🔩 厚度 6 mm 起的钢板及钢质扁平产品的超声检验——按 EN 10160 的回波法
三句话速览
一项产品标准：对厚度 6–200 mm 的非合金钢和合金钢钢板检验内部不连续性，主要是分层。该检测依据 PN-EN 10160:2001；适用范围：公称厚度 6–200 mm 的未涂覆非合金钢或合金钢扁平产品，不包括奥氏体钢和奥氏体—铁素体钢（当噪声与记录阈值之差对于所确定的界限足够时，这些钢也可以）；6 mm 以下——另行约定。整个程序共 10 个步骤；主要用于：厚度 6–200 mm 的非合金钢和合金钢厚板及其他扁平产品的验收、用于容器和焊接结构的钢板的检查——在切割和焊接之前发现分层和夹杂物带、钢板边缘区的检验，包括预定要焊接的区域（标准容许按草图检验待焊区域）。
要点速览
- 标准: PN-EN 10160:2001
- 类别: 材料与无损检测
- 操作步骤数: 10
- 适用范围: 公称厚度 6–200 mm 的未涂覆非合金钢或合金钢扁平产品，不包括奥氏体钢和奥氏体—铁素体钢（当噪声与记录阈值之差对于所确定的界限足够时，这些钢也可以）；6 mm 以下——另行约定
- 质量等级: 本体：S0、S1、S2、S3；边缘：E0、E1、E2、E3、E4；经约定产品的本体和边缘可以有不同的等级
- 参考孔: S0、S1、E0、E1 级直径 11 mm；S2、E2、E3 级 8 mm；S3 和 E4 级 5 mm；直径公差 +5 %；用双晶探头时所有等级都只用 5 mm 的孔
概述
这不是一项泛泛描述「怎样用超声检验」的标准——它是一项产品标准。它描述对未涂覆的钢质扁平产品检验内部不连续性的超声方法，同时确定据以接收或拒收该产品的准则。它适用于公称厚度 6 mm 至 200 mm 的非合金钢或合金钢扁平产品，不包括奥氏体钢和奥氏体—铁素体钢。后者可按本标准检验，条件是噪声信号幅度与记录阈值幅度之差对于所确定的界限足够。厚度小于 6 mm 的产品的检验可以是双方另行约定的对象。
标准的核心是质量等级。标准规定产品本体的四个质量等级——S0、S1、S2 和 S3——以及边缘的五个质量等级：E0、E1、E2、E3 和 E4。这些等级不是「总体上的谨慎程度」，而是三个数字的具体组合：单个不连续性的不容许面积、密集区所计入的面积范围，以及在分布最密集的 1 m × 1 m 方格内此类不连续性的最大容许数量。等级在订货时选定，并且——经约定——产品可以按本体和按边缘以不同的等级交付。
等级也影响检验的方式。对 S0 和 S1 级，沿平行于产品边缘、边长 200 mm 的网格线进行扫查；对 S2 和 S3 级——沿边长 100 mm 的网格。也可以用均匀分布的平行线或摆动线代替，只要给出相同的检查程度。边缘区则全部检验，宽度取决于板的厚度。本体的检验建立在统计方法上，除非订货中另有确定——经约定可以订购具有规定覆盖率的扫查，或对本体整个表面的扫查。
标准容许制造方自行采用其他检验方法（例如穿透法）或其他仪器，只要所得结果与在本标准条件下取得的结果相同。发生争议时，唯一起决定作用的是本标准所规定的方法。检查通常在生产地点或在供方处进行；若订货中如此写明——则在买方或其代表在场的情况下进行。
状态：在 PKN 商店中，编号 PN-EN 10160 下只有一个条目，即引入 EN 10160:1999 的波兰语版 PN-EN 10160:2001，没有关于撤销的批注——因此该标准仍然是现行的波兰标准，尽管欧洲版本出自 1999 年。其中的规范性引用文件也相应地陈旧（引 EN 473 而不是今天的 ISO 9712，引 prEN 1330-4 作为超声术语）。
CEN 正在对该标准进行修订（草案 prEN 10160，处于征询阶段），把适用范围扩大到更小的厚度并增加一个新的质量等级；在其确立之前，适用 PN-EN 10160:2001。我们没有拿到该草案——此处不描述它的内容。
方法原理
该方法基于超声波的反射，通常是纵波，其平均方向垂直于产品表面。检验分两步。首先是定位不连续性：把它的回波幅度与放在与该不连续性同一深度处、给定直径的平底孔的回波幅度相比较；只计入回波幅度至少等于参考孔回波的那些不连续性。然后确定不连续性的面积：其轮廓由探头中心的这样一些位置确定，在这些位置上回波幅度等于该不连续性最大幅度的一半（6 dB 法）。检验在探头第一次通过时进行，对产品的所有厚度都只从一侧进行。参考孔的直径取决于质量等级：S0、S1、E0 和 E1 级为 11 mm，S2、E2 和 E3 级为 8 mm，S3 和 E4 级为 5 mm。用双晶探头检验时，对所有质量等级都只使用直径 5 mm 的孔，因为 8 mm 和 11 mm 孔的特性曲线与底波曲线重合。
应用领域
- 厚度 6–200 mm 的非合金钢和合金钢厚板及其他扁平产品的验收
- 用于容器和焊接结构的钢板的检查——在切割和焊接之前发现分层和夹杂物带
- 钢板边缘区的检验，包括预定要焊接的区域（标准容许按草图检验待焊区域）
- 解决关于扁平产品内部质量的争议——发生争议时唯一适用的是本标准中的方法
- 在订货中确定本体和边缘所要求的质量等级，本体和边缘也可以不同
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 适用范围 | 公称厚度 6–200 mm 的未涂覆非合金钢或合金钢扁平产品，不包括奥氏体钢和奥氏体—铁素体钢（当噪声与记录阈值之差对于所确定的界限足够时，这些钢也可以）；6 mm 以下——另行约定 |
| 质量等级 | 本体：S0、S1、S2、S3；边缘：E0、E1、E2、E3、E4；经约定产品的本体和边缘可以有不同的等级 |
| 参考孔 | S0、S1、E0、E1 级直径 11 mm；S2、E2、E3 级 8 mm；S3 和 E4 级 5 mm；直径公差 +5 %；用双晶探头时所有等级都只用 5 mm 的孔 |
| 本体的扫查网格 | S0 和 S1 级——沿平行于边缘、边长 200 mm 的网格线连续检验；S2 和 S3 级——边长 100 mm 的网格；容许采用检查程度相同的平行线或摆动线 |
| 边缘区的宽度 | 厚度 6 ≤ e < 50 mm 时为 50 mm；50 ≤ e < 100 mm 时为 75 mm；100 ≤ e ≤ 200 mm 时为 100 mm——在四条边上全部检验 |
| 探头 | 直径 10–25 mm，公称频率 2–5 MHz；6 ≤ e < 60 mm 用双晶探头，60 ≤ e ≤ 200 mm 用单晶或双晶探头；单晶探头的盲区尽可能小——产品厚度的 15 % 或 15 mm，取较小者 |
标准
- 标准编号
- PN-EN 10160:2001
- 标准名称（波兰语）
- Badanie ultradźwiękowe wyrobów stalowych płaskich grubości równej lub większej niż 6 mm (metoda echa)
- 标准名称（英语）
- Ultrasonic testing of steel flat product of thickness equal or greater than 6 mm (reflection method)
分步操作程序
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确定质量等级和检验方案
从订货中读出所要求的本体质量等级（S0–S3）和边缘质量等级（E0–E4）。本体的检验建立在统计方法上，除非订货中另有确定；订货时经约定可以规定具有规定覆盖率的扫查，或对整个本体的扫查，条件写入该约定。
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检查表面状态和耦合
耦合介质应保证探头与产品表面适当的接触。表面状态必须使得把探头放在无内部不连续性的区域时能分辨出至少两个连续的底波。扁平产品通常不经特别的表面准备即行检验。
-
探头的选择
按标准表 1 选择探头种类：产品公称厚度（或不连续性区域深度）为 6 ≤ e < 60 mm 时——双晶探头；60 ≤ e ≤ 200 mm 时——单晶或双晶探头。探头的主要尺寸为直径 10–25 mm、公称频率 2–5 MHz；在自动或半自动检验时，或产品衰减很强时，只要满足标准的基本要求，也容许采用更大的探头和该范围以外的频率。
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仪器的调整
调整时基，使屏幕上始脉冲回波与底波之间的距离能清楚地发现二者之间的缺陷回波；应能看到至少两个底波。功率和增益在无不连续性的区域内一起调整：把第一个底波提高到在仪器线性范围内与屏幕高度相符的最大幅度，通常为屏幕高度的 80–100 %。
-
按曲线设定灵敏度和量程
对每一种探头都使用这样两组曲线：底波幅度随产品厚度变化的曲线，以及平底孔回波幅度随其深度变化的曲线——针对直径 11 mm（S0、S1、E0、E1 级）、8 mm（S2、E2、E3 级）和 5 mm（S3、E4 级）。对给定厚度的产品，把底波幅度提到底波曲线上的数值，并把不连续性回波的幅度与所选等级对应的特性曲线相比较。只计入回波超过特性曲线的不连续性。孔底应尽可能平，与进波面平行，并且没有会使反射变差的麻点和划痕；直径公差 +5 %。
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本体的扫查
对 S0 和 S1 级，沿平行于产品边缘、边长 200 mm 的网格线进行连续检验；对 S2 和 S3 级——沿边长 100 mm 的网格。也容许以均匀分布在表面上、给出相同检查程度的平行线或摆动线代替。
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边缘区的扫查
沿产品所有四条边全部检验该区域，宽度按表 2：厚度 6 ≤ e < 50 mm 时 50 mm，50 ≤ e < 100 mm 时 75 mm，100 ≤ e ≤ 200 mm 时 100 mm。扫查各区的整个表面（或按草图预定要焊接的区域），条件与本体相同。
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用 6 dB 法确定不连续性的面积
对超过特性曲线的不连续性，把轮廓确定为响应等于最大幅度一半时探头中心所处的各位置。用完全包住它的矩形来描述该不连续性：较大的尺寸为长度，较小的为宽度，矩形的面积即不连续性的面积 S。两个相邻的不连续性，若二者之间的距离小于或等于其中较小者的长度，则按面积等于二者之和的一个不连续性处理。在 S2 和 S3 级用单晶探头检验时，不确定面积，而是相对于 5、8 和 11 mm 孔的曲线对不连续性计数。
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按验收准则评定
本体用表 3 和表 4（取决于所用探头的种类），边缘用表 5。以下给出的数值出自表 3（双晶探头，厚度 60 mm 以下）；表 4 中关于单晶探头的准则，此处不予引用。对双晶探头和 60 mm 以下的厚度，出现下列情况时单个不连续性不容许：S > 5000 mm²（S0）、S > 1000 mm²（S1）、S > 100 mm²（S2）、S > 50 mm²（S3）。密集区在不连续性分布最密集的 1 m × 1 m 方格内评定：S0 级面积 1000 < S < 5000 mm² 的不连续性不超过 20 个，S1 级面积 100 < S < 1000 mm² 的不超过 15 个，S2 级面积 50 < S < 100 mm² 的不超过 10 个，S3 级面积 20 < S < 50 mm² 的不超过 10 个。对边缘区（表 5），每 1 m 长度上容许的尺寸和数量为：E0——Lmax 100 mm，Smax 2000 mm²，Lmin 50 mm，6 个；E1——50 mm，1000 mm²，25 mm，5 个；E2——40 mm，500 mm²，20 mm，4 个；E3——30 mm，100 mm²，15 mm，3 个；E4——20 mm，50 mm²，10 mm，2 个。
-
检验报告
应要求，制造方提交一份报告，其中至少包含：对本欧洲标准的引用；产品数据（牌号、热处理状态、表面状态、尺寸）；探头的特性（种类、尺寸、频率）和仪器的特性；实施条件（耦合介质、扫查、所用的面积确定方法、仪器的调整）；检验结果；作为另行约定对象的各特殊事项的清单；报告日期。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 带有以分贝刻度的放大器的超声探伤仪 | 其屏幕应能跟踪波在产品中的行程，回波清晰而尖锐，并能调节增益、功率和时基；若仪器能自动测量和评定幅度，且其测量单元以 dB 刻度，则没有显示屏的仪器也可以使用 | — |
| 双晶探头（发射与接收分开） | 厚度 6 ≤ e < 60 mm 时必须使用；两晶片之间的隔板应垂直于扫查方向设置；聚焦区按产品厚度选配 | — |
| 单晶探头 | 60 ≤ e ≤ 200 mm 时可以使用（发生争议时探头种类由双方约定）；用浸没技术或水流技术自动检验时，60 mm 以下也容许使用单晶探头 | — |
| 带 11 mm、8 mm 和 5 mm 平底孔的试块以及阶梯试块 | 用组织均匀的碳钢制成；阶梯试块用于底波幅度变化曲线，带有不同深度孔的试块用于特性曲线；每条曲线在探头的整个使用范围内至少由五个点确定——曲线可以由探头制造方提供 | — |
| 探头导向装置 | 探头用手持，或装在连续检验的装置上，其扫查速度应足够小，以便在计入屏幕图像延迟的情况下容易地定位不连续性，或者该装置配有不连续性报警器 | — |
| 耦合介质 | 通常为水；由供方斟酌，也容许采用其他介质，例如油或膏 | — |
职业健康与安全
- 检验由合格人员在按 EN 473 取得 3 级证书的人员负责下进行（标准引用 EN 473；今天无损检测人员的资格鉴定与认证按 ISO 9712 进行）。
- 仪器的检查按相应的国家标准进行，而测量系统的设定至少每 8 小时核查一次——省略这项核查会使整个班次的结果失效（这是我们从标准要求得出的结论，而不是标准的原文）。
- 该方法对操作者是安全的（无电离辐射），但通常在生产车间或供方处进行——那里适用工厂运行的安全规则，包括搬运重钢板时的规则。
- 采用水耦合检验和浸没技术时，须考虑到电气危险和工位表面湿滑。
- 如果检验要在买方或其代表在场的情况下进行，应采取一切措施以免干扰生产过程。
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN 10160:2001 — 《Ultrasonic testing of steel flat product of thickness equal or greater than 6 mm (reflection method)》。
该方法的原理是什么？
该方法基于超声波的反射，通常是纵波，其平均方向垂直于产品表面。检验分两步。
测量范围和准确度是多少？
适用范围：公称厚度 6–200 mm 的未涂覆非合金钢或合金钢扁平产品，不包括奥氏体钢和奥氏体—铁素体钢（当噪声与记录阈值之差对于所确定的界限足够时，这些钢也可以）；6 mm 以下——另行约定；质量等级：本体：S0、S1、S2、S3；边缘：E0、E1、E2、E3、E4；经约定产品的本体和边缘可以有不同的等级；参考孔：S0、S1、E0、E1 级直径 11 mm；S2、E2、E3 级 8 mm；S3 和 E4 级 5 mm；直径公差 +5 %；用双晶探头时所有等级都只用 5 mm 的孔；本体的扫查网格：S0 和 S1 级——沿平行于边缘、边长 200 mm 的网格线连续检验；S2 和 S3 级——边长 100 mm 的网格；容许采用检查程度相同的平行线或摆动线。
完成检测需要多长时间？
整个程序共 10 个步骤。标准未对每个步骤给出时长——实际用时取决于实验室自身的操作程序。
需要哪些设备？
带有以分贝刻度的放大器的超声探伤仪、双晶探头（发射与接收分开）、单晶探头、带 11 mm、8 mm 和 5 mm 平底孔的试块以及阶梯试块、探头导向装置、耦合介质。
该检测用于哪些场景？
厚度 6–200 mm 的非合金钢和合金钢厚板及其他扁平产品的验收；用于容器和焊接结构的钢板的检查——在切割和焊接之前发现分层和夹杂物带；钢板边缘区的检验，包括预定要焊接的区域（标准容许按草图检验待焊区域）；解决关于扁平产品内部质量的争议——发生争议时唯一适用的是本标准中的方法；在订货中确定本体和边缘所要求的质量等级，本体和边缘也可以不同。
需要采取哪些安全防护措施？
检验由合格人员在按 EN 473 取得 3 级证书的人员负责下进行（标准引用 EN 473；今天无损检测人员的资格鉴定与认证按 ISO 9712 进行）。；仪器的检查按相应的国家标准进行，而测量系统的设定至少每 8 小时核查一次——省略这项核查会使整个班次的结果失效（这是我们从标准要求得出的结论，而不是标准的原文）。；该方法对操作者是安全的（无电离辐射），但通常在生产车间或供方处进行——那里适用工厂运行的安全规则，包括搬运重钢板时的规则。；采用水耦合检验和浸没技术时，须考虑到电气危险和工位表面湿滑。；如果检验要在买方或其代表在场的情况下进行，应采取一切措施以免干扰生产过程。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN 10160。