常見無損檢測設備的校準驗證方法研究

孫 靜 樊 超 李鳳霞 侯鐵棟

常見無損檢測設備的校準驗證方法研究

孫 靜①樊 超①李鳳霞①侯鐵棟①

目的：介紹無損檢測的常見種類及其在工業生產中的重要性，探討常見無損檢測設備的校準和驗證方法。方法：通過了解常見的無損檢測設備及其主要性能指標，掌握各無損檢測設備所采用的校準依據、主要技術參數以及對校準結果實現驗證的主要方法。結果：對無損檢測設備進行重復性、復現性及破壞性等的驗證，確認是否滿足使用要求，以達到實現質量控制的目的。結論：選取適當的無損檢測手段以及設備性能良好的檢測設備，做好校準結果和使用要求的驗證是提高無損檢測數據精確度的保障，可更好地為安全生產服務。

無損檢測設備；校準；驗證

[First-author’s address] Shandong Institute of Metrology, Jinan 250014, China.

隨著我國工業化程度的不斷提高，無損檢測技術被廣泛應用到民航、鐵道、石油及鍋爐管道等關系到人民生命安全和生產安全的重要領域[1]。無損檢測設備性能指標穩定并能滿足使用要求，是保證檢測結果可靠、一致的前提。如何識別儀器的主要技術特性、保持儀器技術參數的穩定可靠，并確保其持續滿足產品檢測的要求是目前無損檢測工作中面臨的重要問題[2-3]。

1 無損檢測技術

無損檢測技術是在20世紀40年代后迅速發展起來的一門綜合工程技術，其根據物質的各種物理特性變化，在不損傷被檢物使用性能與形狀的條件下可實現100%檢查，從而判斷被檢物的質量狀況。因此，該技術的應用已經在工業生產、物理研究和生物工程等廣大科技領域獲得極大的重視和迅猛發展，已經成為產品質量控制、保證設備安全運行等方面的極為重要的技術手段，并已從單純的檢測技術發展為無損評價技術，既包含了無損檢查與測試，還涉及以斷裂力學為基礎的損傷容限設計而對產品及設備的安全使用壽命作出評估。因此，無損檢測技術水平能夠反映該部門、該行業、該地區甚至該國家的工業技術水平，在許多重要的大型設備安全保障體系中發揮著重要作用[4-5]。

2 無損檢測設備及校準方法

常規無損檢測方法主要有射線檢測(radiographic testing，RT)、目視檢測(visua1 testing，VT)、超聲檢測(u1trasonic testing，UT)、磁粉檢測(magnetic partic1e testing，MPT)和滲透檢測(penetrant testing，PT)等[6]。

2.1 射線檢測

X射線探傷機通過高速電子轟擊陽極靶產生X射線，透照被檢驗的部件并在膠片或其他成像裝置上得到部件的內部結構圖像，以此判斷被檢部件有無缺陷，可分為固定式(移動式)、攜帶式定向和周向X射線探傷機[7]。X射線檢測是依據被檢工件其成分、密度及厚度等的不同，對射線產生不同的吸收或散射的特性，對被檢工件的質量、尺寸及特性等作出判斷。X射線檢測適用于各種材料的檢驗，對被檢工件的表面和結構無特殊要求，最適宜檢驗體積型缺陷。目前，X射線探傷檢測廣泛應用于機械、航空航天等方面的鑄件和焊接件的檢驗。

國家計量標準JJG40-2011“X射線探傷機檢定規程”適用于額定管電壓≤450 kV的X射線探傷機的首次和后續檢定[8]。檢定項目即計量性能要求包括空氣比釋動能率、穿透力、重復性、輻射角、計時器誤差、透照靈敏度以及漏射線空氣比釋動能率[9]。

2.2 超聲檢測

超聲波無損檢測主要取決于超聲自身的傳播特性，超聲波測定的原理分為穿透應力波系統和脈沖-反應系統兩種?，F有設備按照這兩種原理設計、生產制造，通過對超聲波作用在試件上的反射波、透射波和折射波進行研究，可對試件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量和組織結構評價[10]。超聲法的適用范圍廣至金屬、非金屬和復合材料，對確定工件的內部缺陷的大小、位置、取向及性質等參量較其他無損檢測方法有綜合優勢，但對試件形狀的復雜性有一定的限制。利用超聲檢測的手段可定量地分析鍋爐、壓力容器及鐵路軌道內部存在的缺陷。

現行超聲波探傷儀檢定規程是國家計量標準JJG746-2004“超聲波探傷儀檢定規程”[11]。該規程適用于通用A型脈沖反射式超聲波探傷儀的首次檢定、后續檢定和使用中檢驗。超聲波探傷儀主要由同步、掃描、發射、接收放大、電源等電路部分及顯示屏組成，可設延時、報警、深度補償、標記、跟蹤及記錄等單元。超聲波探傷儀主要性能指標包括水平線性誤差、衰減器衰減量的誤差、垂直線性誤差、動態范圍、電噪聲電平、最大使用靈敏度、掃描范圍和分辨力。校準時可根據使用要求選定上述某些指標。

2.3 磁粉檢測

磁粉探傷檢測原理為：當被磁化的鐵磁性材料的表面或近表面存在缺陷從而導致該處的磁阻有足夠的變大時，在材料的表面空間可形成漏磁場，將微細的鐵磁性粉末施加在次表面上，漏磁場吸附磁粉形成磁痕顯示出缺陷的存在及形狀。其缺點為：僅適用于鐵磁性材料及缺陷必須在表面或近表面；優點為：顯示出來的缺陷的形狀、大小和位置比較準確，而且使用方便、檢測速度快，工藝簡單，費用低廉。目前，廣泛應用于鋼鐵生產、石油運輸及鍋爐檢測等方面。

2011年，國家計量標準JJF1273-2011“磁粉探傷機校準規范”[12]實施，適用于交流、直流(半波整流及全波整流)磁粉探傷機的校準，不適用于電磁軛探傷機、旋轉磁場探傷機等磁軛式磁粉探傷機。主要校準參數有磁化電流、剩余磁感應強度、絕緣電阻、絕緣強度和綜合靈敏度。

便攜式電磁軛探傷儀是由軛狀電磁鐵組成，通常由C字型或Π字型的實體或疊層的軟磁性材料周圍繞以電流線圈組成。針對電磁軛探傷儀和旋轉磁場探傷儀，不少行業及地方規程和規范已經出臺，主要對磁軛的提升力、探傷綜合靈敏度等參數進行校準，對保證磁粉探傷的質量起到了積極的作用[13]。

3 無損檢測結果的準確度驗證

無損檢測設備的主要特性如超聲探傷儀的水平和垂直線性、衰減器誤差以及磁粉探傷機的電流表指示誤差等稱為設備的計量特性。計量特性會隨著使用時間的延續而變化，進而可能導致檢測結果不確定性增加。

在專業校準實驗室對設備進行校準后，驗證的重要環節往往被忽視。將校準后獲得的設備的計量特性與其使用所需的技術指標進行比較，最終確認設備是否滿足使用要求，以達到控制設備的目的。驗證方法主要包括重復性驗證、復現性驗證、兩臺設備驗證以及破壞性驗證[14]。

3.1 重復性驗證

對同樣條件的試樣進行無損檢測，選定具體的物理量，如深度、厚度及靈敏度等[15]。每測量1次，得到1個數據，連續測量次數應＞5次。用單次測量標準偏差表示(公式1)：

式中，Mi是第i次測量值；M是第n次測量平均值；S應不大于該物理量允許測量誤差的1/2，否則檢測結果準確度不能保證。

3.2 復現性驗證

對不同條件的同一試樣進行無損檢測。由于無損檢測的特點，不同的檢測人員往往檢測結果不完全相同，人員引起的誤差比較明顯。計算公式同重復性驗證方法。如果不同人員測量結果的測量標準偏差S大于該物理量允許測量誤差的1/2，應考慮人員操作方法是否存在重大失誤。

3.3 兩臺設備驗證

對同樣條件的試樣用相同精度的設備進行無損檢測，M1表示第一臺設備的測量結果，M2表示第二臺設備的測量結果。A表示測量設備的準確度。

則｜M1-M2｜＜A，否則表示該設備不準確。

3.4 破壞性驗證

無損檢測的目的是了解試樣內部的實際情況。如果未與破壞性檢測的實際結果比對，不管所進行的無損檢測靈敏度多高，其所做的測量結果均無任何意義。因此，只要條件允許，應盡可能用有損的方法驗證實際計量數據。

具體方法是首先對同樣條件的試樣進行無損檢測，隨后再進行破壞性檢測，求出兩個檢測結果之間的關系。M1表示無損檢測的測量結果，M2表示破壞性檢測的測量結果。A表示無損檢測測量設備的準確度。

則｜M1-M2｜＜A，否則表示該設備測量結果無效。

4 結語

無損檢測技術屬于高新科技領域的特種測試技術，當將其與斷裂力學、損傷容限設計等安全評價技術相結合時，不僅能夠有效地檢測出危害性缺陷，而且可根據檢測評定缺陷的大小、數量、長度、密集度、缺陷所在位置及缺陷性質等因素對在役設備繼續運行的安全性和使用壽命做出評價。

無損檢測的數據是否準確，關鍵在于選取適當的無損檢測手段以及所使用的設備的性能，使用性能穩定、合格的無損檢測設備是檢測數據準確的直接因素，嚴格把好在用無損檢測儀器的質量關，關注校準結果和使用要求的驗證，是提高無損檢測數據精確度的保障[16]。

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[2]石勝明.無損檢測質量管理[J].黑龍江科技信息，2008(23)：33.

[3]姚志忠.無損檢測質量管理[J].無損探傷，2003，27(3)：24-27.

[4]袁作彬.無損檢測技術在機械工業中的應用和發展[J].湖北民族學院學報(自然科學版)，2013，31(2)：228-231.

[5]耿榮生，景鵬.無損檢測在飛機定延壽工作中的新進展[J].航空制造技術，2013(4)：44-47.

[6]陳海英，李華桃.常用無損檢測方法的特點及應用選擇[J].無損探傷，2009(5)：23-24.

[7]遲珩.工業X射線探傷機的研究進展[J].科技與企業，2013(20)：329.

[8]國家計量標準.JJG 40-2011X射線探傷機檢定規程[S].北京：中國質檢出版社，2011.

[9]劉劍，韓志成，魏薇.《X射線探傷機》新舊規程的異同及實際工作中應注意的問題[J].中國計量，2012(5)：122-123.

[10]索會迎.超聲波無損檢測技術應用研究[D].南京：南京郵電大學，2012.

[11]國家計量標準.JJG 746-2004超聲探傷儀檢定規程[S].北京：中國計量出版社，2005.

[12]國家計量標準.JJF 1273-2011磁粉探傷機校準規范[S].北京：中國計量出版社，2011.

[13]徐文連.磁粉探傷機(儀)相關規程(規范)比較[J].中國計量，2013(2)：116-117.

[14]王聰.無損檢測儀器的校準與驗證[J].中國計量，2006(7)：63-64.

[15]施昌彥.測量準確度、重復性、復現性及標準偏差[J].中國計量，2000(11)：51-53.

[16]謝常歡.無損檢測儀器設備校準或核查要求的探討[J].無損檢測，2011(9)：16-22.

Study on the verification method of calibration of common NDT equipment

SUN Jing, FAN Chao, LI Feng-xia, et a

China Medical Equipment,2014,11(7):27-29.

Objective:To introduce the importance of common species of nondestructive testing in industrial production, discuss the calibration and verification methods for common nondestructive testing equipment. Methods: To introduce the common nondestructive testing equipment and main performance index, clarify the calibration criteria of nondestructive testing equipment and the main parameters, and the significance and main implementations of verification for calibration results. Results: To verify the repeatability, reproducibility, destructivity of the nondestructive testing equipment, to confirm whether they can meet the requirements and achieve the purpose of quality control. Conclusion: The proper methods of nondestructive testing and the equipments with good performances, and verifying calibration results and requirements of usage, can guarantee to improve the accuracy of NDT data and make the foundation to serve the safety of production.

Nondestructive testing; Calibration; Verification

1672-8270(2014)07-0027-03

R197.39

A

孫靜，女，(1981- )，本科學歷，工程師。山東省計量科學研究院，從事無損檢測設備和醫療設備的檢測工作。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.07.009

2014-01-10

①山東省計量科學研究院 山東 濟南 250014