游樂設施檢驗用超聲探傷儀的期間核查方法

陳瀅锜

摘 要：本文根據目前超聲探傷儀的使用和管理情況，通過對超聲探傷系統產品標準、超聲探傷檢測標準和CNAS要求的分析，對超聲探傷儀的期間核查進行了分類，并給出了每類超聲探傷儀期間核查的參數和方法。

關鍵詞：游樂設施;超聲探傷儀;期間核查

中圖分類號：O213.1文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）16-0051-05

Abstract： According to the use and management of the ultrasonic flaw detector， this paper analyzed the CNAS requirements and the standards of the products and the products system. In this paper the author classified the periodic inspection of the ultrasonic flaw detector， and gave the parameters and methods of the intermediate inspection for each type of the ultrasonic flaw detector.

Keywords： amusement facilities;the ultrasonic flaw detector;intermediate inspection

超聲探傷是目前廣泛使用的無損檢測方法之一。超聲探傷儀主要由同步、掃描、發射、接收放大及顯示部分組成，與超聲探頭配套，廣泛用于鍋爐、壓力容器、航空航天、船舶建造、鐵路橋梁、機械部件等非破壞性檢測，在游樂設施檢驗中也廣泛用于導軌等鋼結構焊接缺陷、損傷等的檢測。一般情況下，超聲波探傷儀需要進行周期性檢定或校準，以查明該設備是否達到足夠的精度要求，從而保證所用儀器處于合格狀態。本文討論了適用于游樂設施檢驗用超聲探傷儀（以下簡稱“超聲探傷儀”）的期間核查方法，并給出了詳細過程。

1 超聲探傷儀期間核查的分類

期間核查是設備在相鄰兩次設備校準之間，按照規定要求驗證儀器設備的功能或技術性能能否持續滿足檢驗檢測方法要求而進行的操作。利用期間核查可以及時發現檢驗用儀器設備校準狀態的變化，保持對儀器設備技術特性及性能的信心，必要時及時采取糾正措施，有效地控制儀器設備保持在規定的要求之內，從而確保檢驗結果的準確可靠。

按照《測量設備期間核查的方法指南》（CNAS-GL042）[1]中設備功能或技術特性的不同要求可將設備分為3類。其中，A類設備指檢驗檢測方法對其有量值要求、需要檢定校準的設備。該類設備的驗證采用檢定校準的方式，主要是核查設備的技術指標是否符合檢驗檢測方法要求，使用者也可在相鄰兩次檢定校準之間對設備進行期間核查。B類設備指檢驗檢測方法對其有量值要求、無須校準（通過核查即可判定設備與方法要求的符合性），計量特性影響測量結果準確性的設備。該類設備采用核查的方式進行驗證，核查其計量特性是否符合方法要求，期間核查方法與設備投入使用前的核查方法相同，是在使用過程中對設備進行的再核查。C類設備指檢驗檢測方法對其無量值要求（無法校準），功能的正常性影響測量結果有效性的設備。此類設備的驗證也采用核查的方式，核查設備的功能是否符合方法要求，期間核查方法與設備投入使用前的核查方法相同，是在使用過程中對設備進行的再核查。

超聲探傷儀一般按儀器部分（發射部分、接收部分）、探頭部分、組合設備三部分給出技術指標要求。《無損檢測 超聲檢測設備的性能與檢驗 第1部分：儀器》（GBT 27664.1—2011）[2]、《無損檢測 超聲檢測設備的性能與檢驗 第2部分：探頭》（GBT 27664.2—2011）[3]、《無損檢測 超聲檢測設備的性能與檢驗 第3部分 組合設備》（GBT 27664.3—2012）[4]、《無損檢測A型脈沖反射式超聲檢測系統工作性能測試方法》（JBT 9214—2010）[5]、《A型脈沖反射式超聲探傷儀 通用技術條件》（JB/T 10061—1999）[6]、《超聲探傷用探頭 性能測試方法》（JB/T 10062—1999）[7]等標準都對超聲探傷儀給出了技術指標的量值要求。因此，目前企業和部門在用的超聲波探傷儀大部分都按周期進行了檢定或校準，這部分探傷儀的期間核查應該按A類設備進行管理;還有一部分用于游樂設施檢驗的探傷儀沒有進行周期檢定校準，使用者采用核查的方式，核查設備的計量特性是否符合方法要求，這類設備的期間核查可以按B類設備管理。

2 按A類設備管理的超聲探傷儀的期間核查

按A類管理的探傷儀，其周期檢定已按有關要求進行了檢定或校準，其技術參數主要包括水平線性誤差、衰減器技術要求、垂直線性誤差、動態范圍、電噪聲電平、最大使用靈敏度、探傷靈敏度余量、掃描范圍分辨力等。

2018年發布的《檢測和校準實驗室能力認可準則在無損檢測領域的應用說明》（CNAS-CL01-A006）[8]中要求超聲波探傷儀每年應按照國家檢定規程的要求進行檢定。采用標準試塊期間核查超聲波探傷儀的水平線性、垂直線性，核查周期為3個月。

水平線性是指超聲探傷儀對距離不同的反射體所產生的一系列回波信號的顯示距離與反射體距離之間能按比例方式顯示的能力，其直接影響探傷時對缺陷的定位誤差，檢定規程中用水平線性誤差來表示。垂直線性是指超聲探傷儀的接收信號與熒光屏所顯示的反射波幅度之間能按比例方式顯示的能力，反映的是超聲探傷儀對缺陷大小的定量精度，檢定規程中用垂直線性誤差來表示。鑒于這兩個指標的重要性，把其作為期間核查的技術指標是合理的。下面給出A類管理設備期間核查的過程。

2.1 核查對象

超聲探傷儀。

2.2 核查標準

超聲探傷儀的水平線性的期間核查，可以使用材質均勻，具有良好的聲學性能，不易變形和被腐蝕，平行度和光潔度符合要求的試塊，一般選用CSK-1A試塊或DB-PZ20試塊，也可使用BH-50標準回波探頭或使用符合要求的穩定的留存試樣。

2.3 核查的環境條件要求

溫度：（20±3）;℃。相對濕度：30%～80%;靜壓：97～103 kPa，可修正。

2.4 核查點及項目

水平線性誤差、垂直線性誤差的核查。

2.5 核查間隔

一般為3個月，或超聲探傷儀的檢驗數據出現可疑時，或超聲探傷儀調修后。

2.6 核查程序

選定核查標準試塊，將一個經校準合格的直探頭連接到被核查的超聲探傷儀，關閉超聲探傷儀的抑制，調節衰減器等其他功能至適當值。將探頭通過耦合劑耦合在試塊上，在探頭上施加一定的壓力，保持穩定的回波顯示。

BH-50探頭稱為標準回波探頭，探頭外殼用鋁合金壓鑄而成，相當于一個直探頭下面加一個50 mm的無缺陷試塊。使用BH-50標準回波探頭時，直接將BH-50連接到探傷儀輸入端。

2.6.1 水平線性誤差的核查。調節被檢超聲探傷儀的移位旋鈕，使屏幕上顯示6個回波。調節增益旋鈕使第一個回波的幅度為80%滿刻度，調節位移和掃描微調旋鈕使第一個波的前沿對準水平刻度“0”;調節增益旋鈕使第六個回波B6的幅度為80%滿刻度，調節位移和掃描微調旋鈕使第六個波的前沿對準水平滿刻度“100%”。

2.7 核查結果判定及處理

期間核查結果應以檢定校準方法的要求為判據，水平線性誤差不大于2%則符合要求，垂直線性誤差不大于6%，則符合要求。

核查結果符合要求時，設備可繼續使用;水平線性誤差或垂直線性誤差接近最大允許誤差時，應該采取縮短核查周期等有效措施以規避風險。若核查結果不滿足要求，應停止使用并分析原因，追溯之前報告有效性可能受到的影響，并進一步采取相應措施驗證設備的技術性能。

3 按B類設備管理的超聲探傷儀的期間核查

對于按B類設備管理的超聲探傷儀，由于儀器一般沒有經過校準，只是在使用前按探傷檢測標準要求進行了檢查，所以按《測量設備期間核查的方法指南》（CNAS-GL042）的規定，其期間檢查需要進行再檢查。對于無損檢測，不同行業采用不同的標準。這些標準中給出的超聲探傷儀的性能要求、檢查項目和周期也不盡相同，所以其期間核查也應隨之有所調整。

下面以《起重機械無損檢測 鋼焊縫超聲檢測》（JB/T 10559—2006）[9]為例說明其期間檢查的過程和方法

3.1 核查對象

超聲探傷儀。

3.2 核查標準

CSK-1B試塊要符合相應的要求。

3.3 核查的環境條件要求

溫度：（20±3） ℃;相對濕度：30%～80%;靜壓：97～103 kPa，可修正。

3.4 核查點及項目

①水平線性誤差不大于1%，垂直線性誤差不大于5%;②衰減器技術要求衰減器總衰減量應不小于80 dB;③衰減器衰減誤差：在超聲探傷儀規定的工作頻率范圍內，衰減器每12 dB的誤差不超過±1 dB;④探傷靈敏度余量不小于10 dB;⑤探頭折射角不大于2°，前沿距離不大于25 mm;⑥直探頭遠場分辨力不小于30 dB，斜探頭遠場分辨力不小于6 dB[10]。

3.5 核查間隔

一般為3個月，或對超聲探傷儀的計量性能有所懷疑時。

3.6 核查程序

3.6.1 水平線性誤差。水平線性誤差的核查按2.6.1進行。

3.6.2 垂直線性誤差。垂直線性誤差的核查按2.6.2進行。

3.6.3 直探頭分辨力的核查。如圖1所示位置，選定核查標準CSK-1B型試塊，將一個經校準合格的直探頭連接到被核查的超聲探傷儀，關閉超聲探傷儀的抑制，調節衰減器等其他功能至適當值。將探頭通過耦合劑耦合在試塊上，在探頭上施加一定的壓力，保持穩定的回波顯示。調整超聲探傷儀的增益旋鈕并左右移動探頭，使來自標準試塊的A、B兩個面的回波幅度相等并約為30%滿刻[h1]，A、B兩波峰間的波谷幅度為[h2]，調節增益旋鈕，使[h2]升到[h1]的幅度，此時所改變的增益量即為以dB值表示的超聲探傷儀的分辨力。

3.6.4 斜探頭分辨力的核查。選定核查標準CSK-1B型試塊，將一個經校準合格的斜探頭連接到被核查的超聲探傷儀，關閉超聲探傷儀的抑制，調節衰減器等其他功能至適當值。將探頭通過耦合劑耦合在試塊上，在探頭上施加一定的壓力，保持穩定的回波顯示。調節增益旋鈕、左右移動探頭，使來自標準試塊的[Φ]50 mm和[Φ]44 mm兩孔的回波A、B高度相等，并約為30%滿刻[h1]，A、B兩波峰間的波谷幅度為[h2]。具體如圖2所示，調節增益旋鈕，使[h2]升到[h1]的幅度，此時所改變的增益量即為以dB值表示的超聲探傷儀斜探頭的分辨力。

3.6.6 斜探頭入射點的核查。選定核查標準CSK-1B型試塊，將一個經校準合格的斜探頭連接到被核查的超聲探傷儀，關閉超聲探傷儀的抑制，調節衰減器等其他功能至適當值。將探頭通過耦合劑耦合在試塊上，在探頭上施加一定的壓力，保持穩定的回波顯示。如圖3所示的位置，左右移動探頭，并使探頭聲束軸線與試塊側面保持平行，找出[R100]曲面回波的幅度最大點，此時試塊上[R100]圓心標記線所對應的探頭位置即探頭的入射點。

3.6.7 斜探頭折射角的核查。選定核查標準CSK-1B型試塊，將一個經校準合格的斜探頭連接到被核查的超聲探傷儀，關閉超聲探傷儀的抑制，調節衰減器等其他功能至適當值。根據斜探頭折射角的不同標稱值，把探頭耦合在試塊的不同位置。當折射角為34°～66°時，探頭放在圖4的位置，左右移動探頭，并使探頭聲束軸線與試塊側面保持平行，找出50 mm孔的回波幅度最大點，此時探頭入射點在試塊側面上所對應的角度刻度值，即為斜探頭的折射角[β]。

當探頭折射角標稱值為60°～75°時，探頭放在圖5的位置，使用50 mm孔的回波進行測定;當探頭折射角標稱值為74°～80°時，探頭放在圖6的位置，使用Φ1.5 mm孔的回波進行測定。

3.6.8 斜探頭[K]值的核查。選定核查標準CSK-1B型試塊，將一個經校準合格的斜探頭連接到被核查的超聲探傷儀，關閉超聲探傷儀的抑制，調節衰減器等其他功能至適當值。根據斜探頭[K]值的不同標稱值，把探頭耦合在試塊的不同位置。當[K]值為1.0～1.5時，探頭放在圖4的位置，左右移動探頭，并使探頭聲束軸線與試塊側面保持平行，找出50 mm孔的回波幅度最大點，探頭入射點在試塊側面所對應的刻度值即為斜探頭的[K]值。當[K]值為2.0～3.0時，探頭放在圖5的位置，使用Φ50 mm孔的回波進行測定。

3.7 核查結果判定及處理

期間核查結果應以檢測標準方法的要求為判據，若水平線性誤差不大于1%，垂直線性誤差不大于5%，探傷靈敏度余量不小于10 dB，探頭折射角不大于2°，前沿距離不大于25 mm，直探頭遠場分辨力不小于30 dB，斜探頭遠場分辨力不小于6 dB，則核查結果符合要求，否則不滿足要求[11-12]。

核查結果符合要求時，設備可繼續使用;水平線性誤差或垂直線性誤差接近最大允許誤差時，應該采取縮短核查周期等有效措施以規避風險;若核查結果不滿足要求，應停止使用并分析原因，追溯之前報告有效性可能受到的影響，并進一步采取相應措施驗證設備的技術性能。

4 結論

期間核查的方法和核查間隔的選擇，原則上基于風險管理和經濟效益進行綜合考慮。超聲探傷系統產品標準、不同行業的無損檢測標準、CNAS等管理標準都對無損檢測核查參數及間隔作了要求和說明，但各類標準要求不盡相同。為了保證該設備達到足夠的精度要求，保證所用儀器處于合格狀態，建議脈沖反射式超聲波探傷儀每1年進行一次檢定（或內部校準），保證設備的技術特性準確，標準試塊應具有有效的合格證書。機構應按照使用的無損檢測標準，每3個月使用試塊、選取標準中全部參數，對超聲波探傷儀、探頭、組合設備的參數進行期間核查。

參考文獻：

[1]測量設備期間核查方法指南：CNAS-GL042[S].北京：中國標準出版社，2019.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.無損檢測 超聲檢測設備的性能與檢驗 第1部分：儀器：GB/T 27664.1—2011[S].北京：中國標準出版社，2011.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.無損檢測 超聲檢測設備的性能與檢驗 第2部分：探頭：GB/T 27664.2—2011[S].北京：中國標準出版社，2011.

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.無損檢測 超聲檢測設備的性能與檢驗 第3部分：組合設備：GB/T 27664.3—2012[S].北京：中國標準出版社，2012.

[5]中華人民共和國工業和信息化部.無損檢測 A型脈沖反射式超聲檢測系統工作性能測試方法：JB/T 9214—2010[S].北京：機械工業出版社，2010.

[6]國家機械工業局.A型脈沖反射式超聲波探傷儀 通用技術條件：JB/T 10061—1999[S].北京：機械工業出版社，1999.

[7]中華人民共和國國家發展和改革委員會.起重機械無損檢測 鋼焊縫超聲檢測：JB/T 10559—2006[S].北京：機械工業出版社，2006.

[8]檢測和校準實驗室能力認可準則在無損檢測領域的應用說明：CNAS-CL01-A006[S].北京：中國標準出版社，2018.

[9]中華人民共和國機械工業部.超聲探傷用探頭 性能測試方法：JB/T 10062—1999[S].北京：機械工業出版社，1999.

[10]國家質量監督檢驗檢疫總局.超聲探傷儀：JJG 746—2004[S].北京：中國計量出版社，2004.

[11]胡暢，朱長春，吳亞男，等.實驗室期間核查流程與方法探討[J].計量技術，2019（11）：73-76.

[12]何志斌.超聲波探傷儀的現場應用[J].中國計量，2015（7）：118-119.