ICS 77.040.20 H 26
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T20935.3—2018 代替GB/T20935.3—2009
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
Metal materials-Method of electromagnetic acoustic inspection- Part 3 : Standard practice for ultrasonic surface examinations using
electromagnetic acoustic transducer(EMAT)techniques
2018-03-15发布
2018-12-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T20935.3—2018
前言
GB/T20935《金属材料电磁超声检测方法》分为以下3个部分：一第1部分：电磁超声换能器指南；一第2部分：利用电磁超声换能器技术进行超声检测的方法；一第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。 本部分为GB/T20935的第3部分本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本部分代替GB/T20935.3一2009《金属材料电磁超声检验方法第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》，与GB/T20935.3一2009相比主要技术变化如下：
将范围中条目进行了合并，删除了原标准“1.6本部分以国际单位作为标准单位”和“1.7本部
一
分不论述与使用有关的安全问题。使用者有责任在使用前制定有益安全和健康的规程，并确定其适用范围。”（见第1章，2009年版1.6和1.7）；
一将8.4中“钕铁硼永久磁铁可用于所有的电磁超声换能器表面波技术”修改为“在常温（名义温
度低于82℃)应用时，钕铁硼永久磁铁可用于所有的电磁超声换能器表面波技术。在高温应用时，可能需要使用更复杂的磁化技术，如为高温设计的电磁铁或特殊永磁铁。”（见8.4，2009年版8.4)；将“与压电超声相同，工件的表面粗糙度对于衰减影响很大。使用电磁超声换能器时提离（间隙)的变化就可能导致误报，而压电超声技术采用衰减方法时，由于使用耦合剂，提离不会造成信号幅度的变化”修改为“压电超声技术中，表面粗糙度对衰减影响很大。在使用电磁超声换能器技术时，提离距离变化会导致误报。然而，如果所有的传感器在检测时均保持同样的提离，使用耦合衰减补偿方式的压电超声技术，就能使信号水平保持稳定。”（见10.3.3，2009年版10.2.7)；在检测方法中增加了一般要求内容（见10.1）；一增加了“并应对最近一次灵敏度校准后检测的所有材料重新检测”（见10.1.4)；一增加了“实际上，焊缝余高和根部信号由于形成绕射是检测不到的，就像镜面反射体将信号反
射开一样。这就使对焊缝进行线性扫查并检出所有方向的表面不连续性成为可能，且探测不到焊缝余高的反射信号。”（见10.4.2，2009年版10.3.5）。
本部分由中国钢铁工业协会提出。 本部分由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本部分起草单位：钢铁研究总院、钢研纳克检测技术有限公司、冶金工业信息标准研究院。 本部分主要起草人：范弘、张建卫、刘光磊、刘涛、张克、董莉。 本部分所代替标准的历次版本发布情况为：
GB/T20935.3—2009。
1 GB/T20935.3—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
1范围
GB/T20935的本部分给出了利用电磁超声换能器（EMAT)技术检测材料表面开口不连续性（如：裂纹、裂缝、折叠、冷隔、分层、通漏、未熔合）以及距表面小于或等于表面波波长范围内的近表面不连续性的原理概述、意义和用途，并规定了应用条件、技术、装置、校验、检测方法、结果判定和检测报告。
本部分适用于产品生产过程的检测、最终产品的检测和修复的检测。 本部分适用于利用电磁方法在材料中激发表面波的非接触检测技术及其所适用的材料，包括非铁
磁性和铁磁性导电材料
注：本部分不提供不连续性的评定标准。对不连续性的判定、分级和最终评定，在其他技术规范或协议中根据不连
续性类型、大小、位置和取向判定是否合格做出规定。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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/T9445无损检测人员资格鉴定与认证 GB/T11343无损检测接触式超声斜探头检测方法 GB/T12604.1无损检测术语超声检测 GB/T 12604.6 无损检测术语 涡流检测 GB/T 20935.1 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
3术语和定义
GB/T12604.1、GB/T12604.6和GB/T20935.1界定的术语和定义适用于本文件
4原理概述
4.1本部分介绍利用电磁方法激发表面波技术，通过声波在不连续性界面的反射或透射波衰减，检测出材料表面或近表面的不连续性 4.2图1为典型的产生表面波的电磁超声换能器装置。外加磁场B。平行于铁磁性材料表面，如果线圈设计得当磁场B。亦可垂直于表面，该磁场可由永久磁铁、脉冲电磁铁或直流电磁铁提供。射频回折线圈平置于被检材料表面，磁力线沿线圈切线方向且垂直于线圈导线。用专用脉冲发生器产生的射频脉冲串激励线圈，经感应在被检材料表面产生电流，电流通过洛伦兹力与外磁场相互作用，时变磁场也通过磁致伸缩与铁磁材料相互作用产生振动。振动传递给固体晶格形成声源，进而辐射出表面声波。 图1所示回折线圈激发双向波，通过特殊设计回折线圈也可激发单向波
1 GB/T 20935.3—2018
1
Bo
+ IF'L
说明： 1 2 B. 外加磁场； FL 洛伦兹力。
回折线圈；表面声波脉冲；
图1产生表面波的典型电磁超声换能器装置
4.3 图2为激发表面波的典型回折线圈。回折线圈应满足式（1)才能产生表面波。
UR=2Df
...( 1 )
式中： UR D 线圈中相邻导线间距，单位为米（m）；
表面波波速，单位为米每秒（m/s）；
频率，单位为赫兹（Hz)。
说明： D
相邻导体的间距，单位为米（m）。
图2 激发表面波的典型回折线圈
4.4表面不连续性使表面波发生反射或透过波衰减，可以采用脉冲反射或一发一收的方式进行检测。 反射或衰减的超声波传播至电磁超声换能器，该处导体材料产生振动。处于换能器磁场中的振动在接收线圈感应一个可以测量的电压。
5 意义和用途
5.1. 与传统的压电超声相比，电磁超声换能器技术的明显优势表现在灵活激发波模和不使用耦合剂。 电磁超声换能器能高效地激发表面波。 5.2由于电磁超声换能器能高效激发表面波，且表面波可灵敏检出表面、近表面不连续性，因此它可用
2 GB/T20935.3—2018
于传统的渗透和磁粉检测虽然有效但不宜使用的场合 5.3因为电磁超声换能器技术为非接触检测，所以可用于高速自动检测、动态检测、远距离或危险场所的检测、高温和表面粗糙材料的检测。 5.4本部分的目的是将电磁超声提升为可替代传统渗透法和磁粉法对材料表面、近表面不连续性进行检测的技术 5.5电磁超声换能器的使用和工作参数的选择取决于被检材料的几何形状和预期不连续性的大致位置、尺寸、取向及反射率，还应知道电磁超声换能器的允许提离范围及超声波传播的物理规律。本部分专门介绍电磁超声表面检测的应用。
6应用条件
6.1人员资格
如果合同要求，实施本部分检测的人员应取得由相关部门按GB/T9445或等效标准鉴定的技术资格，并经雇主授权。资格鉴定依据的标准（含版本年号）应在合同中注明
6.2方法和技术
除非专门指定，应使用本部分推荐的方法和技术。对专门指定的技术应在双方合同中注明。
6.3美 表面准备
除非特殊说明，检测前的表面准备应符合10.2.2要求。 6.4检测时机和范围
应在合同中规定检测时机和范围。 6.5报告内容和验收标准
除特殊说明.检测报告应与第12章的要求一致。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。
6.6修复和返工后的复检条款
本部分不包含修复、返工后的复检条款，若需要，可在双方合同中加以说明
7技术
7.1概述
本部分介绍了下列三种不同的电磁超声表面波检测技术
用脉冲反射或一发一收技术探测表面波的反射；
a)
b）用一发一收技术探测表面波的透过衰减； c） 利用聚焦回折线圈的表面波衍射技术
7.2脉冲回波或一发一收反射波技术
该技术与传统超声类似，它使用一个（脉冲回波法）或两个（一发一收反射波法）电磁超声换能器，靠接收从缺陷反射回来的表面波检出缺陷。该技术的优点是简单，不足是，若不仔细设定扫查路径，很难
3 GB/T 20935.3—2018
检出所有取向的不连续性，以及用于焊缝检测时，焊缝根部和余高产生的反射会干扰甚至埋没不连续性信号。当出现这种干扰时，宜使用下述另外两种技术中的一种加以避免。 7.3一发一收透过波衰减技术
透过波衰减技术最常见的传感器排布的应用实例如图3所示，它是通过记录超声信号的衰减来检测不连续性。传感器利用小永磁铁产生相互垂直的窄表面波束。最好使用双通道电磁超声仪器，也可使用单通道仪器。当使用单通道时，发射线圈和接收线圈分别串联连接，并将一对发射接收传感器间的距离略微加长，以便从时间上将两个接收信号分开。这种排布充许将两组换能器线图同时连接到一个通道上。衰减技术的一个优点是对所有方向不连续性都敏感，另一优点是能同时在焊缝两边进行扫查，且每一边的扫查面都很大。衰减技术的缺点与波束宽度有关：为满足最小6dB衰减，波束应窄或聚焦。
3
Q
RT
N
说明： 1 - 一电源； 2 EMAT脉冲接收单元； 3 计算机或示波器； 4 无缺陷时信号； 5 有缺陷时信号； R 接收线圈； T 发射线圈。
图3衰减技术
7.4衍射技术
衍射技术的原理如图4所示。两个焦线重合的电磁超声换能器（发射线圈和接收线圈)或一个脉冲反射式电磁超声换能器与焊缝中心线成一定角度（衍射角度）放置，将焊缝的根部和余高作为镜面反射体，其反射信号不会被接收线圈接收。使用衍射技术可在很大角度范围内检出不连续性。单点衍射或多点衍射取决于不连续性与超声波波长的比值，自然缺陷（如疲劳裂纹)有许多点衍射源的界面，因此利用此技术，能有效地检测出几十毫米长的自然缺陷。表面波可被近似聚焦到焦点区（此区域最长可达个波长），它的一个显著优点是选择合适的聚焦深度能增大每次扫描的覆盖范围。对多数焊缝而言，从焊缝的一侧即可完成焊缝一半的扫查。除了平行于入射声束的裂纹，单个电磁超声换能器传感器可灵敏地检出所有取向的不连续性。具有正、负衍射角的两个传感器可灵敏地检测出所有取向的不连续性。
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