超声波探伤仪器的性能评定

超声波探伤仪器的性能评定-中国和欧洲标准的比较摘要:本文对涉及超声波探伤仪性能评定的欧洲标准与我国目前应用标准的情况作了比较，指出我国关于超声波探伤仪的性能评定要求方面与欧洲标准尚存在较多的差异，建议国内有关部门应尽快修订和充实现有的标准，并在管理模式上加以改进，以满足与国际标准接轨的需要，更好地保障超声波探伤仪的性能质量以及有利于把中国自主创新制造的超声波探伤仪推向世界。关键词：无损检测超声检测超声仪器超声探头性能评定前言随着我国经济改革开放形势的不断深入发展，我国的无损检测技术事业也正在与世界越来越广泛地接轨，就无损检测技术中的超声检测而言，目前国内许多大型企业以及中外合资或外资企业在购买、使用超声探伤设备时，都开始要求按照欧洲标准（EN12668）对超声波探伤仪的性能及质量进行控制，另一方面，中国自主创新制造的超声波探伤设备也在开始向国外出口，同样涉及了与国际应用标准接轨的问题。本文欲就笔者的理解，探讨我国目前应用的有关超声波探伤仪器性能评定标准与欧洲标准的比较，希望对我国超声波探伤设备尽早与国际标准紧密接轨的问题有所促进。欧洲标准（EN12668）包括有三个部分：EN12668-1无损检测-超声检验设备的特性与认证-第1部分：仪器EN12668-2无损检测-超声检验设备的特性与认证-第2部分：探头EN12668-3无损检测-超声检验设备的特性与认证-第3部分：综合设备其最大的特点是将仪器、探头的性能分别评定，然后再将仪器和探头组合后的系统性能进行评定，因此有其评定方法、使用的评定装置、试块等特色，并且还涉及对相应性能的指标要求。我国目前应用的相关标准主要有：JJG746-2004《中华人民共和国国家计量检定规程-超声探伤仪》JB/T10061-1999《A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件》JB/T10062-1999《超声探伤用探头性能测试方法》JB/T9214-1999《A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法》（非等效采用JISZ2344-93《金属材料脉冲反射式超声探伤检验方法》）GB/T18852-2002无损检测超声检验测量接触探头声束特性的参考试块和方法（等同翻译ISO12715:1999《无损检测超声检验测量接触探头声束特性的参考试块和方法》）GB/T18694-2002《无损检测超声检验探头性能及其声场的表征》（等同采用ISO10375:1997E）在实际执行中，目前比较突出的是我国各地的计量部门以行政手段把超声波探伤仪器纳入每年对企业计量控制中的强制检定项目，执行JJG746-2004《中华人民共和国国家计量检定规程-超声探伤仪》，因此，在超声仪器方面，本文主要以JJG746-2004来与EN12668进行比较，在超声探头方面则主要以JB/T10062-1999《超声探伤用探头性能测试方法》来与EN12668进行比较，在综合系统性能方面则以JB/T9214-1999《A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法》来与EN12668进行比较。一.要求测试的性能项目方面的差异1对超声仪器性能要求测试的项目对比见表1。表1超声仪器性能测试项目要求对比项目EN*JJG**允值要求ENJJG物理状态和外观有有目视目视稳定性：温度稳定性有-有-稳定性：预热后稳定性有-有-稳定性：显示晃动有-有-稳定性：电压变化稳定性有-有-发射脉冲：脉冲重复频率有-有-发射脉冲：有效输出阻抗有-有-发射脉冲：发射脉冲频谱有-有-发射脉冲：发射器电压，上升时间，回响和持续时间有-有-接收器：发射期间发射器到接收器的串扰阻尼有-有-接收器：发射脉冲后阻塞时间有-有-接收器：动态范围有有有有接收器：接收器输入阻抗有-有-接收器：距离振幅修正有-有-接收器：时间分辨率有-有-接收器：放大器频率响应有-有-接收器：等效输入噪声有-有-接收器：已校正衰减器的精度有有有有接收器：垂直显示线性有有有有接收器：时基线性有有有有监视器闸门：带固定监视器阈的响应阈和开关滞后有-有-监视器闸门：带可调监视器阈的开关滞后有-有-监视器闸门：开关输出保持时间有-有-比例输出：比例闸门输出阻抗有-有-比例输出：比例闸门输出线性有-有-比例输出：比例闸门输出频率响应有-有-比例输出：比例闸门输出噪声有-有-比例输出：闸门内测量信号位置影响有-有-比例输出：比例闸门输出脉冲形状影响有-有-比例输出：比例闸门输出上升、下降与保持时间有-有-电噪声电平-有-有最大使用灵敏度-有-有探伤灵敏度余量-有-有分辨力-有有扫描范围-有有数字超声仪器的附加测试：数字超声仪器的时基线性有-有-数字化采样误差有-有-数字超声仪器的响应时间有-有-*EN12668-1（2000.9），无损检测-超声检验设备的特性与认证-第1部分：仪器，涉及脉冲式、模拟式和数字式的A显示手动无损检测用超声波检验装置电气性能的评定方法和验收标准。包括生产商测试、定期和维修测试以及组合设备测试，并有校验周期的规定。**JJG746-2004《中华人民共和国国家计量检定规程-超声探伤仪》，涉及通用A型脉冲反射式超声探伤仪的首次检定、后续检定和使用中检定。要求超声探伤仪的检定周期一般不超过1年。2对超声探头性能要求测试的项目对比见表2。表2超声探头性能测试项目要求对比项目EN*JB**允差要求ENJJG制造商名称有探头型号有探头重量与尺寸有连接器型号有换能器材料有换能器形状尺寸有斜探头指标有使用的斜楔材料，延迟有双晶探头的TR可互换连接有非聚焦纵波直探头的保护膜材料有探头的保护膜磨损允差有物理性能有有中心频率,带宽（*回波频率、回波长度）有有*有-脉冲形状(时间与频率)有相对脉冲回波灵敏度（*相对灵敏度）有有*有-距离-振幅曲线（*距离幅度特性）有有*有--阻抗,静态电容（*等效阻抗）有有*有-脉冲持续时间（*回波长度）有有*有-液浸探头聚焦区的焦距和聚焦长度有有液浸探头的聚焦宽度有有液浸探头的波束发散角（*声束宽度）有有*有接触法单晶直探头的波束发散与侧波瓣（*声束宽度）有有*有-接触法单晶直探头的波束倾斜角与偏移（*声轴偏移）有有*有-接触法单晶直探头的焦距（**近场长度）有-有-接触法单晶直探头的聚焦宽度有-有-接触法单晶直探头的聚焦长度有-有-接触法单晶横波斜探头的入射点（*入射点、前沿距离）有有*有-接触法单晶横波斜探头的波束角和波束发散角（*声束宽度）有有*有-接触法单晶横波斜探头的波束角（*K值）有有*有-接触法单晶横波斜探头的波束倾斜角与偏移（*声轴偏斜角）有有*有-接触法单晶横波斜探头的焦距（**近场长度）有-有-接触法单晶横波斜探头的聚焦宽度有-有-接触法单晶横波斜探头的聚焦长度有-有-接触法双晶直探头的串扰（*楔内回波幅度）有有*有-接触法双晶直探头的最大灵敏度距离（**焦距）有-有-接触法双晶直探头的轴向灵敏度范围(**聚焦长度)有-有-接触法双晶直探头的横向灵敏度范围(**聚焦宽度)有-有-接触法双晶横波斜探头的串扰有有接触法双晶横波斜探头的入射点有有接触法双晶横波斜探头的波束角和轮廓有有接触法双晶横波斜探头的最大灵敏度距离(**焦距)有有接触法双晶横波斜探头的轴向灵敏度范围(**聚焦长度)有有接触法双晶横波斜探头的横向灵敏度范围(**聚焦宽度)有有直接接触法直探头的始波宽度-有--直接接触法斜探头的空载始波宽度-有--直接接触法斜探头的前后扫查的声束宽度-有--直接接触法斜探头的左右扫查的声束宽度-有--双晶直探头的声束交区宽度-有--*EN12668-2（2001.10），无损检测-超声检验设备的特性与认证-第2部分：探头，要求制造商随探头提供参数数据；探头类别包括：中心频率范围0.5~15MHz，液浸法单晶纵波直探头，接触法纵波单晶、双晶直探头，接触法横波单晶直探头，接触法纵波单晶、双晶斜探头，接触法横波单晶、双晶斜探头，这些探头还各自分为聚焦与非聚焦两种。**JB/T10062-1999《超声探伤用探头性能测试方法》，适用于1~5MHz直探头、斜探头、双晶直探头和水浸探头，未提出验收标准或允差。注：表中括号内含*号的内容表示我国标准与欧洲标准对应的项目名称。表中括号内含**号的内容表示我国的习惯称呼。3对探头、电缆与超声仪器组合系统性能要求测试的项目对比见表3。表3组合系统检查：探头、电缆与超声仪器组合项目EN*JB**允差要求校验周期要求ENJBENJB物理状态和外观有目视每天灵敏度和信噪比（*灵敏度余量）有有有每周设备增益线性（*垂直线性）有有有每周时基线性有有有每周数字超声仪器的时基线性有有每周脉冲持续时间有有每周探头入射点有有有每天波束角度有有有每天分辨力及盲区-有---*EN12668-3:2000（2004.8更新）无损检测-超声检验设备的特性与认证-第3部分：综合设备，适用于操作者在现场或车间条件下使用。仅适用于手工检测的A-扫描显示的脉冲回波装置，装置具有步进不大于2dB的增益控制或已校准的衰减器，并使用接触法试验。**JB/T9214-1999《A型脉冲反射式超声探伤系统工作性能测试方法》，在探伤现场条件下测试超声探伤系统的工作性能，包括A型脉冲反射式超声探伤仪、超声探头及连接它们的高频电缆，测试时只需要使用规定的标准试块而不需任何电子仪器，不适用于测试超声探伤仪或超声探头的单件性能，只适用于手工探伤，不适用于自动化超声探伤，只适用于包括一般接触式超声直探头或斜探头的系统，不适用于包括其他类型（例如双晶式、水浸式等）超声探头的系统，只规定超声探伤系统性能的测试方法，但不提出系统的性能指标或其验收条件。注：表中括号内含*号的内容表示我国标准与欧洲标准对应的项目名称。在我国的其他相关标准中，例如JB/T10061-1999《A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件》、GB/T18852-2002无损检测超声检验测量接触探头声束特性的参考试块和方法和GB/T18694-2002《无损检测超声检验探头性能及其声场的表征》中，均没有明确规定仪器、探头以及组合系统的性能指标或验收标准。二.性能指标要求方面的差异欧洲标准中关于超声仪器、探头、组合系统性能指标的要求与我国现行标准差异很大，现就能够进行对应比较的少数项目指标列于表4。表4欧洲标准与我国现行标准中可对应比较的性能指标对照项目EN*JJG**JB***已校准衰减器精度每个频率设置：20dB±1dB(微调)；60dB±2dB(粗调)在规定的工作频率范围内：12dB±1dB时基线性误差≤±1%≤±2%≯2%垂直线性误差从5%~90%屏幕高度不等，最高要求在90%屏幕高度时≤±2.2%≤±6%≯8%动态范围至少为100dB≥26dB≮26dB*EN12668无损检测-超声检验设备的特性与认证**JJG746-2004《中华人民共和国国家计量检定规程-超声探伤仪》***JB/T10061-1999《A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件》三.在性能测试方法方面的差异欧洲标准中涉及的性能测试项目种类远超过我国相关标准中的规定，即便在相同或相类似的性能测试项目上也与我国现行的测试方法有较大的区别，涉及使用的试块、测试仪器和辅助器材等都存在较大区别，最重要的是欧洲标准涉及对制造商的出厂技术规范中的指标进行校验或者有明确的验收标准（允差）。由于篇幅有限，本文不做这方面的详细对比。应该注意到，在欧洲标准中严格规定了超声仪器、探头分别独立测试的方法和详细规定了使用的测试装置，而我国标准中涉及的许多性能项目的测试方法实际上还是在被检超声仪器与探头连接的状况下进行测试，因此，可以说我国超声仪器、探头的质量控制、性能指标测试方法等方面要与欧洲标准接轨，尚存在很大的差距。仅就所使用的测试装置方面，举简单的小例子来说，例如欧洲标准中规定使用最小带宽100MHz的示波器，而我国标准中则规定使用带宽≮30MHz的示波器（甚至为0~15MHz），又如欧洲标准中使用了最小带宽100MHz的频谱分析仪，或能够进行离散型富里叶变换（DFT）的示波器/数字转换器以及阻抗分析仪，尤其具有特点的是使用了电磁-声探头（EMA）和接收器、水声接收器