国内外钢板超声检测标准对比分析

甘正红，方晓东，余 洋，苏继权

（1.上海中油天宝巴圣钢管有限公司，上海 201100；2.江苏通宇钢管集团有限公司，扬州 225008）

钢板是由板坯轧制而成的，钢板中常见缺陷有分层、折叠、夹渣（杂）、疏松、偏析、白点和裂纹等。钢板内部缺陷对于承压设备及重要用途的钢结构质量有着重要的影响，如分层缺陷部位的有效壁厚减少，会使该部位的物理、机械性能下降，而且缺陷部位金属组织的不连续性也将使产品在使用中出现疲劳甚至失效，严重影响产品的使用性能［1］。钢板边部的分层、夹渣（杂）等缺陷对后续的焊接质量影响较大。由于钢板内的缺陷通常平行于钢板表面，所以采用垂直于板面的超声波纵波探伤法能有效检测出钢板的内部缺陷。所有承压设备及重要用途的钢结构用钢板一般均需进行超声波检测。

文章对钢板常用国内外超声检测标准的异同点进行比较，即JB／T 4730.3—2005《承压设备用钢板超声检查和质量分级》、GB／T 2970—2004《厚钢板超声波检验方法》、SY／T 6423.5—1999eqv ISO 12094：1994《石油天然气工业承压钢管无损检测方法焊接钢管制造用钢板／钢带分层缺欠的超声波检测》、ASTM A435《钢板超声直射波检验的标准规范》、ASTM A578《特殊用途的普通钢板和复合钢板直射波超声检验标准规范》、BS 5996：1993《钢板、钢带和宽板内部缺陷的超声波检验验收等级》、EN 10160：1999《厚度大于和等于6mm的钢板超声检测》、SEL 072：1998《厚板超声波检验（供货技术条件）》。

1 厚度范围

国内外各标准均规定了检测厚度的适用范围。

1.1 JB／T 4730.3—2005标准

该标准适用厚度T＝6～250mm。当T＝6～20mm时，采用双晶片直探头，晶片面积不小于150mm2，公称频率为5MHz；当T＞20～40mm时，采用单晶片直探头，直径14～20mm，公称频率为5MHz；当T＞40～250mm时，采用单晶片直探头，直径20～25mm，公称频率为2.5MHz。

1.2 GB／T 2970—2004标准

该标准适用厚度T≥6mm，当T＝6～13mm时，采用双晶片直探头，公称频率为5MHz；当T＞13～60mm，采用双晶或单晶片直探头，公称频率不小于2MHz；当T＞60mm时，采用单晶片直探头，公称频率不小于2MHz。

1.3 SY／T 6423.5—1999标准

该标准等同于ISO 12094：1994，其适用厚度T≥4mm，所用探头每个晶片最大宽度应为30mm。对于不同晶片尺寸双晶直探头，应采用尺寸最小的晶片计算覆盖范围。公称频率未明确规定，只在附录A手动扫查确定缺欠尺寸时选取4MHz。

1.4 ASTM A435标准

该标准适用厚度T≥12.5mm，探头直径通常为25～30mm或25mm2，但有效面积不小于450mm2，公称频率推荐2.25MHz，可要求较高或较低的频率，但低于1MHz要得到协商同意。

1.5 ASTM A578标准

该标准适用厚度T≥10mm，探头直径为25mm或30mm或25mm2），公称频率推荐采用2.25MHz，当钢板厚度小于20mm时，可能需要5MHz。

1.6 BS 5996：1993标准

该标准适用厚度T＝5～200mm，除非材料显示高的超声衰减特性，最大晶片尺寸应为25mm，自动和半自动检测选择双晶或单晶片直探头，手动和辅助手动检测探头选择：5≤T≤20双晶片直探头、20＜T≤100双或单晶片直探头、100＜T≤200单晶片直探头。除非材料显示高的超声衰减特性，公称频率最小应为2MHz，手动和辅助手动最大应为5MHz，自动和半自动最大应为10MHz。

1.7 EN 10160：1999标准

该标准适用厚度T＝6～200mm，探头直径为10～25mm。当6mm≤T＜60mm时，采用双晶片；当60mm≤T＜200mm时，采用双或单晶片。公称频率选择2～5MHz之间，尺寸较大的探头或者频率超过2～5MHz的探头可用于自动或半自动检测。

1.8 SEL 072：1998标准

该标准没有明确说明超声波检测适用的材料厚度范围，只说明适用于厚板。当缺陷深度t≤20mm时，采用 TR5°双晶直探头，晶片角度约为5°，焦距约为12mm，晶片直径9～20mm；当缺陷深度20＜t≤60mm时，采用TR0°双晶直探头，晶片角度约为0°，焦距约为25～40mm，晶片直径18～20mm；当缺陷深度t＞60mm时，缺陷当量≤φ11mm，选用晶片直径为24mm的标准直探头；缺陷当量＞φ11mm，使用TR0°探头，TR5°和TR0°探头频率均为4MHz；标准探头频率为2MHz。

2 检测仪器及设备

2.1 探头要求

2.1.1 频率选择

超声波探伤频率的选择是由被检测材料的性质和探伤要求决定的。频率的高低对检测有较大的影响，钢板实际检测中要全面考虑各方面的因素，合理选择频率以取得最佳检测效果。由于钢板晶粒比较细，为了获得较高的分辨力，各标准一般要求选用较高的频率。频率选择一般都在2～5MHz。

2.1.2 晶片尺寸要求

钢板面积大，为了提高探伤效率，宜选用较大直径的探头。但对于厚度较小的钢板，探头直径不宜过大，因为大探头近场区长度大，对探伤不利。各标准选用探头晶片直径一般为10～30mm。

2.1.3 探头结构

各标准对探头结构型式均有详细的规定，不管选用哪种探头，都要保证有效探测区。探头的结构型式主要根据板厚来确定。板较厚时，常选用单晶片直探头；板较薄时，可选用联合双晶片直探头。因为联合双晶片直探头盲区很小，一般在3～4mm左右。

由于ASTM标准规范主要以底波法为主，所以在探头的选择上与其它标准不同，主要区别是：ASTM规范不采用双晶探头，也不推荐采用5MHz探头，其推荐的探头尺寸较大，为φ21mm以上。而SEL 072标准则着眼于缺陷本身，根据缺陷的深度及当量来选择相应的探头，采用这种方式，在缺陷定量上更具科学性，定量结果更准确。

2.2 仪器要求

超声波设备一般应是脉冲回波反射式仪器，如果采用自动化超声波设备，检测系统一般应配备有缺陷自动喷标及自动报警系统，还应配备有探头与钢板表面耦合状况监测系统，并具备记录功能。

3 标准适用的对象（钢板材质）

不同的钢板超声检测标准对适用对象（钢板材质）有明确的规定，具体要求见表1。

表1 标准适用对象要求

4 检测方法

4.1 波型选择

一般应采用超声脉冲反射法，波型一般为纵波。SY／T 6423.5—1999eqv ISO12094和 BS 5996：1993，EN 10160：1999标准也可采用超声穿透法；GB／T 2970—2004还可用横波和板波；JB／T 4730.3—2005需要时，可协商时可采用横波。

4.2 检验方式

可采用直接接触法、液浸法、局部液浸法、液柱耦合法。

4.3 探头扫查方式

探头相对钢板的扫查方式有纵向、横向和摆动扫查。纵向扫查：探头平行于钢板压延方向作相对运动的检查方法。横向扫查：探头垂直于钢板压延方向作相对运动的检查方法。摆动扫查：即横向梳扫（正弦波扫查）。

SY／T 6423.5—1999eqv ISO12094标准在确定缺陷尺寸的手动扫查时，根据探头到分层距离不同和探头不同有不同的扫查方向。探头到分层距离不大于20mm时，如采用TR5°双晶直探头，隔声层垂直于轧制方向，如采用TR0°双晶直探头，隔声层平行于轧制方向；探头到分层距离大于20mm时，采用TR0°双晶直探头，隔声层垂直于轧制方向。

JB／T 4730.3—2005和 GB／T 2970—2004标准规定用双晶片直探头确定缺陷的边界范围或指示长度时，探头移动方向应与探头的隔声层相垂直。

SEL 072：1998标准规定利用双晶探头时，探头隔声层应与轧制方向平行，用直径＞10mm的TR5°探头时，扫查方向应垂直于隔声层，其它规格的TR探头在扫查时应平行于隔声层。

4.4 扫查范围

4.4.1 SY／T 6423.5—1999eqv ISO12094标准

要求沿平行或垂直钢板／钢带轧制方向的等间距扫查线扫查。对板体规定了不同验收等级的最小覆盖范围，钢带／钢板的纵向边缘至少15mm范围内进行100%扫查。

4.4.2 JB／T 4730.3—2005标准

规定探头沿垂直于钢板压延方向，间隔不大于100mm的平行线扫查，板边（坡口线）两侧各50mm范围内进行100%扫查。

4.4.3 GB／T 2970—2004标准

规定探头沿垂直于钢板压延方向，间隔不大于100mm的平行线扫查，在钢板周围50mm及坡口预定线两侧各25mm内沿周边进行扫查。

4.4.4 ASTM 规范

规定可作间隔为225mm的格子线扫查，也可作100，75mm甚至更小的平行线扫查或者100%连续扫查。无论采用何种扫查，距边缘50mm处增加1条扫查线，扫查方式较多。

4.4.5 EN 10160：1999标准

板体S0和S1级别要求沿钢板边缘平行的以200mm矩形网格直线扫查，也可沿该区域中均匀分布的平行线或交替线进行。S2和S3级别要求沿钢板边缘平行的以100mm矩形网格直线扫查，也可沿该区域中均匀分布的平行线或交替线进行。钢板的四个边缘在一定区域宽度需100%全面扫查：6mm≤T＜50mm时对四板边的50mm宽度扫查；50mm≤T＜100mm时对四板边的75mm宽度扫查；100mm≤T＜200mm时对四板边的100mm宽度扫查。

4.4.6 BS 5996：1993标准

板体对不同验收级别分别有不同的扫查分隔线；板边对5mm≤T≤33.3mm为50mm宽度100%扫查、33.3mm＜T≤66.6mm为1.5 T 范围100%扫查、66.6mm＜T≤200mm为100mm范围100%扫查。

4.4.7 SEL 072：1998标准

该标准按所需检测区域进行了分类，分成表面检测、周边检测、全面检测，按此分类决定检测区域及扫查形式。当采用表面检测时，可按200mm间距作格子扫查、可按100mm间距作平行线扫查、可按正弦波方式扫查；当采用周边检测时，在离切割边一倍板厚或至少25mm距离范围内，应全部覆盖；当采用全面检测时，表面检测加周边检测。

5 对比（标准）试块（板）

（1）由于ASTM规范采用底波法检测，直接在钢板上校验灵敏度，因此没有专门的对比试块。

（2）SY／T 6423.5—1999eqv ISO 12094可采用平底孔、正方形或矩形刻槽。

（3）JB／T 4730.3—2005和 GB／T 2970—2004可采用阶梯试块或平底孔，GB／T 2970—2004规定有自动超声检验用动态试样。

（4）BS 5996：1993和 EN 10160：1999规定采用底波和平底孔。

（5）SEL 072：1998规定采用平底孔。

6 灵敏度的调校（设备校准和校验）

GB／T 2970—2004及JB／T 4730.3—2005用试块调节灵敏度。ASTM规范用底波调节，并用底波作为参考波来评定缺陷信号。虽然JB／T 4730.3—2005规定当钢板厚度大于探头3倍近场区时也可用底波调节，但其含义与ASTM规范是不一样的。

6.1 JB／T 4730.3标准

6.1.1 灵敏度校准

①T≤20mm时，用CBⅠ试块将工件等厚部位第一次底波高度调整到满刻度的50%，再提高10dB作为基准灵敏度。②T＞20mm时，应将CBⅡ试块φ5mm平底孔第一次反射波高调整到满刻度的50%作为基准灵敏度。③板厚不小于探头的3倍近场区时可取钢板无缺陷部位的第一次底波进行校准。

6.1.2 缺陷的测定与评定及验收标准和等级

以下三种情况即为缺陷：① F1≥50%。②B1＜100%，F1／B1≥50%。③B1＜50%。以单个缺陷指示长度、单个缺陷指示面积以及在一定的检测面积内缺陷面积的百分比等将钢板分为5个质量级别（Ⅰ～Ⅴ）。

6.2 GB／T 2970标准

6.2.1 灵敏度校准

①双晶直探头检验时利用阶梯试块或将同厚度钢板第一次底波调到全屏高度的50%再提高10dB。② 单晶直探头，利用φ5mm平底孔将第一次反射波调到全屏高度的50%。③ 板厚大于探头的3倍近场区时，检验灵敏度可用计数法通过第一次底波校准。④ 动态状况下，利用动态试样调校。

6.2.2 缺陷的测定与评定及验收标准和等级

以下情况应记录：① F1≥50%。② B1＜100%，F1／B1≥50%。③B1＜50%。利用半波高度法确定缺陷的边界或指示长度。以单个缺陷指示长度、单个缺陷指示面积、在一定的检测面积内缺陷面积的百分比等将钢板分为5个质量级别（Ⅰ～Ⅴ）。

6.3 SY／T 6423.5eqv ISO 12094标准

6.3.1 灵敏度校准

采用电子校准或对比试块校准。如采用对比试块校准，在静态条件下将探头对准对比试块的刻槽，所产生的信号满幅度作为设定设备的触发／报警标准。

6.3.2 缺陷的测定与评定及验收标准和等级

未产生触发／报警的钢带／钢板判为合格。产生触发／报警的钢带／钢板视为可疑，按标准规定重新检测。板边和板体各分三级，分别为B1，B2，B3；E1，E2，E3。

6.4 ASTM A435标准

6.4.1 灵敏度校准

利用底波校准，将钢板无缺陷部位的底波调到50%～75%的全屏高度。

6.4.2 缺陷的测定与评定及验收标准和等级

任何能引起底面反射信号全部消失的缺陷信号，而其范围又不能被以直径为75mm或钢板厚度的一半值（取两者中的较大值）画成的圆所包围，都是不能验收的。

6.5 ASTM A578标准

6.5.1 灵敏度校准

利用底波将钢板无缺陷部位的第一次底波调到50%～90%的全屏高度。

6.5.2 缺陷的测定与评定及验收标准和等级

①记录所有引起底面反射全部消失的缺陷。② 对于T≥20mm，记录幅度等于或大于50%初始底面反射并伴随有50%底面反射损失的缺陷信号。验收标准分A，B，C三级。

6.6 BS 5996标准

6.6.1 灵敏度校准

① 对B1～B4，E1～E2的验收级别，灵敏度在静态条件下的校准方式是将钢材无缺陷处第一次底波调到荧光屏的满屏高度。② 静态条件下B5和E3以上级别使用DAC曲线。③ 对自动和半自动设备，保证在检测灵敏度下，设备在静态条件下能够检测出对比试块上的参考标样。④B5～B7，E3和E4使用φ5mm的平底孔作参考标样。但是，对验收级别BX和EX，用孔作参考标样时的直径由业主和制造厂协议。

6.6.2 缺陷的测定与评定及验收标准和等级

① 对B1～B4和E1～E2级别，不论缺陷回波是否产生，底面回波的信号幅度有50%的下降；缺陷回波的出现等于或大于减少的底面回波幅度的50%。②对B5和E3以上级别，不论缺陷回波是否产生，底面回波的信号幅度有50%的下降；缺陷回波等于或大于采用相同深度参考标样的响应，例如等于或大于DAC曲线。以上视为缺陷。板体缺陷共分B1～B7级别，板边缺陷共分E1～E4级别。

6.7 EN 10160标准

6.7.1 灵敏度校准

对每种探头使用的曲线如下：① 背面回波的幅度变化与钢板厚度的函数关系。② 平底孔回波的幅度变化与其深度的函数关系，孔的直径为11，8，5mm。当采用双晶直探头时，不论什么产品都只能用直径为5mm的平底孔。

6.7.2 缺陷的测定与评定及验收标准和等级

钢板板体分4个质量级别，即S0～S3；钢板边缘分5个质量级别，即E0～E4。

6.8 SEL 072标准

6.8.1 灵敏度校准

以φ5mm平底孔当量作为评定阈值。

6.8.2 缺陷的测定与评定及验收标准和等级

反射当量大于等于φ5mm平底孔当量的为缺陷；缺陷深度大于60mm，且反射当量小于等于φ11mm平底孔当量时，采用当量法定量，其余情况采用6dB法定量。表面检测根据缺陷最小有效尺寸、缺陷最大允许尺寸及缺陷允许个数分为0～6级；周边检测根据缺陷最小有效尺寸、缺陷最大允许尺寸、平行于板边的缺陷最大允许尺寸及允许的缺陷个数分为0～4级。

7 缺陷的测定与评定

（1）ASTM规范对缺陷的评定方法简单且验收标准较松。检测方法不同导致缺陷的测定差异较大，ASTM规范的方法简单，容易操作。

（2）各标准对缺陷的认定不完全一样。

ASTM规范和EN 10160：1999标准将不连续性（discontinuity）超出验收要求作为缺陷（defect）；SY／T 6423.5—1999eqv ISO 12094以分层（lamination）超出验收要求作为缺陷；JB／T 4730.3—2005和GB／T 2970—2004将超标的反射波称为缺陷，同时需对缺陷定性，如白点和裂纹等危害性缺陷不允许存在；SEL 072：1998将分层和粗大夹杂物作为内部缺陷进行验收；BS 5996：1993将缺欠（imperfection）按不同要求进行验收。

只要钢板内部存在反射信号，就可以认为钢板存在内部不连续性。但对于钢板内部不连续性，标准并不都认定为缺陷。内部不连续性是指位于钢板内部的任何不完整处，例如平面或者层状的不完整性、一个平面或者多个平面的夹杂物等；而缺陷则定义为不可接受的内部不连续性，即超过了规定的最大尺寸或者聚集密度极限的不连续性。显然内部不连续性一词的外延很大，虽然钢板存在内部反射，例如偏析、小的夹杂等，只要反射信号未达到规定的验收要求，就不应认定为缺陷。

（3）ASTM规范采用底波变化作为参考波来评定缺陷面积，SY／T 6423.5—1999eqv ISO 12094、GB／T 2970—2004、BS 5996：1993、EN 10160：1999（当采用双晶片探头时）等标准采用手动超声复查时利用半波高度法（6dB法）确定缺陷指示长度和面积。SEL 072：1998将反射当量大于等于φ5mm平底孔当量时定为缺陷，缺陷深度大于60mm，且反射当量小于等于φ11mm平底孔当量时，采用当量法定量，其余情况采用6dB法定量。

8 标准应用中的问题

（1）制造油气输送用钢管一般均要求对钢板进行超声波检测。现在国内普遍采用的做法是“基本标准＋补充技术规范”。由于管线的设计由设计院所（公司）完成，相应管线的补充技术规范往往也由这些院所的人员来制定。这些设计人员可能对钢板和钢管的生产、检验缺乏足够的专业知识，在编制管线的技术规范时，有时会出现钢板超声波检测方面的引用标准、规范相互矛盾，造成制造厂、监理在执行补充技术规范过程中产生争议。

如国内某重大管线工程补充技术规范的引用文件中，既引用了ASTM A435标准，又引用了ISO 12094标准。造成钢板制造厂在灵敏度调校及缺陷面积的测定方面均采用ASTM A435标准，而钢管制造厂在进行钢板超声复验时采用ISO 12094标准中规定的平底孔试样调校灵敏度及缺陷面积的测定。毋庸置疑，后者的基准灵敏度高于前者，缺陷面积的测定采用半波法也严于前者，导致部分钢板在钢管厂复验不合格而钢厂是按合格板出厂的，钢厂与管厂因此发生质量异议。双方经现场见证复查，证实两标准在缺陷评定方面存在差异，此信息以书面形式反馈至工程项目部，项目部回复“对钢板分层的检测应严格执行标准的要求，以较严的标准控制”。所以完善的技术规范应明确规定扫查方式按什么标准执行，灵敏度调校及缺陷面积的测定方式按什么标准执行，以使后续的制造过程中不会产生争议。

（2）目前部分人员对钢板进行超声波检测时，在钢板超声波检测工艺规程或工艺卡中没有给出探头扫查布置的示意图，这是不正确的。建议超声波检测钢板前，应给出探头扫查示意图，图中注明有关重要参数和关键要求或者注意点，如坡口边的扫查列线、板体扫查的覆盖率计算等，示意图应列在钢板超声检测工艺卡和钢板超声检测报告中。这样可使钢板超声波检测标准化、规范化。

9 标准化工作建议

（1）目前我国国内的宽厚板厂及承压设备制造企业均投建了多通道钢板超声自动检测设备，但性能参数参差不齐。为规范钢板超声自动检测的技术条款，确保所检测钢板的实物质量，建议组织国内相关的研究单位编写专门针对钢板的自动超声无损检测标准或要求，在这些企业所执行的特种设备制造许可规则中体现这些要求。所制定的标准特别要在设备测试项目及方法的内容方面，如漏（误）报率测试、钢板周边不可探区域（盲区）测试、各通道灵敏度差测试、钢板厚度方向缺陷探伤灵敏度差的测试和缺陷检测精度的检验方法等方面提出具体的要求。

（2）随着无损检测技术的发展，国外许多非常规检测方法已经进入了我国，如相控阵（PA）技术和电磁超声（EMAT）技术等，现有技术标准需要及时引用和完善，从而跟上无损检测技术的发展，推动无损检测的标准化进程。

总之，目前钢板超声检测常用的国内外标准在范围、人员要求、设备器材、检测条件和方法、对比试块、灵敏度的调校、缺陷的测定与评定等方面存在异同，检测人员应特别注意。

［1］ 强天鹏.JB／T 4730.1～4730.6－2008《承压设备无损检测》学习指南［M］.北京：新华出版社，2005.