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        1. 0519-85100231

          新聞資訊

          NEWS

          超聲波探傷儀器的性能評定:中國和歐洲超聲波探傷儀器標準的比較

          2022年03月15日

          隨著(zhù)我國經(jīng)濟改革開(kāi)放形勢的不斷深入發(fā)展,我國的無(wú)損檢測技術(shù)事業(yè)也正在與世界越來(lái)越廣泛地接軌,就無(wú)損檢測技術(shù)中的超聲檢測而言,目前國內許多大型企業(yè)以及中外合資或外資企業(yè)在購買(mǎi)、使用超聲探傷設備時(shí),都開(kāi)始要求按照歐洲標準(EN12668)對超聲波探傷儀器的性能及質(zhì)量進(jìn)行控制,另一方面,中國自主創(chuàng )新制造的超聲波探傷設備也在開(kāi)始向國外出口,同樣涉及了與國際應用標準接軌的問(wèn)題。本文欲就筆者的理解,探討我國目前應用的有關(guān)超聲波探傷儀器性能評定標準與歐洲標準的比較,希望對我國超聲波探傷設備盡早與國際標準緊密接軌的問(wèn)題有所促進(jìn)。

          歐洲標準(EN12668)包括有三個(gè)部分:
          EN12668-1 無(wú)損檢測-超聲檢驗設備的特性與認證-第1部分:儀器
          EN12668-2 無(wú)損檢測-超聲檢驗設備的特性與認證-第2部分:探頭
          EN12668-3 無(wú)損檢測-超聲檢驗設備的特性與認證-第3部分:綜合設備

          其最大的特點(diǎn)是將儀器、探頭的性能分別評定,然后再將儀器和探頭組合后的系統性能進(jìn)行評定,因此有其評定方法、使用的評定裝置、試塊等特色,并且還涉及對相應性能的指標要求。
          我國目前應用的相關(guān)標準主要有:
          JJG 746-2004《中華人民共和國國家計量檢定規程-超聲探傷儀》
          JB/T 10061-1999《A型脈沖反射式超聲探傷儀通用技術(shù)條件》
          JB/T 10062-1999《超聲探傷用探頭性能測試方法》
          JB/T 9214-1999《A型脈沖反射式超聲探傷系統工作性能測試方法》(非等效采用JIS Z2344-93《金屬材料脈沖反射式超聲探傷檢驗方法》)
          GB/T 18852-2002 無(wú)損檢測 超聲檢驗 測量接觸探頭聲束特性的參考試塊和方法(等同翻譯ISO 12715:1999《無(wú)損檢測 超聲檢驗 測量接觸探頭聲束特性的參考試塊和方法》)
          GB/T 18694-2002《無(wú)損檢測 超聲檢驗 探頭性能及其聲場(chǎng)的表征》(等同采用ISO 10375:1997E)
          在實(shí)際執行中,目前比較突出的是我國各地的計量部門(mén)以行政手段把超聲波探傷儀器納入每年對企業(yè)計量控制中的強制檢定項目,執行JJG 746-2004《中華人民共和國國家計量檢定規程-超聲探傷儀》,因此,在超聲儀器方面,本文主要以JJG 746-2004來(lái)與EN12668進(jìn)行比較,在超聲探頭方面則主要以JB/T 10062-1999《超聲探傷用探頭性能測試方法》來(lái)與EN12668進(jìn)行比較,在綜合系統性能方面則以JB/T 9214-1999《A型脈沖反射式超聲探傷系統工作性能測試方法》來(lái)與EN12668進(jìn)行比較。
          一.        要求測試的性能項目方面的差異
          1 . 對超聲儀器性能要求測試的項目對比見(jiàn)表1。

          表1 超聲儀器性能測試項目要求對比

            

          項目

            

          EN*

          JJG**

          允值要求

          EN

          JJG

          物理狀態(tài)和外觀(guān)

          目視

          目視

          穩定性:溫度穩定性

          -

          -

          穩定性:預熱后穩定性

          -

          -

          穩定性:顯示晃動(dòng)

          -

          -

          穩定性:電壓變化穩定性

          -

          -

          發(fā)射脈沖:脈沖重復頻率

          -

          -

          發(fā)射脈沖:有效輸出阻抗

          -

          -

          發(fā)射脈沖:發(fā)射脈沖頻譜

          -

          -

          發(fā)射脈沖:發(fā)射器電壓,上升時(shí)間,回響和持續時(shí)間

          -

          -

          接收器:發(fā)射期間發(fā)射器到接收器的串擾阻尼

          -

          -

          接收器:發(fā)射脈沖后阻塞時(shí)間

          -

          -

          接收器:動(dòng)態(tài)范圍

          接收器:接收器輸入阻抗

          -

          -

          接收器:距離振幅修正

          -

          -

          接收器:時(shí)間分辨率

          -

          -

          接收器:放大器頻率響應

          -

          -

          接收器:等效輸入噪聲

          -

          -

          接收器:已校正衰減器的精度

          接收器:垂直顯示線(xiàn)性

          接收器:時(shí)基線(xiàn)性

          監視器閘門(mén):帶固定監視器閾的響應閾和開(kāi)關(guān)滯后

          -

          -

          監視器閘門(mén):帶可調監視器閾的開(kāi)關(guān)滯后

          -

          -

          監視器閘門(mén):開(kāi)關(guān)輸出保持時(shí)間

          -

          -

          比例輸出:比例閘門(mén)輸出阻抗

          -

          -

          比例輸出:比例閘門(mén)輸出線(xiàn)性

          -

          -

          比例輸出:比例閘門(mén)輸出頻率響應

          -

          -

          比例輸出:比例閘門(mén)輸出噪聲

          -

          -

          比例輸出:閘門(mén)內測量信號位置影響

          -

          -

          比例輸出:比例閘門(mén)輸出脈沖形狀影響

          -

          -

          比例輸出:比例閘門(mén)輸出上升、下降與保持時(shí)間

          -

          -

          電噪聲電平

          -

          -

          最大使用靈敏度

          -

          -

          探傷靈敏度余量

          -

          -

          分辨力

          -


          掃描范圍

          -


          數字超聲儀器的附加測試:

          數字超聲儀器的時(shí)基線(xiàn)性

          -

          -

          數字化采樣誤差

          -

          -

          數字超聲儀器的響應時(shí)間

          -

          -


          *EN 12668-1(2000.9),無(wú)損檢測-超聲檢驗設備的特性與認證-第1部分:儀器,涉及脈沖式、模擬式和數字式的A顯示手動(dòng)無(wú)損檢測用超聲波檢驗裝置電氣性能的評定方法和驗收標準。包括生產(chǎn)商測試、定期和維修測試以及組合設備測試,并有校驗周期的規定。
          ** JJG 746-2004《中華人民共和國國家計量檢定規程-超聲探傷儀》,涉及通用A型脈沖反射式超聲探傷儀的首次檢定、后續檢定和使用中檢定。要求超聲探傷儀的檢定周期一般不超過(guò)1年。

          2 . 對超聲探頭性能要求測試的項目對比見(jiàn)表2

          表2 超聲探頭性能測試項目要求對比

            

          項目

            

          EN*

          JB**

          允差要求

          EN

          JJG

          制造商名稱(chēng)




          探頭型號




          探頭重量與尺寸




          連接器型號




          換能器材料




          換能器形狀尺寸




          斜探頭指標




          使用的斜楔材料,延遲




          雙晶探頭的TR可互換連接




          非聚焦縱波直探頭的保護膜材料




          探頭的保護膜磨損允差




          物理性能



          中心頻率,帶寬(* 回波頻率、回波長(cháng)度)

          有*

          -

          脈沖形狀(時(shí)間與頻率)




          相對脈沖回波靈敏度(* 相對靈敏度)

          有*

          -

          距離-振幅曲線(xiàn)(* 距離幅度特性)

          有*

          --

          阻抗,靜態(tài)電容(* 等效阻抗)

          有*

          -

          脈沖持續時(shí)間(* 回波長(cháng)度)

          有*

          -

          液浸探頭聚焦區的焦距和聚焦長(cháng)度



          液浸探頭的聚焦寬度 <, /FONT>



          液浸探頭的波束發(fā)散角(* 聲束寬度)

          有*


          接觸法單晶直探頭的波束發(fā)散與側波瓣(* 聲束寬度)

          有*

          -

          接觸法單晶直探頭的波束傾斜角與偏移(* 聲軸偏移)

          有*

          -

          接觸法單晶直探頭的焦距(**近場(chǎng)長(cháng)度)

          -

          -

          接觸法單晶直探頭的聚焦寬度

          -

          -

          接觸法單晶直探頭的聚焦長(cháng)度

          -

          -

          接觸法單晶橫波斜探頭的入射點(diǎn)(* 入射點(diǎn)、前沿距離)

          有*

          -

          接觸法單晶橫波斜探頭的波束角和波束發(fā)散角(* 聲束寬度)

          有*

          -

          接觸法單晶橫波斜探頭的波束角(* K值)

          有*

          -

          接觸法單晶橫波斜探頭的波束傾斜角與偏移(* 聲軸偏斜角)

          有*

          -

          接觸法單晶橫波斜探頭的焦距(**近場(chǎng)長(cháng)度)

          -

          -

          接觸法單晶橫波斜探頭的聚焦寬度

          -

          -

          接觸法單晶橫波斜探頭的聚焦長(cháng)度

          -

          -

          接觸法雙晶直探頭的串擾(*楔內回波幅度)

          有*

          -

          接觸法雙晶直探頭的最大靈敏度距離(**焦距)

          -

          -

          接觸法雙晶直探頭的軸向靈敏度范圍(**聚焦長(cháng)度)

          -

          -

          接觸法雙晶直探頭的橫向靈敏度范圍(**聚焦寬度)

          -

          -

          接觸法雙晶橫波斜探頭的串擾



          接觸法雙晶橫波斜探頭的入射點(diǎn)



          接觸法雙晶橫波斜探頭的波束角和輪廓



          接觸法雙晶橫波斜探頭的最大靈敏度距離(**焦距)



          接觸法雙晶橫波斜探頭的軸向靈敏度范圍(**聚焦長(cháng)度)



          接觸法雙晶橫波斜探頭的橫向靈敏度范圍(**聚焦寬度)



          直接接觸法直探頭的始波寬度

          -

          -

          -

          直接接觸法斜探頭的空載始波寬度

          -

          -

          -

          直接接觸法斜探頭的前后掃查的聲束寬度

          -

          -

          -

          直接接觸法斜探頭的左右掃查的聲束寬度

          -

          -

          -

          雙晶直探頭的聲束交區寬度

          -

          -

          -


          *EN12668-2(2001.10),無(wú)損檢測-超聲檢驗設備的特性與認證-第2部分:探頭,要求制造商隨探頭提供參數數據;探頭類(lèi)別包括:中心頻率范圍0.5~15MHz,液浸法單晶縱波直探頭,接觸法縱波單晶、雙晶直探頭,接觸法橫波單晶直探頭,接觸法縱波單晶、雙晶斜探頭,接觸法橫波單晶、雙晶斜探頭,這些探頭還各自分為聚焦與非聚焦兩種。
          **JB/T 10062-1999《超聲探傷用探頭性能測試方法》,適用于1~5MHz直探頭、斜探頭、雙晶直探頭和水浸探頭,未提出驗收標準或允差。
          注:表中括號內含*號的內容表示我國標準與歐洲標準對應的項目名稱(chēng)。表中括號內含**號的內容表示我國的習慣稱(chēng)呼。

          3 . 對探頭、電纜與超聲儀器組合系統性能要求測試的項目對比見(jiàn)表3。

          表3 組合系統檢查:探頭、電纜與超聲儀器組合

            

          項目

            

          EN*

          JB**

          允差要求

          校驗周期要求

          EN

          JB

          EN

          JB

          物理狀態(tài)和外觀(guān)


          目視


          每天


          靈敏度和信噪比(* 靈敏度余量)


          每周


          設備增益線(xiàn)性(* 垂直線(xiàn)性)


          每周


          時(shí)基線(xiàn)性


          每周


          數字超聲儀器的時(shí)基線(xiàn)性



          每周


          脈沖持續時(shí)間



          每周


          探頭入射點(diǎn)


          每天


          波束角度


          每天


          分辨力及盲區

          -

          -

          -

          -



          *EN12668-3:2000(2004.8更新)無(wú)損檢測-超聲檢驗設備的特性與認證-第3部分:綜合設備,適用于操作者在現場(chǎng)或車(chē)間條件下使用。僅適用于手工檢測的A-掃描顯示的脈沖回波裝置,裝置具有步進(jìn)不大于2dB的增益控制或已校準的衰減器,并使用接觸法試驗。
          ** JB/T 9214-1999《A型脈沖反射式超聲探傷系統工作性能測試方法》,在探傷現場(chǎng)條件下測試超聲探傷系統的工作性能,包括A型脈沖反射式超聲探傷儀、超聲探頭及連接它們的高頻電纜,測試時(shí)只需要使用規定的標準試塊而不需任何電子儀器,不適用于測試超聲探傷儀或超聲探頭的單件性能,只適用于手工探傷,不適用于自動(dòng)化超聲探傷,只適用于包括一般接觸式超聲直探頭或斜探頭的系統,不適用于包括其他類(lèi)型(例如雙晶式、水浸式等)超聲探頭的系統,只規定超聲探傷系統性能的測試方法,但不提出系統的性能指標或其驗收條件。
          注:表中括號內含*號的內容表示我國標準與歐洲標準對應的項目名稱(chēng)。
          在我國的其他相關(guān)標準中,例如JB/T 10061-1999《A型脈沖反射式超聲探傷儀通用技術(shù)條件》、GB/T 18852-2002 無(wú)損檢測 超聲檢驗 測量接觸探頭聲束特性的參考試塊和方法和GB/T 18694-2002《無(wú)損檢測 超聲檢驗 探頭性能及其聲場(chǎng)的表征》中,均沒(méi)有明確規定儀器、探頭以及組合系統的性能指標或驗收標準。

          二.        性能指標要求方面的差異
          歐洲標準中關(guān)于超聲儀器、探頭、組合系統性能指標的要求與我國現行標準差異很大,現就能夠進(jìn)行對應比較的少數項目指標列于表4。

          表4 歐洲標準與我國現行標準中可對應比較的性能指標對照

            

          項目

            

          EN*

          JJG**

          JB***

          已校準衰減器精度

          每個(gè)頻率設置: 20dB±1dB(微調); 60dB±2dB(粗調)

          在規定的工作頻率范圍內:

            

          12dB±1dB

          時(shí)基線(xiàn)性誤差

          ≤±1%

          ≤±2%

          ≯2%

          垂直線(xiàn)性誤差

          從5%~90%屏幕高度不等,最高要求在90%屏幕高度時(shí)≤±2.2%

          ≤±6%

          ≯8%

          動(dòng)態(tài)范圍

          至少為100dB

          ≥26dB

          ≮26dB

          *   EN12668 無(wú)損檢測-超聲檢驗設備的特性與認證
          **  JJG 746-2004《中華人民共和國國家計量檢定規程-超聲探傷儀》
          *** JB/T 10061-1999《A型脈沖反射式超聲探傷儀通用技術(shù)條件》

          三.、在性能測試方法方面的差異
          歐洲標準中涉及的性能測試項目種類(lèi)遠超過(guò)我國相關(guān)標準中的規定,即便在相同或相類(lèi)似的性能測試項目上也與我國現行的測試方法有較大的區別,涉及使用的試塊、測試儀器和輔助器材等都存在較大區別,最重要的是歐洲標準涉及對制造商的出廠(chǎng)技術(shù)規范中的指標進(jìn)行校驗或者有明確的驗收標準(允差)。由于篇幅有限,本文不做這方面的詳細對比。
          應該注意到,在歐洲標準中嚴格規定了超聲儀器、探頭分別獨立測試的方法和詳細規定了使用的測試裝置,而我國標準中涉及的許多性能項目的測試方法實(shí)際上還是在被檢超聲儀器與探頭連接的狀況下進(jìn)行測試,因此,可以說(shuō)我國超聲儀器、探頭的質(zhì)量控制、性能指標測試方法等方面要與歐洲標準接軌,尚存在很大的差距。
          僅就所使用的測試裝置方面,舉簡(jiǎn)單的小例子來(lái)說(shuō),例如歐洲標準中規定使用最小帶寬100MHz的示波器,而我國標準中則規定使用帶寬≮30MHz的示波器(甚至為0~15MHz),又如歐洲標準中使用了最小帶寬100MHz的頻譜分析儀,或能夠進(jìn)行離散型富里葉變換(DFT)的示波器/數字轉換器以及阻抗分析儀,尤其具有特點(diǎn)的是使用了電磁-聲探頭(EMA)和接收器、水聲接收器、指向性圖形測繪儀等,對于液浸探頭測試使用的水槽也有結構形式、掃描機械裝置的公差、水溫、以及反射體尺寸等明確的規定,而這些在我國標準中也都是欠缺的。

          四、質(zhì)量管理模式上的不同
          在歐洲標準EN12668 無(wú)損檢測-超聲檢驗設備的特性與認證中,除了規定由制造商(或其代理)對所生產(chǎn)的超聲儀器作代表性抽樣測試外,還規定了逐臺超聲儀器進(jìn)行的測試:
          1)        由制造商或其代理,在供應該超聲儀器之前(0點(diǎn)測試);
          2)        由制造商,業(yè)主,或某個(gè)實(shí)驗室,在超聲儀器壽命期間每隔12個(gè)月驗證其性能;
          3)        在超聲儀器修理后。
          以及在現場(chǎng)定期對使用壽命期間內的整個(gè)系統(超聲儀器和探頭組合)進(jìn)行測試。
          我國目前對于超聲探傷設備的質(zhì)量控制主要有三個(gè)渠道:制造廠(chǎng)對產(chǎn)品質(zhì)量負責的出廠(chǎng)檢驗、使用單位的自行檢驗(按照國家標準規定,作為II級無(wú)損檢測技術(shù)資格等級人員的職責范圍和技能要求包括了調整和校準設備)以及地方計量部門(mén)的強制定期(一年)檢定。

          五、建議
          [1] 從以上對比情況來(lái)看,有必要盡快修訂充實(shí)我國有關(guān)超聲探傷儀、探頭以及綜合系統的技術(shù)標準,包括性能項目范圍、測試方法、性能指標要求等,特別是我國目前已經(jīng)處在廣泛應用數字式超聲探傷儀的情況下,也需要盡快對數字式超聲探傷儀的性能指標要求、測試方法等實(shí)現標準化。這些標準的完善將能大大促進(jìn)我國超聲檢測設備制造企業(yè)向更高層次提升,有利于“中國制造”更快地走向世界。
          [2] JJG 746-2004《中華人民共和國國家計量檢定規程-超聲探傷儀》第6.5款規定超聲探傷儀的檢定周期一般不超過(guò)1年,所規定的檢定項目見(jiàn)下表,然而對于使用中的超聲探傷設備校驗,通常是在現場(chǎng)進(jìn)行,并且具有較高的校驗頻率,這顯然應該由用戶(hù)自己進(jìn)行。JJG 746-2004的檢定項目表中例如外觀(guān)檢查、水平線(xiàn)性誤差、垂直線(xiàn)性誤差、探傷靈敏度余量、分辨力、動(dòng)態(tài)范圍、電噪聲電平等項目其實(shí)都屬于企業(yè)中II級無(wú)損檢測技術(shù)資格等級人員的日常工作范疇。

          JJG 746-2004《中華人民共和國國家計量檢定規程-超聲探傷儀》 表1 檢定項目表

            

          序號

            

          檢定項目

          首次檢定

          后續檢定

          使用中檢驗

          1

          外觀(guān)檢查

          +

          +

          +

          2

          水平線(xiàn)性誤差

          +

          +

          +

          3

          衰減器衰減誤差

          +

          +

          -

          4

          垂直線(xiàn)性誤差

          +

          +

          +

          5

          動(dòng)態(tài)范圍

          +

          +

          -

          6

          電噪聲電平

          +

          +

          -

          7

          最大使用靈敏度

          +

          -

          -

          8

          探傷靈敏度余量

          +

          +

          -

          9

          掃描范圍

          +

          -

          -

          10

          分辨力

          +

          +

          -

          注:“+”表示應檢項目,“-”表示可不檢項目

          盡管目前在無(wú)損檢測界對于無(wú)損檢測設備是否都屬于計量器具范疇的問(wèn)題有許多爭議,但是根據我國目前的狀況,如果一定要把無(wú)損檢測設備納入計量部門(mén)對企業(yè)計量監管范疇的話(huà),那么計量部門(mén)所承擔的檢定內容就不應該是國家標準規定II級無(wú)損檢測技術(shù)資格等級人員職責范圍內的日常工作內容,而應該是企業(yè)一般不具備能力檢定然而又與無(wú)損檢測設備正常使用的性能質(zhì)量密切相關(guān)的項目,才能符合計量檢定系統的三級傳遞制度,從而才能真正扮演好為企業(yè)保駕護航、提供設備質(zhì)量保障服務(wù)的角色。因此,筆者認為應當徹底修訂JJG 746-2004標準。
          [3] 對于實(shí)施無(wú)損檢測設備檢定的計量部門(mén),應當經(jīng)由國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局進(jìn)行資質(zhì)認證,取得認可,確認這些計量部門(mén)具備適當的檢定設備裝置和人員技術(shù)水平等,以防止良莠不齊、濫竽充數等現象發(fā)生,導致徒增企業(yè)負擔卻并不能真正使無(wú)損檢測設備正常使用所需要的性能質(zhì)量得到保障。筆者還有一個(gè)建議,即參考國外的經(jīng)驗,實(shí)際上無(wú)損檢測設備的檢定也可以由經(jīng)國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局認定并授權的第三方檢測鑒定單位或機構來(lái)承擔,亦即如歐洲標準中所提到的“制造商代理”或“某個(gè)實(shí)驗室”。
          [4] 我國的超聲檢測設備制造企業(yè)應該努力汲取國外先進(jìn)標準要求中的精髓,努力提高自身產(chǎn)品的質(zhì)量水平和檢測水平,努力提高與國外產(chǎn)品競爭的能力,并可更進(jìn)一步為打開(kāi)國際市場(chǎng)增強實(shí)力。


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