安装与维护中质量保证的模式（ISO9001:

1994）；

ENISO9002，质量体系-生产、安装与维护中质量保证的模式（ISO9002:

1994）。

3术语、定义、符号及缩写

本标准使用的术语和定义在EN1330-4中给出，还包含下述术语及定义：

3.1死区

直接在工件耦合面以下，不能探测到给定反射体的区域深度。

3.2焦距；（近场长度）

声轴线上声压达到最大值的那一点的距离。

3.3声束水平面

使用斜探头时，在材料中与声束垂直平面（含声轴线）相垂直的平面。

3.4工作频率f0；（中心频率）

回波频谱中与最大振幅相比较上下截至-6dB所确定的频率上下频率fu和fl之间的中心频率计算如下f0=（fu·fl）1/2。

3.5峰-峰振幅l1

脉冲最大正负周期之间的最大偏离（见图1）。

3.6探头数据页

随同每个探头提供探头性能信息的数据页，该数据页不必对单个探头性能提供测试证明。

3.7脉冲持续时间

未校正脉冲幅度超过最大振幅10%部分的时间间隔，如图1所示。

3.8参考侧面

以斜探头沿声束方向的右侧作为参考侧面，制造商另有规定情况除外。

3.9相对带宽△frel

上下截止频率fu和fl之差与中心频率f0之百分比。

△frel=[（fu-fl）/f0]×100%

3.10直探头的倾斜角δ

声束轴线与垂直于耦合面入射点之间的偏离角（见图2）。

对于斜探头为探头壳体侧面与投射在探头面平面上测量声束轴线之间的角度（见图3）。

3.11换能器

探头内的元件，能把电子振荡转换成机械振动以及逆向转换，大多数情况下为压电元件。

3.12声束的垂直平面

使用斜探头时，探头斜楔中的声束轴线与检验工件中的声束轴线处在同一平面上的平面。

4依从性的一般要求

依从本标准的探头应满足下述条件：

a）探头满足本标准的技术要求；

b）探头具有唯一的序列号，表明工作频率、换能器尺寸、角度以及波型或可追溯到的永久性参考编号信息；

c）对于适当类型和序列的探头，按本标准第5条款要求的性能提供数据页。

探头质量应以下述方式之一予以保证：

a）同一种探头的批量制造应处在同一个质量管理体系下，例如，ENISO9001和ENISO9002，按照统计学方法选择进行测量的探头数量。

制造商提供的数据页应包括规定参数与允差的数值；

b）在单个探头上测量的结果应符合公开发布的证书。

这对仅仅少量制造的各种型号探头或特殊应用所要求的探头也是适用的。

5制造商的探头技术规范

表1列出了制造商在所有探头的数据页中应报告的本标准范围内的数据（I=数据，M=测量值，C=计算值）。

数据页也应包含关于测试所用仪器的数据，设置和耦合条件等。

制造商也应规定探头的工作温度范围和储存与运输过程中防护的任何特殊条件。

供货商和用户可以协商需要排除某些数据或者包括某些表1中未包含的其他细节。

对于准备在较高温度下使用的探头，制造商应提供最大工作温度下相关使用时间的数据，以及温度对灵敏度和波束角度的影响。

表1数据页中给出数据的列表

所给数据

探头类别

接触法

液侵法

直探头

斜探头

直探头

纵波

横波

纵波

横波

纵波

单晶

双晶

单晶

双晶

单晶

双晶

单晶

非聚焦

聚焦

非聚焦

聚焦

非聚焦

聚焦

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

Ⅰ

探头型号

Ⅰ

探头重量及尺寸

Ⅰ

连接器型号

Ⅰ

TR可互换连接

Ⅰ

换能器材料

Ⅰ

换能器形状及尺寸

Ⅰ

斜楔材料，延迟

Ⅰ

保护板材料

Ⅰ

保护板磨损允差

Ⅰ

Ⅰ=数据；

M=测量值；

C=计算值

测量或计算参数

探头类别

接触法

液浸法

直探头

斜探头

直探头

纵波

横波

纵波

横波

纵波

单晶

双晶

单晶

双晶

单晶

双晶

单晶

非聚焦

聚焦

非聚焦

聚焦

非聚焦

聚焦

非聚焦

聚焦

非聚焦

聚焦

非聚焦

聚焦

非聚焦

聚焦

串扰阻尼

脉冲形状（时间与频率）

中心频率，带宽

脉冲回波灵敏度

距离-振幅曲线

M,C

阻抗、静态电容

I=数据

M=测量值

C=计算值

M,C=测量或计算

探头指标

波速角

扩散角

波速轴线偏移

偏斜角

焦距、近场

M,C

聚焦宽度

聚焦长度

物理方面

I=数据

M=测量值

C=计算值

M,C=测量或计算

Non-f=非聚焦

6试验设备

6.1电子设备

用于第7节中规定试验的超声仪器（或实验室脉冲发生/接收器）型号应在探头数据页中注明，并应与EN12668-1的应用一致。

应用于多种型号超声仪器时，应对各个型号进行重复测试。

应使用探头数据页上对应具体超声仪器型号规定的探头电缆和电匹配装置进行测试。

注：

探头电缆长度超过2米时可能会对探头性能有重要影响。

除了超声仪器或实验室脉冲发生/接收器以外，评估探头的主要设备项目按本标准要求如下：

a）最小带宽100MHz的示波器；

b）最小带宽100MHz的频谱分析仪，或能够进行离散型傅立叶变换（DFT）的示波器/数字转换器；

c）阻抗分析仪

下述附加设备是可选的：

仅对于接触法探头：

d）电磁-声探头（EMA）和接收器；

e）指向性图形测绘仪。

仅对于液浸探头：

f）有效直径小于被测探头中心超声波长的两倍，但不小于0.5mm的水声接收器。

放大器带宽应高于被测探头的带宽。

6.2试块及其他设备

下述试块可用于对接触法探头进行规定范围的试验：

a）推荐使用具有不同半径（R）的半圆柱形钢试块，半径范围12~200mm，步进为R·21/2。

钢的质量按EN27963规定。

每个试块的厚度应等于或大于其半径，最大厚度为100mm。

b）具有平行面的钢试块，侧面钻制3mm直径的孔，如图4a所示。

试块的尺寸应满足下列要求：

-长度l，高度h，宽度w，试块的侧面应不会对超声波束造成干扰；

-孔的深度d1、d2...至少有三个孔应落在近场以外；

-孔间距离s，横跨过孔的振幅应表现为两个相邻孔之间的波幅下落至少26dB；

-钢的质量按EN27963规定。

c）具有倾斜面和槽口的钢试块，如图4b所示，以及具有半球孔的钢试块，如图4c和4d所示。

钢的质量按EN27963规定。

这些试块可用于分别测量垂直与水平面上的波束扩散。

d）附录A中给出可选用的钢试块，用于测量斜探头的入射点、波束角和波束扩散；

e）直尺；

f）从0.05mm开始的塞尺。

注：

如果只检验特定的探头，不要求具备所有的试块，例如只测量直探头时就不需要测量入射点与波束角的试块。

在测试液浸探头时，应使用下述反射体和附加设备：

g）具有光滑表面的钢球或半球形端部的钢杆。

对于不同的频率范围，钢球或钢杆的直径在表2中给出。

表2用于不同频率的钢球（杆）直径

探头中心频率（MHz）

球或杆直径d（mm）

3＜f≤15

d≤3

0.5≤f≤3

3＜d≤5

h）大平面和平面反射体靶。

靶的横向尺寸至少应比被测试探头在聚焦区末端声束直径宽10倍，如7.7.2.2的定义。

厚度至少是被测试探头波长的五倍，波长按靶材中超声波速度计算。

i）液浸槽可以是手动或自动扫描，探头架应具有五个自由轴：

-三个直线轴X、Y、Z；

-两个角度轴和θ和ψ。

j）自动记录方式：

如果自动记录超声信号振幅，则制造商应负责保证系统具有足够的精确度。

在实际考虑中应使系统带宽、空间分辨率、数据处理和数据储存能达到结果精确性的要求。

本标准中所采用的系统在图12和13中给出。

液浸槽采用的扫描机械装置应能在靶和探头之间保持X、Y方向的准直，即在Z方向上每100mm距离的误差为±0.1mm以内。

在按7.7节所述测定液浸换能器声束特性时，液浸槽中的水温应保持在20±2℃。

应当注意水中声衰减的影响，对于宽带探头，在高频情况下会引起回波频率的向下漂移。

表3为出频率向下漂移与水程之间的关系。

表3相对于带宽（b.w.）50%和100%的中心频率f0向下漂移百分数与总水程长度的关系

MHz

b.w.

总的水程长度mm

100

150

200

250

300

350

400

100

7探头性能的要求

7.1物理性能

7.1.1方法

目视检验探头外侧有无正确标示和装配，以及可能影响其当前或以后可靠性的物理损伤。

特别是对于接触法探头用直尺和塞尺测量探头接触表面的平直度。

7.1.2验收标准

对于平面探头，在整个探头表面上间隙不应大于0.05mm。

7.2射频脉冲的形状

7.2.1方法

回波的振幅与脉冲持续时间按图5（接触法探头）或图13（液浸法探头）中的装置进行测量：

a）对于接触法单晶探头，利用半圆柱面回波，半圆柱试块的半径大于探头近场长度或者聚焦探头聚焦范围的1.5倍；

b）对于双晶探头，利用半圆柱试块，半圆柱试块的半径应尽量接近探头的焦点；

c）对于液浸探头，利用一个大的平面反射体位于聚焦探头的焦距或者大于平面换能器近场长度的1倍。

应记录脉冲发生器的设置，测量发射器脉冲的峰-峰振幅。

推荐绘制发射脉冲形状，最好是把绘出的发射脉冲包括在该试验结果中。

7.2.2验收标准

脉冲持续时间不应偏离制造商技术规范的±10%。

7.3脉冲频谱与带宽

7.3.1方法

利用与7.2相同的试块和装置。

利用频谱分析仪或离散型傅立叶转换，以闸门监控反射体回波并确定频谱。

来自探头斜楔、壳体、阻尼块等的虚假回波不要与来自参考试块的回波一起分析。

闸门内必须至少包括两倍的脉冲持续时间并使脉冲最大值居中。

测量回波振幅下降（-）6dB的上下频率。

对于液浸法，该值应根据表3修正。

根据上下频率fu和fl，可计算中心频率f0：

f0=（fu·fl）1/2..........

（1）

带宽：

△f=fu-fl..........

（2）

以百分比计算相对带宽为：

△frel=（△f/f0）×100%..........（3）

7.3.2验收标准

中心频率应在数据页提供的频率的±10%以内。

-6dB带宽应在名义带宽±15%以内。

如果fl和fu之间的频谱有多于一个的最大值，相邻最小值与最大值之间的振幅差应不超过3dB。

对于相对带宽超过100%的宽带探头，低频端不应高于fl+10%，高频端不应低于fu-10%。

7.4相对脉冲回波灵敏度

7.4.1方法

设置超声仪器为分开脉冲发射器/接收器模式。

相对脉冲回波灵敏度按下式确定：

Srel=20log10（Vc/Va）..........（4）

式中Vc为来自规定反射体回波的放大前的峰-峰电压，最好是平面反射体，Va为按7.2测量的施加到探头上的峰-峰电压。

采用不同型号超声仪器进行探头灵敏度比较会有不同，因为探头灵敏度受耦合条件和脉冲发生器、探头、电缆以及接收器的阻抗所影响。

因此，这些参数必须在数据页中予以规定。

7.4.2验收标准

相对脉冲回波灵敏度应在制造商技术规范的±3dB以内。

7.5距离-振幅曲线

7.5.1方法

超声脉冲振幅随至探头的距离而变化。

因此，评定反射体回波时，对于所有种类的探头，都需要利用表4中的反射体制作距离-振幅曲线。

表4制作距离-振幅曲线用的反射体

接触法

液侵法

圆片形反射体

平底孔

平端面杆

圆柱形反射体

横孔

圆柱杆

球形反射体

半球底面孔

半球端面杆或球

在使用接触法探头时，圆片形反射体、横孔和半球底面孔是用作当量反射体的。

在使用液浸探头时，通常使用小尺寸的钢球测绘距离-振幅曲线（见7.7.2）。

对于双晶探头，则应垂直于横孔分层测量。

利用一系列尺寸固定、距离不同的反射体，根据探头对应这些距离接收到的振幅绘图。

每条曲线上至少应有八个测量点。

所选取的距离应覆盖聚焦探头的聚焦范围或包括非聚焦探头的近场长度范围。

在数据页所述超声仪器的经校正的屏幕上确定距离和振幅。

为了绘制噪声曲线，在每个最大反射体回波位置上，通过增加增益直至噪声达到反射体回波原来的高度，从而确定噪声与反射体回波之间的差值。

如果不能通过提高增益来定量确定，则该差值可以忽略不计。

例如，反射体回波为40%满屏高，噪声为：

-20%，意味着附加差值6dB；

-10%，意味着附加差值12dB；

-5%，意味着附加差值18dB。

差值由衰减器读数给出。

测量噪声曲线时，移走反射体并将探头表面的耦合剂清除干净。

对于每种探头，曲线图上应显示至少一条距离-振幅曲线与制造商的数据页吻合。

该曲线图也应包括距离-噪声曲线。

图6a）示出一个钢中圆片形反射体计算得到的不同距离-振幅曲线的例子（距离-增益-尺寸曲线图-DGS曲线图）。

图6b）示出一个对3mm横孔测量得到的距离-振幅曲线的例子。

7.5.2验收标准

在聚焦范围内，规定反射体回波的dB差值，例如3mm横孔，对应于噪声电平不应低于制造商规范的3dB以上。

7.6电阻抗或静态电容

7.6.1方法

带有匹配电路的探头，例如与换能器并联或串联感应线圈，没有恒定阻抗或相位的频率间隔。

因此，这些探头整个的阻抗/相位曲线是需要表征的。

探头的阻抗用网络分析仪或阻抗/增益/相位分析仪来确定，如EN12668-1所述。

把探头通过长度不超过100mm的固定电缆或可卸除电缆直接连接到分析仪。

把接触法探头耦合到校验试块，液浸探头则采用液浸法。

在探头中心频率的均匀间隔内对应频率绘制阻抗模数和相位曲线。

没有匹配电路的探头，根据阻抗/增益/相位分析仪测量的阻抗/相位曲线计算电容。

当频率低于探头中心频率30%时，电容几乎恒定（换能器电容-静态电容）。

7.6.2验收标准

测量的模数和相位，或静态电容，应在制造商规范的±20%以内。

7.7液浸探头的波束参数

7.7.1综述

测量技术着眼于利用一个靶来研究水中声束。

该靶是一个几乎是点源的小反射体或水声接收器。

可以是靶移动或者探头移动的方式使波束扫描该反射体或水声接收器来确定波束参数。

如果利用靶是反射体，则利用的是回波模式。

探头的发射与接收特性都可以验证的。

如果靶是水声接收器，利用的是发射模式，则只能验证探头的发射特性。

对于一个具体的探头，所有波束参数测量应使用相同的反射体或水声接收器。

利用水声接收器或不同类型的反射体进行测量时，测量的最大响应值位置可能有小的变化，因此，基于可靠性的理由，所用的靶装置及参数应记录在结果中。

靶被列在6.1f）和6.2g）中。

超声仪器或脉冲接收器的设置（脉冲能量、阻尼、带宽、增益）应与7.2的定义相同。

但是，如果在测量过程中改变设置（例如增益），则应在结果页中记录新的数值。

下面章节建议了两种波束测量的方法。

它们唯一的不同是记录测量结果的方法：

a）特定波束参数的直接测量：

-7.7.2所述的第一种方法是基于在波束内特定点上直接读数（见图7~11）；

b）利用自动扫描系统进行测量：

-7.7.3所述的第二种方法是基于扫描时自动选择数据。

其结果显示如C-扫描图像。

该图像的拷贝可用作试验结果。

该拷贝应包括7.7.3定义的声级别的刻度。

在进行下面章节所述的波束测量以前，应通过调整波束轴线垂直于XY-平面以补偿偏斜角，如图12和13所示。

此操作是通过调整探头支架的θ和ψ角度实现的，使得来自一个位于XY-平面内的平面靶的回波达到最大。

7.7.2波束剖面-直接在波束上进行测量

7.7.2.1综述

可利用两种方法记录超声回波峰值电压。

下述方法之一可用于记录超声回波峰值电压：

a）手工记录示波器上显示的振幅；

b）在记录纸、绘图仪或相当的装置上与扫描器运动同步地自动记录振幅。

在后一种情况中，根据所获得的图形可以演绎焦距、聚焦长度、聚焦宽度、横剖面以及波束发散。

图12b）示出了靶为反射体时所使用的装置，图13示出了靶为水声接收器时所使用的装置。

焦距和聚焦长度可根据轴向剖面测量，聚焦宽度和波束发散可根据横剖面测量。

7.7.2.2轴向剖面-聚焦区的焦距和聚焦长度

7.7.2.2.1方法

将靶置于探头轴线上并与探头接触，以探头或其声透镜的前表面作为坐标Z0，见图14。

在Z轴方向上移动靶（或探头），增大探头-靶之间的距离，找到信号最大时的距离。

调整X-和Y-位置使信号振幅最大，该距离的坐标定为Zp，此电压值为Vp。

焦距即为：

FD=

..........（5）

通过增加和减小探头与反射体之间的距离找到聚焦区的极限，如果使用的是反射体，可以找到Vp减少6dB的两个位置，如果使用的是水声接收器，则是减少3dB。

ZL1和ZL2是这些点在Z-轴上的坐标。

聚焦区的长度即为FL=

..........（6）

7.7.2.2.2验收标准

焦距和聚焦长度应在制造商规范的±15%以内。

7.7.2.3横剖面-聚焦宽度

7.7.2.3.1方法

使用与7.7.2.2相同的装置和机械设置，靶位于7.7.2.2所确定的焦点上。

测量X-方向上的聚焦宽度，在X-方向上移动探头（或水声接收器），找到两个点X1和X2，此时来自靶的振幅降低

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