ICS 19.100 CCS J 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T40324—2021
无损检测 大直径圆棒聚焦超声检测方法
Non-destructive testingTesting method for large diameter round bars by
focusedultrasound
2021-12-01实施
2021-05-21发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T 40324—2021
目 次
前言
范围规范性引用文件 3 术语和定义
2
方法原理一般要求检测程序验收检测记录和检测报告
5
6 n
8
8
附录A（资料性） 推荐的单晶片分区聚焦检测探头参数附录B（资料性） 推荐的不同规格圆棒分区检测方案附录C（资料性） 特种钛合金圆棒（100mm～356mm）的验收附录D（资料性） 推荐的超声分区聚焦检测用圆棒对比试块附录E（资料性） 推荐的超声相控阵检测用圆棒对比试块
11 16 17
31 GB/T40324—2021
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《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。
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。 本文件由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56)提出并归口。 本文件起草单位：中国航发北京航空材料研究院、上海材料研究所、矩阵科工检测技术（北京）有限
公司、宝钛集团有限公司、西部超导材料科技股份有限公司、抚顺特殊钢股份有限公司、湖南金天钛业科技有限公司、宝武特种冶金有限公司。
本文件主要起草人：梁菁、沙正骁、史亦韦、蒋建生、黄隐、韩丽娜、丁杰、江运喜、马小怀、刘京洲、 王建国、王丽娟、钟悦铮、姜毅敏
I GB/T40324—2021
无损检测大直径圆棒聚焦超声检测方法
1范围
本文件规定了大直径圆棒水浸分区聚焦（多个单晶片聚焦探头或超声相控阵探头）超声检测的一般要求、检测程序和验收等
本文件适用于直径不小于100mm，采用锻造、挤压和轧制等成型工艺制备的特种金属圆棒（钛合金、高温合金等）的水浸分区聚焦超声检测。
注：特种金属圆棒主要指对材料质量要求较高，因而需要采用较高的检测灵敏度和信噪比，以达到检测小缺陷目的
的金属圆棒。多用于制造航空航天领域的某些关键零部件。
2规范性引用文件
2
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/T20737 无损检测通用术语和定义 GB/T 36439 无损检测航空无损检测人员资格鉴定与认证 ASTME317 不用电子测量仪器对脉冲反射式超声检测系统性能特性评定（StandardPracticefor
Evaluating Performance Characteristics of Ultrasonic Pulse-Echo Testing Instruments and Systems without the Use of Electronic Measurement Instruments)
ASTME1065超声探头性能评价指南（StandardPracticeforEvaluatingCharacteristicsofUltra sonic Search Units)
3术语和定义
GB/T12604.1和GB/T20737界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
动态深度聚焦dynamicdepthfocusing；DDF 在超声相控阵检测时，控制聚焦法则使声束发射时聚焦于被检材料中一固定深度，接收时焦点在一
定深度范围内变化。 3.2
水平极限 horizontal limit 由超声检测仪A型显示的电子或物理极限决定的水平扫描线的最大可读长度。
3.3
垂直极限 vertical limit 由超声检测仪A型显示的电子或物理极限决定的显示信号的最大可读高度。
1 GB/T 40324—2021
4方法原理
在圆棒的圆周面，采用超声纵波直入射方式进行水浸分区聚焦检测。为了达到提高检测灵敏度和信噪比的目的，使用配置了一组不同焦距的单晶片聚焦探头的水浸超声C扫描检测系统，使各探头焦点位于圆棒的不同深度位置且圆棒半径深度区域均为探头焦区所覆盖，如图1所示；或使用水浸超声相控阵检测系统，通过聚焦法则的控制，保证圆棒半径深度区域内聚焦检测，如图2所示。通过圆棒旋转和探头直线运动，实现整个圆棒的超声检测。
标引序号说明：
一组单晶片聚焦探头；
1
2- - 大直径圆棒；
探头的焦区。
3
图1一组单晶片聚焦探头分区聚焦检测原理
标引序号说明： 1-
超声相控阵探头； 2-——大直径圆棒； 3——-—探头的焦区。
图2超声相控阵探头分区聚焦检测原理
5 一般要求
5.1 检测人员 5.1.1检测人员应持有符合GB/T36439或GB/T9445或合同各方认可的标准的资格证书，并从事与专业资格等级相适应的工作。 5.1.2检测人员应熟悉所使用的检测设备和本文件中涉及的水浸聚焦检测技术，
2 GB/T40324—2021
5.2检测设备 5.2.1超声检测仪 5.2.1.1 超声检测仪应能激发、接收和显示检测所需频率和能量的高频电脉冲，至少可在2.5MHz~ 10MHz频率范围下工作。仪器的通道数应能满足多个单晶片探头同时检测和底波监控的需要，推荐仪器通道数不少于8个。每个通道应具有独立的增益（衰减）控制、闸门和时间增益修正（Time CorrectedGain，TCG)功能。 5.2.1.2超声检测仪在投人使用前、经过修理后或每年应按照ASTME317或合同各方同意的文件进行校准。应对每个通道校验超声检测仪的水平极限和水平线性、垂直极限和垂直线性以及增益（衰减）控制器的精度，并满足以下要求：
一水平极限达到满刻度，水平线性范围不小于85%；一一垂直极限达到满刻度，垂直线性下限不大于10%，垂直线性上限不小于95%；一一在50dB范围内，增益（衰减）控制器的控制偏差应不超过士2dB。
5.2.2超声相控阵检测仪 5.2.2.1超声相控阵检测仪的通道数应满足圆棒整个区域检测所用探头的需要，宜具备128个发射通道和128个接收通道或更多通道。 5.2.2.2超声相控阵检测仪应具备DDF或多深度聚焦功能。该功能应集成在相控阵操作软件中，并可用于电子扫查和圆棒检测聚焦法则的设计。该功能与超声相控阵探头配合使用可保证在整个检测深度范围内的声束宽度大致相同。 5.2.2.3超声相控阵检测仪的激励脉冲宽度调节范围应覆盖50ns～200ns范围 5.2.2.4超声相控阵检测仪应至少包含4个检测闸门，可分别记录峰值信号的幅度和时间；此外，超声相控阵检测仪还应具备一个用于跟踪界面的闸门。 5.2.2.5 5超声相控阵检测仪宜具备同时使用至少128个聚焦法则的功能。 5.2.2.6 超声相控阵检测仪应具备TCG功能。 5.2.2.7 应定期对超声相控阵检测仪的性能进行校验。 5.2.3单晶片聚焦探头 5.2.3.1检测用探头应为标称频率不小于5MHz的水浸聚焦探头。推荐采用双曲率聚焦探头，该探头的声场经过圆棒的表面折射后，在圆棒内部聚焦于一点状区域，即沿圆棒轴向和周向的焦点位于圆棒中的同一深度。推荐的分区聚焦探头参数参见附录A，推荐的检测区域划分参见附录B。 5.2.3.2新购置探头或使用中怀疑有损坏的探头，应按照ASTME1065或按合同各方同意的文件进行峰值频率测量，峰值频率不应超过标称频率的土10%。 5.2.3.3每年应在圆棒对比试块中的平底孔上测量探头沿圆棒轴向的一3dB和一6dB声束宽度和周向的一3dB和一6dB声束宽度，测量所用的平底孔应位于探头的焦点附近。无法确定焦点时应对探头对应检测深度区域内所有平底孔进行测量。 5.2.4超声相控阵探头 5.2.4.1走 超声相控阵探头的标称频率不应小于5MHz。 5.2.4.2 针对不同直径的被检圆棒，应在相应的对比试块上分别测量超声相控阵探头的声束宽度。 5.2.4.3 3至少在圆棒对比试块中2个埋深的平底孔（包括近表面的平底孔和中间深度的平底孔）上测量探头的声束宽度。
3 GB/T40324—2021
5.2.5超声检测仪与探头的组合性能
在被检圆棒的整个探测范围内，超声检测仪与探头的组合性能应满足灵敏度和近表面分辨力的检测要求。 5.2.6扫查装置 5.2.6.1扫查装置一般包括一个探头夹持器和多个机械运动轴，各轴定义如下：
X轴和Y轴为沿水平方向且相互垂直的平动轴，其中之一平行于被检圆棒的轴向；一一乙轴为沿竖直方向的平动轴；一A轴和B轴（或の)为转动轴，控制探头的角度。
5.2.6.2 扫查装置还应包含电机驱动装置用于旋转被检圆棒。 5.2.6.3 所有与采集系统有关的轴应可自动控制。 5.2.6.4 水槽尺寸应足以使被检圆棒和探头完全浸没于其中，同时确保探头具有足够的运动空间。 5.2.6.5 各轴运动的准确度和扫查速度的准确度应满足使用要求。 5.2.6.6 应至少每年校验扫查装置的机械精度。
5.2.7 动态性能校验 5.2.7.1 应至少每六个月校验系统的动态性能。 5.2.7.2 测试应选择声束宽度最小的探头，在系统所用的最大检测速度下实施。 5.2.7.3在确定声束宽度时所用的最小尺寸平底孔上，调整增益使其静态下回波幅度达到满刻度的 80%。采用检测时的参数设置执行一次扫查，记录动态时平底孔的回波幅度 5.2.7.4动态响应与静态响应的偏差应在土1dB以内。
5.2.8 数据采集装置
5.2.8.1 数据采集装置应包括：记录轴向和周向位置的编码器、模数（A/D)信号转换装置、计算机、数据存储单元和相应软件。 5.2.8.2A/D信号转换装置应能将闸门内的超声信号峰值幅度转换为不低于8位宽度的数字信号。 5.2.8.3 数据采集记录系统应具有良好的线性，能以屏幕满刻度的土2%精度重现记录的超声信号幅度数据。 5.2.8.4 数据存储系统应能储存任一超声信号的幅度和对应的编码器位置。应能指示超声信号在圆棒轴向上的位置，便于检测人员重新定位和评估缺陷。 5.2.8.5 5数据分析软件应至少具有以下功能：显示缺陷位置和幅度；选择目标区域（Regionof interest， ROI)；计算ROI内幅度的均值、最小值、最大值和标准差。根据数据分析软件给出的数据计算信噪比的方法参见附录C。
5.2.9耦合剂
应使用洁净的水作为耦合剂，必要时可添加不损伤被检圆棒和设备的防锈剂、消泡剂或润湿剂。水
中不应存在干扰超声检测的气泡。 5.2.10对比试块 5.2.10.1对比试块材料选择
制作对比试块的材料应与被检圆棒声学性能相同或相似。可通过比较试块和多个被检圆棒的第一
4 ICS 19.100 CCS J 04
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无损检测 大直径圆棒聚焦超声检测方法
Non-destructive testingTesting method for large diameter round bars by
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目 次
前言
范围规范性引用文件 3 术语和定义
2
方法原理一般要求检测程序验收检测记录和检测报告
5
6 n
8
8
附录A（资料性） 推荐的单晶片分区聚焦检测探头参数附录B（资料性） 推荐的不同规格圆棒分区检测方案附录C（资料性） 特种钛合金圆棒（100mm～356mm）的验收附录D（资料性） 推荐的超声分区聚焦检测用圆棒对比试块附录E（资料性） 推荐的超声相控阵检测用圆棒对比试块
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31 GB/T40324—2021
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《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。
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。 本文件由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56)提出并归口。 本文件起草单位：中国航发北京航空材料研究院、上海材料研究所、矩阵科工检测技术（北京）有限
公司、宝钛集团有限公司、西部超导材料科技股份有限公司、抚顺特殊钢股份有限公司、湖南金天钛业科技有限公司、宝武特种冶金有限公司。
本文件主要起草人：梁菁、沙正骁、史亦韦、蒋建生、黄隐、韩丽娜、丁杰、江运喜、马小怀、刘京洲、 王建国、王丽娟、钟悦铮、姜毅敏
I GB/T40324—2021
无损检测大直径圆棒聚焦超声检测方法
1范围
本文件规定了大直径圆棒水浸分区聚焦（多个单晶片聚焦探头或超声相控阵探头）超声检测的一般要求、检测程序和验收等
本文件适用于直径不小于100mm，采用锻造、挤压和轧制等成型工艺制备的特种金属圆棒（钛合金、高温合金等）的水浸分区聚焦超声检测。
注：特种金属圆棒主要指对材料质量要求较高，因而需要采用较高的检测灵敏度和信噪比，以达到检测小缺陷目的
的金属圆棒。多用于制造航空航天领域的某些关键零部件。
2规范性引用文件
2
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/T20737 无损检测通用术语和定义 GB/T 36439 无损检测航空无损检测人员资格鉴定与认证 ASTME317 不用电子测量仪器对脉冲反射式超声检测系统性能特性评定（StandardPracticefor
Evaluating Performance Characteristics of Ultrasonic Pulse-Echo Testing Instruments and Systems without the Use of Electronic Measurement Instruments)
ASTME1065超声探头性能评价指南（StandardPracticeforEvaluatingCharacteristicsofUltra sonic Search Units)
3术语和定义
GB/T12604.1和GB/T20737界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
动态深度聚焦dynamicdepthfocusing；DDF 在超声相控阵检测时，控制聚焦法则使声束发射时聚焦于被检材料中一固定深度，接收时焦点在一
定深度范围内变化。 3.2
水平极限 horizontal limit 由超声检测仪A型显示的电子或物理极限决定的水平扫描线的最大可读长度。
3.3
垂直极限 vertical limit 由超声检测仪A型显示的电子或物理极限决定的显示信号的最大可读高度。
1 GB/T 40324—2021
4方法原理
在圆棒的圆周面，采用超声纵波直入射方式进行水浸分区聚焦检测。为了达到提高检测灵敏度和信噪比的目的，使用配置了一组不同焦距的单晶片聚焦探头的水浸超声C扫描检测系统，使各探头焦点位于圆棒的不同深度位置且圆棒半径深度区域均为探头焦区所覆盖，如图1所示；或使用水浸超声相控阵检测系统，通过聚焦法则的控制，保证圆棒半径深度区域内聚焦检测，如图2所示。通过圆棒旋转和探头直线运动，实现整个圆棒的超声检测。
标引序号说明：
一组单晶片聚焦探头；
1
2- - 大直径圆棒；
探头的焦区。
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图1一组单晶片聚焦探头分区聚焦检测原理
标引序号说明： 1-
超声相控阵探头； 2-——大直径圆棒； 3——-—探头的焦区。
图2超声相控阵探头分区聚焦检测原理
5 一般要求
5.1 检测人员 5.1.1检测人员应持有符合GB/T36439或GB/T9445或合同各方认可的标准的资格证书，并从事与专业资格等级相适应的工作。 5.1.2检测人员应熟悉所使用的检测设备和本文件中涉及的水浸聚焦检测技术，
2 GB/T40324—2021
5.2检测设备 5.2.1超声检测仪 5.2.1.1 超声检测仪应能激发、接收和显示检测所需频率和能量的高频电脉冲，至少可在2.5MHz~ 10MHz频率范围下工作。仪器的通道数应能满足多个单晶片探头同时检测和底波监控的需要，推荐仪器通道数不少于8个。每个通道应具有独立的增益（衰减）控制、闸门和时间增益修正（Time CorrectedGain，TCG)功能。 5.2.1.2超声检测仪在投人使用前、经过修理后或每年应按照ASTME317或合同各方同意的文件进行校准。应对每个通道校验超声检测仪的水平极限和水平线性、垂直极限和垂直线性以及增益（衰减）控制器的精度，并满足以下要求：
一水平极限达到满刻度，水平线性范围不小于85%；一一垂直极限达到满刻度，垂直线性下限不大于10%，垂直线性上限不小于95%；一一在50dB范围内，增益（衰减）控制器的控制偏差应不超过士2dB。
5.2.2超声相控阵检测仪 5.2.2.1超声相控阵检测仪的通道数应满足圆棒整个区域检测所用探头的需要，宜具备128个发射通道和128个接收通道或更多通道。 5.2.2.2超声相控阵检测仪应具备DDF或多深度聚焦功能。该功能应集成在相控阵操作软件中，并可用于电子扫查和圆棒检测聚焦法则的设计。该功能与超声相控阵探头配合使用可保证在整个检测深度范围内的声束宽度大致相同。 5.2.2.3超声相控阵检测仪的激励脉冲宽度调节范围应覆盖50ns～200ns范围 5.2.2.4超声相控阵检测仪应至少包含4个检测闸门，可分别记录峰值信号的幅度和时间；此外，超声相控阵检测仪还应具备一个用于跟踪界面的闸门。 5.2.2.5 5超声相控阵检测仪宜具备同时使用至少128个聚焦法则的功能。 5.2.2.6 超声相控阵检测仪应具备TCG功能。 5.2.2.7 应定期对超声相控阵检测仪的性能进行校验。 5.2.3单晶片聚焦探头 5.2.3.1检测用探头应为标称频率不小于5MHz的水浸聚焦探头。推荐采用双曲率聚焦探头，该探头的声场经过圆棒的表面折射后，在圆棒内部聚焦于一点状区域，即沿圆棒轴向和周向的焦点位于圆棒中的同一深度。推荐的分区聚焦探头参数参见附录A，推荐的检测区域划分参见附录B。 5.2.3.2新购置探头或使用中怀疑有损坏的探头，应按照ASTME1065或按合同各方同意的文件进行峰值频率测量，峰值频率不应超过标称频率的土10%。 5.2.3.3每年应在圆棒对比试块中的平底孔上测量探头沿圆棒轴向的一3dB和一6dB声束宽度和周向的一3dB和一6dB声束宽度，测量所用的平底孔应位于探头的焦点附近。无法确定焦点时应对探头对应检测深度区域内所有平底孔进行测量。 5.2.4超声相控阵探头 5.2.4.1走 超声相控阵探头的标称频率不应小于5MHz。 5.2.4.2 针对不同直径的被检圆棒，应在相应的对比试块上分别测量超声相控阵探头的声束宽度。 5.2.4.3 3至少在圆棒对比试块中2个埋深的平底孔（包括近表面的平底孔和中间深度的平底孔）上测量探头的声束宽度。
3 GB/T40324—2021
5.2.5超声检测仪与探头的组合性能
在被检圆棒的整个探测范围内，超声检测仪与探头的组合性能应满足灵敏度和近表面分辨力的检测要求。 5.2.6扫查装置 5.2.6.1扫查装置一般包括一个探头夹持器和多个机械运动轴，各轴定义如下：
X轴和Y轴为沿水平方向且相互垂直的平动轴，其中之一平行于被检圆棒的轴向；一一乙轴为沿竖直方向的平动轴；一A轴和B轴（或の)为转动轴，控制探头的角度。
5.2.6.2 扫查装置还应包含电机驱动装置用于旋转被检圆棒。 5.2.6.3 所有与采集系统有关的轴应可自动控制。 5.2.6.4 水槽尺寸应足以使被检圆棒和探头完全浸没于其中，同时确保探头具有足够的运动空间。 5.2.6.5 各轴运动的准确度和扫查速度的准确度应满足使用要求。 5.2.6.6 应至少每年校验扫查装置的机械精度。
5.2.7 动态性能校验 5.2.7.1 应至少每六个月校验系统的动态性能。 5.2.7.2 测试应选择声束宽度最小的探头，在系统所用的最大检测速度下实施。 5.2.7.3在确定声束宽度时所用的最小尺寸平底孔上，调整增益使其静态下回波幅度达到满刻度的 80%。采用检测时的参数设置执行一次扫查，记录动态时平底孔的回波幅度 5.2.7.4动态响应与静态响应的偏差应在土1dB以内。
5.2.8 数据采集装置
5.2.8.1 数据采集装置应包括：记录轴向和周向位置的编码器、模数（A/D)信号转换装置、计算机、数据存储单元和相应软件。 5.2.8.2A/D信号转换装置应能将闸门内的超声信号峰值幅度转换为不低于8位宽度的数字信号。 5.2.8.3 数据采集记录系统应具有良好的线性，能以屏幕满刻度的土2%精度重现记录的超声信号幅度数据。 5.2.8.4 数据存储系统应能储存任一超声信号的幅度和对应的编码器位置。应能指示超声信号在圆棒轴向上的位置，便于检测人员重新定位和评估缺陷。 5.2.8.5 5数据分析软件应至少具有以下功能：显示缺陷位置和幅度；选择目标区域（Regionof interest， ROI)；计算ROI内幅度的均值、最小值、最大值和标准差。根据数据分析软件给出的数据计算信噪比的方法参见附录C。
5.2.9耦合剂
应使用洁净的水作为耦合剂，必要时可添加不损伤被检圆棒和设备的防锈剂、消泡剂或润湿剂。水
中不应存在干扰超声检测的气泡。 5.2.10对比试块 5.2.10.1对比试块材料选择
制作对比试块的材料应与被检圆棒声学性能相同或相似。可通过比较试块和多个被检圆棒的第一
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