TB∕T 3568.3-2021 铁路无损检测材料 第3部分：超声波检测探头[铁路运输].pdf

ICS 45.020 805 T 中华人民共和国铁道行业标准TB/T 3568. 3 -2021 铁路无损检测材料第3部分.超声波检测探头Materials used for non-destructive testing in railway一Part 3: Probes for ultrasonic testing 2021-05-28发布2021-12-01实施国家铁路局发布TB/T 3568.3-2021 目次EW111245UM臼块试?f 通横件UUU文U)用义HH存性引定求备法则储范性和要设方规及规围范语术验验验识川范规术技试检检标占百吉同前引12345678附TB/T 3568.3-2021 前本文件按照GB/11. 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。本文件是1B/13568(铁路无损检测材料的第3部分。1B/13568已经发布了以下部分:一一第1部分:磁粉检测材料z一一第2部分:渗透检测材料:一一第3部分:超声波检测探头。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。本文件由中车戚墅堪机车车辆工艺研究所有限公司提出并归口。本文件起草单位:中车戚墅堪机牢牢辆工艺研究所有限公司、中车太原机车车辆有限公司、中国铁路武汉局集团有限公司、中车长春客车股份有限公司、中车戚墅堪机车有限公司、中车南京浦镇车辆有限公司。本文件主要起草人:贾敏、万升云、章文显、易双清、程志义、沈科、谢宁、桑劲鹏、任好娟、陈翠丽。E TB/T 3568.3-2021 51 无损检测技术是在不损害被检测对象的物理化学性能和几何完整性的情况下，对产品的表面质量、内部质量等进行检测和测量，从而判定其是否合格的一种技术工艺方法，是有效控制机车车辆产品质量、确保铁路运行安全极为重要的技术手段。无损检测用材料是影响无损检测结果的关键因素之一，为保证无损检测结果的准确性和可靠性，对元损检测材料进行有效的控制，有必要制定适用于铁路行业的无损检测材料标准。根据铁路行业应用的实际情况，TB/T3568(铁路无损检测材料分为以下三个部分:一一第1部分:磁粉检测材料:一一第2部分:渗透检测材料:一一第3部分:超声波检测探头。w TB/T 3568.3-2021 铁路无损检测材料第3部分:超声波检测探头1 范围本文件规定了铁路超声波检测用探头的术语和定义、技术要求、试验设备、检验方法、检验规则、标识及储存。本文件适用于以下探头的检验与验收:a) 中心频率范围在(0.5 -15) MHz压电材料的超声波检测直接接触法纵波直探头、横波斜探头、纵波小角度探头、双晶纵波直探头、双晶横波斜探头等;的中心频率范围在(0.5-10) MHz接触法(带或不带模块)或液浸法相控阵探头。注:本文件所规定的与超声评价相关的材料是以超声纵披速度(S920:i:SO)m/s和横波速度(32SS土30)m/s的钢为基础的。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 699-2015 优质碳素结构钢GB/T 11259 元损检测超声检测用钢参考试块的制作和控制方法GB/T 12604.1元损检测术语超声检测GB/T 27664. 2-2011 元损检测超声检测设备的性能与检验第2部分:探头3 术语和定义3.1 3.2 GB/T 12604. 1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。探头戴据页probe data sheet 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。来源:GB/T 27664.2-2011，3.6，有修改中心频率centre frequency 10 回波频谱中与最大振幅相比较上下截止-6dB所确定的高、低截止频率和ft之间的频率，并按公式(1)定义中心频率儿。，+ft r -_ _ JO -2 (1) TB/T 3568.3-2021 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 相对带宽relative bandwidth frel 高、低截止频率和兀之差与中心频率10之百分比。来源:GB/T27664.2-2011，3.9，有修改峰一峰值幅度peak-peak ampU阳de脉冲最大正负周期之间的最大偏离。来源:GB/T 27664.2-2011，3.5，有修改脉冲宽度pulse duration 未校正脉冲幅度超过最大振幅10%部分的时间间隔。来源:GB/T 27664. 2-2011 ,3. 7，有修改声轴偏斜角squint angle s 声束轴线与垂直于搞合面人射点之间的偏离角。注:对于斜探头(横波斜探头、纵披小角度探头)为探头壳体侧面与投射在探头面平面上测量声柬轴线之间的角度。来源:GB/T27664.2-2011 ，3.10，有修改相邻晶片adjacent element 至少有一个共同接触点的晶片。4 技术要求4.1 常规探头4.1.1 物理外观探头应有标识，不应有影响可靠性的物理损伤。对于平面探头，在整个探头表面上间隙不应大于队仍m。4.1.2 脉冲宽度脉冲宽度的偏差不应超过标称值的土10%。4.1.3 中心频率中心频率的偏差不应超过标称值的土10%。如果回波频谱下降6dB低截止频率.h和回波频谱下降6dB高截止频率儿之间的频谱有多于一个的极大值，相邻极小值与极大值之间的振幅差不应超过3dB。4.1.4 相对带宽相对带宽的偏差不应超过标称值的土15%04.1.5 相对脉冲回波灵敏度相对脉冲回波灵敏度与标称值的偏差不应超过:t:3dB。2 4.1.6 声轴偏斜角纵波直探头、横波斜探头(单晶)声轴偏斜角不应大于20。纵波小角度探头声轴偏斜角不应大于1.500 4.1.7 入射点横波斜探头(单晶、双晶)人射点与标称值的偏差不应超过土1mm。TB/T 3568.3-2021 对于单晶横波斜探头，晶片尺寸不大于15mm且频率不大于2MHz时，入射点与标称值的偏差不应超过:t2mm。4.1.8 折射角4.1.8.1 横渡斜探头横波斜探头(单晶、双晶)折射角与标称值的偏差不应超过土20。4.1.8.2 纵波小角度探头纵波小角度探头折射角的偏差不应超过标称值的土5%。4.1.9 焦距双晶探头焦距与标称值的偏差不应超过土20%。4.1.10 串扰双晶探头的串扰是参考试块底面回波(声程处于焦区范围内)与藕合回波之dB差，应大于30dB。4.2 相控阵摞头4.2.1 物理外观探头物理几何结构在探头数据表中所规定的公差范围内。4.2.2 相对脉冲回波灵敏度差值相控阵探头所有晶片应符合下列规定:a) 非矩阵阵列探头:对所有具有相同大小和形状的晶片，其相对脉冲回波灵敏度变化应在土3dB内;对于不同大小和形状的晶片(环绕探头和雏菊形探头)，所有的差值应在土4dB内。b) 二维矩阵探头:晶片尺寸大于或等于1mm2所有晶片，可接受的相对脉冲回波灵敏度差值应符合表1的规定;晶片尺寸小于1mm2所有晶片，可接受的相对脉冲回波灵敏度差值应符合表2的规定。襄1二锺相控阵摞头用相对奥敏度差值的验收标准(晶片尺寸大于或等于1mm2) 频率f可接受的相对脉冲灵敏度回被差值MHz n:IIi:64 64 n:IIi:128 128 n.IliiS12 0.5 IliifE:l 土5dB 土5dB 士5dB 1 fllii 1. 5 土4dB 土4dB 士5dB 1. 5 flliiS 士3dB 土4dB 土5dB 3 TB/T 3568.3-2021 表1二雏相控阵探头用相对员敏度差值的验收标准(晶片尺寸大于或等于1mm2) (续)频率f可接受的相对脉冲灵敏度回被差值MHz nE:64 64 nEi 128 128 nE:S12 S fE:I0 土4dB 士SdB 士SdB 注:n为晶片个数。襄2二维相控阵探头用相对灵敏度差值的验收标准(晶片尺寸小于1mm2) 频率f可接受的相对脉冲灵敏度回波差值MHz nE:64 64 nEii 128 128 n运S12O. S EiifEii 10 :tS dB 立SdB 土SdB 注:n为晶片个数。4.2.3 频率、带宽平均中心频率应在探头数据表中所规定标称频率的土10%范围内。每个晶片的中心频率应在平均中心频率的土10%范围内。-6dB平均相对带宽不小于探头数据表中规定的相对带宽值。4.2.4 脉冲持续时间平均脉冲持续时间不大于探头数据表中规定的脉冲持续时间值。4.2.5 晶片间串扰晶片间串扰(任一晶片激发脉冲电压与相邻晶片接收信号之间dB差为串扰)至少为25dB。4.2.6 失效晶片数非矩阵相控阵探头:不应存在失效晶片。不符合4.2.2、4.2.3任意一条测试验收标准的晶片为失效晶片。二维矩阵相控阵探头:失效晶片的最大数不应大于表3中的值。表3失效画片数占比MHz 晶片个数n3-0 ，每-if-运-fJ5-64 296 396 叫一些。频率f5 试验设备5.1 电子设备5.1.1 数字式超声波探伤仪或实验室脉冲发生/接收器、超声相控阵检测仪、转换器。5.1.2 数字存储示波器或频谱分析仪:a) 最小带宽z不小于100MHz; b) 幅值灵敏度:幅值灵敏度小于每格5mV，测量误差不大于土5%口5.2 试块及其他设备5.2.1 下述试块可用于对接触法常规探头进行规定范围的试验。4 TB/T 3568.3-2021 a) 推荐使用具有不同半径R的半圆柱形钢试块，半径范围12mm -200 mm，步进为在Ro钢的质量按GB/T11259规定。每个试块的厚度应大于或等于其半径，最大厚度为100mm。的具有平行面的钢试块，侧面钻制3mm直径的孔，应符合附录A的图A.l。试块的尺寸应满足下列要求:1) 试块的长、高、宽应使超声波束不受其侧面影响;2) 横孔至少应有3个在近场区以外;3) 孔间距离应使相邻两横孔显示的回波幅度至少下降26dB。c) 对于弧面探头(如探测车轴、车轮的探头)，上述3mm横通孔试块的探测面设计应适应探头的弧面，也可在弧面加工前采用平面试块进行测试。的CSK-IA试块或IIW试块。e) 直尺。f) 塞尺。5.2.2 用于相控阵探头试验试块的材料、尺寸，反射体类型及位置等应在探头测试报告中注明，对于局部环形阵列探头(雏菊型)直接在平面反射面上进行测试。接触法使用的试块应符合下列规定:a) 带模块:采用与模块相同材质的试块和适当几何尺寸，以使超声波的路径对每个晶片而言均一致zb) 不带模块:采用与被测材料相同的试块，以使超声波的路径对每个晶片而言均一致。注:如棋块可被移除，优先采用元模块的测试。液浸法使用的试块，采用相应的实物试块进行性能测试。6 检验方法6.1 常规探头6.1.1 物理外观目视检验探头外侧有无正确标识，以及可能影响其当前或以后可靠性的物理损伤。用直尺和塞尺测量探头接触表面的平直度。6.1.2 脉冲宽度6.1.2.1 将被测试探头与测试设备按图1所示方法连接，使用半圆柱试块，半圆柱面的半径应大于探头近场长度的1.5倍。对于双晶探头，工作方式应设置为一发一收模式，半圆柱试块的半径应尽量接近探头的焦距。数字存储示披器固1测试设备连接示意圄5 TB/T 3568.3-2021 6.1.2.2 将探头置于半圆柱试块中心，转动和移动探头使来自试块柱面的多次回波幅度最大，在示波器上找到第一次回波并放大，得到如图2所示的脉冲波形，读出脉冲幅度为最大峰一峰值幅度的10%处的脉冲波形宽度即为脉冲宽度。注:仪器的参数如发射电压、阻尼会影响脉冲宽度的数据测试结果，因此，上述参数应在数据页中予以明确。说明:h一一峰一峰值幅度;L一一脉冲宽度。6.1.3 中心频率和相对带宽.c: L 固2典型的超声脉冲使用图1的试块与检测装置，将反射体回波放在闸门内，闸门最小应设置为脉冲宽度的两倍并使脉冲最大值居中，用频谱分析或离散傅里叶变换测出频谱。测量出回波频谱下降6dB时的高、低截止频率，按公式(2)、公式(3)及公式(4)分别计算得出中心频率、带宽和相对带宽。根据高、低频率和，按公式(2)计算中心频率100，+兀r -_ _ Jo -2 带宽按公式(3)计算。f=儿-兀相对带宽按公式(4)计算，以百分数表示。fre = (f/fo) x 100% 6.1.4 相对脉冲固波灵敏度.(2) (3) (4) 对于纵波直探头测试平面反射体的大平面，对于横波斜探头、纵波小角度探头、双晶探头测试半圆柱试块，测试装置见图1，测出施加到探头上的峰一峰值电压V.和大平底反射回波放大前回波的峰一峰值电压尺，相对脉冲回波灵敏度Srel按公式(5)计算。Srel =20 19( VJV) 式中:Srel一一相对脉冲回波灵敏度;V一一来自规定反射体的放大前回波峰一峰值电压;几一一施加到探头上的峰一峰值电压。. . . (5) 探头灵敏度受藕合条件、脉冲发生器、探头、电缆以及接收器的阻抗等因素的影响，上述参数应在探头数据页中予以明确。6 TB/T 3568.3-2021 6.1.5 声轴偏斜角6.1.5. 1 纵被直探头6.1.5.1.1 采用超声波探伤仪和附录A中3mm横通孔参考试块测量。6.1.5.1.2 在试块上选取深度约为2倍被测探头近场长度的横通孔，移动探头，找到探头接收到最大回波的位置，测量探头几何中心点与横通孔中心点的位移，见图3。说明:唱队e一一偏移(直探头几何中心点与测量到的声中心点之间的距离); XL-一探头中心zXe，Ye-探头中心坐标zX圃，Y.-横通孔中心坐标。图3测量探头几何中心点与横通孔中心点的位移6.1.5.1.3 直探头的声轴偏斜角测试见图4口按公式(6)、(7)计算倾斜角乱和6.，0 固4直探头的声轴偏斜角测试示意圄按公式(6)计算乱。在=arctan( x/h) 按公式(7)计算8，08, = arctan( y/h) 6.1.5.1.4 按公式(8)计算声轴偏斜角。6 = arctan( sin 6.,1sin 8,) 6.1.5.2 横波斜摞头(6) (7) (8) 6.1.5.2.1 调整探头在适当参考试块的太平面上的位置，使直接来自试块端角的回波达到最大，见图5，该端角反射体应处于探头的远场。6.1.5.2.2 利用直角边和量角器测量探头参考测面相对垂直角面的方向，此角度即声轴偏斜角。7 TB/T 3568.3-2021 6.1.5.2.3 如果第一次测出的偏斜角超过10，则需测量三次，取其平均值。标寻l序号说明:1-一探头:2一一声束33一一直尺。6.1.5.3 纵波小角度探头2 a) 侧槐圄3 的顶视团图5横波斜探头声轴偏斜角测量6. 1.5.3. 1 将探头置于横通孔试块的侧面，见图6，使直接来自试块直角拐角的回波达到最大。6.1.5.3.2 利用直角边和量角器测探头前沿相对垂直角面的方向，此角度即声轴偏斜角。6.1.5.3.3 如果第一次测出的偏斜角超过10，则需测量3次，取其平均值。 圄6纵波IJ、角度探头声轴偏斜角测量6.1.6 横波斜探头(单晶、双晶)入射点使用nw或CSK-IA试块，调整探头，使来自RI00圆弧的反射回波最大，这时，对应试块RIOO的圆心刻度线位置便是探头人射点。对于孤面探头，应采用带有孤面的试块，如采用弧面CSK-IA试块或其他检测面为孤面且具有扇形反射面的试块。8 TB/T 3568.3-2021 6.1.7 析射角6.1.7.1 横边斜摞头(单晶、双晶)6. 1. 7. 1. 1 平面横波斜探头折射角可采用6.1.7.1. 2或6.1. 7. 1. 3的方法进行测试，弧面斜探头折射角可将3mm横孔试块、CSK-IA试块探测面设计成孤面，或采用与探头弧面相适应的试块进行测试。6.1.7.1.2 使用3mm横通孔试块，依次至少测量3个横孔，使来自每个孔的反射回波达到最大，分别测量孔中心投影至探头前沿的距离a，以测出的距离a为横坐标，孔深t为纵坐标，绘出相应的标记点，再绘出通过这些点的直线1，直线t与纵坐标的夹角即探头折射角，见图7。 倒辑、再篝i i ; 距离a说明zZ一一探头人射点。圄7测定横波斜探头入射点和折射角的图示法6.1.7.1.3 将探头置于CSK-IA试块上，见图8，当60。时，探头放在图8的a)位置，观察50mm 孔的回波:当60。嘎700时，探头放在图8的b)位置，观察50mm孔的回波;当700时探头放在图8的c)位置，观察1.5mm横通孔的回波。前后移动探头，直到回波最高时，测量人射点对应的角度刻度角度精确到0.50，或按公式(9)、(10)、(11)计算，精确到0.10 。K=tan = (L+-35)刃O(600)K=tan = (L +a -35)/30(600700) K=tan = (L+a -35)/15(注700). (9) . (10) . (11) a a a 。a)600 b) 600EIl脉冲宽度-中心频率1 直探头相对带宽相对脉冲回波灵敏度声轴偏斜角物理外观一脉冲宽度一中心频率相对带宽2 横披斜探头相对脉冲回披灵敏度一声轴偏斜角人射点折射角物理外观一纵波小角度脉冲宽度一3 探头中心频率相对带宽12 . (13) 技术要求检验方法对应条款对应条款4.1.1 6.1.1 4.1.2 6.1.2 4.1.3 6.1.3 4.1.4 6.1.3 4.1.5 6.1.4 4.1.6 6. 1. 5. 1 4.1.1 6. 1. 1 4.1.2 6.1.2 4.1.3 6.1.3 4.1.4 6.1.3 4.1.5 6.1.4 4.1.6 6.1. 5. 2 4.1.7 6.1.6 4.1. 8. 1 6. 1. 7. 1 4.1.1 6. 1. 1 4.1.2 6.1.2 4.1.3 6.1.3 4.1.4 6.1.3 襄4检验项目(续)检验性质序号探头规格检验项目出厂栓验相对脉冲回被灵敏度3 纵波小角度声铀偏斜角探头折射角物理外观脉冲宽度中心频率4 双晶纵波相对带宽探头相对脉冲回被灵敏度焦距串扰物理外观脉冲宽度中心频率相对带宽5 双晶横波相对脉冲回波灵敏度探头焦距串扰人射点折射角物理外观相对脉冲回被灵敏度差值频率6 相控阵探头带宽脉冲持续时间晶片间串扰失效晶片数7.2 入厂复验7.2.1 探头人厂后，使用单位应对每个探头进行人厂检验。7.2.2 探头人厂检验项目应符合表4的规定。7.3 幢验报告供方应向需方提供每个探头的出厂检验报告。人厂复验一一一一-一一一-一TB/T 3568.3-2021 技术要求检验方法对应条款对应条款4.1.5 6.1.4 4.1.6 6. 1. 5. 3 4.1. 8. 2 6.1. 7. 2 4.1.1 6. 1. 1 4.1.2 6.1.2 4.1.3 6.1.3 4.1.4 6.1.3 4.1.5 6.1.4 4.1. 9 6.1.8 4.1. 10 6.1.9 4.1.1 6. 1. 1 4.1.2 6.1.2 4.1.3 6.1.3 4.1.4 6.1.3 4.1.5 6.1.4 4.1.9 6.1.8 4.1. 10 6.1.9 4.1.7 6.1.6 4.1.8.1 6. 1. 7. 1 4.2.1 6.2.1 4.2.2 6.2.2 4.2.3 6.2.3 4.2.3 6.2.3 4.2.4 6.2.4 4.2.5 6.2.5 4.2.6 6.2.6 13 TB/T 3568.3-2021 8 标识及储存8.1 探头标识探头标识应至少包括:a) 规格型号:b) 唯一性编号;c) 制作厂家。8.2 质量合格证书探头应附有质量合格证书，内容应至少包括:a) 名称、型号;b) 质量指标、检验结果、检验结论;c) 检验人员。8.3 探头的储存探头的储存应注意防高温、防潮，防止阳光直接照射。14 TB/T 3568.3-2021 附录A(规范性)横遭孔试块3 mm横通孔试块尺寸应符合图A.l的规定。试块表面粗糙度MRRRa 1. 6，材质采用GB/T699-2015 20号钢，正火处理，晶粒度7-8级，纵波声速为(5920 :t 50 ) m/ S ，横波声速为(3255土30)m/s 单位为毫米460 2 。m-固A.13mm横通孔试块15