鋼焊縫超聲檢測能力驗(yàn)證

馬沖先，凌 松，莊志強(qiáng)，王 森

(上海材料研究所 機(jī)械工業(yè)無損檢測中心，上海 200437)

鋼焊縫超聲檢測能力驗(yàn)證

馬沖先，凌 松，莊志強(qiáng)，王 森

(上海材料研究所 機(jī)械工業(yè)無損檢測中心，上海 200437)

介紹了一次上海市域鋼焊縫超聲檢測能力驗(yàn)證活動(dòng)，探討了結(jié)果處理方法和能力評價(jià)原則，重點(diǎn)討論了可能導(dǎo)致不滿意檢測結(jié)果的原因及技術(shù)分析和建議。

能力驗(yàn)證；鋼焊縫；超聲檢測；穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)；能力評價(jià)

所謂能力驗(yàn)證，系指利用機(jī)構(gòu)間比對，按照預(yù)先制定的準(zhǔn)則評價(jià)參加者的能力[1]。通過提供機(jī)構(gòu)能力的客觀證據(jù)，能力驗(yàn)證可用于改進(jìn)機(jī)構(gòu)的工作質(zhì)量，提升對機(jī)構(gòu)具有實(shí)施特定測量能力的信心，已經(jīng)成為檢測、校準(zhǔn)和檢驗(yàn)領(lǐng)域機(jī)構(gòu)規(guī)范管理的必要因素。認(rèn)可機(jī)構(gòu)也將能力驗(yàn)證作為支持評價(jià)機(jī)構(gòu)技術(shù)能力的有力工具。

超聲檢測是機(jī)械制造、建設(shè)工程、特種設(shè)備等領(lǐng)域中對鋼焊縫檢測最常用的手段，其檢測水平和檢測能力直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和工程安全。隨著新版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11345-2013《焊縫無損檢測 超聲檢測 技術(shù)、檢測等級和評定》等使用的日趨廣泛，新舊標(biāo)準(zhǔn)使用中的一些差異[2]、技術(shù)難題也顯現(xiàn)出來。為了解上海市域內(nèi)相關(guān)檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)鋼焊縫超聲檢測的水平，以監(jiān)控其持續(xù)檢測能力；幫助機(jī)構(gòu)識(shí)別日常檢測中存在的問題并制定相應(yīng)的預(yù)防和糾正措施；提高機(jī)構(gòu)的檢測水平，增強(qiáng)鋼焊縫檢測機(jī)構(gòu)及其客戶的信心，2016年8月，上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局委托上海材料研究所機(jī)械工業(yè)無損檢測中心開展了這次鋼焊縫超聲檢測能力驗(yàn)證活動(dòng)。按照市局文件要求，上海市內(nèi)通過資質(zhì)認(rèn)定，并具有GB/T 11345-2013檢測能力的共40家機(jī)構(gòu)全部參加了此次活動(dòng)。

1 項(xiàng)目的策劃

此次超聲檢測能力驗(yàn)證的試塊委托山東瑞祥模具有限公司專門制作。樣品為鋼結(jié)構(gòu)中常見的平板對接焊縫試塊，由兩塊同牌號(hào)的20普通碳素鋼通過二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接而成。平板焊接試塊規(guī)格(長×寬×厚)為250 mm×300 mm×20 mm。焊縫內(nèi)部預(yù)設(shè)有一個(gè)缺陷。焊接試塊最終制作數(shù)量為8塊(4塊作為能力評價(jià)用試塊，另4塊用作干擾試塊)。

由于要制備數(shù)塊焊縫自然缺陷參數(shù)全部一致的試塊非常困難，又為避免使用同一試塊可能帶來的弊端，故計(jì)劃對標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11345要求的檢測項(xiàng)目作區(qū)別處理：設(shè)計(jì)能力驗(yàn)證必要指標(biāo)為缺陷水平位置(X)及缺陷指示長度(L)；參考指標(biāo)為缺陷寬度方向位置(Y)、缺陷深度(H)、缺陷最高波幅(H0±ΔdB)。設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍與常規(guī)檢測基本一致。同時(shí)要求根據(jù)GB/T 29712-2013《焊縫無損檢測 超聲檢測 驗(yàn)收等級》給出評級判定。即要求每個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行2塊對接焊縫試塊的超聲檢測，并分別報(bào)告以下參數(shù)：缺陷起始位置(X)、缺陷指示長度(L)、缺陷寬度方向位置(Y)、缺陷深度(H)和缺陷最高波幅(H0±ΔdB)。

同時(shí)，為盡量避免機(jī)構(gòu)間串通檢測結(jié)果，活動(dòng)中設(shè)置了干擾試塊。就是說實(shí)際上只統(tǒng)計(jì)其中一塊試塊的缺陷起始位置(X)和缺陷指示長度(L)，并以此作為機(jī)構(gòu)能力的評判依據(jù)；而對缺陷寬度方向位置(Y)、缺陷深度(H)或缺陷最高波幅(H0±ΔdB)結(jié)果偏差較大的機(jī)構(gòu)給予警示。

按照能力驗(yàn)證作業(yè)指導(dǎo)書，項(xiàng)目組安排三名3級檢測人員分別對準(zhǔn)備用于能力驗(yàn)證的4塊對接焊縫試塊進(jìn)行超聲檢測，將三組數(shù)據(jù)的平均值作為試塊的參考值，供能力驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)分析時(shí)進(jìn)行異常值判別之用。

為縮短能力驗(yàn)證活動(dòng)的運(yùn)作周期，此次檢測過程在上海材料研究所無損檢測中心超聲檢測實(shí)驗(yàn)室集中進(jìn)行。為保證檢測結(jié)果的公平、公正，能力驗(yàn)證用樣品情況及相關(guān)組織工作全程保密，工作人員簽署了保密承諾，并對活動(dòng)中不同機(jī)構(gòu)檢測的試塊設(shè)置了不同編號(hào)。現(xiàn)場安排有兩名技術(shù)專家全程監(jiān)督，參加人員按指定順序進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成檢測后，當(dāng)場提交檢測原始記錄，不得與其他機(jī)構(gòu)交流數(shù)據(jù)。經(jīng)工作人員復(fù)印后，檢測機(jī)構(gòu)憑原始記錄復(fù)印件編制能力驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告，3天內(nèi)遞交或寄送項(xiàng)目組。

2 試塊均勻性檢驗(yàn)和穩(wěn)定性檢驗(yàn)

能力驗(yàn)證樣品的均勻性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到能力驗(yàn)證活動(dòng)的成敗。此次焊縫試塊制作完成后，由筆者單位一名超聲檢測3級人員對制備的焊接試塊進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)。根據(jù)單因子方差分析法(F檢驗(yàn)法)，當(dāng)F≤F0.5時(shí)，判定均勻性為合格；當(dāng)F>F0.5時(shí)，判定均勻性為不合格。據(jù)此，4塊對接焊縫試塊(編號(hào)：UT-W-1601、UT-W-1602、UT-W-1603和UT-W-1604)之間的預(yù)埋缺陷起始位置(X)、缺陷指示長度(L)和缺陷寬度方向位置(Y)等3個(gè)參數(shù)指標(biāo)均勻性判為合格；而缺陷深度(H)和缺陷最高波幅(H0±ΔdB)等2個(gè)參考指標(biāo)均勻性欠佳，判為不合格。試塊均勻性檢驗(yàn)結(jié)果詳見表1。

表1 試塊均勻性檢驗(yàn)結(jié)果

鑒于上述情況，加上平時(shí)工作中對缺陷寬度方向位置(Y)的關(guān)注也少一些，此次能力驗(yàn)證僅將其作為參考指標(biāo)，不納入能力評價(jià)。但出于經(jīng)驗(yàn)積累的需要，仍要求各家在檢測時(shí)報(bào)告缺陷寬度方向位置(Y)、缺陷深度(H)、缺陷最高波幅(H0±ΔdB)的結(jié)果。

專家組討論最終確定以最常用的缺陷起始位置(X)和缺陷指示長度(L)兩個(gè)指標(biāo)作為機(jī)構(gòu)能力的評判依據(jù)，并將4塊試塊的總平均值作為參考值，以判斷是否剔除異常值；而對缺陷寬度方向位置(Y)、缺陷深度(H)及缺陷最高波幅(H0±ΔdB)結(jié)果僅作為參考，分塊統(tǒng)計(jì)，對偏差較大的機(jī)構(gòu)給予警示。此意見報(bào)經(jīng)市質(zhì)量技監(jiān)局認(rèn)證監(jiān)管處認(rèn)可后，才正式開始后續(xù)的能力驗(yàn)證活動(dòng)。

另外，項(xiàng)目組指定一名超聲檢測3級人員對能力驗(yàn)證活動(dòng)前、活動(dòng)中和活動(dòng)后的用于評價(jià)的4塊試塊分別進(jìn)行了測定，每次測量5次。以t檢驗(yàn)法判斷試塊的穩(wěn)定性。根據(jù)t檢驗(yàn)法，測量次數(shù)為15時(shí)的t臨界值t0.5=2.31。當(dāng)t≤t0.5時(shí)，判定穩(wěn)定性為合格；當(dāng)t>t0.5時(shí)，判定穩(wěn)定性為不合格。據(jù)此，4塊對接焊縫試塊的預(yù)埋缺陷起始位置(X)、缺陷指示長度(L)、缺陷寬度方向位置(Y)、缺陷深度(H)和缺陷最高波幅(H0±ΔdB)等5個(gè)參數(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性均判斷為合格。檢驗(yàn)結(jié)果詳見表2。

表2 試塊穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果(t值)

3 統(tǒng)計(jì)分析的設(shè)計(jì)及能力評價(jià)原則

能力驗(yàn)證結(jié)果評價(jià)的方法有很多[3]，此次能力驗(yàn)證的結(jié)果采用最常用的穩(wěn)健(Robust)統(tǒng)計(jì)技術(shù)處理，采用中位值(Med)和標(biāo)準(zhǔn)化四分位距(NIQR)估計(jì)樣本數(shù)據(jù)的總體均值和總體標(biāo)準(zhǔn)差，中位值和標(biāo)準(zhǔn)化四分位距是數(shù)據(jù)集中和分散的度量。穩(wěn)健(Robust)統(tǒng)計(jì)技術(shù)可以減少極端結(jié)果對平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響。

此次能力驗(yàn)證活動(dòng)對檢測項(xiàng)目計(jì)算下列樣本統(tǒng)計(jì)量：樣本數(shù)N,參加統(tǒng)計(jì)分析的檢測機(jī)構(gòu)結(jié)果組數(shù);結(jié)果數(shù),參加統(tǒng)計(jì)分析的檢測機(jī)構(gòu)報(bào)出的結(jié)果;中位值M,由參加統(tǒng)計(jì)分析的檢測機(jī)構(gòu)報(bào)出的結(jié)果排序得出，并作為能力驗(yàn)證的指定值。

標(biāo)準(zhǔn)化四分位距(NIQR)數(shù)據(jù)集的高四分位數(shù)和低四分位數(shù)的差值稱為四分位距(IQR)，其乘以因子0.741 3即得到標(biāo)準(zhǔn)化四分位距。

機(jī)構(gòu)間Z比分?jǐn)?shù)(Z)，衡量某機(jī)構(gòu)能力參數(shù)結(jié)果值與該能力驗(yàn)證參數(shù)中位值(即指定值)的偏離程度。

式中：X為參加者的結(jié)果值。

將參加檢測機(jī)構(gòu)的測試結(jié)果匯總，校對無誤后，按下列規(guī)則剔除異常值：對于缺陷起始位置的判定,缺陷的起始位置(X)必須在(X-δ)～(X+L+δ)之間(δ為參考美國焊縫試塊證書中的缺陷允許偏差值)，否則列為“偽缺陷”，結(jié)果予以剔除，相應(yīng)缺陷指示長度(L)也不納入統(tǒng)計(jì)。

剔除異常值后，按穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)程序統(tǒng)計(jì)出中位值Med與標(biāo)準(zhǔn)四分位距NIQR，最后統(tǒng)計(jì)出Z比分?jǐn)?shù)。

每一個(gè)能力驗(yàn)證參數(shù)給出一個(gè)Z比分?jǐn)?shù)。將機(jī)構(gòu)的測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)的Z比分?jǐn)?shù)繪制成柱狀圖，通過圖形可方便、直觀地了解各機(jī)構(gòu)的檢測能力和水平。

此次能力驗(yàn)證計(jì)劃涉及的各統(tǒng)計(jì)量及相關(guān)計(jì)算方法參見CNAS GL02:2014《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評價(jià)指南》。

對于參考指標(biāo)：缺陷寬度方向位置(Y)、缺陷深度(H)及缺陷最高波幅(H0±ΔdB)，則按試塊分組匯總結(jié)果，參考行業(yè)情況和美國焊縫試塊的允許偏差值，以下列規(guī)則判斷其是否為警示值：① 缺陷寬度方向位置(Y)偏離該試塊參考值±4 mm以上的；② 缺陷深度(H)偏離該試塊參考值±4 mm以上的；③ 缺陷最高波幅(H0±ΔdB)偏離該試塊參考值±6 dB以上的。

各機(jī)構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)匯總于表3中，能力驗(yàn)證參數(shù)的Z比分?jǐn)?shù)柱狀圖見圖1～2(圖中橫坐標(biāo)數(shù)字為機(jī)構(gòu)代碼)。

表3 各機(jī)構(gòu)檢測結(jié)果匯總

圖1 缺陷起始位置(X)的Z比分?jǐn)?shù)

圖2 缺陷指示長度(L)的Z比分?jǐn)?shù)

4 統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果及能力評價(jià)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該次超聲波檢測能力驗(yàn)證中全部結(jié)果滿意的機(jī)構(gòu)有31家。其他機(jī)構(gòu)中，或有明顯異常數(shù)據(jù)的，不納入統(tǒng)計(jì)，直接判為不滿意；或至少有一個(gè)或一個(gè)以上結(jié)果顯示不滿意。不滿意的情況匯總于表4。

表4 超聲檢測中不滿意結(jié)果的匯總

對于參考指標(biāo)：缺陷寬度方向位置(Y)、缺陷深度(H)及缺陷最高波幅(H0±ΔdB)，偏離參考值較大的機(jī)構(gòu)匯總于表5。對這些機(jī)構(gòu)給予“警示”，提醒機(jī)構(gòu)自查原因，加以改進(jìn)。

表5 參考指標(biāo)偏離較大的機(jī)構(gòu)匯總

5 技術(shù)分析和建議

總的來說，該次能力驗(yàn)證大部分檢測機(jī)構(gòu)都作了比較充分的準(zhǔn)備，但也有些檢測機(jī)構(gòu)的檢測人員在操作中存在以下一些問題：

(1) 在缺陷掃查時(shí)，沒有按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定提高增益來進(jìn)行掃查，導(dǎo)致掃查靈敏度偏低，給測量帶來較大誤差(如0002號(hào)機(jī)構(gòu))。

(2) 在長度測量時(shí)，對標(biāo)準(zhǔn)測長方法的內(nèi)容不熟悉，采用的測量方法不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。GB/T 29712-2013標(biāo)準(zhǔn)附錄B要求采用絕對靈敏度法，而有的檢測人員采用老標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11345-1989的長度測量方法(6 dB法等)測長，導(dǎo)致測量結(jié)果偏小 (如0002，0004，0022和0023號(hào)機(jī)構(gòu))。

(3) 對檢測標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11345-2013及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29712-2013不夠熟悉，因此對檢測靈敏度的設(shè)置、缺陷的測量方法不清楚，導(dǎo)致測量結(jié)果誤差很大(如0004和0037號(hào)機(jī)構(gòu))。

(4) 檢測過程中變形波的存在，提高了對缺陷波判別的難度。檢測時(shí)將變形波當(dāng)成缺陷波，導(dǎo)致缺陷定位不準(zhǔn) (如0002和0004號(hào)機(jī)構(gòu))。

(5) 儀器靈敏度調(diào)節(jié)不準(zhǔn)，給長度測量帶來誤差。

(6) 對缺陷最高波測量不準(zhǔn)確，給長度測量帶來誤差(如0004和0037號(hào)機(jī)構(gòu))。

通過該次檢測機(jī)構(gòu)能力驗(yàn)證活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)了在鋼焊縫超聲波檢測過程中存在的一些不足之處，包括部分檢測人員操作不夠熟練，對缺陷的判別缺乏經(jīng)驗(yàn)，這都需要在今后的檢測工作中不斷改進(jìn)。只有這樣，才能持續(xù)提高檢測能力，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，確保檢驗(yàn)工作的質(zhì)量。另外，從參考指標(biāo)的檢測情況看，對于缺陷深度(H)和缺陷最高波幅(H0±ΔdB)的結(jié)果差異較大，檢測能力有待加強(qiáng)。

6 整改與復(fù)測

根據(jù)市局文件要求，對于初次評價(jià)結(jié)果為“有問題”的3家機(jī)構(gòu)和“不滿意”的9家機(jī)構(gòu)，在令其進(jìn)行原因自查的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目組于2016年9月初為他們集中安排了一次補(bǔ)測。補(bǔ)充采用相同的規(guī)則，但每家機(jī)構(gòu)都使用不同編號(hào)的試塊。經(jīng)重新統(tǒng)計(jì)，11家機(jī)構(gòu)補(bǔ)測結(jié)果為滿意；還有一家機(jī)構(gòu)的缺陷起始位置(X)仍然被判為“不滿意”；缺陷最高波幅(H0±ΔdB)也出現(xiàn)“警示”。根據(jù)國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局《檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定管理辦法》(總局令第163號(hào))的規(guī)定，市局將暫停其相關(guān)檢測能力。

[1] GB/T 27043-2012 合格評定 能力驗(yàn)證的通用要求[S].

[2] GB/T 28043-2011 利用機(jī)構(gòu)間比對進(jìn)行能力驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)方法[S].

[3] 馬沖先. 能力驗(yàn)證及其評價(jià)[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊，2005,41(11):861-864.

Proficiency Verification of Ultrasonic Testing for Ferritic Steel Welds

MA Chong-xian, LING Song, ZHUANG Zhi-qiang, WANG Sen

(NDT Center of Machine Building Industry, Shanghai Research Institute of Materials，Shanghai 200437,China)

In this paper the process of a proficiency verification activity of ultrasonic testing for ferritic steel welds was introduced. Methods of result processing, robust statistical techniques and the principle of ability evaluation were discussed, with the focus on the discussion of the possible reasons for unsatisfactory test results and the relevant technical suggestion for the problems.

Proficiency testing; Ferritic steel weld; Ultrasonic testing; Robust statistical technique; Ability evaluation

2016-10-10

馬沖先(1963-)，男，碩士，教授級高級工程師，主要從事金屬材料檢驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制和實(shí)驗(yàn)室管理等研究工作。

馬沖先，E-mail：machongxian@sina.com。

10.11973/wsjc201702012

TG115.28

A

1000-6656(2017)02-0048-04