标准编号:	GB/T 34370.11-2020
中文名称:	游乐设施无损检测 第11部分：超声导波检测
英文名称:	Nondestructive testing of amusement equipments—Part 11:Ultrasonic guided wave testing
行业分类:	GB    国家标准
发布机构:	国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会
发布日期:	2020-11-19
实施日期:	2021-6-1
标准状态:	valid
翻译语言:	英文
文件格式:	PDF
中文字符数:	17000 字
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Nondestructive testing of amusement equipments Part 11: Ultrasonic guided wave testing 1 Scope This part of GB/T 34370 specifies the method of ultrasonic guided wave testing and result evaluation for amusement equipments. This part is applicable to ultrasonic guided wave testing and result evaluation for members of amusement equipments such as metal plates (including channel steel and square beams) with wall thickness of 4 mm~80 mm, steel pipes with diameter of 16 mm ~ 2000 mm and wall thickness of 2 mm~80 mm, steel ropes and cables with diameter of 12 mm~185 mm, tie rods with diameter of 16 mm~80 mm, etc. 2 Normative references The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition (including any amendments) applies. GB/T 12604.4 Non-destructive testing - Terminology - Terms used in acoustic emission testing GB/T 20306 Amusement devices terminology GB/T 20737 Non-destructive testing - General terms and definitions GB/T 28704 Non-destructive testing - Test method for ultrasonic guided wave testing based on magnetostrictive effects GB/T 31211 Non-destructive testing - Ultrasonic guided wave testing - General principle GB/T 34370.1 Nondestructive testing of amusement equipments - Part 1: General requirement GB/T 34370.3 Nondestructive testing of amusement equipments - Part 3: Magnetic particle testing GB/T 34370.4 Nondestructive testing of amusement equipments - Part 4: Penetrant testing GB/T 34370.5 Nondestructive testing of amusement equipments - Part 5: Ultrasonic testing GB/T 34370.6 Nondestructive testing of amusement equipments - Part 6: Radiographic testing GB/T 34370.7 Nondestructive testing of amusement equipments - Part 7: Eddy current testing GB/T 34370.9 Nondestructive testing of amusement equipments - Part 9: Magnetic flux leakage testing GB/T 34370.10 Nondestructive testing of amusement equipments - Part 10: Magnetic memory testing 3 Terms and definitions For the purposes of this document, the terms and definitions given in GB/T 12604.4, GB/T 20306, GB/T 20737, GB/T 28704 and GB/T 31211 apply. 4 Method summary 4.1 Principle of ultrasonic guided wave testing According to characteristics of the member under testing, ultrasonic guided waves propagating along the member are excited in a certain way. When the guided wave encounters a flaw, it will produce a reflection echo. The echo signal is received by a receiving sensor, and the location and size of the flaw can be discriminated by analyzing the characteristics and propagation time of the echo signal. Magnetostrictive ultrasonic guided wave testing method is a method of testing members by using ultrasonic guided waves produced by magnetostrictive effect. Piezoelectric ultrasonic guided wave testing method is a method of testing members by using ultrasonic guided waves produced by piezoelectric effect. 4.2 Ultrasonic guided wave testing method for plates SH wave or Lamb wave is generally used for ultrasonic guided wave testing of plates. Ultrasonic guided wave in SH mode is generally excited by sheet magnetostrictive transducer, while Lamb wave is generally excited by piezoelectric ultrasonic guided wave transducer. The principle of piezoelectric ultrasonic guided wave testing for plates is shown in Figure 1, while that of magnetostrictive ultrasonic guided wave testing for plates is shown in Figure 2. Ultrasonic guided wave testing method for plates may be used as that for members such as I-steel, channel steel, square beam, etc.   Figure 1 Principle of piezoelectric ultrasonic guided wave testing for plates Figure 2 Principle of magnetostrictive ultrasonic guided wave testing 4.3 Ultrasonic guided wave testing method for pipes Workpieces under testing, e.g., pipes, which are mainly characterized by a hollow cylindrical structure with a diameter greater than 20 mm are generally tested using magnetostrictive ultrasonic guided waves (indirect method) or piezoelectric ultrasonic guided waves. Magnetostrictive ultrasonic guided waves are generally used to test the pipes in torsional shear mode, while piezoelectric ultrasonic guided waves are generally used to test the pipes in longitudinal wave mode. Magnetostrictive ultrasonic guided waves generate mechanical vibration on the magnetostrictive film based on magnetostrictive effect, and the vibration is transmitted from the magnetostrictive film to the member under testing in dry or gel coupling mode to form guided waves, thus realizing guided wave excitation. Guided waves are transmitted from the member under testing back to the magnetostrictive film in the same coupling mode, and guided waves are received based on the inverse magnetostrictive effect. This method is applicable to the testing of ferromagnetic materials and non-ferromagnetic materials, with the principle of testing shown in Figure 3. The ultrasonic guided wave sensor for this method includes coil and magnetostrictive film, and the latter needs to be pre-magnetized prior to use. Figure 3 Principle of magnetostrictive ultrasonic guided wave testing for pipes Piezoelectric ultrasonic guided waves generate mechanical vibration on piezoelectric materials based on inverse piezoelectric effect, and the vibration is transmitted from the piezoelectric chip to the member under testing in dry or gel coupling mode to form guided waves, thus realizing guided wave excitation. Guided waves are transmitted from the member under testing back to the piezoelectric chip in the same coupling mode, and guided waves are received based on the direct piezoelectric effect. This method is applicable to the testing of ferromagnetic materials and non-ferromagnetic materials, with the principle of testing shown in Figure 4. Piezoelectric ultrasonic guided wave tester for pipes usually consists of arrayed piezoelectric probes uniformly distributed around the circumference. Figure 4 Principle of piezoelectric ultrasonic guided wave testing for pipes 4.4 Ultrasonic guided wave testing method for rods, cables and ropes Rod, cable and rope members are mainly characterized by small-diameter solid steel members, with very small curvature of cross-section profile. Generally, ultrasonic guided wave transducers are difficult to be installed on the outer surfaces of the generally very large workpieces under testing in length. Rod, cable and rope members should be tested by magnetostrictive ultrasonic guided wave testing method (direct method) to excite the guided wave in longitudinal mode. This method directly excites and receives guided waves in the member using the magnetostrictive effect of the material itself, and is only applicable to the testing of ferromagnetic materials, with the principle of testing shown in Figure 5. The sensor for this method consists of exciting coil, testing coil and magnetizer. The magnetizer is used to provide bias magnetic field with magnetostriction effect, and can be loaded in electromagnetic or permanent magnetic mode. The testing method should be pulse echo testing with separate reception and transmission. Figure 5 Principle of ultrasonic guided wave testing for rods, cables and ropes 5 Safety requirements This clause does not list all safety requirements for testing, so users of this standard shall establish safety guidelines prior to testing. Safety requirements in the testing process shall at least include: a) Before the testing, various hazards that may harm the testing personnel during the testing shall be identified, training shall be conducted for the testing personnel and necessary protective measures shall be taken; b) The testing personnel shall comply with the safety requirements for the site of the member under testing, wear protective overalls and relevant protective equipment; c) Attention shall be paid to avoid various potential safety hazards, such as bumping, electric shock, falling, squeezing, shearing, winding, slipping, drowning, scalding, etc. d) During operation at heights, factors such as falling of personnel and testing apparatus shall be considered, and necessary protective measures shall be taken; e) For testing in the running state of amusement equipments, targeted safety measures shall be established. 6 Personnel requirements Personnel engaged in ultrasonic guided wave testing of amusement equipments shall comply with the relevant provisions of GB/T 34370.1.

Foreword i 1 Scope 2 Normative references 3 Terms and definitions 4 Method summary 5 Safety requirements 6 Personnel requirements 7 Testing apparatus 8 Testing procedure specification 9 Testing procedure 10 Grading and treatment of testing results 11 Testing record and report

游乐设施无损检测 第11部分：超声导波检测 1 范围 GB／T 34370的本部分规定了游乐设施超声导波检测和结果评定方法。 本部分适用于游乐设施壁厚为4 mm～80 mm的金属板(含槽钢、方形梁)，直径为16 mm～2000 mm、壁厚为2 mm～80 mm的钢管，直径为12 mm～185 mm的钢丝绳和拉索，直径为16 mm～80 mm的拉杆等构件的超声导波检测及结果评定。 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／T 12604.4 无损检测 术语 声发射检测 GB／T 20306 游乐设施术语 GB／T 20737 无损检测 通用术语和定义 GB／T 28704 无损检测 磁致伸缩超声导波检测方法 GB／T 31211 无损检测 超声导波检测 总则 GB／T 34370.1 游乐设施无损检测 第1部分：总则 GB／T 34370.3 游乐设施无损检测 第3部分：磁粉检测 GB／T 34370.4 游乐设施无损检测 第4部分：渗透检测 GB／T 34370.5 游乐设施无损检测 第5部分：超声检测 GB／T 34370.6 游乐设施无损检测 第6部分：射线检测 GB／T 34370.7 游乐设施无损检测 第7部分：涡流检测 GB／T 34370.9 游乐设施无损检测 第9部分：漏磁检测 GB／T 34370.10 游乐设施无损检测 第10部分：磁记忆检测 3 术语和定义 GB／T 12604.4、GB／T 20306、GB／T 20737、GB／T 28704和GB／T 31211界定的术语和定义适用于本文件。 4 方法概要 4.1 超声导波检测原理 根据被检构件特征，采用一定的方式在构件中激励出沿构件传播的超声导波，当该导波遇到缺陷时，会产生反射回波，采用接收传感器接收到该回波信号，通过分析回波信号特征和传播时间，即可实现对缺陷位置和大小的判别。 磁致伸缩超声导波检测方法是利用磁致伸缩效应在构件中产生的超声导波，对构件实施检测的一种方法。 压电式超声导波检测方法是利用压电效应在构件中产生的超声导波，对构件实施检测的一种方法。 4.2 板的超声导波检测方法 板类的超声导波检测一般采用SH波或Lamb波进行检测，SH模态的超声导波一般采用薄片式磁致伸缩换能器进行激励，Lamb波一般采用压电式超声导波换能器进行激励。板类压电式超声导波的检测原理见图1，板类磁致伸缩超声导波的检测原理见图2。工字钢、槽钢及方形梁等构件的超声导波检测方法可采用板的超声导波检测方法。 压电超声导波换能器 图1 板类压电式超声导波的检测原理 激励线圈 磁致伸缩带材 图2 板类磁致伸缩超声导波的检测原理 4.3 管的超声导波检测方法 管件等被检测工件主要特征为中空型圆柱体结构，直径大于20 mm以上，一般采用磁致伸缩超声导波(间接法)或压电式超声导波进行检测。磁致伸缩超声导波一般采用扭转剪切模态对管件进行检测，压电式超声导波一般采用纵波模态对管件进行检测。 磁致伸缩超声导波为基于磁致伸缩效应在磁致伸缩带上产生机械振动，通过干耦合或胶耦合的方式将振动从磁致伸缩带传递到被检构件上形成导波，实现导波激励；并通过相同的耦合方式将导波从被检构件传递回磁致伸缩带，并基于逆磁致伸缩效应实现导波接收。该方法既适用于铁磁性材料的检测，也适用于非铁磁性材料的检测，其检测原理如图3所示。这种方法的超声导波传感器包括线圈和磁致伸缩带两部分，磁致伸缩带需要在使用前进行预磁化。 激励线圈 磁致伸缩带材 图3 管件磁致伸缩超声导波的检测原理 压电式超声导波是基于逆压电效应在压电材料上产生机械振动，通过干耦合或胶耦合的方式将振动从压电品片传递到被检构件上形成导波，实现导波激励。通过相同的耦合方式将导波从被检构件传递回压电品片，并基于正压电效应实现导波的接收。该方法既适用于铁磁性材料的检测，也适用于非铁磁性材料的检测，其检测原理如图4所示。压电式超声导波管件检测通常由圆周均布的阵列化压电探头组成。 压电超声导波换能器 图4 管件压电式超声导波的检测原理图 4.4 杆、索、绳的超声导波检测方法 杆、索、绳类构件主要特征为小直径实心钢构件，横截面外轮廓曲率很小，一般超声导波换能器难以安装在被检测工件的外表面，且被检工件一般长度很长。 杆、索、绳类构件宜利用磁致伸缩超声导波检测方法(直接法)激励纵向模态的导波进行检测。该方法是利用材料本身的磁致伸缩效应在构件中直接激励和接收导波，该方法只适用于被检对象为铁磁性材料的检测，其检测原理图如图5所示。这种方法的传感器由激励线圈、检测线圈和磁化器三部分组成。磁化器用以提供磁致伸缩效应的偏置磁场，可采用电磁或永磁的方式加载。宜用收发分离、脉冲回波式的检测方式。 激励线圈 检测线圈 磁化器 图5 杆、索、绳类超声导波检测原理 5 安全要求 本章没有列出进行检测时所有的安全要求，使用本标准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： 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，穿戴防护工作服和佩戴有关防护设备； c) 应注意避免各种安全隐患，例如碰伤、触电、跌落、挤压、剪切、缠绕、滑倒、溺水、烫伤等； d) 在高空进行操作时，应考虑人员、检测设备器材坠落等因素，并采取必要的保护措施； e) 在游乐设施运行状态下进行检测时，应制定有针对性的安全措施。 6 人员要求 从事游乐设施超声导波检测工作的人员，应符合GB／T 34370.1的有关规定。 7 检测设备和器材 7.1 检测仪器系统构成和工作原理 超声导波检测仪器系统构成如图6所示。其工作原理为：根据被检构件计算其频散曲线，选择导波模态和激励信号频率；计算机控制信号发生单元，产生所需频率的信号源，经功率放大单元放大后驱动传感器产生所需模态的导波，并在被检构件内传播；当导波在构件内传播遇到腐蚀等缺陷时会产生反射回波，被传感器接收到；前置放大器将传感器接收到的信号放大后传输到信号主放大器，通过A／D转换输入计算机，计算机进行信号分析处理后，得到检测信号波形及结果。 激励单元 传感器 功放单元 信号发生单元 频散曲线软件 前置放大器 主放大器 A/D 计算机 信号采集分析软件 信号处理单元 图6 超声导波检测仪器系统构成 7.2 导波模态与频率的选择 7.2.1 概述 在导波检测中，首先要得到被检测对象的频散曲线，部分构件需要考虑导波在被检构件截面上的波结构，然后根据频散曲线和波结构选择合适的导波模态和正确的检测频率，才能够保证检测的正确实施。由于不同频率的导波波长不同，对不同损伤有不同的灵敏度，导波检测过程中宜采用多种频率或扫频的方式。 7.2.2 频散曲线计算方法 对于频散曲线的求取，一般是首先建立被检测对象的Navier波动方程，求出波在被测构件中传播的位移和应力表达式，然后根据被检构件的位移应力等边界条件建立频散方程，该方程为超声波频率(f)与波传播速度(υ)的函数，求解频散方程即得到f关于υ的曲线，即频散曲线。 应根据被检构件选择合适的计算方程和下列参数，计算超声导波在构件中传播时的频散曲线： a) 材料密度； b) 材料弹性模量； c) 材料泊松比； d) 构件的内径和外径(对于管材)、直径(对于棒材和缆索)或壁厚(对于板材)。 图7是一典型管类频散曲线示意图。对于L(0，1)模态，在频率区域1是非频散的。对于L(0，2)模态，在频率区域2是非频散的。对于T(0，1)模态，在整个频率区间是非频散的。图8为典型的板类频散曲线示意图。 频率区域1 频率区域2 群速度 频率 图7 典型的管类频散曲线示意图 频散曲线(相速度) 相速度Cp/(m/s) 频率/kHz 图8 典型的板类频散曲线示意图 7.2.3 检测波形模式选择 7.2.3.1 板类被检构件 对于板类构件的检测，可根据壁厚选择超声导波的检测频率，首先应根据频散曲线选择模态，导波模态一般为SH0、A0、S0波，然后根据波结构分析超声导波在板厚度方向的位移分布情况，一般情况整个板厚度方向的位移分布差异不超过20％，对于宽度大于300 mm的板，宜采用超声导波B扫检测方式。 7.2.3.2 管类被检构件 对于管类构件根据直径和工况的不同，可选择不同形式的超声导波，其选择方法如下： a) 对于充液的管件，宜采用扭转模态的超声导波进行检测； b) 公称直径DN20～DN100的管件，宜采用T(0，1)、L(0，1)、L(0，2)模态的超声导波，检测方式宜采用A扫方式； c) 公称直径DN100～DN800的管件，宜采用T(0，1)、L(0，1)、L(0，2)以及T(n，1)模态的超声导波，检测方式宜采用A扫或B扫方式，必要时可采用上述多种方式的组合进行检测； d) 公称直径大于DN800的管件，宜采用T(n，1)模态，检测方式为超声导波B扫。 7.2.3.3 杆、索、绳等被检构件 在低频区域，弯曲模态导波频散严重，不适于作为检测模态；纵向模态和扭转模态频散较小，适宜作为检测模态。 扭转模态不适宜作为该类构件的检测模态。纵向模态导波的轴向振动位移远大于径向振动位移，且在构件的截面分布均匀，适合作为检测模态。 对于端面无法安装换能器的杆、索、绳类被检构件，宜采用磁致伸缩换能器(直接法)进行导波检测。对于直径为12 mm以上，长度为1000 m～2000 m的金属绳索类多丝构件，该类构件常作为支撑和牵引结构，构件的两个端面一般不可触及，可重点检测两端锚固区，中间区域采用多次移动分段检测法；对于直径大于16 mm，长度大于10 m的拉杆，换能器布置方案与绳索构件相同，宜选择纵向模态进行检测。 对于长度小于1 m的棒、轴、销、螺栓、地脚螺栓等端面可安装换能器的被检构件，宜首先采用压电换能器在被检构件的端面进行激励，检测模态一般为纵波模态。 7.3 超声导波传感器 7.3.1 传感器的分类 按照不同的接触方式、产生超声波的工作原理、激励与接收传感器的导波模态、检测方式，传感器分类如下： a) 按传感器与被检构件的接触方式分为干耦合式传感器、粘结式传感器、非接触式传感器，其中干耦合式传感器和粘结式传感器统称为接触式传感器； b) 按传感器产生超声波的工作原理分为压电式、磁致伸缩式、电磁超声式、激光超声式； c) 按传感器激励与接收的导波模态分为纵向导波传感器、扭转导波传感器、弯曲导波传感器、复合导波传感器； d) 按检测方式分为A扫描传感器、B扫描传感器。 7.3.2 传感器的选择 由于不同的传感器对不同的模态导波和缺陷的检测精度不同，选择传感器应考虑如下因素： a) 构件的材料特性，如是否导电或导磁等； b) 构件的几何形状，如管材、棒材、线材、型材、板材等； c) 构件的外部状况，如表面可接近状况、包覆层材料等； d) 构件的工作环境状况，如工作温度、工作介质和承载状态等； e) 检测目的和检测缺陷的类型等。 7.3.3 传感器的安装 根据传感器的不同类型，其安装中主要考虑以下因素： a) 对于接触式传感器，被检构件表面应清理干净、平整，以提高耦合效率； b) 对于压电式传感器，其安装可参考常规超声检测中对传感器的要求； c) 对于非接触式传感器，应尽可能靠近被检构件，以减小外界电磁、振动等干扰。 7.4 激励单元 激励单元的功能主要是产生相应的激励信号，进而驱动激励传感器在构件中激发出相应模态的导波。应根据构件状况、传感器类型、频散曲线计算结果及检测的缺陷类型选择合适的激励单元。 7.5 信号处理单元 信号处理单元是将接收传感器接收到的信号进行放大、滤波等调理后，通过A／D转换将信号输入到计算机。信号处理单元主要包括前置放大器，主放大器和A／D转换器。 前置放大器将来自传感器的信号转换成低阻抗信号，便于信号传输。 主放大器是将来自前置放大器的信号再次放大，同时采用带通滤波器去除干扰噪声。 A／D转换器是将模拟信号转换成数字信号，输入到计算机。A／D转换器的采样频率应至少大于激励频率的10倍。 信号处理单元应与传感器、激励单元、采用的导波模式和检测目的相匹配。 7.6 信号采集与分析软件 超声导波信号采集与分析软件应至少包含以下功能： a) 频散曲线的计算； b) 信号采集； c) 信号存储； d) 信号分析； e) 距离-波幅(DAC)曲线的绘制； f) 频率-距离-波幅云图的绘制； g) 信号回放； h) 信号定位。 对于B扫描检测方式，还需包含B扫描信号成像功能。 7.7 试样 7.7.1 校准试样 校准试样用于对检测设备进行灵敏度和各种功能的测试。校准试样应选用压力管道常用的无缝钢管制作，应具有2％、4％、8％和10％截面损失率的横向环形切槽各一个，切槽的宽度在0.5 mm～2 mm的范围内，深度方向的公差不大于±0.2 mm。校准试样的长度、厚度和切槽位置的要求见表1。 表1 校准试样的要求 序号 外径D mm 厚度T mm 长度L m 横向环行切槽的位置(距试样左端) m 2％ 4％ 8％ 10％ 7.7.2 对比试样 对比试样用于对被检构件上缺陷截面损失率当量的评定。 对比试样应采用与被检测构件材料性能及几何形状相同或相近的材料制作，试样的长度至少为仪器可探测9％截面损失率人工缺陷距离的1.2倍，且不小于12 m。 除合同有关各方另有约定之外，应按如下要求加工对比试样： a) 对于管材构件，在对比试样上至少4个部位外表面分别加工出多个直径相同、深度为壁厚40％的平底孔；每处平底孔的数量应分别按截面损失率的2％、4％、8％和10％进行计算，平底孔在环向间距应均匀分布，在纵向间距的距离应大于1 m，深度的公差不大于±0.2 mm；试样两端的平底孔应至少距试样端部1 m。 b) 对于板类构件，在对比试样上至少4个部位外表面分别加工出多个直径为5 mm～10 mm、深度为2 mm～5 mm的平底孔；每处平底孔的数量应分别按截面损失率的2％、4％、8％和10％进行计算，平底孔在环向间距应均匀分布，在纵向间距的距离应大于1 m，深度的公差不大于±0.2 mm；试样两端的平底孔应至少距试样端部1m。 c) 对于线状捆扎的钢索、钢丝绳或拉杆等构件，在对比试样上4个部位分别加工出线状材料的断口；每处断丝的数量应分别按截面损失率的2％、4％、8％和10％进行计算，同一处断丝应紧密相邻；试样两端的断口应至少距试样端部1 m，不同部位断口的间距应大于1 m，在环向应均匀分布。 7.8 检测设备的维护和校准 应制定书面规程，对检测设备进行周期性维护和检查，以保证仪器功能。 在现场进行检测之前，应在实验室内选择相应规格的校准试件对检测仪器进行校准，若检测结果与已知试件缺陷分布相符，则表明仪器正常。 在现场进行检测时，如怀疑设备的检测结果，应对设备进行功能检查和调整，并对每次维护检查的结果进行记录。