論靈敏度對(duì)鍛件超聲檢測(cè)有效性的影響

張佳銀 姬 釗 王廣坤 王闊忠

（1.中特檢檢測(cè)科技（北京）有限公司 北京 100029）（2.北京航星機(jī)器制造有限公司 北京 100029）

現(xiàn)有超聲檢測(cè)文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)中，在單晶直探頭超聲檢測(cè)鍛件時(shí)有關(guān)靈敏度的確定和應(yīng)用方面，存在要求不一致、可操作性不強(qiáng)的表象問題，進(jìn)而引發(fā)漏檢鍛件中相關(guān)缺陷的隱形問題。

本文通過溯源“靈敏度”相關(guān)概念定義的本意，針對(duì)單晶直探頭超聲檢測(cè)鍛件，采用類比的方法，效仿焊接接頭超聲檢測(cè)時(shí)的相關(guān)規(guī)定，引入全新的確定“基準(zhǔn)靈敏度”、“掃查靈敏度”及“有效靈敏度余量”的方法，破解現(xiàn)行靈敏度確定方法難以確保檢測(cè)有效性的困局。

1 現(xiàn)行靈敏度規(guī)定對(duì)檢測(cè)有效性的影響

1.1 現(xiàn)有文獻(xiàn)中靈敏度的相關(guān)規(guī)定對(duì)檢測(cè)有效性的影響

現(xiàn)有文獻(xiàn)中，當(dāng)采用單晶直探頭檢測(cè)鍛件時(shí)，無論是試塊法還是底波計(jì)算法，都是將最大聲程處平底面回波或規(guī)定大小的人工反射體最高回波調(diào)整到顯示屏滿刻度的某一高度（通常稱此高度為基準(zhǔn)高度，如80%或60%），試塊法時(shí)再加入試塊的表面狀態(tài)、掃查面形狀和材質(zhì)衰減與被檢工件的差異引起的傳輸修正值后，底波計(jì)算法時(shí)再增益定值ΔdB后，即為檢測(cè)靈敏度調(diào)整好了；掃查時(shí)還常將調(diào)整好的儀器靈敏度再提高4～6dB，作為掃查靈敏度。

通過仔細(xì)分析，上段表述存在下面主要問題：

1）從字面上分析，雖說明了“掃查靈敏度”和“檢測(cè)靈敏度”的確定方法，但完全找不出“基準(zhǔn)靈敏度”的蹤跡，也不知“檢測(cè)靈敏度”與“基準(zhǔn)靈敏度”是何關(guān)系，概念上完全混亂。

2）“掃查靈敏度”的表述不具備可操作性。因?yàn)楫?dāng)需要對(duì)缺陷定量時(shí)，還應(yīng)將掃查時(shí)增益的分貝數(shù)扣除，如此規(guī)定，不僅給操作者增加了工作量、提高了操作的復(fù)雜程度，也勢(shì)必造成操作者出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率增加。屬畫蛇添足的規(guī)定，得不償失。

3）“掃查靈敏度”的表述存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)?；诨鶞?zhǔn)高度設(shè)置為80%或60%這個(gè)前提，掃查時(shí)的靈敏度是相當(dāng)高的，從而將產(chǎn)生以下不良影響：

（1）靈敏度太高，必然造成儀器始波占寬變大，進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)面盲區(qū)變大、漏檢盲區(qū)內(nèi)缺陷的風(fēng)險(xiǎn)變大。

（2）靈敏度太高，必然造成信噪比降低，進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力下降、漏檢工件中較小缺陷的風(fēng)險(xiǎn)變大。

（3）靈敏度太高，必然造成在掃查靈敏度條件下掃查時(shí)，由缺陷引起的底波降低量將無法被觀察到的情況。

1.2 現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中靈敏度的相關(guān)規(guī)定對(duì)檢測(cè)有效性的影響

本文所指現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，均以NB/T 47013.3—2015《承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第3部分 超聲檢測(cè)》為例。

1）“基準(zhǔn)靈敏度”與“掃查靈敏度”的確定方法。

標(biāo)準(zhǔn)給出的“單晶直探頭基準(zhǔn)靈敏度的確認(rèn)”方法中，沒有規(guī)定將最大聲程處規(guī)定大小的人工反射體最高回波調(diào)整到多高的基準(zhǔn)高度，“掃查靈敏度”的規(guī)定也是“一般應(yīng)比基準(zhǔn)靈敏度高6dB”。這樣的規(guī)定，與它們各自的定義完全不相符合，同樣缺乏可操作性和存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，不再贅述。

2）“有效靈敏度余量”的規(guī)定。

現(xiàn)行的有效靈敏度余量的規(guī)定缺乏可操作性，對(duì)檢測(cè)操作的有效性是失控的：

（1）沒有明確“掃查靈敏度條件下”這個(gè)前提條件；

（2）沒有明確“所探工件的最大檢測(cè)聲程”處的規(guī)定大小反射體的回波高度；

（3）沒有明確儀器顯示屏電噪聲水平這個(gè)限制條件，實(shí)際操作時(shí)無法考量。

3）舉例說明。

例題：被檢工件為厚度200mm的方形鋼制鍛件，且具備采用底波計(jì)算法檢測(cè)的所有條件；所用探頭型號(hào)為2.5P20Z；靈敏度要求為檢出200mm處大于或等于φ2mm平底孔當(dāng)量缺陷。

（1）確定基準(zhǔn)靈敏度的方法。

依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，此被檢鍛件可以采用底波計(jì)算法來確定基準(zhǔn)靈敏度。

（2）調(diào)整基準(zhǔn)靈敏度和掃查靈敏度的方法。

依據(jù)現(xiàn)有超聲檢測(cè)文獻(xiàn)和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)基準(zhǔn)靈敏度和掃查靈敏度應(yīng)進(jìn)行如下調(diào)整：

首先將鍛件中完好部位第一次底波（B1）調(diào)整到某一基準(zhǔn)高度，現(xiàn)假設(shè)基準(zhǔn)高度為顯示屏滿刻度的80%，再將儀器增益38dB，即為基準(zhǔn)靈敏度調(diào)整好了。此時(shí)基準(zhǔn)靈敏度的含義為：距檢測(cè)面200mm處φ2mm平底孔反射波幅度應(yīng)為顯示屏滿刻度的80%，也就是說此時(shí)的底面回波比顯示屏80%滿刻度（基準(zhǔn)高度）高出38dB；

再將此時(shí)調(diào)整好的基準(zhǔn)靈敏度增益6dB后，即為掃查靈敏度調(diào)整好了。此時(shí)掃查靈敏度的含義則為：掃查時(shí)的底面回波高度，應(yīng)處于比顯示屏80%滿刻度高出38+6=44dB的狀態(tài)。

（3）實(shí)施檢測(cè)時(shí)對(duì)檢測(cè)的可操作性、有效性影響分析。

①用掃查靈敏度進(jìn)行掃查時(shí)，當(dāng)需要對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷信號(hào)進(jìn)行定量時(shí)，必須將儀器增益降低6dB后才能進(jìn)行。這種方法非常不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)操作的實(shí)際。

②用掃查靈敏度進(jìn)行掃查時(shí)，儀器顯示屏上始波占寬有可能較大，檢測(cè)盲區(qū)也將增大，則檢測(cè)覆蓋的區(qū)域?qū)p小，檢測(cè)的有效性降低了。

③用掃查靈敏度進(jìn)行掃查時(shí)，即使此時(shí)有效靈敏度余量滿足規(guī)定的要求，也無法確定儀器的信噪比處于何種程度，尤其檢測(cè)大厚壁鍛件時(shí)，信噪比是必須需要考慮的一個(gè)重要指標(biāo)，若信噪比太低，則實(shí)施的檢測(cè)是無效的，而現(xiàn)行的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中是沒有量化的考核指標(biāo)的。

④存在漏檢底波降低類缺陷的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：

查看NB/T 47013.3—2015標(biāo)準(zhǔn)中“表11 鍛件超聲檢測(cè)缺陷質(zhì)量分級(jí)”，可以得到表1。

表1 鍛件超聲檢測(cè)由缺陷引起的底波降低量質(zhì)量分級(jí)

具體舉例分析情況見表2。

表2 超聲檢測(cè)鍛件中由缺陷引起的底波降低量缺陷的檢出性分析

2 從靈敏度相關(guān)規(guī)定入手解決檢測(cè)有效性的方法

超聲檢測(cè)系統(tǒng)的有效性，從所用資源條件上分析，主要取決于檢測(cè)系統(tǒng)有效靈敏度余量的合規(guī)性，而檢測(cè)系統(tǒng)的合規(guī)性由掃查靈敏度條件下儀器達(dá)到的狀態(tài)所決定，掃查時(shí)儀器的狀態(tài)則與基準(zhǔn)靈敏度的調(diào)整方法直接關(guān)聯(lián)的。按此邏輯關(guān)系推論可知，基準(zhǔn)靈敏度和掃查靈敏度的調(diào)整方法，是影響超聲檢測(cè)系統(tǒng)有效性的前提條件。

2.1 單晶直探頭檢測(cè)鍛件時(shí)調(diào)整靈敏度的全新方法

通過研讀超聲檢測(cè)方面的文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)，筆者認(rèn)為，它們?cè)卺槍?duì)焊縫檢測(cè)時(shí)所提出的調(diào)整“基準(zhǔn)靈敏度”和“掃查靈敏度”的方法，是最符合不同檢測(cè)階段靈敏度本意的，也是最符合超聲檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用需求的。具有很好的引領(lǐng)和示范作用，值得借鑒。

1)采用單晶直探頭時(shí)“基準(zhǔn)靈敏度”的確定方法。

根據(jù)被檢工件厚度選擇適用的試塊，依此測(cè)試一組不同檢測(cè)距離的規(guī)定大小的平底孔（至少3個(gè)），制作單晶直探頭的距離-波幅曲線。當(dāng)把該曲線中與工件厚度相同的水平位置處曲線高度，調(diào)整到至少儀器顯示屏滿屏高度的20%作為基準(zhǔn)高度時(shí)，此曲線即為調(diào)整好的基準(zhǔn)靈敏度。若被檢部位的厚度大于或等于探頭的3倍近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度、具有平行底面或圓柱曲底面且底面光滑無銹蝕時(shí)，也可以采用底波計(jì)算法確定基準(zhǔn)靈敏度。

2）采用單晶直探頭時(shí)“掃查靈敏度”的確定方法。

底波計(jì)算法確定的基準(zhǔn)靈敏度即為掃查靈敏度。

試塊法確定的基準(zhǔn)靈敏度，再加入試塊的表面狀態(tài)或/和表面形狀或/和材質(zhì)衰減與被檢工件的差異引起的傳輸修正值，即為此時(shí)的掃查靈敏度。

3）采用單晶直探頭時(shí)“有效靈敏度余量”的確定方法。

掃查靈敏度條件下，當(dāng)被檢工件最大厚度處規(guī)定大小反射體的回波高度達(dá)到顯示屏滿刻度20%且顯示屏電噪聲信號(hào)低于屏滿刻度的10%時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)有效靈敏度余量應(yīng)不小于10dB。

2.2 舉例說明

1）調(diào)整基準(zhǔn)靈敏度和掃查靈敏度的方法。

例題與前面所舉相同，確定基準(zhǔn)靈敏度的方法也是一樣的，只是調(diào)整基準(zhǔn)靈敏度和掃查靈敏度的方法做出了改變，具體如下：

將鍛件中完好部位第一次底波（B1）調(diào)整到顯示屏滿刻度的20%作為基準(zhǔn)高度，再將儀器增益38dB，即為基準(zhǔn)靈敏度調(diào)整好了。此時(shí)基準(zhǔn)靈敏度的含義為：距檢測(cè)面200mm處φ2mm平底孔反射波幅度應(yīng)為顯示屏滿刻度的20%，也就是說此時(shí)的底面回波比基準(zhǔn)靈敏度高出38dB；

此時(shí)調(diào)整好的基準(zhǔn)靈敏度即為掃查靈敏度調(diào)整好了。

由此可見，全新的調(diào)整基準(zhǔn)靈敏度和掃查靈敏度的方法與現(xiàn)行的調(diào)整方法相比，其最大的區(qū)別一是將基準(zhǔn)高度由80%或60%降低到20%，二是完全拋棄了“掃查靈敏度一般應(yīng)比基準(zhǔn)靈敏度高6dB”的說法，其根據(jù)就是直接移植了焊縫超聲檢測(cè)時(shí)的相關(guān)規(guī)定，這種改動(dòng)的正確性無須懷疑。

2）檢測(cè)實(shí)施的可操作性、有效性影響分析。

（1）用掃查靈敏度進(jìn)行掃查時(shí)，當(dāng)需要對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷信號(hào)進(jìn)行定量時(shí)，無須再將儀器增益降低6dB后才能進(jìn)行，減少操作者在實(shí)施檢測(cè)時(shí)的操作環(huán)節(jié)。

（2）用掃查靈敏度進(jìn)行掃查時(shí)，在操作者有效執(zhí)行了掃查速度和探頭覆蓋率規(guī)定的前提下，缺陷的檢出率是可以得到充分保證的，且此時(shí)儀器顯示屏上始波占寬肯定要小一些、信噪比要高一些，實(shí)施檢測(cè)的有效性可以大大提高。

（3）用掃查靈敏度進(jìn)行掃查時(shí)，此時(shí)儀器顯示屏的電噪聲信號(hào)應(yīng)低于屏滿刻度的10%。顯然，此時(shí)可以做到用量化指標(biāo)來考查檢測(cè)系統(tǒng)的有效性了，一旦考查不符合，則可以通過更換探頭或儀器重新進(jìn)行調(diào)整，直至符合要求。

（4）一次掃查有可能檢出鍛件中包括底波降低類缺陷在內(nèi)的所有類型缺陷：

具體應(yīng)用舉例分析情況見表3。

表3 超聲檢測(cè)鍛件中由缺陷引起的底波降低量缺陷的檢出性分析（改進(jìn)后）

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)有效性的要求，現(xiàn)有書籍和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)都涉及得較少，本文認(rèn)為有必要對(duì)此做出強(qiáng)制規(guī)定?？刹捎脤⒂行ъ`敏度余量指標(biāo)納入檢測(cè)工藝卡中相關(guān)因素的控制范疇的做法，并應(yīng)在工藝卡首次使用時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，以證實(shí)所用檢測(cè)系統(tǒng)的有效性。

[1]鄭暉，林樹青. 超聲檢測(cè)[M]. 北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2008：175-187.

[2]NB/T 47013.3—2015 承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第3部分：超聲檢測(cè)[S].

[3]JB/T 9214—2010 無損檢測(cè) A型脈沖反射式超聲檢測(cè)系統(tǒng)工作性能測(cè)試方法[S].