DB12/T 760-2018 钢制承压设备焊接接头超声相控阵检测

ICS91.140.90

Q78

DB12

天津市地方标准

DB12/T760—2018

钢制承压设备焊接接头超声相控阵检测

Ultrasonicphasedarraystestingofsteelpressureequipmentsweldedjoint

2018-01-17发布2018-03-01实施

天津市市场和质量监督管理委员会发布

DB12/T760—2018

前言

本标准按照GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的要求编写。

本标准由天津市市场和质量监督管理委员会提出并归口。

本标准起草单位：天津市特种设备监督检验技术研究院、天津市滨海新区塘沽锅炉压力容器检验所、

天津大学。

本标准的主要起草人：赵秋洪、司永宏、韦晨、刘怿欢、刘子方、刘永长、段瑞、祖宁、高宏、高

利慧、王恒、刘宏臣、李卫星、惠楠、牛卫飞、王泽军、萧艳彤。

I

DB12/T760—2018

钢制承压设备焊接接头超声相控阵检测

1范围

本标准规定了钢制承压设备焊接接头超声相控阵检测的术语和定义、一般要求、扫描类型及显示方

式的选择、检测和质量分级、报告和存档。

本标准适用于壁厚为3.5mm~200mm铁素体钢制承压设备全熔化焊焊接接头的检测，也适用于在役

承压设备焊接接头的超声相控阵检测。

本标准不适用于奥氏体钢制承压设备焊接接头的超声相控阵检测。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。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标准，然而，鼓励根据本标准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，其最新版本适用于本标准。

JB/T7913超声波检测钢制对比试块的制作与校验方法

JB/T10063超声探伤用1号标准试块技术条件

JB/T11731无损检测超声相控阵探头通用技术条件

NB/T47013.4承压设备无损检测第4部分：磁粉检测

NB/T47013.5承压设备无损检测第5部分：渗透检测

NB/T47013.6承压设备无损检测第6部分：涡流检测

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

坐标定义coordinatedefinition

规定检测起始参考点O点以及X、Y和Z坐标的含义，如图1所示。

3.2

扫查面scanningsurface

放置探头的工件表面，超声波声束从该面进入工件内部。如图1中的XOY面。

3.3

相关显示relevantindication

由缺陷引起的显示为相关显示，相关显示分为线型缺陷、面积型缺陷和体积型缺陷，线型缺陷分为

线状缺陷和条状缺陷。

3.4

非相关显示no-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

的显示为非相关显示。非相关显示包括由错边、根焊和盖面焊以及坡口形状的变化等引起的显示。

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3.5

超声相控阵检测ultrasonicphasearraytesting

超声相控阵检测是将按一定规律排列的相控阵探头中多个声电元件(晶片)，按预先规定的设置(延

时、增益、振幅等)激发，被激发的发射(或接收)的超声波叠加，形成一个整体波阵面，检测工件中缺

陷的情况。在一定范围内，超声相控阵能有效控制发射(或接收)声束在材料中的偏转和聚焦，为确定缺

陷的形状、大小和方向提供了比单个探头系统更强的能力。

O：设定的检测起始参考点X：沿焊缝长度方向的坐标

Y：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

3.6

电子扫描electronicscanning

电子扫描也称作线形扫描，是将相同的延时法则多路传输到一组活动元件(晶片)上。电子光栅扫查

沿相控探头长度上以一个恒定的角度进行时，相当于传统超声探头执行一个光栅扫描。

3.7

扇形扫描sectorscanning

扇形扫描也称作方位角扫描或者斜角扫描，是采用相同的晶片和特定的声束，在一定角度范围内的

扫描。

3.8

固定角度扫描fixedangularscanning

固定角度扫描是采用特定的延时法则形成固定角度的声束，不需要声束移动，而是通过锯齿形移动

相控阵探头进行检测。固定角度扫描是电子扫描和扇形扫描的特例。

3.9

动态深度聚焦dynamicdepthfocusing

动态深度聚焦（DDF），是利用聚焦深度的不同来完成扫描，即用一个单发的聚焦脉冲，从设定的

深度值上接收信号，在接收端重新聚焦。

3.10

分区扫查partitionscanning

是指将焊缝沿厚度方向分成若干个区，每个区用一对或两对聚焦声束检测，同时采用非聚焦声束检

测。扫查器对焊缝扫查一次，即可对整个焊缝厚度方向的分区进行全面检测。

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3.11

全自动超声相控阵检测fullyautomaticultrasonicphasedarraytesting

是指将被检焊缝分区后，使用多通道系统扫查器对焊缝采用自动扫查和自动声耦合，完成对焊缝厚

度方向全面检测，并自动将检测结果和声耦合结果显示在图像上的检测过程。

3.12

锯齿形扫查zigzagscanning

锯齿形扫查是指将探头垂直于焊缝中心线放置在扫查面上，作锯齿形扫查，如图2所示。探头前后

移动的范围应保证扫查到全部焊接接头截面，在保持探头垂直焊缝作前后移动的同时，还应作10°~15°

的左右转动。

图2锯齿形扫查

3.13

线性扫查linearscanning

线性扫查是指探头在距焊缝中心线一定距离的位置上，平行于焊缝方向进行的直线移动，如图3所

示。

(a)采用一个相控阵探头的线性扫查(b)采用两个相控阵探头的线性扫查

图3线性扫查

3.14

主动孔径activeaperture

主动孔径(A)是相控阵探头激发晶片数的有效长度。主动孔径长度按照公式(1)计算，如图4所示。

A=n•e+g•(n-1).................................(1)

式中：

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A—主动孔径g—相邻晶片之间的间隙e—晶片宽度n—晶片数量

p—相邻两晶片中心线间距W—被动孔径(即晶片宽度)

图4主动孔径

3.15

P显示P-scan

是指基于超声波在焊缝中的传播规律,焊缝中出现不均匀性（如存在缺陷）时,声波在缺陷处会发

生反射回波,并利用正视、侧视和俯视投影成像来实时表征焊缝截面的超声检测和缺陷定位。

4一般要求

4.1检测人员

4.1.1检测人员应取得特种设备行业超声检测Ⅱ级及以上资格证书；并进行设备的性能、调试方法及

评定等培训，方可从事相控阵规定的检测工作。

4.1.2采用超声相控阵横波端点衍射法测量缺陷自身高度，还要作超声相控阵横波端点衍射法实际操

作培训。

4.2超声相控阵设备、探头和试块

4.2.1超声相控阵设备

4.2.1.1超声相控阵设备应符合下列要求：

a)应为脉冲反射式仪器，其工作频率范围为1MHz~10MHz。水平线性误差不大于1%，垂直线性误

差不大于5%，每年至少校准一次。应具有80dB以上连续可调的衰减器，步进级每档不大于2dB，

其精度为任意相邻12dB的误差在±1dB以内，最大累计误差不超过1dB。其闸门的位置、宽度

及电平任意可调。

b)应能提供足够数量的检测通道，以保证扫查时对整个焊接接头体积进行全面检测。

c)应具有足够高的脉冲电压，且脉冲电压根据被检工件的厚度可调。

d)数字采样频率至少为10倍所采用探头的标称频率。

e)应具有聚焦法则生成的模拟软件，能够对超声波束特征参数进行直接修改。

f)应具有角度增益补偿功能。

4.2.1.2记录系统应符合下列要求：

a)C级适用于工件厚度大于等于6mm~200mm焊接接头的检测；

b)采用编码器记录扫查位置时，应配置校准系统。记录系统应清楚地指示出缺陷相对于扫查起始

点的位置。

c)扫查记录可采用A显示、B显示、C显示、D显示P显示和扇形扫描等方式记录。检测结果应

显示在扫查记录上。

d)记录系统宜具有检测过程中耦合监视的功能。

4.2.2探头

4.2.2.1采用线性相控阵探头，线性相控阵探头必须符合产品质量技术要求，测量方法参照JB/T11731

标准要求。

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4.2.2.1.1中心频率要求检验结果允许与标称值偏差±10%；相对带宽检验结果允许与标称值偏差

±15%。

如果高低端频率fu和fl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，低端频率不应高于fl+10%，高端频率不应低于fu-10%。

4.2.2.1.2脉冲持续时间要求检验结果允许与标称值偏差±10%。

4.2.2.1.3阵元焦距和聚焦长度要求若探头有n个阵元，测量第1个阵元、第n个阵元、最中间1个

阵元，共3个阵元。检验结果允许与标称值偏差±15%。

注：最中间1个阵元的选取：n为偶数时，取第n/2个阵元，n为奇数时，取第（n+1）/2个阵元。

4.2.2.1.4楔块波束角要求若探头有n个阵元，测量第1个阵元、第n个阵元、最中间1个阵元，共

3个阵元。频率低于2MHz的探头楔块波束角应在标称角度的±3°以内，频率等于大于2MHz的探头楔

块波束角在标称角度的±2°以内。

注：最中间1个阵元的选取：n为偶数时，取第n/2个阵元，n为奇数时，取第（n+1）/2个阵元。

4.2.2.1.5性能一致性计算要求如下：

a)灵敏度一致性：标准差S≤1dB；

b)中心频率一致性：变异系数C²V≤3.3%；

c)相对带宽一致性：变异系数C²V≤5%；

4.2.2.2相控阵探头的晶片与楔块可以是可拆卸的，也可以是一体的。

4.2.2.3相控阵探头的晶片数量、晶片尺寸及间距，应根据检测要求选择。

4.2.2.4相控阵探头应标出厂家的名称、探头类型、频率和晶片参数、楔块声速和楔块角度。

4.2.2.5楔块形状应与被检工件曲率相匹配。

4.2.3试块

4.2.3.1试块分为校准试块、参考试块及模拟试块。

4.2.3.2试块的材料

制作试块的材料，应符合下列要求：

a)试块应采用与被检测工件声学性能相同或相似的材料制成。

b)试块的材料用直探头检测时，不得出现大于Φ2mm平底孔回波幅度1/4的缺陷信号。试块的

制作要求应符合JB/T10063和JB/T7913的规定。

4.2.3.3校准试块(标准试块)

校准试块是指用于超声相控阵检测系统性能的测试及增益补偿调试的试块。本标准采用的校准试块

为CSK-ⅠA试块和声束控制评定试块。

4.2.3.4参考试块(对比试块)

参考试块，应符合下列要求：

a)参考试块用于调节检测灵敏度的试块。本标准采用的参考试块有PRB-Ⅰ、PRB-Ⅱ、PRB-Ⅲ、

PRB-Ⅳ、及GD系列试块。

b)参考试块的外形尺寸应能代表被检工件的特征，试块厚度应与被检工件的厚度相对应。如果涉

及到两种或两种以上不同厚度部件焊接接头的检测，试块的厚度应由其最大厚度来确定。

4.2.3.5模拟缺陷试块

模拟缺陷试块用于检测工艺验证及超声相控阵横波端点衍射法测高验证。模拟试块应满足下列要

求：

a)模拟缺陷试块一般采用焊接方法制作。其缺陷类型为被检工件中易出现的典型焊接缺陷，主要

为条状缺陷，包括裂纹、未熔合及未焊透。

b)模拟缺陷试块中的缺陷位置应具有代表性，至少应包含表面和内部。

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c)模拟缺陷试块中的缺陷自身高度不大于表9规定，缺陷的长度最小值为15mm，最大值满足表

9的规定。

4.3扫查方式

4.3.1本标准采用直接接触式超声脉冲反射法进行检测。

4.3.2扫查方式分为锯齿形扫查和线性扫查。

4.3.3锯齿形扫查是不采用编码器记录扫查位置，其行走方式与常规手动超声波锯齿形扫查完全相同。

4.3.4线性扫查是采用编码器记录扫查位置，将相控阵探头与编码器相连，或将相控阵探头和编码器

安装在扫查器中，推动其平行于焊缝方向直线移动。线性扫查分为手动扫查和自动扫查两种形式。手动

线性扫查是采用手动方式推动探头或扫查器移动。自动线性扫查是采用机械方式推动扫查器移动。

4.4显示方式

超声相控阵显示方式分为按声程显示成像和按实际几何结构显示成像两种方式。根据检测要求选

择。

4.5扫描类型

扫描类型分为电子扫描、扇形扫描和固定角度扫描。要根据具体的检测情况选择扫描类型。一般

采用扇形扫描。

4.6灵敏度补偿

4.6.1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。

4.6.2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。

4.6.3曲面补偿

对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参考试块，通过对比试验进行曲率补

偿。

4.7查灵敏度

扫查灵敏度不低于基准灵敏度，扫查横向缺陷时，灵敏度应提高6dB。

4.8延时法则

4.8.1应根据所采用的扫描类型及相控阵探头参数确定延时法则，明确延时法则中涉及到的具体参数。

4.8.2相控阵探头参数：

a)晶片参数：晶片数量、晶片宽度、晶片间隙及晶片单元宽度。

b)楔块参数：楔块尺寸、楔块角度及楔块声速。

4.8.3延时法则参数：

a)晶片数量：设定延时法则使用的晶片数量。

b)晶片位置：设定激发晶片的起始位置。

c)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。

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d)距离参数：设定在工件中的声程或深度。

e)声速参数：设定在工件中的声速，例如横波声速、纵波声速。

f)工件厚度：设定被检工件的厚度。

g)采用聚焦声束检测时，设定聚焦声程或深度，测出焦柱尺寸。

4.9检测系统的复核

4.9.1扫查灵敏度的复核时机

每次检测前应对灵敏度进行复核，遇到下述情况之一应随时对其进行重新核查：

a)检测过程中更换电池，校准后的探头、耦合剂和仪器调节钮发生改变时。

b)检测人员怀疑扫描量程或扫描灵敏度有变化时。

c)连续工作4h以上。

d)工作结束时。

4.9.2扫查灵敏度的复核

一般对距离-波幅曲线的校核应不少于3点。如曲线上任何一点幅度下降2dB或20%，则应对上一次复

核以来所有的检测结果进行复检；如幅度上升2dB或20%，则应对所有的记录信号进行重新评定。

4.9.3编码器的复核

每天检测之前应对编码器进行复核。编码器的校准符合6.5.10的规定，否则应重新校准。

4.10缺陷自身高度测量方法

母材厚度为3.5mm～200mm，应采用超声相控阵横波端点衍射法和超声相控阵成像技术测量缺陷自

身高度。超声相控阵横波端点衍射法测量缺陷自身高度见附录A(规范性附录)。

4.11与其他无损检测方法综合应用

4.11.1对于母材厚度为6mm～200mm的焊缝，也可采用TOFD方法辅助测量缺陷自身高度。

4.11.2对超声相控阵检测发现表面可疑的显示，可采用NB/T47013.4～NB/T47013.6中有效方法辅

助检测。

5扫描类型及显示方式的选择

5.1对接接头宜采用扇形扫描检测。工件厚度为3.5mm~8mm(不包括8mm)的焊缝应采用二次反射波、

一次反射波、三次反射波进行检测，工件厚度大于30mm的焊缝宜采用直射波、一次反射波设置进行检

测。显示方式可选择按声程显示成像或按实际几何结构显示成像，见图5和图6。

(a)按声程显示(b)按实际几何结构显示

图5采用扇形扫描检测示意图

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图6采用多次扇形扫描检测示意图

5.2角接接头应采用扇形扫描和电子扫描组合检测。显示方式宜采用按实际几何结构显示成像，见图

7、图8。

图7插入式管座角焊缝

图8安放式管座角焊缝

5.3T型接头应采用扇形扫描和电子扫描组合检测。显示方式宜采用按实际几何结构显示成像，见图

9~图11。

5.4根据被检工件的焊缝类型及产生缺陷的特点，也可辅以特定角度的扇形扫描或电子扫描及串列扫

描检测。

5.5锯齿形扫查应根据检测工件的特点及现场条件选择手动扇形扫描、手动电子扫描及手动固定角度

扫描。

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图9T型接头（型式Ⅰ）

图10T型接头（型式Ⅱ）

图11T型接头（型式Ⅲ）

6钢制承压设备焊接接头超声相控阵检测和质量分级

6.1适用范围

6.1.1本章规定了钢制承压设备焊接接头的超声相控阵检测及质量分级。

6.1.2本条款适用焊接接头的超声检测，焊接接头范围见表1。

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表1焊接接头超声检测适用范围单位为mm

承压设备检测技术等

焊接接头类型工件厚度t检测面直径

类别级要求

≥500，纵向对接接头时，内外径比≥70%6.2.2

筒体（或封头）

≥6~200≥100~500的纵向对接接头时且内外径比≥70%6.2.2

对接接头

≥159~500的环向对接接头6.2.2

插入式：筒体（或封头）≥500且内外径比≥70%，接管公

锅炉、接管与筒体（或封头）称直径≥80

≥6~2006.2.2

压力容器角接接头

安放式：筒体（或封头）≥300且接管公称直径≥100

T型焊接接头≥6~200——6.2.2

管子环向对接接头≥6~150外径≥1596.2.2

管子纵向对接接头≥6~150外径≥100，内外径比≥70%6.2.2

环向对接接头≥6~150外径≥159——

压力管道

纵向对接接头≥6~150外径≥100，内外径比≥70%——