《無損檢測 超聲檢測 凹曲面斜入射試塊的制作與檢驗(yàn)方法-編制說明》

一、標(biāo)準(zhǔn)編制說明內(nèi)容

1、工作簡要過程，來源、主要參加單位和工作組成員等

超聲波探傷儀和探頭的標(biāo)定工作，目前主要的標(biāo)準(zhǔn)試塊為V1(IIW1)船形試塊和V2(IIW2)

牛角試塊，它們的作用主要為水平線性、垂直線性、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度余量、分辨力、盲區(qū)、

探頭的入射點(diǎn)、折射角等，探頭的檢測面為平面。而肚兜試塊與船形試塊或牛角試塊的作用

基本相同，但探頭的檢測面為凸曲面。工件面的形狀通常為平面和曲面，平面作為檢測面的

探傷工作，其儀器和探頭標(biāo)定為船形試塊和牛角試塊；凹曲面鍛件作為檢測面的探傷工作，

其儀器和探頭標(biāo)定全世界范圍內(nèi)沒有檢測的標(biāo)準(zhǔn)試塊。

凹曲面(內(nèi)孔表面)鍛件的超聲波周向斜探測缺陷精確定位，在國際上一直沒有標(biāo)準(zhǔn)試塊

調(diào)試。如何確定凹曲面鍛件檢測的角度、掃描速度及零點(diǎn)，成為無損檢測領(lǐng)域重大難題。油

氣鉆采設(shè)備零部件周向斜探測缺陷的檢測，國際上采用的探傷方法主要是內(nèi)外徑缺口上獲得

的第一個(gè)反射的峰值之間連接一條線，建立振幅的基準(zhǔn)線。但對缺陷的精度定位無法保證，

現(xiàn)有的對比試塊均無法滿足角度、速度及零點(diǎn)標(biāo)定工作。因此，需要一種新的對比試塊以解

決上述問題。

1.1任務(wù)來源

本項(xiàng)目是根據(jù)CSTM無損檢測技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃（無損標(biāo)委會(huì)字

（2021）2號文），附件計(jì)劃名稱“無損檢測超聲檢測凹曲面斜入射試塊的制作與檢驗(yàn)方

法”；計(jì)劃起草單位為南京迪威爾高端制造股份有限公司、中國特種設(shè)備檢測研究院、山東

瑞祥模具有限公司、鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司、常州超聲電子有限公司、卡麥隆(上

海)機(jī)械有限公司、福默詩貿(mào)易（上海）有限公司、洛陽LYC軸承有限公司。主要起草單位：

南京迪威爾高端制造股份有限公司，為基礎(chǔ)公益類項(xiàng)目。計(jì)劃完成時(shí)間：2021年。

1.2主要工作過程

起草階段：計(jì)劃下達(dá)后，2021年05月組成了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組。2021年06月15日在南京召

開了工作組第一次會(huì)議，確定了標(biāo)準(zhǔn)編寫原則和分工。經(jīng)工作組全體成員的分工合作，于2021

年08月18日提出了標(biāo)準(zhǔn)工作組討論稿。經(jīng)過對標(biāo)準(zhǔn)工作組討論稿的多次討論和溝通協(xié)商，于

2021年08月30日在標(biāo)準(zhǔn)工作組討論稿基礎(chǔ)上形成標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。

征求意見階段：2021年08月30日，發(fā)送征求意見稿給全體委員和有關(guān)單位征求意見，征

求意見的截止日期為2021年09月20日。

1

審查階段：征求意見結(jié)束后，2021年10月在南京召開了工作組第二次會(huì)議，XX條均采納，

并對原稿件進(jìn)行了補(bǔ)充修改，完成了對意見的處理。2021年11月完成標(biāo)準(zhǔn)送審稿和編制說明，

提交標(biāo)委會(huì)秘書處進(jìn)行審查。對本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了審查，獲得一致通過。

報(bào)批階段：工作組按照會(huì)議審查意見和建議進(jìn)行了整理和分析，最終采納XX條，未采

納YY條（見審查意見匯總處理表），并于2021年12月形成了標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿和編制說明，提

交標(biāo)委會(huì)秘書處報(bào)批。

1.3主要參加單位和工作組及其所做的工作

主要參加單位和工作組成員有：南京迪威爾高端制造股份有限公司，陳昌華、張利；中

國特種設(shè)備檢測研究院，鄭陽、張君嬌；山東瑞祥模具有限公司，魏忠瑞、馬建民；鋼研納

克檢測技術(shù)股份有限公司，范弘、張建衛(wèi)；常州超聲電子有限公司，潘振新、肖瀟；卡麥隆

(上海)機(jī)械有限公司，尹述港；福默詩貿(mào)易（上海）有限公司，曹軍利、洛陽LYC軸承有限

公司，陳翠麗。

所做的工作：陳昌華負(fù)責(zé)全面策劃和文字編輯，張利、鄭陽、馬建民、魏忠瑞、潘振新、

肖瀟負(fù)責(zé)資料匯總、試塊設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)及檢測程序，范弘、張建衛(wèi)、尹述港、曹軍利、陳翠麗

負(fù)責(zé)方案設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)審核。

2、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

1）標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況

（1）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

①產(chǎn)品主要品種、產(chǎn)量及生產(chǎn)廠家

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了肚兜校準(zhǔn)試塊的尺寸、材料、制造，以及用它對超聲檢測設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和

校驗(yàn)的使用方法。適用于空心類鍛件、管件或孔類件等的周向方向斜入射超聲波探傷水平、

垂直、聲程的精確定位。本標(biāo)準(zhǔn)提供了一種可以對周向斜探測曲面鍛件角度、聲速及零點(diǎn)標(biāo)

定的對比試塊。

在符合工業(yè)鍛件生產(chǎn)適用性的前提下，盡量降低各項(xiàng)要求、簡化方法過程，從而達(dá)到降

低生產(chǎn)成本的目的。例如，鍛造、鑄造、制管、焊縫及探頭的廠家，在進(jìn)行曲面檢測的角度

探頭校準(zhǔn)時(shí)，目前國內(nèi)外儀器、生產(chǎn)使用廠家均不能確認(rèn)或出具曲面檢測斜探頭校準(zhǔn)證書，

我們通過曲面試塊（或稱為：4號校準(zhǔn)試塊、肚兜試塊）保證了其具備可追溯性，也確保了

工業(yè)生產(chǎn)中曲面檢測斜探頭使用中角度磨損的準(zhǔn)確的測量問題。

②產(chǎn)品主要用途及質(zhì)量情況

對超聲波探頭及其與超聲探傷儀組合系統(tǒng)的標(biāo)定，目前主要采用的校準(zhǔn)試塊為

GB/T19799.1（等同ISO2400）規(guī)定的1號船形試塊或GB/T19799.2（等同ISO7963）規(guī)定

的2號牛角試塊，這些試塊除了可以用來標(biāo)定探頭的入射點(diǎn)、折射角和掃描零點(diǎn)，還可以測

量儀器的水平線性、垂直線性、動(dòng)態(tài)范圍等性能指標(biāo)。船形試塊和牛角試塊的應(yīng)用對象均為

平面探頭。截至目前，對于檢測凹曲面工件的凸曲面斜探頭的標(biāo)定，在世界各國尚沒有統(tǒng)一

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的校準(zhǔn)試塊。標(biāo)定曲面斜探頭入射點(diǎn)、折射角和掃描零點(diǎn)的校準(zhǔn)試塊稱為肚兜試塊，姑且命

名為4號試塊。本標(biāo)準(zhǔn)有利于鍛造、鑄造、制管、焊縫及儀器、探頭等廠家，在進(jìn)行凹曲面

工件檢測的角度探頭校準(zhǔn)工作。

本標(biāo)準(zhǔn)是基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)，提供了曲面工件斜探頭檢測方法中的一種檢測工藝驗(yàn)證技術(shù)，

解決了這一檢測工藝驗(yàn)證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)空缺的問題。

2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

（1）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)或理由

要實(shí)現(xiàn)曲面斜探頭準(zhǔn)確定位的超聲波探傷，就要標(biāo)定出探頭的入射點(diǎn)和折射角以及時(shí)基

掃描線的零點(diǎn)。其中，探頭的入射點(diǎn)可以采用通常的“棱角反射法”進(jìn)行標(biāo)定。這樣，肚兜

試塊主要需解決的難題是折射角的測定和掃描零點(diǎn)的確定。之所以將肚兜試塊設(shè)計(jì)為半圓體

與長方體的組合形狀，是因?yàn)楫?dāng)探頭沿試塊的內(nèi)圓周面做周向運(yùn)動(dòng)時(shí)，折射聲束的傳播方向

發(fā)生變化，當(dāng)垂直于試塊底面或矩形槽面時(shí)，聲波發(fā)生全反射，探頭接收的回波最大，由此

可根據(jù)探頭入射點(diǎn)處的角度刻度值得到折射角的大小。一般來說，通過調(diào)整儀器檢測范圍和

掃描速度來確定時(shí)基線掃描零點(diǎn)的方法是，利用試塊上已知聲程差的兩個(gè)反射面的回波來校

準(zhǔn)時(shí)基線刻度值，即可消除探頭延遲塊聲程影響而獲得金屬中的聲程。肚兜試塊為軸對稱形

狀，探頭可從圓周體兩側(cè)以完全相同角度入射并獲得全反射回波，但兩者的聲程不同，在矩

形槽一側(cè)為S1＝Rх（1-Cos（β））+30，在無矩形槽一側(cè)為S2＝Rх（1-Cos（β））+60，

如圖所示，兩者之間有固定的聲程差30mm，恰好滿足確定掃描零點(diǎn)所需的條件。

圖肚兜試塊的設(shè)計(jì)及工作原理

肚兜試塊既要滿足曲面斜探頭的特殊標(biāo)定要求，同時(shí)還需兼顧測試儀器性能和校驗(yàn)探傷

靈敏度等一般用途，因此試塊的尺寸設(shè)計(jì)至關(guān)重要。當(dāng)折射聲束垂直試塊底面和矩形槽面?zhèn)?/p>

播時(shí)，探頭與反射面之間聲程應(yīng)大于2倍探頭近場區(qū)長度，可以避免近場區(qū)影響而造成的測

量結(jié)果誤差。對于晶片尺寸為13mm×13mm的2.5MHz斜探頭，波長λ＝C/f＝（3230×

103）/（2.5×106）＝1.29mm，則近場區(qū)長度：

d2132

N32.8mm

441.29

由于試塊半徑R一般大于30mm，因此選擇矩形槽面距水平圓心線30mm可以滿足聲程

不小于2N的最低要求。將長方體高度設(shè)計(jì)為60mm，既使聲程大于2N，還使聲程差S2－S1

＝30mm足夠大。

（2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出、及時(shí)修訂、不斷完善”的標(biāo)準(zhǔn)編制

原則，并與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，統(tǒng)籌推進(jìn)。

在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容時(shí)，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)的使用習(xí)慣和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)

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濟(jì)、社會(huì)效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進(jìn)性和技術(shù)上的合理性。

本標(biāo)準(zhǔn)的起草宗旨：在符合適用性的前提下，盡量降低標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)要求、簡化方法過程，

從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。

本標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)編寫和內(nèi)容編排等方面依據(jù)GB/T1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)

準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》進(jìn)行編寫。

本標(biāo)準(zhǔn)顯著提高了超聲波斜入射缺陷的精確定位，大大提高了凹曲面鍛件超聲波周向斜入

射檢測的水平，同時(shí)可以與各種內(nèi)圓弧半徑50mm差系列的肚兜試塊相配合，實(shí)現(xiàn)空心、孔

或內(nèi)圓弧鍛件縱向缺陷的超聲波探傷的準(zhǔn)確定位。利用本標(biāo)準(zhǔn)的肚兜對比試塊標(biāo)定的儀器比

例，滿足了儀器準(zhǔn)確校準(zhǔn)目的，更有利于曲面鍛件的超聲波缺陷定位探傷。

利用超聲波周向斜探測缺陷精確定位，可有效地判定曲面鍛件的缺陷位置，利于后道工

序是否加工或判廢的制造過程，充分發(fā)揮探傷檢測方法的潛力與優(yōu)勢。

3、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目

本標(biāo)準(zhǔn)為自主起草。國內(nèi)外尚未有類似的標(biāo)準(zhǔn)，故本標(biāo)準(zhǔn)未采用國際標(biāo)準(zhǔn)或國外先進(jìn)標(biāo)

準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)水平為國際先進(jìn)水平。

4、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容（包括牌號、成分、性能指標(biāo)、型號、各種參數(shù)、

公式、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等）確定的論據(jù)（包括試驗(yàn)、驗(yàn)證、統(tǒng)

計(jì)數(shù)據(jù)等），修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)列有新舊標(biāo)準(zhǔn)的對比分析。

在對凹曲面鍛件、鑄件、焊接件和管件內(nèi)表面等的超聲波周向掃查探傷時(shí)，對于檢出缺

陷的精確定位，由于缺少校準(zhǔn)試塊的標(biāo)定，所以一直成為無損檢測領(lǐng)域的一大難題。以油氣

鉆采設(shè)備零部件的周向斜入射探傷為例，國際上采用的探傷方法是，利用部件內(nèi)外壁上缺口

獲得的最大回波峰值之間連接一條直線，建立振幅的DAC線，但對缺陷位置的精度定位無法

保證。因此，研制曲面斜探頭的校準(zhǔn)試塊，精確標(biāo)定出探頭的入射點(diǎn)、折射角和掃描零點(diǎn)，

進(jìn)而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位探傷，已經(jīng)成為超聲波檢測亟待解決的重要課題。筆者通過長期探傷工

作總結(jié)和歸納，設(shè)計(jì)出用于標(biāo)定曲面斜探頭的肚兜試塊，并申報(bào)了中國國家專利和美國發(fā)明

專利且獲得授權(quán)（中國專利授權(quán)號：2018215680251、2018215679983；美國發(fā)明專利授權(quán)號：

PCT/CN2018/109459）。

5、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果的分析、綜述報(bào)告、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)

期的經(jīng)濟(jì)效果等。

本標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施主體為廠家、用戶及有關(guān)的檢測機(jī)構(gòu)等

本標(biāo)準(zhǔn)有利于超聲波周向斜探測缺陷精確定位，可有效地判定曲面鍛件的缺陷位置，

利于后道工序是否加工或判廢的制造過程，充分發(fā)揮探傷檢測方法的潛力與優(yōu)勢。

本標(biāo)準(zhǔn)有利于鍛造、鑄造、制管、焊縫及儀器、探頭等廠家，在進(jìn)行凹曲面工件檢

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測的角度探頭校準(zhǔn)工作。

本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，有利于把握產(chǎn)品質(zhì)量，將會(huì)給全球帶來良好的社會(huì)效益和一定的經(jīng)

濟(jì)效益。

截至目前，對于檢測凹曲面工件的標(biāo)定，在世界各國尚沒有統(tǒng)一的校準(zhǔn)試塊。一直以來，

國內(nèi)外超聲波探頭制造廠家和第三方校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室均不能出具曲面斜探頭的測試報(bào)告，原因是

沒有合適的校準(zhǔn)試塊。肚兜試塊的國際發(fā)明填補(bǔ)了這一空白。

6、與有關(guān)的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系。

本標(biāo)準(zhǔn)與我國的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)沒有沖突。

7、對征求意見及重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)。

本標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，尚無出現(xiàn)未采納的重大分歧意見。

8、標(biāo)準(zhǔn)水平建議，預(yù)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果。

一直以來，國內(nèi)外超聲波探頭制造廠家和第三方校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室均不能出具曲面斜探頭的測

試報(bào)告，原因是沒有合適的校準(zhǔn)試塊。肚兜試塊的發(fā)明填補(bǔ)了這一空白。肚兜試塊不僅能準(zhǔn)

確測定曲面斜探頭的入射點(diǎn)和聲束角度等，還為平面斜探頭改制為曲面斜探頭以及曲面斜探

頭使用磨損后維修提供了測量手段。

肚兜試塊保證了曲面斜探頭對檢出缺陷的精確定位，提高了凹曲面鍛件、鑄件和管件

周向超聲波檢測的水平；同時(shí)，它還能“一塊多用”，用來測試儀器性能和校驗(yàn)靈敏度。我

們相信肚兜試塊的問世一定能為鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量提升發(fā)揮重要作用，并帶來良好的社會(huì)效益和

經(jīng)濟(jì)效益。

9、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議（包括組織措施、技術(shù)措施、過渡辦

法等內(nèi)容），根據(jù)國