《無(wú)縫鋼管管端超聲檢測(cè)方法》 -編制說(shuō)明

《無(wú)縫鋼管管端超聲檢測(cè)方法》

（征求意見(jiàn)稿）

編制說(shuō)明

一、工作簡(jiǎn)況

、任務(wù)來(lái)源

1本項(xiàng)目是依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)文件國(guó)標(biāo)委[2021]28號(hào)文“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2021年第三批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)

劃的通知”下達(dá)的項(xiàng)目計(jì)劃，項(xiàng)目編號(hào)為20214324-T-605，項(xiàng)目名稱(chēng)為“無(wú)縫鋼

管管端超聲檢測(cè)方法”。本項(xiàng)目是制定項(xiàng)目，主管部門(mén)為中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)，歸

口單位為全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，主要起草單位：武漢中科創(chuàng)新技術(shù)股份有限

公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院等，計(jì)劃完成時(shí)間為2023年。

、主要工作過(guò)程

2起草(草案、調(diào)研)階段:計(jì)劃下達(dá)后，2021年10月全國(guó)鋼標(biāo)委鋼產(chǎn)品無(wú)損

檢測(cè)分委員會(huì)組織各起草單位成立了起草工作組，由武漢中科創(chuàng)新技術(shù)股份有限

公司牽頭成立了標(biāo)準(zhǔn)編制工作組），負(fù)責(zé)主要起草工作。工作組對(duì)國(guó)內(nèi)外無(wú)縫鋼

管管端超聲檢測(cè)方法的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全面調(diào)研，同時(shí)廣泛搜集相關(guān)標(biāo)

準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)外技術(shù)資料，進(jìn)行了大量的研究分析、資料查證工作，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)

驗(yàn)，進(jìn)行全面總結(jié)和歸納，在此基礎(chǔ)上提出《無(wú)縫鋼管管端超聲檢測(cè)方法》標(biāo)準(zhǔn)

修訂草案初稿。經(jīng)工作組及有關(guān)專(zhuān)家研討后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案初稿進(jìn)行了認(rèn)真的修改，

于2023年8月形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿及其編制說(shuō)明等相關(guān)附件，報(bào)全國(guó)鋼標(biāo)委

鋼產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)分委員會(huì)秘書(shū)處。

、主要參加單位和工作組成員及其所做的工作

3本標(biāo)準(zhǔn)由武漢中科創(chuàng)新技術(shù)股份有限公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、

XXX、XXX、XXX等單位共同起草。

主要成員:XXX、XXX、XXX等。

所做的工作:XXX任工作組組長(zhǎng)，主持全面協(xié)調(diào)工作，負(fù)責(zé)對(duì)各階段標(biāo)準(zhǔn)的

審核;XXX為本標(biāo)準(zhǔn)主要執(zhí)筆人，負(fù)責(zé)本標(biāo)準(zhǔn)的具體起草與編制;XXX負(fù)責(zé)國(guó)內(nèi)

外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和資料的收集、分析及資料查證，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、性能和使用

經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和歸納;XXX負(fù)責(zé)對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品和技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全

面調(diào)研，XXX負(fù)責(zé)對(duì)各方面的意見(jiàn)及建議進(jìn)行歸納、整理。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)在制定/修訂過(guò)程中，遵循“面向市場(chǎng)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推

出、及時(shí)修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)

推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的目

標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來(lái)進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的制定/修

訂工作。

未采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂的標(biāo)準(zhǔn)：

本標(biāo)準(zhǔn)在起草過(guò)程中主要按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：

標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的要求編寫(xiě)。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時(shí)，綜

合考慮生產(chǎn)企業(yè)的能力和用戶(hù)的利益，尋求最大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，充分體現(xiàn)了

標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的先進(jìn)性和合理性。

三、主要內(nèi)容說(shuō)明

本標(biāo)準(zhǔn)介紹超聲相控陣管端自動(dòng)檢測(cè)方法。該方法采用帶角度的相控陣線(xiàn)掃

實(shí)現(xiàn)波束傾斜入射，適合大面積的同角度檢測(cè)，可以用來(lái)進(jìn)行縱向及橫向探傷，

不帶角度的相控陣線(xiàn)掃則適合分層檢測(cè)；此外，相控陣探頭內(nèi)部聲線(xiàn)密集，整個(gè)

寬度內(nèi)聲束靈敏度均衡，覆蓋區(qū)無(wú)需移動(dòng)探頭，即可實(shí)現(xiàn)盲區(qū)為零的目標(biāo)區(qū)全檢

測(cè)，且具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、機(jī)動(dòng)靈活性強(qiáng)、檢測(cè)方法簡(jiǎn)單和缺陷易判的特

點(diǎn)。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了無(wú)縫鋼管管端超聲檢測(cè)的通用要求、檢測(cè)設(shè)備、試塊、檢測(cè)

方法、檢測(cè)設(shè)備設(shè)置、檢測(cè)校驗(yàn)、結(jié)果評(píng)定、記錄和報(bào)告。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于管體自動(dòng)超聲檢測(cè)設(shè)備未能完成的外徑不小于6mm且壁厚與

外徑之比不大于0.2的無(wú)縫鋼管管端區(qū)域縱向、橫向、分層缺欠的超聲波檢測(cè)。

本標(biāo)準(zhǔn)的主要章節(jié)為：1-范圍、2-規(guī)范性引用文件、3-術(shù)語(yǔ)和定義、4-通

用要求、5-儀器和設(shè)備、6-試塊、7-檢測(cè)方法、8-檢測(cè)設(shè)備設(shè)置、9-設(shè)備校驗(yàn)、

10-結(jié)果評(píng)定、11-記錄和報(bào)告。

本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容：

（1）范圍：規(guī)定了本標(biāo)準(zhǔn)方法針對(duì)無(wú)縫鋼管檢測(cè)時(shí)適用的缺陷類(lèi)型及適

用的鋼管類(lèi)型特征要求；特別說(shuō)明本方法主要用于管體自動(dòng)超聲檢測(cè)

設(shè)備未能完成管端區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，分層缺欠檢測(cè)僅適用于壁厚不小于

6mm的鋼管；本標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T5777的范圍規(guī)范，適用于通用型號(hào)的

無(wú)縫鋼管；

（2）規(guī)范性引用文件：本標(biāo)準(zhǔn)主要引用了GB/T5777《無(wú)縫和焊接（埋弧

焊除外）鋼管縱向和/或橫向缺陷的自動(dòng)全周向超聲波檢驗(yàn)》及其它相

關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)過(guò)仔細(xì)查對(duì)，本標(biāo)準(zhǔn)中引用的標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)和引用內(nèi)容都是正

確的。標(biāo)準(zhǔn)正文里涉及到了的所有這些標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)號(hào)或引用了部分內(nèi)

容；

（3）術(shù)語(yǔ)和定義：增加了軸向分辯力、管端盲區(qū)及同類(lèi)檢測(cè)相關(guān)術(shù)語(yǔ)的定

義；

（4）通用要求：對(duì)通用條件下被檢工件狀態(tài)、檢測(cè)條件、檢測(cè)人員進(jìn)行了

一般要求，參照GB/T41966《無(wú)縫鋼管相控陣超聲檢測(cè)方法》的通

用要求；

（5）儀器設(shè)備：規(guī)定了常規(guī)超聲和相控陣超聲檢測(cè)設(shè)備、探頭、系統(tǒng)組合

性能的要求。相控陣超聲采用獨(dú)立控制相位的陣列探頭技術(shù)，合成控

制檢測(cè)聲束的位置、方向和聚焦，并實(shí)現(xiàn)電子掃描。儀器設(shè)備的性能

決定了檢測(cè)分辨力，連續(xù)覆蓋的掃描速度和成像檢測(cè)的效果。引用了

NB/T47013.15《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第15部分：相控陣超聲檢測(cè)》“5.7

承壓設(shè)備用無(wú)縫鋼管管端超聲檢測(cè)方法和質(zhì)量分級(jí)”中對(duì)檢測(cè)儀器的

要求；

（6）試塊：參考GB/T5777和GB/T41966規(guī)定管端檢測(cè)對(duì)比樣管的橫向、

縱向、分層、斜向人工缺陷及聲束校準(zhǔn)試塊的制作要求。另外，新增

人工管端邊緣缺陷的位置、尺寸和加工工藝的要求。

（7）檢測(cè)方法：規(guī)定了無(wú)縫鋼管管端檢測(cè)方法的通用要求及相控陣軸向線(xiàn)

性技術(shù)檢測(cè)的條件，確保在檢測(cè)過(guò)程中，相控陣聲束對(duì)無(wú)縫鋼管管端

掃查的全覆蓋。

（8）檢測(cè)設(shè)備設(shè)置：規(guī)定了相控陣檢測(cè)前需要根據(jù)規(guī)定的對(duì)比試塊對(duì)檢測(cè)

設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試，設(shè)置檢測(cè)參數(shù)，以保證管端各部位缺陷信號(hào)都

可以被有效識(shí)別。

（9）設(shè)備校驗(yàn)：規(guī)定了設(shè)備設(shè)置調(diào)試完成后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試的要求和方

法，確保檢測(cè)過(guò)程中掃描聲束與機(jī)械速度的匹配，以保證檢測(cè)的全覆

蓋；

（10）結(jié)果評(píng)定：參照GB/T5777對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)定；并增加分層缺陷

結(jié)果評(píng)定方法；

（11）記錄和報(bào)告：本標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T41966《無(wú)縫鋼管相控陣超聲檢測(cè)方

法》，規(guī)定了無(wú)縫鋼管相控陣檢測(cè)所需的記錄和報(bào)告中所需的參數(shù)和

圖形；

本標(biāo)準(zhǔn)兼容國(guó)標(biāo)GB/T5777《無(wú)縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管縱向和/或橫向

缺陷的自動(dòng)全周向超聲波檢驗(yàn)》，與GB/T41966《無(wú)縫鋼管相控陣超聲檢測(cè)方法》

可配套使用，優(yōu)勢(shì)在于采用相控陣超聲技術(shù)對(duì)聲束靈活的控制能力和更高的檢測(cè)

靈敏度、分辨率，提高檢測(cè)覆蓋率和效率，能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鋼管管端原自動(dòng)化無(wú)法覆

蓋區(qū)域的全面檢測(cè)。

本標(biāo)準(zhǔn)的全部?jī)?nèi)容，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)起草工作組協(xié)商一致。

四、主要試驗(yàn)(或驗(yàn)證)情況

征求意見(jiàn)同時(shí)，組織國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中重要技術(shù)指標(biāo)或性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)

證。驗(yàn)證情況如下：

、基本原理

1本系統(tǒng)采用相控陣線(xiàn)陣技術(shù)，由不同活性的陣列晶片，以恒定的發(fā)射角產(chǎn)生

的波束形成的線(xiàn)掃視圖。分度點(diǎn)以線(xiàn)性移動(dòng)，其視圖將以某一個(gè)波束角度的平行

四邊形方式顯示。線(xiàn)掃示意圖見(jiàn)圖1所示。

圖1線(xiàn)掃示意圖

線(xiàn)掃具有如下特點(diǎn)：

帶一定角度的相控陣線(xiàn)掃可以實(shí)現(xiàn)波束傾斜入射，適合大面積的同角度

檢測(cè)，可以用來(lái)進(jìn)行縱向及橫向探傷。

不帶角度的相控陣線(xiàn)掃則適合分層檢測(cè)。

覆蓋區(qū)無(wú)需移動(dòng)探頭，即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)的全檢測(cè)。

、試驗(yàn)系統(tǒng)

2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用一種基于機(jī)器人進(jìn)行管端自動(dòng)化檢測(cè)的技術(shù)，使用相控陣超

聲，對(duì)管端進(jìn)行分層及非分層缺陷的檢測(cè)。非分層缺陷主要包含縱向及橫向缺陷

等。超聲使用相控陣技術(shù)，軟件通過(guò)C掃描方式呈現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果。

無(wú)縫鋼管管端配置4組相控陣探頭，分為縱向檢測(cè)探頭共2只（順時(shí)針、逆

時(shí)針），橫向檢測(cè)探頭共1只（前向、后向），分層檢測(cè)探頭1組（0°）。

縱向檢測(cè)使用物理角度偏轉(zhuǎn)，電子聲束僅沿著鋼管軸向移動(dòng)。橫向檢測(cè)使用

電子角度偏轉(zhuǎn)，并沿著鋼管軸向移動(dòng)。橫向檢測(cè)探頭分2個(gè)周期偏轉(zhuǎn)出前向及后

向的兩個(gè)角度聲束。分層檢測(cè)無(wú)物理及電子角度偏轉(zhuǎn)，僅沿著鋼管軸向移動(dòng)。同

時(shí)，通過(guò)相控陣技術(shù)，即時(shí)調(diào)整到較小孔徑，可以大大縮小探頭的邊緣效應(yīng)，確

保端部坡口區(qū)的分層檢測(cè)實(shí)現(xiàn)最小的盲區(qū)?？v向檢測(cè)、橫向檢測(cè)及分層檢測(cè)見(jiàn)圖

2所示。

圖2相控陣各探頭檢測(cè)示意圖

探頭均安裝在帶有萬(wàn)向適應(yīng)機(jī)構(gòu)的探頭架中，探頭架可進(jìn)行上下彈性浮動(dòng)，

保證適應(yīng)管端彎曲度大的狀況。探頭架如圖3所示。

圖3相控陣各探頭檢測(cè)示意圖

管端數(shù)據(jù)顯示采用C掃描模式，更好的適應(yīng)焊接鋼管大直徑、端部軸向短距

離的探傷需求。通過(guò)C掃描可以清晰觀(guān)察到端部各區(qū)域內(nèi)的質(zhì)量問(wèn)題。C掃描數(shù)

據(jù)可進(jìn)行分層及非分層缺陷的切片顯示切換，也可整合顯示。

檢測(cè)開(kāi)始后，系統(tǒng)通過(guò)3D視覺(jué)傳感器對(duì)感應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)鋼管端部

后，通過(guò)掃描獲取管端位置及管徑大小，并將位置及管徑信息傳輸給智能機(jī)器人。

機(jī)器人收到傳感器發(fā)送的信息后，通過(guò)實(shí)時(shí)位置更新及路線(xiàn)規(guī)劃，夾持探頭組進(jìn)

入管內(nèi)壁一段距離，該距離可通過(guò)用戶(hù)自行指定，范圍為500mm。到達(dá)指定位置，

鋼管勻速原地旋轉(zhuǎn)，第一個(gè)探頭下落，機(jī)器人根據(jù)鋼管轉(zhuǎn)速及管徑大小自動(dòng)計(jì)算

探頭下落時(shí)間，確保探頭可以沿著鋼管表面轉(zhuǎn)動(dòng)1周后，以一定探傷速度沿著鋼

管軸線(xiàn)移動(dòng)。探頭軸向移動(dòng)速度可以保證鋼管旋轉(zhuǎn)一周，探頭軸向移動(dòng)距離小于

等于探頭有效聲束的50%，從而實(shí)現(xiàn)掃查的150%重復(fù)覆蓋。機(jī)器人帶動(dòng)探頭移動(dòng)

到第二個(gè)探頭到達(dá)下落區(qū)，然后重復(fù)第一個(gè)探頭的各項(xiàng)動(dòng)作。該動(dòng)作同樣適用于

后面的第三以及第四個(gè)探頭。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)探頭移動(dòng)到管端處后，停止軸向移動(dòng)，保

證該探頭可以?huà)卟橐恢艿拈L(zhǎng)度后，自行抬起，結(jié)束第一個(gè)探頭的掃查任務(wù)。機(jī)器

人繼續(xù)帶動(dòng)后部探頭軸向移動(dòng)，各探頭重復(fù)探頭1的動(dòng)作及軌跡，直到全部探頭

掃查任務(wù)均結(jié)束，全部探頭抬起后，機(jī)器人自行復(fù)位到鋼管側(cè)面，旋轉(zhuǎn)輥道下落，

將鋼管放置到傳輸輥上，擋料輪下降，鋼管繼續(xù)沿著傳輸輥道前進(jìn)，到達(dá)下一個(gè)

工位。機(jī)器人則準(zhǔn)備迎接下一根鋼管的檢測(cè)任務(wù)。

對(duì)于橫向檢測(cè)，由于超聲波對(duì)管端斜射，存在端部反射波，為了更好的實(shí)現(xiàn)

端部缺陷分選，軟件內(nèi)置端部反射波處理專(zhuān)用算法自動(dòng)分選出端部反射及缺陷反

射波，見(jiàn)圖4所示。

圖4端部篩選缺陷示意圖

、試驗(yàn)樣管

3為了驗(yàn)證檢測(cè)能力，特在規(guī)格為φ1016×18mm的鋼管端部制作表1所示的

各種人工缺陷，模擬鋼管管端存在的分層及非分層缺陷，進(jìn)行測(cè)試。

表1缺陷類(lèi)型及分布

編號(hào)缺陷類(lèi)型當(dāng)量距端部位置/距端部位置/角度

1平底孔FBH3mm×1/2T0mm/300mm/0°

2縱向刻槽25mm（長(zhǎng)）×0.9mm（深）×0.5mm（寬）0mm/300mm/120°

3橫向刻槽25mm（長(zhǎng)）×0.9mm（深）×0.5mm（寬）0mm/300mm/240°

注：所有刻槽，距離端部0mm處為內(nèi)部刻槽，距離端部300mm處為外部刻槽。

、試驗(yàn)結(jié)論

4探測(cè)的缺陷如圖5所示。

（a）非分層缺陷

（b）分層缺陷

圖5相控陣各功能檢測(cè)缺陷圖

結(jié)果為C掃模式，效果如圖6所示。缺陷1、2為分層缺陷，缺陷3、4、5、

6為非分層缺陷。

圖6相控陣C掃檢測(cè)示意圖

本試驗(yàn)將自動(dòng)化產(chǎn)品結(jié)合超聲相控陣技術(shù)，檢測(cè)結(jié)果通過(guò)C掃描呈現(xiàn)，缺

陷顯示形象直觀(guān)。檢測(cè)精度高，重復(fù)性良好，實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫鋼管管端的全自動(dòng)檢測(cè)。

五、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專(zhuān)