牟彥春，朱曉智

(浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院, 杭州 310020)

基于NB/T 47013-2015的渦流檢測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試要求的探討

牟彥春，朱曉智

(浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院, 杭州 310020)

結(jié)合NB/T 47013-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》中渦流部分的內(nèi)容，對(duì)渦流檢測(cè)系統(tǒng)性能的測(cè)試項(xiàng)目及要求進(jìn)行了介紹與分析，為無(wú)損檢測(cè)儀器設(shè)備量值溯源提出了對(duì)策；對(duì)于工程檢測(cè)中應(yīng)用NB/T 47013-2015標(biāo)準(zhǔn)時(shí)規(guī)范、統(tǒng)一渦流檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試方法，保證產(chǎn)品檢驗(yàn)的可靠性具有積極作用。

承壓設(shè)備；渦流檢測(cè)；性能測(cè)試；量值溯源

渦流檢測(cè)是利用交變磁場(chǎng)在導(dǎo)電材料中所感應(yīng)渦流的電磁效應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià)被檢工件質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)方法。渦流檢測(cè)主要應(yīng)用于冶金、機(jī)械及特種設(shè)備等領(lǐng)域的有色及黑色金屬管道(如銅管、鈦管、不銹鋼管、鍋爐四管等)的在役和役前檢測(cè)，以及各種金屬管、棒、線、絲材等導(dǎo)電材料的在線、離線檢測(cè)。

渦流檢測(cè)系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)(系統(tǒng)性能)是反映渦流檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度、精確度、可靠性、穩(wěn)定性以及抗干擾能力等全面性能的指標(biāo)，是衡量檢測(cè)系統(tǒng)可靠性與準(zhǔn)確性的尺度，這不僅與設(shè)備(包括檢測(cè)儀器、探頭、輔助裝置等)各部分的性能密切相關(guān)，而且與樣管、人員調(diào)試水平和環(huán)境因素緊密相聯(lián)，所以被稱(chēng)為綜合性指標(biāo)(系統(tǒng)性能指標(biāo))。為使檢測(cè)系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)滿足特種設(shè)備行業(yè)的無(wú)損檢測(cè)要求，特種設(shè)備相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),如TSG Z 0004《特種設(shè)備制造、安裝、改造、維修質(zhì)量保證體系基本要求》、NB/T 47013-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》等，對(duì)無(wú)損檢測(cè)儀器設(shè)備均提出了量值溯源的要求，以確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和檢測(cè)結(jié)果的可靠。

標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013-2015被特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范所引用，是特種設(shè)備行業(yè)的強(qiáng)制性無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，其中第一部分及第六部分對(duì)渦流檢測(cè)儀性能及系統(tǒng)性能提出了要求，但未明確測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試要求。筆者結(jié)合NB/T 47013-2015對(duì)渦流檢測(cè)儀性能測(cè)試項(xiàng)目及要求進(jìn)行探討，為無(wú)損檢測(cè)儀器設(shè)備量值溯源提出對(duì)策。

1 渦流檢測(cè)儀的工作原理

渦流檢測(cè)系統(tǒng)一般包括渦流檢測(cè)儀、檢測(cè)線圈及輔助裝置(如磁飽和裝置、機(jī)械傳動(dòng)裝置、記錄裝置、退磁裝置等)。渦流檢測(cè)儀一般由振蕩器、相敏檢波器、放大器、移相器、顯示器和電源等部分組成，其工作原理是：將正弦波電流激勵(lì)檢測(cè)線圈(探頭)，當(dāng)檢測(cè)線圈接近金屬表面時(shí)，線圈周?chē)慕蛔兇艌?chǎng)在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。檢測(cè)線圈在金屬表面移動(dòng)，遇到缺陷或材料、尺寸等變化時(shí)，導(dǎo)電性能會(huì)發(fā)生變化而使得渦流磁場(chǎng)對(duì)線圈的反作用不同，引起線圈阻抗變化，通過(guò)渦流檢測(cè)儀測(cè)量出這種變化量就能鑒別金屬表面有無(wú)缺陷或其他物理性質(zhì)的變化，從而解決金屬材料的探傷、測(cè)厚、分選等問(wèn)題[1]。

2 渦流檢測(cè)系統(tǒng)性能的測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試方法

渦流檢測(cè)時(shí)對(duì)渦流檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試項(xiàng)目主要包括檢測(cè)能力、周向靈敏度差、邊緣效應(yīng)影響區(qū)(端部盲區(qū))、分辨力、連續(xù)工作穩(wěn)定性和線性等[2]。針對(duì)各測(cè)試項(xiàng)目，規(guī)定了統(tǒng)一采用4種標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行測(cè)試并記錄，簡(jiǎn)要介紹如下。

2.1 外觀及工作正常性檢查

檢測(cè)渦流檢測(cè)儀外觀有無(wú)影響計(jì)量特性的傷痕和裂紋等缺陷，控制和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是否靈活可靠，顯示器、面板、標(biāo)度等是否清晰，有無(wú)破損痕跡等。

2.2 檢測(cè)能力的測(cè)試

檢測(cè)能力用來(lái)評(píng)價(jià)渦流檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)缺陷的檢測(cè)能力，檢測(cè)能力一般通過(guò)可發(fā)現(xiàn)的最小人工缺陷的直徑或可發(fā)現(xiàn)的最小深度來(lái)表示。測(cè)試要求如下。

(1) 使用標(biāo)準(zhǔn)試樣A1 ED-φ或其他相應(yīng)試件測(cè)試檢測(cè)能力。標(biāo)準(zhǔn)試樣A1 ED-φ尺寸如圖1所示，試樣材料、規(guī)格及加工要求如表1所示。

(2) 將標(biāo)準(zhǔn)試樣A1 ED-φ同心地穿過(guò)檢測(cè)線圈中心(或?qū)z測(cè)線圈穿過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試樣)，同時(shí)讓標(biāo)準(zhǔn)試樣上人工缺陷由小至大依次通過(guò)檢測(cè)線圈，調(diào)節(jié)增益(衰減)，記錄指示值占滿刻度的50%的最小人工缺陷和此時(shí)的增益(衰減)值G1。

(3) 將該試樣同心地穿過(guò)檢測(cè)線圈中心(或?qū)z測(cè)線圈穿過(guò)試樣)，調(diào)節(jié)增益(衰減)至噪聲指示占滿刻度的 50%，讀取此時(shí)增益(衰減)值G2，則檢測(cè)能力用式(1)表示。

式中：D為檢測(cè)能力，dB；G1為缺陷增益值，dB；G2為噪聲增益值，dB。

表1 標(biāo)準(zhǔn)試樣A1 ED-φ材料、規(guī)格及加工要求 mm

圖1 標(biāo)準(zhǔn)試樣A1 ED-φ尺寸

2.3 周向靈敏度差的測(cè)試

周向靈敏度差：當(dāng)檢測(cè)設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)，缺陷處于鋼管圓周方向不同位置時(shí)檢測(cè)出的靈敏度波動(dòng)值。其反映的是檢測(cè)設(shè)備同心度的調(diào)整狀況。渦流檢測(cè)的理想狀態(tài)是要求整支鋼管在通過(guò)檢測(cè)區(qū)時(shí)，鋼管與檢測(cè)線圈自始至終保持同心，這樣無(wú)論是缺陷處于鋼管圓周方向的何位置，檢測(cè)線圈均獲得相同的檢測(cè)信號(hào)，也就是說(shuō)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)同一缺陷在鋼管圓周不同位置時(shí)具有相同的檢測(cè)靈敏度，這對(duì)防止漏檢及缺陷的判定極為重要。當(dāng)然在實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)中，要達(dá)到這種理想狀態(tài)有一定難度，但應(yīng)盡量采取措施使偏心降到最低。渦流檢測(cè)系統(tǒng)周向靈敏度差測(cè)試要求如下。

(1) 使用標(biāo)準(zhǔn)試樣A3 EZ-d或其他相應(yīng)試件測(cè)試周向靈敏度差。標(biāo)準(zhǔn)試樣A3 EZ-d尺寸如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)試樣A3 EZ-d尺寸

(2) 將標(biāo)準(zhǔn)試樣同心地穿過(guò)檢測(cè)線圈中心(或?qū)z測(cè)線圈穿過(guò)試樣)，調(diào)節(jié)增益(衰減)，使試樣上沿圓周互為120°分布的三個(gè)通孔信號(hào)指示最小值為滿刻度的50%，記錄此時(shí)增益(衰減)值G3。

(3) 將標(biāo)準(zhǔn)試樣穿過(guò)檢測(cè)線圈中心，以1 dB的差值衰減增益，直至三個(gè)通孔的信號(hào)指示全部低于50%，記錄其增益(衰減)值G4，則周向靈敏度差Δ可由式(2)求出。

2.4 邊緣效應(yīng)影響區(qū)(端部盲區(qū))的測(cè)試

邊緣效應(yīng)影響區(qū)(端部盲區(qū))：有效探測(cè)距管端最短距離的缺陷的能力。該指標(biāo)也是考察檢測(cè)設(shè)備對(duì)鋼管首尾信號(hào)(端頭效應(yīng))的切除能力。其也與檢測(cè)速度的選擇有關(guān)。所以保證管端不可探區(qū)符合標(biāo)準(zhǔn)要求也是探傷速度選擇的考慮因素之一，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中渦流檢測(cè)端部盲區(qū)長(zhǎng)度一般要求控制在100 mm范圍內(nèi)。

使用標(biāo)準(zhǔn)試樣A3 EZ-d測(cè)試邊緣效應(yīng)影響區(qū)(端部盲區(qū))，在周向靈敏度差測(cè)試之后，將增益(衰減)恢復(fù)到G3位置;然后將標(biāo)準(zhǔn)試樣A3 EZ-d同心地穿過(guò)檢測(cè)線圈中心(或?qū)z測(cè)線圈穿過(guò)試件)，測(cè)量管端各通孔的輸出信號(hào)，當(dāng)顯示滿刻度的35%以上范圍能明顯地得到某一個(gè)通孔的指示信號(hào)時(shí)，則該孔到試樣端部的距離表示邊緣效應(yīng)影響區(qū)(端部盲區(qū))。

2.5 分辨力的測(cè)試

分辨力是指能區(qū)分開(kāi)兩個(gè)相鄰缺陷的最小距離，用標(biāo)準(zhǔn)試樣A4 EF-B測(cè)試渦流檢測(cè)系統(tǒng)的分辨力。標(biāo)準(zhǔn)試樣A4 EF-B尺寸如圖3所示。試樣的材料、加工要求如表2所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)試樣A4 EF-B材料、加工要求 mm

圖3 標(biāo)準(zhǔn)試樣A4 EF-B尺寸

測(cè)試時(shí)，將試樣同心地穿過(guò)檢測(cè)線圈中心(或?qū)z測(cè)線圈穿過(guò)試件)，調(diào)節(jié)增益(衰減)，使試樣單個(gè)通孔指示占滿刻度的50%；然后不再調(diào)節(jié)儀器，將試樣同心地穿過(guò)檢測(cè)線圈中心(或?qū)z測(cè)線圈穿過(guò)試樣)。記錄試樣有成對(duì)通孔的信號(hào)指示值，當(dāng)顯示滿刻度的35%以上范圍能明顯地得到兩個(gè)臨近通孔的指示時(shí)，則用最小的兩個(gè)通孔中心距離表示分辨力。

2.6 連續(xù)工作穩(wěn)定性的測(cè)試 連續(xù)工作穩(wěn)定性：是考核整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，周向靈敏度差、信噪比及檢測(cè)靈敏度等指標(biāo)的穩(wěn)定程度。其主要影響因素有檢測(cè)儀器的穩(wěn)定性、探頭性能穩(wěn)定性、電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性及環(huán)境條件等。

用標(biāo)準(zhǔn)試樣A4 EF-B測(cè)試渦流檢測(cè)系統(tǒng)的連續(xù)工作穩(wěn)定性，當(dāng)以單個(gè)通孔信號(hào)指示的50%設(shè)定靈敏度之后，不再調(diào)節(jié)儀器，每隔1 h測(cè)試一次，直至8 h為止。將測(cè)試結(jié)果記作Fi(i=1,2,…,9)。連續(xù)工作穩(wěn)定度為

式中:F為連續(xù)工作穩(wěn)定度；Fmax為測(cè)試中的最大指示值；Fmin為測(cè)試中的最小指示值。

2.7 線性偏差的測(cè)試 將標(biāo)準(zhǔn)試樣A4 EF-B同心地穿過(guò)檢測(cè)線圈中心(或?qū)z測(cè)線圈穿過(guò)試件)，調(diào)節(jié)增益，使單孔信號(hào)的指示達(dá)滿刻度的100%。然后，以4 dB的量衰減增益(其增益的理論值分別為63.1%,39.8%,25.1%,15.8%,10.0%)，每衰減增益測(cè)量3次，一直繼續(xù)到單孔信號(hào)指示占滿刻度的10%左右為止。

得到測(cè)試結(jié)果后,測(cè)試值與理論值之差為線性偏差值。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 文中的測(cè)試要求針對(duì)的是使用外通過(guò)式線圈渦流檢測(cè)系統(tǒng)性能的測(cè)試，雖然對(duì)于使用其他類(lèi)型檢測(cè)線圈的渦流檢測(cè)系統(tǒng)也有參考作用，但由于采用不同類(lèi)型檢測(cè)線圈的渦流檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)對(duì)象、檢測(cè)目標(biāo)以及性能指標(biāo)要求等方面與之存在較大差異；因此嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，對(duì)于采用放置式和內(nèi)穿過(guò)式檢測(cè)線圈的渦流檢測(cè)系統(tǒng)的性能測(cè)試與評(píng)價(jià)，其參考作用十分有限，對(duì)其還應(yīng)制定有針對(duì)性的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試要求。

(2) 借助于標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)試儀器的性能指標(biāo)時(shí)，要保證測(cè)試結(jié)果的客觀性、準(zhǔn)確性及可靠性，必須保證試樣的材料性能非常穩(wěn)定，并且所加工制作的人工缺陷尺寸應(yīng)準(zhǔn)確可靠。標(biāo)準(zhǔn)試樣應(yīng)由專(zhuān)門(mén)的或權(quán)威的技術(shù)機(jī)構(gòu)認(rèn)定，并按周期嚴(yán)格實(shí)施定期檢定，才有利于保證測(cè)試結(jié)果的一致可比性和廣泛認(rèn)可性的。

(3) 影響渦流檢測(cè)系統(tǒng)性能指標(biāo)的因素很多，各項(xiàng)性能指標(biāo)又有內(nèi)在聯(lián)系，因此測(cè)試渦流檢測(cè)系統(tǒng)性能之前應(yīng)編制詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)文件來(lái)細(xì)化測(cè)試操作要求，操作人員也應(yīng)嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)文件進(jìn)行測(cè)試、記錄。

(4) 渦流檢測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試是一項(xiàng)十分重要而且復(fù)雜細(xì)致的工作，是檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)日常管理工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。此項(xiàng)工作的扎實(shí)與否，直接影響到特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)的質(zhì)量。做好此項(xiàng)工作既是滿足無(wú)損檢測(cè)儀器設(shè)備量值溯源的要求，也是規(guī)避無(wú)損檢測(cè)責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)的需要。

(5) 文章介紹了渦流檢測(cè)系統(tǒng)性能的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試方法及測(cè)試要求，但未明確性能指標(biāo)要求；這些指標(biāo)要求可參照相關(guān)的產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

[1] GB/T 12604 無(wú)損檢測(cè)術(shù)語(yǔ)渦流檢測(cè)[S].

[2] GB/T 14480-93 渦流探傷系統(tǒng)性能測(cè)試方法[S].

Discussion on the Performance Test Requirements for Eddy Current Testing SystemBased on NB/T 47013-2015

MU Yanchun, ZHU Xiaozhi

( Zhejiang Provincial Special Equipment Inspection and Research Institute, Hangzhou 310020, China)

In this paper, combined with the contents of the eddy current part of the NB/T 47013-2015NondestructiveTestingofPressureEquipments, the test items and requirements for the eddy current testing system are introduced and analyzed. And the countermeasures of nondestructive testing instrument data trace were put forward. This paper is conductive to unify eddy current testing methods in the application of NB/T 47013-2015 and is helpful to ensure the reliability of product inspection.

pressure equipment; eddy current testing; performance test; data trace

2016-09-22

牟彥春(1972-)，男，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)及檢驗(yàn)檢測(cè)新技術(shù)的應(yīng)用研究工作

牟彥春,zjtj6111@126.com

10.11973/wsjc201706016

TG115.28

A

1000-6656(2017)06-0069-04