常见无损检测设备的校准验证方法研究

孙 静 樊 超 李凤霞 侯铁栋

常见无损检测设备的校准验证方法研究

孙 静①樊 超①李凤霞①侯铁栋①

目的：介绍无损检测的常见种类及其在工业生产中的重要性，探讨常见无损检测设备的校准和验证方法。方法：通过了解常见的无损检测设备及其主要性能指标，掌握各无损检测设备所采用的校准依据、主要技术参数以及对校准结果实现验证的主要方法。结果：对无损检测设备进行重复性、复现性及破坏性等的验证，确认是否满足使用要求，以达到实现质量控制的目的。结论：选取适当的无损检测手段以及设备性能良好的检测设备，做好校准结果和使用要求的验证是提高无损检测数据精确度的保障，可更好地为安全生产服务。

无损检测设备；校准；验证

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

随着我国工业化程度的不断提高，无损检测技术被广泛应用到民航、铁道、石油及锅炉管道等关系到人民生命安全和生产安全的重要领域[1]。无损检测设备性能指标稳定并能满足使用要求，是保证检测结果可靠、一致的前提。如何识别仪器的主要技术特性、保持仪器技术参数的稳定可靠，并确保其持续满足产品检测的要求是目前无损检测工作中面临的重要问题[2-3]。

1 无损检测技术

无损检测技术是在20世纪40年代后迅速发展起来的一门综合工程技术，其根据物质的各种物理特性变化，在不损伤被检物使用性能与形状的条件下可实现100%检查，从而判断被检物的质量状况。因此，该技术的应用已经在工业生产、物理研究和生物工程等广大科技领域获得极大的重视和迅猛发展，已经成为产品质量控制、保证设备安全运行等方面的极为重要的技术手段，并已从单纯的检测技术发展为无损评价技术，既包含了无损检查与测试，还涉及以断裂力学为基础的损伤容限设计而对产品及设备的安全使用寿命作出评估。因此，无损检测技术水平能够反映该部门、该行业、该地区甚至该国家的工业技术水平，在许多重要的大型设备安全保障体系中发挥着重要作用[4-5]。

2 无损检测设备及校准方法

常规无损检测方法主要有射线检测(radiographic testing，RT)、目视检测(visua1 testing，VT)、超声检测(u1trasonic testing，UT)、磁粉检测(magnetic partic1e testing，MPT)和渗透检测(penetrant testing，PT)等[6]。

2.1 射线检测

X射线探伤机通过高速电子轰击阳极靶产生X射线，透照被检验的部件并在胶片或其他成像装置上得到部件的内部结构图像，以此判断被检部件有无缺陷，可分为固定式(移动式)、携带式定向和周向X射线探伤机[7]。X射线检测是依据被检工件其成分、密度及厚度等的不同，对射线产生不同的吸收或散射的特性，对被检工件的质量、尺寸及特性等作出判断。X射线检测适用于各种材料的检验，对被检工件的表面和结构无特殊要求，最适宜检验体积型缺陷。目前，X射线探伤检测广泛应用于机械、航空航天等方面的铸件和焊接件的检验。

国家计量标准JJG40-2011“X射线探伤机检定规程”适用于额定管电压≤450 kV的X射线探伤机的首次和后续检定[8]。检定项目即计量性能要求包括空气比释动能率、穿透力、重复性、辐射角、计时器误差、透照灵敏度以及漏射线空气比释动能率[9]。

2.2 超声检测

超声波无损检测主要取决于超声自身的传播特性，超声波测定的原理分为穿透应力波系统和脉冲-反应系统两种。现有设备按照这两种原理设计、生产制造，通过对超声波作用在试件上的反射波、透射波和折射波进行研究，可对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量和组织结构评价[10]。超声法的适用范围广至金属、非金属和复合材料，对确定工件的内部缺陷的大小、位置、取向及性质等参量较其他无损检测方法有综合优势，但对试件形状的复杂性有一定的限制。利用超声检测的手段可定量地分析锅炉、压力容器及铁路轨道内部存在的缺陷。

现行超声波探伤仪检定规程是国家计量标准JJG746-2004“超声波探伤仪检定规程”[11]。该规程适用于通用A型脉冲反射式超声波探伤仪的首次检定、后续检定和使用中检验。超声波探伤仪主要由同步、扫描、发射、接收放大、电源等电路部分及显示屏组成，可设延时、报警、深度补偿、标记、跟踪及记录等单元。超声波探伤仪主要性能指标包括水平线性误差、衰减器衰减量的误差、垂直线性误差、动态范围、电噪声电平、最大使用灵敏度、扫描范围和分辨力。校准时可根据使用要求选定上述某些指标。

2.3 磁粉检测

磁粉探伤检测原理为：当被磁化的铁磁性材料的表面或近表面存在缺陷从而导致该处的磁阻有足够的变大时，在材料的表面空间可形成漏磁场，将微细的铁磁性粉末施加在次表面上，漏磁场吸附磁粉形成磁痕显示出缺陷的存在及形状。其缺点为：仅适用于铁磁性材料及缺陷必须在表面或近表面；优点为：显示出来的缺陷的形状、大小和位置比较准确，而且使用方便、检测速度快，工艺简单，费用低廉。目前，广泛应用于钢铁生产、石油运输及锅炉检测等方面。

2011年，国家计量标准JJF1273-2011“磁粉探伤机校准规范”[12]实施，适用于交流、直流(半波整流及全波整流)磁粉探伤机的校准，不适用于电磁轭探伤机、旋转磁场探伤机等磁轭式磁粉探伤机。主要校准参数有磁化电流、剩余磁感应强度、绝缘电阻、绝缘强度和综合灵敏度。

便携式电磁轭探伤仪是由轭状电磁铁组成，通常由C字型或Π字型的实体或叠层的软磁性材料周围绕以电流线圈组成。针对电磁轭探伤仪和旋转磁场探伤仪，不少行业及地方规程和规范已经出台，主要对磁轭的提升力、探伤综合灵敏度等参数进行校准，对保证磁粉探伤的质量起到了积极的作用[13]。

3 无损检测结果的准确度验证

无损检测设备的主要特性如超声探伤仪的水平和垂直线性、衰减器误差以及磁粉探伤机的电流表指示误差等称为设备的计量特性。计量特性会随着使用时间的延续而变化，进而可能导致检测结果不确定性增加。

在专业校准实验室对设备进行校准后，验证的重要环节往往被忽视。将校准后获得的设备的计量特性与其使用所需的技术指标进行比较，最终确认设备是否满足使用要求，以达到控制设备的目的。验证方法主要包括重复性验证、复现性验证、两台设备验证以及破坏性验证[14]。

3.1 重复性验证

对同样条件的试样进行无损检测，选定具体的物理量，如深度、厚度及灵敏度等[15]。每测量1次，得到1个数据，连续测量次数应＞5次。用单次测量标准偏差表示(公式1)：

式中，Mi是第i次测量值；M是第n次测量平均值；S应不大于该物理量允许测量误差的1/2，否则检测结果准确度不能保证。

3.2 复现性验证

对不同条件的同一试样进行无损检测。由于无损检测的特点，不同的检测人员往往检测结果不完全相同，人员引起的误差比较明显。计算公式同重复性验证方法。如果不同人员测量结果的测量标准偏差S大于该物理量允许测量误差的1/2，应考虑人员操作方法是否存在重大失误。

3.3 两台设备验证

对同样条件的试样用相同精度的设备进行无损检测，M1表示第一台设备的测量结果，M2表示第二台设备的测量结果。A表示测量设备的准确度。

则｜M1-M2｜＜A，否则表示该设备不准确。

3.4 破坏性验证

无损检测的目的是了解试样内部的实际情况。如果未与破坏性检测的实际结果比对，不管所进行的无损检测灵敏度多高，其所做的测量结果均无任何意义。因此，只要条件允许，应尽可能用有损的方法验证实际计量数据。

具体方法是首先对同样条件的试样进行无损检测，随后再进行破坏性检测，求出两个检测结果之间的关系。M1表示无损检测的测量结果，M2表示破坏性检测的测量结果。A表示无损检测测量设备的准确度。

则｜M1-M2｜＜A，否则表示该设备测量结果无效。

4 结语

无损检测技术属于高新科技领域的特种测试技术，当将其与断裂力学、损伤容限设计等安全评价技术相结合时，不仅能够有效地检测出危害性缺陷，而且可根据检测评定缺陷的大小、数量、长度、密集度、缺陷所在位置及缺陷性质等因素对在役设备继续运行的安全性和使用寿命做出评价。

无损检测的数据是否准确，关键在于选取适当的无损检测手段以及所使用的设备的性能，使用性能稳定、合格的无损检测设备是检测数据准确的直接因素，严格把好在用无损检测仪器的质量关，关注校准结果和使用要求的验证，是提高无损检测数据精确度的保障[16]。

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[8]国家计量标准.JJG 40-2011X射线探伤机检定规程[S].北京：中国质检出版社，2011.

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[12]国家计量标准.JJF 1273-2011磁粉探伤机校准规范[S].北京：中国计量出版社，2011.

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[16]谢常欢.无损检测仪器设备校准或核查要求的探讨[J].无损检测，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

孙静，女，(1981- )，本科学历，工程师。山东省计量科学研究院，从事无损检测设备和医疗设备的检测工作。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.07.009

2014-01-10

①山东省计量科学研究院 山东 济南 250014