标准搜索结果: 'GB/T 20935-2025'
| 标准编号 | GB/T 20935-2025 (GB/T20935-2025) | | 中文名称 | 金属材料 电磁超声检测方法 | | 英文名称 | Metal materials - Method of electromagnetic acoustic inspection | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | H26 | | 国际标准分类 | 77.040.20 | | 字数估计 | 22,235 | | 发布日期 | 2025-08-29 | | 实施日期 | 2026-03-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 20935.1-2018, GB/T 20935.2-2018, GB/T 20935.3-2018 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 20935-2025: 金属材料 电磁超声检测方法
ICS 77.040.20
CCSH26
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 20935.1-2018,GB/T 20935.2-2018和GB/T 20935.3-2018
金属材料 电磁超声检测方法
2025-08-29发布
2026-03-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 检测原理 2
5 一般要求 4
6 检测设备 5
7 试样 7
8 检测方法 7
9 结果判定 10
10 检测报告 11
附录A(资料性) 电磁超声检测技术特点 12
附录B(资料性) 电磁超声技术典型应用 15
参考文献 17
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件整合修订GB/T 20935.1-2018《金属材料 电磁超声检测方法 第1部分:电磁超声换能
器指南》、GB/T 20935.2-2018《金属材料 电磁超声检测方法 第2部分:利用电磁超声换能器技术
进行超声检测的方法》、GB/T 20935.3-2018《金属材料 电磁超声检测方法 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》。
本文件与GB/T 20935.1-2018、GB/T 20935.2-2018和GB/T 20935.3-2018相比,除结构调整
和编辑性改动外,主要技术变化如下:
a) 更改了适用范围(见第1章,GB/T 20935.1-2018的第1章);
b) 更改了检测原理(见第4章,GB/T 20935.1-2018的第4章、GB/T 20935.2-2018的第4章、
GB/T 20935.3-2018的第4章);
c) 增加了一般要求(见第5章);
d) 增加了检测设备(见第6章);
e) 增加了试样(见第7章);
f) 更改了检测方法(见第8章,GB/T 20935.2-2018的第9章、GB/T 20935.3-2018的第
10章)。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国钢铁工业协会提出。
本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。
本文件起草单位:钢研纳克检测技术股份有限公司、武汉中科创新技术股份有限公司、衡阳华菱钢
管有限公司、西南交通大学、国家石油天然气管网集团有限公司西北分公司、嘉兴市特种设备检验检测
院、江苏大洋精锻有限公司、广东省特种设备检测研究院、冶金工业信息标准研究院。
本文件主要起草人:张建卫、林光辉、刘继林、苟国庆、许琛琛、杨建华、宋银生、李绪丰、王永锋、
韩志雄、张黎、靳军军、王彬彬、罗伟坚、刘光磊、金耀辉、方华军、陈兵、王磊、杨博、邱菲菲、刘涛、郭沫呈、
张广新、罗春浪、夏鹏、徐磊、范弘、薛建忠、郭碧城。
本文件所代替文件的历次版本发布情况为:
---GB/T 20935.1,2007年首次发布,2018年第一次修订;
---GB/T 20935.2,2009年首次发布,2018年第一次修订;
---GB/T 20935.3,2009年首次发布,2018年第一次修订。
引 言
超声技术已经充分确立了其在无损检测领域中的地位。起初,超声波的产生主要通过压电效应实
现电能与机械能的转换,这是产生超声波的一种有效方法。但它的缺点是,为了使超声波能顺利地进入
被检材料,需要液体作耦合介质。在使用耦合剂时,通常是将被检材料浸入液体或在材料表面涂抹薄层
液体。
电磁超声换能器不需要与被检材料接触就可向其中发射和接收超声波。但是,电磁超声检测的对
象是金属材料(铁磁性或非铁磁性)。电磁超声换能器的超声发射器由金属线圈组成,将其放在金属材
料(铁磁性或非铁磁性)表面的稳恒磁场中,利用交变电流来激励产生超声波。金属材料表面根据变压
器原理感应出电流,电流在磁场中受洛伦兹力的作用产生振荡应力波(在铁磁性导电材料中有时磁致伸
缩力和洛伦兹力共同作用)。在接收超声波时,导体表面在磁场中振荡而在线圈中感应出电压。上述转
换过程都是在材料的电磁趋肤层内进行的。电磁超声换能器是一种重复性很好的非接触式超声波发射
和接收系统。
金属材料 电磁超声检测方法
1 范围
本文件规定了使用电磁超声换能器(EMAT)进行超声检测的检测原理、一般要求、检测设备、试
样、检测方法、结果判定和检测报告。
本文件适用于由电磁方法产生声波的材料(包括铁磁性或非铁磁性金属材料)的厚度测量和表面检
测,其他波型的检测参照本文件执行。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;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。
GB/T 9445 无损检测 人员资格鉴定与认证
GB/T 12604.1 无损检测 术语 超声检测
GB/T 12604.6 无损检测 术语 涡流检测
3 术语和定义
GB/T 12604.1和GB/T 12604.6界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
在磁场中进行电能-声能转换的电磁装置。
3.2
洛伦兹力 lorentzforces
电流在磁场中所受的力。
注:洛伦兹力垂直于磁场和电流方向,与电机的原理相同。
3.3
铁磁性材料在磁化时,磁畴壁移动产生的力。
3.4
回折线圈 meandercoil
周期绕制的不相交且有均匀间距的电磁超声换能器线圈。
3.5
扁平(螺旋)线圈 pancake(spiral)coil
螺旋形绕制的具有均匀间距的电磁超声换能器线圈。
3.6
体波 bulkwave
无损检测中用来探测体积材料的超声波。
注:是纵波或是横波。
4 检测原理
4.1 通则
4.1.1 EMAT由两个基本组成部分:磁铁和线圈。磁铁可以是永久磁铁或电磁铁,用于在被检金属材
料中产生稳恒磁场;线圈中通以期望产生对应超声频率的交流电,在被检金属材料表面产生交变涡流和
磁场。
4.1.2 使用EMAT进行超声检测的换能机制有三种:涡流与稳恒磁场相互作用引起的洛伦兹力机制;
交变磁场与材料磁化相互作用引起的磁化力机制;由压磁效应引起的磁致伸缩机制。洛伦兹力机制存
在于所有金属材料中,而其他两种机制只存在于铁磁金属材料中。因此,对于非磁性金属材料,
EMAT激发的超声波由洛伦兹力所致;对于铁磁材料,EMAT激发的超声波可以由洛伦兹力、磁化力
和磁致伸缩力所致。
4.1.3 电磁超声检测技术特点参见附录A。
4.2 激发原理
4.2.1 在铁磁金属材料中,声波是洛伦兹力、磁化力和磁致伸缩力同时作用在材料晶格上的结果。其
中,磁化力较小可以被忽略。这样在铁磁材料中,电磁场能改变材料的磁致伸缩系数,进而产生周期变
化的磁致伸缩力叠加在洛伦兹力上。磁致伸缩力取决于磁畴的分布,同时也受外加稳恒磁场强度和方
向的影响。虽然从理论上分析磁性金属中的磁致伸缩力较复杂,但这种附加力很有用,与单独由洛伦兹
力产生的信号相比,这种力可大幅提高信号的强度。当强磁场使金属达到磁饱和以后,洛伦兹力成为产
生声波的唯一原因。磁致伸缩力只在磁场比较弱的时候起主导作用,它比相同场强下由洛伦兹力产生
的声波明显要强。
4.2.2 在非铁磁金属材料中,声波是洛伦兹力作用在材料晶格上的结果。根据金属自由电子理论,原
子的外层电子脱离原子晶格的束缚,剩下带正电的离子处在自由电子云中。如果仅使用线圈在金属中
产生电磁场,则作用在材料晶格上的合力为零,这是因为作用在电子上的力和离子上的力大小相等、方
向相反。但是,如果线圈的电磁场处于外加稳恒磁场中,作用到晶格上合力就会产生弹性波,此合力就
是作用到电子和离子上的洛伦兹力,见公式(1)。
L=qv⇀×B
⇀ (1)
式中:
L ---洛伦兹力,单位为牛顿(N);
q ---电子电荷,单位为库伦(C);
v⇀ ---电子的运动速度,单位为米每秒(m/s);
⇀ ---稳恒磁感应强度矢量,单位为特斯拉(T)。
由于电子具有速度,所以作用在电子上的洛伦兹力很强,这种力通过碰撞作用到晶格的离子上。
4.3 超声波型
4.3.1 通则
在磁铁和线圈的适当组合下,EMAT可以产生纵波、横波、表面波和兰姆波。磁场的方向、线圈的
几何形状以及电磁场的频率将决定EMAT产生超声波的模式。
4.3.2 纵波
电磁超声纵波由洛伦兹力机制产生。图1显示了导体中施加的稳恒磁场(B)方向和所生成的洛伦
兹力(FL)方向是如何产生纵波的。要产生纵波,洛伦兹力方向和离子移动方向应垂直于导体表面。与
铁磁性材料中的其他波型相比,纵波的产生效率很低。
标引序号(符号)说明:
1 ---电磁声波;
2 ---导体表面;
B ---磁感应强度;
H ---磁场强度;
v ---粒子速度;
FL---洛伦兹力;
E ---电场强度。
图1 电磁超声纵波的产生
4.3.3 横波
电磁超声横波由洛伦兹力机制和/或磁致伸缩力机制产生。图2显示了导体中施加的稳恒磁场
(B)方向和所生成的洛伦兹力(FL)方向是如何产生横波的。为产生横波,洛伦兹力方向和离子位移方
向均应平行导体表面。电磁超声换能器既能产生水平偏振的横波(SH 波)又能产生垂直偏振的横波
(SV波),这两种偏振波的区别如图3所示。
标引序号(符号)说明:
1 ---电磁声波;
2 ---导体表面;
B ---磁感应强度;
H ---磁场强度;
v ---粒子速度;
FL---洛伦兹力;
E ---电场强度。
图2 电磁超声洛伦兹力横波的产生
图3 水平和垂直偏振横波
4.3.4 表面波
一般情况下,表面波的产生与横波相同,施加的稳恒磁场方向应与导体表面垂直。电磁超声换能器
的频率取决于回折线圈的折线间距,通过选择适当频率,可以激发出纯表面波。如果材料的厚度大于声
波波长的5倍,可产生表面波。表面波的波长由频率和波速决定。
4.3.5 兰姆波
各种模式的兰姆波(对称型和反对称型)可用类似于表面波的方式产生。兰姆波回折线圈的频率由
所要产生的兰姆波模式和材料厚度决定。
5 一般要求
5.1 除非供需双方另有协议要求,实施电磁超声检测的人员应由按照GB/T 9445或等效标准培训合
格的操作人员,在由雇主授权的有资格的人员的监督下进行。
5.2 被检材料表面应无氧化皮、污物、毛刺、夹渣和溅物等影响检测结果或损害电磁超声换能器探头的
异物。
5.3 检测时机和范围应在产品标准、合同或协议中规定。
5.4 检测结果的检测标准应符合合同协议。验收标准应符合相关标准的规定或在双方合同中予以
规定。
6 检测设备
6.1 换能器
6.1.1 概述
EMAT由磁铁和线圈构成。磁铁是永久磁铁、直流电磁铁或脉冲电磁铁,其作用是在激发超声波
时提供外加偏置磁场;线圈是螺旋线圈(跑道线圈)、回折线圈或蝶形线圈。与压电超声检测相同,
EMAT声束方向也有两种基本形式:直声束和斜声束。传统接触式压电换能器的标定方法一般都适用
于电磁超声换能器,见JB/T 10062,必要时可作适当修正或修改。
6.1.2 直声束EMAT
EMAT激发垂直声束的方法是采用螺旋线圈(跑道线圈)或蝶形线圈,且外加偏置磁场的方向垂直
于线圈平面,如图4所示。当磁场没有平行线圈方向的分量时,将激发径向偏振横波[如图4a)所示]或
横向偏振横波[如图4b)和图4c)所示]。当磁场存在平行线圈方向的分量时,将激发小幅度的纵波。
这种纵波成分可通过EMAT设计降低至最小程度。
a) 螺旋线圈 b) 跑道线圈 c) 蝶形线圈
图4 激发垂直声束的EMAT
6.1.3 斜声束和表面波EMAT
6.1.3.1 EMAT激发倾斜声束的方法是采用回折线圈,且外加稳恒磁场的方向垂直于线圈平面,如图5
所示。当材料表面受到的周期性应力作用,回折线圈满足公式(2)的条件时,将激发出沿材料表面传播
的超声表面波。
nλ=2L (2)
式中:
n---奇整数(无量纲);
λ---表面波波长,单位为米(m);
L---回折线圈相邻绕组间距,单位为米(m)。
6.1.3.2 当回折线圈满足公式(3)的条件时,将激发出倾斜传播的体波。
nλ=2Lsinθ (3)
式中:
θ---声波与表面法线的夹角。
公式(3)既适用于横波也适用于纵波,回折线圈可用来产生斜声束横波或纵波,而声束的角度可由
电磁场的频率控制。选择适当的频率可以激发出纯表面波或纯横波,但不可能激发出纯纵波,因为纵波
总有横波成分相伴。
图5 激发斜声束和表面波的EMAT
6.1.4 EMAT性能
6.1.4.1 频率
EMAT既可设计成窄带频响也可设计成宽带频响。当回折线圈由正弦波串冲激励时,会在中心频
率20%范围内产生窄带频响,典型中心频率范围应在0.1MHz~10MHz之间。螺旋线圈由尖脉冲激
励时将产生宽带频响。
6.1.4.2 提离
6.1.4.2.1 信号强度随提离间隙的变化函数S(g)可按公式(4)计算:
S(g)=S0e-
2πg
D (4)
式中:
S(g)---信号强度随提离间隙的变化函数;
S0 ---零间隙时的信号强度,单位为分贝(dB);
g ---线圈距材料表面的间隙,单位为毫米(mm);
D ---线圈导线间距,单位为毫米(mm)。
6.1.4.2.2 应将高电阻金属片、陶瓷片或碳纤维增强塑料等材料粘在线圈上作为保护层,增加换能器扫
查时耐磨性,应保持最小间隙以获得最强信号。
6.2 仪器
6.2.1 发射器和接收器
发射器用于驱动电磁超声换能器产生超声波,能输出瞬态大功率脉冲信号以有效激发检测需要的
超声波。发射器的脉冲输出波形有放电脉冲、方波脉冲、载波为方波或正弦波的调制脉冲和任意波形脉
冲等类型。此外,电磁超声探头输出信号较弱,可采用高信噪比的微弱信号放大器对线圈接收信号进行
前置放大。
6.2.2 数据处理器
EMAT信号处理配置的计算机应具有足够的数据处理能力。计算机应带有通用接口板和数据转
换板,用来采集和存储EMAT获得的数据和扫查中换能器位置坐标数据。
6.2.3 检测仪
检测仪由脉冲发生器、前置放大器(推荐使用)、接收器单元、显示装置(如示波器)和阻抗匹配网络
等组成。其中,接收器单元由信号处理和数据采集电路组成,用以对电磁超声信号进行增益调节、滤波
处理和A/D转换。脉冲发生器/接收器应具有同步电路来为信号采集提供准确的触发。
6.2.4 测厚仪
具有A扫描显示的电磁超声检测仪可进行厚度测量,利用A扫描显示中的标准基线上读取零点的
初始脉冲和第一次反射回波(背反射)或多次背反射回波测量厚度。在测量高温材料时,测厚仪应具有
获取材料温度并进行温度校正的功能;还应具有监控底面回波幅度的功能,以确保精确测厚所需的信号
强度和耦合稳定性。
7 试样
7.1 对比试样
7.1.1 对比试样应与被检工件具有相同的材质、厚度、表面状况及热处理状态。表面波对比试样的厚
度应大于10倍波长。
7.1.2 对比试样上不应有影响人工缺陷正常指示的缺陷存在。
7.1.3 直入射检测对比试样上的人工缺陷为平底孔;斜声束检测对比试样上的人工缺陷为(上、下)表
面刻槽;表面波检测对比试样上的人工缺陷为表面刻槽。
7.1.4 人工缺陷一般由电腐蚀设备或机加工设备制作。人工缺陷的尺寸应与执行的检测标准或验收
标准相一致。
7.1.5 人工缺陷位置应远离试样边缘,避免边缘反射与人工缺陷反射相互干扰。
7.1.6 人工缺陷的尺寸可采用光学、复形、机械或其他技术进行测量或校准。
7.2 测厚校准试样
7.2.1 声速是被测材料物理性能的函数。对于特定材料,声速值可从GB/T 23900-2009中表B.1(工
程材料中的声速)中获得,或者通过经验估算。不同金属的声速差异会使测厚超出精度要求。应慎重选
择校准试块的材质。
7.2.2 用于EMAT测厚的校准试样应与被测工件材质相同,厚度应在待测量的厚度范围内。校准试
样至少应包括两个厚度值,一个在实际被测工件最小厚度值的10%范围之内,另一个在最大厚度值的
10%范围之内。推荐在最大值与最小值之间再选择一个厚度值的对比试样。
7.2.3 校准试样(阶梯试块)的制作参考GB/T 39432。
8 检测方法
8.1 表面波检测
8.1.1 EMAT选择和准备
8.1.1.1 使用回折线圈产生表面波。换能器频率设计参数见表1。对于焊缝检测,为使表面粗糙度影
响最小,宜选用较低的频率。根据检测所需的分辨率和灵敏度,线圈可以是聚焦或不聚焦的。图6给出
了一个典型的聚焦线圈参数。
标引序号说明:
1---激励部分;
2---接收部分;
3---指装线圈;
4---导线。
图6 典型电磁超声换能器聚焦线圈的设计参数
表1 换能器频率设计参数
单位为毫米
频率 指装线圈数(总数) 线间距离 导体宽度
1MHz 4 1.52 0.76
2MHz 8 0.76 0.38
3MHz 8 0.51 0.25
4MHz 16 0.38 0.19
8.1.1.2 衍射技术采用的典型工作频率为1MHz,衰减技术的典型工作频率为2MHz。用于衰减技术
的典型线圈如图7所示。
单位为毫米
图7 用于衰减技术的典型电磁超声换能器线圈
8.1.1.3 在温度低于82℃时,钕铁硼永磁体可用于所有的EMAT表面波技术。在温度不低于82℃
时,需设计特殊永磁体。用于衰减技术和衍射技术的典型磁铁尺寸及所产生的磁感应强度B 的方向如
图8所示。永磁体因结构紧凑适用于现场检测。如可行,也可使用脉冲电磁铁或直流电磁铁。
单位为毫米
标引序号说明:
B---磁感应强度。
图8 永磁铁
8.1.2 校验
8.1.2.1 脉冲反射技术和透射衰减技术应按照验收标准或合同各方商议在对比试样上选择相应的刻槽
或被检工件直角棱边作为参考反射体或者透射阻碍体。脉冲反射技术将 EMAT 放置在距刻槽
100mm处,并使表面波主声束垂直于刻槽。转动EMAT使刻槽反射回波幅度达到最大,然后将此最
大幅度的刻槽反射回波调节到满屏的80%波高。以此作为基准灵敏度。透射衰减技术将探头调整在
同一中心线上且互相对正,放置于对比试块没有人工反射体的区域或检测工件没有不连续的区域,调节
穿透信号最大幅度至满屏的80%波高,以此作为基准灵敏度。衍射法应按照验收标准或合同各方商议
选择一定直径的直通孔作为参考衍射体,探头对准对比试块上的通孔,取最大幅度的参考衍射体回波调
节至满屏的40%~80%作为基准灵敏度。
8.1.2.2 与压电超声相同,如果对比试样上人工伤信号的幅度与被检材料不同,应进行衰减补偿。
8.1.2.3 当设备或操作者有变化时,应使用对比试样重新校验设备。
8.1.2.4 在检测过程中,应每运行4h或按协议规定对设备校验一次,以保证电磁超声换能器系统的准
确性。不论何时,只要信号与初次校验时相差10%或更多,就应对设备进行调整。
8.1.3 检测
8.1.3.1 在基准灵敏度的基础上增加2dB~4dB的耦合补偿后作为检测灵敏度。
8.1.3.2 扫查一般沿被检工作表面两个垂直方向进行,且探头呈±(10°~15°)转动。手动检测的扫查
速度不宜超过150mm/s。
8.1.3.3 检测时,为确保表面波声束能扫查到工件的整个被检区域,注意扫查覆盖区应包含每次探头扫
查路径所覆盖的部分。
8.1.3.4 采用一发一收衰减技术检测焊缝时,两个EMAT置于焊缝两侧,超声检测仪可为双通道的,也
可为单通道仪器。采用衍射技术检测焊缝时,一般采用一发一收方式,激励和接收换能器置于焊缝同侧
进行测试。在测试过程中,EMAT的提离距离保持恒定以避免误报。
注:在采用衍射技术时,焊缝余高和根部信号形成镜面反射信号采用合适的接收线圈位置避开,故有可能检测到焊
缝所有方向的表面缺陷信号,而探测不到焊缝余高的反射信号。
8.2 测厚
8.2.1 概述
8.2.1.1 EMAT测厚最常用的频率为1.5MHz、2.5MHz、5MHz、7.5MHz;换能器尺寸6mm~
50mm。不同换能器的尺寸、中心频率、带宽、波束轮廓应由换能器制造商提供。
8.2.1.2 测厚仪的A扫描显示器、仪表或数字显示器应使用合适厚度值的校准试样进行调整。
8.2.1.3 在高温下测厚时,可使用具有温度补偿功能的测厚仪;也可通过对高温下的显示厚度读数进行
归一化修正,厚度修正值按公式(5)计算:
Tc=-
Δt1-Δt2
5500 ×T1
(5)
式中:
Tc ---厚度修正值,单位为毫米(mm);
Δt1---被检材料温度,单位为摄氏度(℃);
Δt2---仪器常温校准时材料温度,单位为摄氏度(℃);
T1 ---被测材料厚度仪器读数值,单位为毫米(mm)。
对于其他材料,应根据经验确定其修正值。
8.2.2 校验
8.2.2.......
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