ICS 19.100 CCS J 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T40730—2021
无损检测
电磁超声脉冲回波式测厚方法
Non-destructive testing-
Measuring thickness by electromagnetic ultrasonic pulse-echo
2021-10-11发布
2022-05-01实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T40730—2021
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
1
测厚原理、厚度值计算及测厚类型人员要求安全要求检测工艺规程
4
5
6
7
8 检测设备和器材 9 检测程序 10 测量结果不确定度 11 检测记录与报告附录A（资料性） 电磁超声测厚方法的主要优点及局限性附录B（资料性） 常用材料温度-横波声速表附录C（资料性） 电磁超声测厚仪测量材料温度-声速曲线的方法附录D（资料性） 影响电磁超声测厚结果测量不确定度的因素
12 12 14 15 18 21 GB/T 40730—2021
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 厂第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：中国特种设备检测研究院、上海材料研究所、中北大学、清华大学、电子科技大学、
广东汕头超声电子股份有限公司超声仪器分公司、武汉中科创新技术股份有限公司、合肥通用机械研究院有限公司、南昌航空大学
本文件主要起草人：郑阳、沈功田、周进节、张宗健、周俊峰、李素军、蓝麒、黄松岭、李翔、詹红庆、 王子成、丁杰、朱雨虹、谭继东、阎长周、石文泽
- GB/T40730—2021
无损检测
电磁超声脉冲回波式测厚方法
1范围
本文件规定了使用电磁超声换能器激励和接收超声进行材料厚度测量的方法。 本文件适用于温度范围在一196℃～800℃之间的钢材、有色金属及其他采用电磁超声换能器激
发超声的材料的测量。
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，仅注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/T9445无损检测人员资格鉴定与认证 GB/T12604.1无损检测术语超声检测 GB/T27418测量不确定度评定和表示 GB/T 34885 5无损检测电磁超声检测 总则
3 3术语和定义
GB/T12604.1、GB/T27418和GB/T34885界定的术语和定义适用于本文件，
测厚原理、厚度值计算及测厚类型
4
4.1测厚原理
电磁超声技术是通过电-磁-声耦合换能的方式，实现超声的激发与接收。电磁超声的核心换能器件为磁铁和线圈，基本工作原理如图1所示。电磁超声激发过程中，当置于被检导电材料上方的线圈通以瞬态交变电信号时，被检材料表面产生感应涡流，同时线圈感生出动态磁场。涡流区域材料在偏置磁场和动态磁场作用下受到洛仑兹力的作用。由于线圈中通过的是交变电流，感生的涡流也是交变的，从而涡流区域材料中各质点受到的洛仑兹力也是交变的。这种交变作用力使材料表面质点产生振动，如果交变的频率是超声频段，则产生的振动表现为超声振动，即在材料中激发出超声。如果被检材料是铁磁性材料，除了交变的洛仑兹力，还存在交变的磁致伸缩力和磁化力，在三种力的共同作用下，引起材料表面质点的超声振动，从而产生超声。电磁超声接收过程是激发的逆作用过程。
电磁超声测厚方法不是直接测量厚度，而是由超声的传播时间与速度的乘积求得被测对象厚度值。 传播时间为超声在被测对象厚度路径上一次传播的时间或多次往复传播的时间差。
电磁超声测厚方法的主要优点及局限性参见附录A
1 GB/T40730—2021
h
昆
标引序号说明： 1---磁铁； 2———线圈；
d- 感应涡流；
洛伦兹力；磁致伸缩力（铁磁性）：磁化力（铁磁性）：超声波。
被检材料；
3
静态偏置磁场； b 瞬态交变信号；
4
h
动态磁场；
-
图1电磁超声激发/接收机制
4.2 厚度值计算 4.2.1 测厚模式
采用电磁超声测厚时，常见的测厚模式有： a) -次脉冲回波测厚； b) 多次脉冲回波测厚； c) 超声共振测厚
4.2.2 一次脉冲回波测厚
原理如图2a）和图2d)所示，厚度值是声速与超声在材料厚度路径上传播时间的乘积，见式（1）：
△t
d=uX
.(1 )
2
式中： d U At 超声在材料厚度路径上往返 区一次的传播时间，单位为秒（s）。
厚度，单位为米（m）；声速，单位为米每秒（m/s）；
4.2.3多次脉冲回波测厚
原理如图2b)和图2e)所示，厚度值是多个相邻脉冲时间差的平均值与声速的乘积。由于检测较薄
2 GB/T40730—2021
试件时，声波在材料中会经过多次反射，形成多次底面回波，在测厚时提取多次相邻脉冲时间差，对其时间差求平均再乘以当前声速即为厚度。见式（2）：
△t
d=uX
(2)
2
式中： d U △t一多次相邻回波脉冲时间差平均值，单位为秒（s）。
厚度，单位为米（m）；声速，单位为米每秒（m/s）；
4.2.4超声共振测厚
原理如图2c)和图2f)所示，特定频率的超声进入材料后，在其上下表面来回反射达到驻波条件后，产生超声共振现象。共振测厚时，一般采用宽频探头、宽频激发接收系统和宽频激励信号，接收到的检测信号中存在共振信号，将共振信号进行傅立叶变换，可获得共振频率，在已知声速条件下，获得厚度值。见式（3）：
n7 2f.
d =
·(3)
式中： d n
厚度，单位为米（m）；自然数；声速，单位为米每秒（m/s）：试件中第n阶共振频率，单位为赫兹（Hz），实际中通常采用第1阶共振频率进行计算，
2
f
a) 一次脉冲回波测厚原理 1. 0100
b) 多次脉冲回波测厚原理
c) 超声共振测厚原理
1. 0 0. 8 ≥ 0. 6- 值
1. 0
Amurts
Ary
0.8 ≥ 0. 6111 亿翼0. 4 0. 2 0.00
0. 8. ≥ 0.6
Ar
Ar
2
/双号0.4 0. 2
0.4 0. 2 0. 0.
adapilhla
0. 0
5
10 15 频率/MHz
0
40 60 80
0
20
20
40 时间/μs
60
80
20
时间/μs
f) 超声共振测厚频谱
d）一次脉冲回波测厚信号
e) 多次脉冲回波测厚信号图2 电磁超声测厚模式
3 GB/T 40730—2021
4.3 测厚类型
电磁超声测厚以检测中探头适用温度范围划分如下： a) 超高温测厚 被检材料温度不小于350℃时的测厚； b）高温测厚 被检材料温度大于或等于80℃且小于350℃时的测厚； c） 常温测厚 被检材料温度大于或等于0℃且小于80℃时的测厚； d) 低温测厚——被检材料温度大于一50℃且小于0℃时的测厚； e) 超低温测厚一一被检材料温度不大于一50℃时的测厚。
5人员要求
按本文件实施测厚的检测人员应按GB/T9445或合同各方同意的体系进行人员资格鉴定或认证，取得超声检测人员资格等级证书，并由雇主或代理对其进行岗位培训和授权
6安全要求
本章没有列出进行检测时所有的安全要求，使用本文件的用户应在检测前建立安全准则。检测过
程中的安全要求至少包括如下要素：
a）在实施检测前，应对检测过程中可能伤害检测人员的各种危险源加以辨识，并对检测人员进行
培训和采取必要的保护措施； b）检测人员应遵守被检件现场的安全要求，根据检测地点的要求穿戴防护工作服和佩戴有关防
护设备； c）在危爆场合使用时，由于电磁超声激发电压一般在高压范围，应注意对仪器、接插线、电磁超声
前端的放电测试，确保具有防爆性后，再实施检测：
d）在进行在线检测时，应制定特别的安全措施； e）在封闭空间内进行操作时，宜考虑氧气含量等相应因素，并采取必要的保护措施； f) 在高空进行操作时，宜考虑人员、检测设备器材坠落等因素，并采取必要的保护措施； g） 在极端环境下进行操作时，如低温、高温等条件下，宜考虑人员冻伤、烫伤等因素，并采取必要
的保护措施； h） 永磁式电磁超声换能器在运输、存放、搬运和使用过程中避免强磁对人身安全、设备、仪器仪表
和环境的影响；
i） 检测时应注意磁场导致的人员受伤和设备损坏及对其他辅助电子设备的影响； j） 仪器操作中，应注意仪器、换能器和导线高压漏电检查，避免高压放电对人体或物品造成危害。
7检测工艺规程
从事电磁超声测厚检测的单位应按本文件的要求制定通用检测工艺规程，其内容至少应包括如下
要素：
a） 适用范围； b) 依据的标准、法规或其他技术文件； c) 检测人员资格要求； d) 检测设备和器材； e) 被检产品信息及检测前的准备要求； 4 GB/T40730—2021
f) 检测时机； g) 检测方法和检测步骤； h) 检测的标记和原始数据记录要求； i) 检测后的操作要求； i) 检测结果的评价及处理方式； k) 编制（等级）、审核（等级）和批准人； 1) 制定日期。
8 检测设备和器材
8.1 测厚仪 8.1.1 电磁超声测厚仪类型 8.1.1.1 按支持的电磁超声探头磁铁种类分类，电磁超声测厚仪分为如下类型
a) 永磁铁式电磁超声测厚仪； b) 电磁铁式电磁超声测厚仪； c) 双模式电磁超声测厚仪（既支持永磁铁式又支持电磁铁式探头）。
8.1.1.2 按用途分类，电磁超声测厚仪分为如下类型：
a) 手动单次测量型电磁超声测厚仪； b) 自动连续扫查型电磁超声测厚系统； c) 长期在线监测型电磁超声测厚系统。
8.1.1.3 按电磁超声测厚仪显示方式分类，电磁超声测厚仪分为如下类型：
a) 数字直读式一一直接显示被测材料厚度 b) A扫显示式一显示A扫描检测信号同时显示被测材料厚度。
8.1.2 电磁超声测厚仪基本参数
电磁超声测厚仪应提供如下参数： a) 激发工作电压范围； b) 激发工作电流范围； c) 激发脉冲类型与特征； d) 输出/输入阻抗； e) 工作频率范围； f) 最大接收增益； g) 可调接收增益范围及步长； h) 测量分辨率。
8.1.3 电磁超声测厚仪其他参数
电磁超声测厚仪宜提供如下参数： a) 尺寸； b) 重量； c) 电池工作时间； d) 防水、防尘、防爆特性； e) 存储与运输要求。
5 ICS 19.100 CCS J 04
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2022-05-01实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T40730—2021
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
1
测厚原理、厚度值计算及测厚类型人员要求安全要求检测工艺规程
4
5
6
7
8 检测设备和器材 9 检测程序 10 测量结果不确定度 11 检测记录与报告附录A（资料性） 电磁超声测厚方法的主要优点及局限性附录B（资料性） 常用材料温度-横波声速表附录C（资料性） 电磁超声测厚仪测量材料温度-声速曲线的方法附录D（资料性） 影响电磁超声测厚结果测量不确定度的因素
12 12 14 15 18 21 GB/T 40730—2021
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则 厂第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：中国特种设备检测研究院、上海材料研究所、中北大学、清华大学、电子科技大学、
广东汕头超声电子股份有限公司超声仪器分公司、武汉中科创新技术股份有限公司、合肥通用机械研究院有限公司、南昌航空大学
本文件主要起草人：郑阳、沈功田、周进节、张宗健、周俊峰、李素军、蓝麒、黄松岭、李翔、詹红庆、 王子成、丁杰、朱雨虹、谭继东、阎长周、石文泽
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无损检测
电磁超声脉冲回波式测厚方法
1范围
本文件规定了使用电磁超声换能器激励和接收超声进行材料厚度测量的方法。 本文件适用于温度范围在一196℃～800℃之间的钢材、有色金属及其他采用电磁超声换能器激
发超声的材料的测量。
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，仅注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/T9445无损检测人员资格鉴定与认证 GB/T12604.1无损检测术语超声检测 GB/T27418测量不确定度评定和表示 GB/T 34885 5无损检测电磁超声检测 总则
3 3术语和定义
GB/T12604.1、GB/T27418和GB/T34885界定的术语和定义适用于本文件，
测厚原理、厚度值计算及测厚类型
4
4.1测厚原理
电磁超声技术是通过电-磁-声耦合换能的方式，实现超声的激发与接收。电磁超声的核心换能器件为磁铁和线圈，基本工作原理如图1所示。电磁超声激发过程中，当置于被检导电材料上方的线圈通以瞬态交变电信号时，被检材料表面产生感应涡流，同时线圈感生出动态磁场。涡流区域材料在偏置磁场和动态磁场作用下受到洛仑兹力的作用。由于线圈中通过的是交变电流，感生的涡流也是交变的，从而涡流区域材料中各质点受到的洛仑兹力也是交变的。这种交变作用力使材料表面质点产生振动，如果交变的频率是超声频段，则产生的振动表现为超声振动，即在材料中激发出超声。如果被检材料是铁磁性材料，除了交变的洛仑兹力，还存在交变的磁致伸缩力和磁化力，在三种力的共同作用下，引起材料表面质点的超声振动，从而产生超声。电磁超声接收过程是激发的逆作用过程。
电磁超声测厚方法不是直接测量厚度，而是由超声的传播时间与速度的乘积求得被测对象厚度值。 传播时间为超声在被测对象厚度路径上一次传播的时间或多次往复传播的时间差。
电磁超声测厚方法的主要优点及局限性参见附录A
1 GB/T40730—2021
h
昆
标引序号说明： 1---磁铁； 2———线圈；
d- 感应涡流；
洛伦兹力；磁致伸缩力（铁磁性）：磁化力（铁磁性）：超声波。
被检材料；
3
静态偏置磁场； b 瞬态交变信号；
4
h
动态磁场；
-
图1电磁超声激发/接收机制
4.2 厚度值计算 4.2.1 测厚模式
采用电磁超声测厚时，常见的测厚模式有： a) -次脉冲回波测厚； b) 多次脉冲回波测厚； c) 超声共振测厚
4.2.2 一次脉冲回波测厚
原理如图2a）和图2d)所示，厚度值是声速与超声在材料厚度路径上传播时间的乘积，见式（1）：
△t
d=uX
.(1 )
2
式中： d U At 超声在材料厚度路径上往返 区一次的传播时间，单位为秒（s）。
厚度，单位为米（m）；声速，单位为米每秒（m/s）；
4.2.3多次脉冲回波测厚
原理如图2b)和图2e)所示，厚度值是多个相邻脉冲时间差的平均值与声速的乘积。由于检测较薄
2 GB/T40730—2021
试件时，声波在材料中会经过多次反射，形成多次底面回波，在测厚时提取多次相邻脉冲时间差，对其时间差求平均再乘以当前声速即为厚度。见式（2）：
△t
d=uX
(2)
2
式中： d U △t一多次相邻回波脉冲时间差平均值，单位为秒（s）。
厚度，单位为米（m）；声速，单位为米每秒（m/s）；
4.2.4超声共振测厚
原理如图2c)和图2f)所示，特定频率的超声进入材料后，在其上下表面来回反射达到驻波条件后，产生超声共振现象。共振测厚时，一般采用宽频探头、宽频激发接收系统和宽频激励信号，接收到的检测信号中存在共振信号，将共振信号进行傅立叶变换，可获得共振频率，在已知声速条件下，获得厚度值。见式（3）：
n7 2f.
d =
·(3)
式中： d n
厚度，单位为米（m）；自然数；声速，单位为米每秒（m/s）：试件中第n阶共振频率，单位为赫兹（Hz），实际中通常采用第1阶共振频率进行计算，
2
f
a) 一次脉冲回波测厚原理 1. 0100
b) 多次脉冲回波测厚原理
c) 超声共振测厚原理
1. 0 0. 8 ≥ 0. 6- 值
1. 0
Amurts
Ary
0.8 ≥ 0. 6111 亿翼0. 4 0. 2 0.00
0. 8. ≥ 0.6
Ar
Ar
2
/双号0.4 0. 2
0.4 0. 2 0. 0.
adapilhla
0. 0
5
10 15 频率/MHz
0
40 60 80
0
20
20
40 时间/μs
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80
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时间/μs
f) 超声共振测厚频谱
d）一次脉冲回波测厚信号
e) 多次脉冲回波测厚信号图2 电磁超声测厚模式
3 GB/T 40730—2021
4.3 测厚类型
电磁超声测厚以检测中探头适用温度范围划分如下： a) 超高温测厚 被检材料温度不小于350℃时的测厚； b）高温测厚 被检材料温度大于或等于80℃且小于350℃时的测厚； c） 常温测厚 被检材料温度大于或等于0℃且小于80℃时的测厚； d) 低温测厚——被检材料温度大于一50℃且小于0℃时的测厚； e) 超低温测厚一一被检材料温度不大于一50℃时的测厚。
5人员要求
按本文件实施测厚的检测人员应按GB/T9445或合同各方同意的体系进行人员资格鉴定或认证，取得超声检测人员资格等级证书，并由雇主或代理对其进行岗位培训和授权
6安全要求
本章没有列出进行检测时所有的安全要求，使用本文件的用户应在检测前建立安全准则。检测过
程中的安全要求至少包括如下要素：
a）在实施检测前，应对检测过程中可能伤害检测人员的各种危险源加以辨识，并对检测人员进行
培训和采取必要的保护措施； b）检测人员应遵守被检件现场的安全要求，根据检测地点的要求穿戴防护工作服和佩戴有关防
护设备； c）在危爆场合使用时，由于电磁超声激发电压一般在高压范围，应注意对仪器、接插线、电磁超声
前端的放电测试，确保具有防爆性后，再实施检测：
d）在进行在线检测时，应制定特别的安全措施； e）在封闭空间内进行操作时，宜考虑氧气含量等相应因素，并采取必要的保护措施； f) 在高空进行操作时，宜考虑人员、检测设备器材坠落等因素，并采取必要的保护措施； g） 在极端环境下进行操作时，如低温、高温等条件下，宜考虑人员冻伤、烫伤等因素，并采取必要
的保护措施； h） 永磁式电磁超声换能器在运输、存放、搬运和使用过程中避免强磁对人身安全、设备、仪器仪表
和环境的影响；
i） 检测时应注意磁场导致的人员受伤和设备损坏及对其他辅助电子设备的影响； j） 仪器操作中，应注意仪器、换能器和导线高压漏电检查，避免高压放电对人体或物品造成危害。
7检测工艺规程
从事电磁超声测厚检测的单位应按本文件的要求制定通用检测工艺规程，其内容至少应包括如下
要素：
a） 适用范围； b) 依据的标准、法规或其他技术文件； c) 检测人员资格要求； d) 检测设备和器材； e) 被检产品信息及检测前的准备要求； 4 GB/T40730—2021
f) 检测时机； g) 检测方法和检测步骤； h) 检测的标记和原始数据记录要求； i) 检测后的操作要求； i) 检测结果的评价及处理方式； k) 编制（等级）、审核（等级）和批准人； 1) 制定日期。
8 检测设备和器材
8.1 测厚仪 8.1.1 电磁超声测厚仪类型 8.1.1.1 按支持的电磁超声探头磁铁种类分类，电磁超声测厚仪分为如下类型
a) 永磁铁式电磁超声测厚仪； b) 电磁铁式电磁超声测厚仪； c) 双模式电磁超声测厚仪（既支持永磁铁式又支持电磁铁式探头）。
8.1.1.2 按用途分类，电磁超声测厚仪分为如下类型：
a) 手动单次测量型电磁超声测厚仪； b) 自动连续扫查型电磁超声测厚系统； c) 长期在线监测型电磁超声测厚系统。
8.1.1.3 按电磁超声测厚仪显示方式分类，电磁超声测厚仪分为如下类型：
a) 数字直读式一一直接显示被测材料厚度 b) A扫显示式一显示A扫描检测信号同时显示被测材料厚度。
8.1.2 电磁超声测厚仪基本参数
电磁超声测厚仪应提供如下参数： a) 激发工作电压范围； b) 激发工作电流范围； c) 激发脉冲类型与特征； d) 输出/输入阻抗； e) 工作频率范围； f) 最大接收增益； g) 可调接收增益范围及步长； h) 测量分辨率。
8.1.3 电磁超声测厚仪其他参数
电磁超声测厚仪宜提供如下参数： a) 尺寸； b) 重量； c) 电池工作时间； d) 防水、防尘、防爆特性； e) 存储与运输要求。
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