金屬構(gòu)件磁粉探傷機(jī)校準(zhǔn)的磁化電流不確定度分析

葉福鈺

（甘肅省計量研究院，甘肅 蘭州 730030）

無損檢測通常就是在不損害或者是不影響被檢測對象使用性能及內(nèi)部組織的前提下，通過某些物理檢測的方式對其表面或者是內(nèi)部缺陷進(jìn)行測試和檢查的方式。金屬構(gòu)件的磁粉探傷就是運用工件問題處的漏磁場和磁粉之間的相互作用進(jìn)行無損檢測的一種方式。一般工件被磁化時，金屬件表面或者是凈表面都會出現(xiàn)缺陷，當(dāng)卻顯出的磁阻變大而出現(xiàn)漏磁的情況時就會產(chǎn)生局部磁場，一開始使用到的磁粉就會在這時候?qū)⑷毕莸奈恢门c形狀全部顯示出來，從而對問題進(jìn)行判斷。探傷機(jī)正是利用這一基本原理所制造出來的無損檢測設(shè)備。在這之中磁化電流是該設(shè)備在校準(zhǔn)時的關(guān)鍵指標(biāo)，同時也是確保磁粉檢測質(zhì)量最關(guān)鍵的參數(shù)。對此，對其磁化電流的不確定度進(jìn)行分析對于整個設(shè)備的校準(zhǔn)來說具有極為重要的意義。

1 概述

1.1 磁粉探傷

通過磁粉探傷能夠?qū)⒑饘俅判圆牧现邪l(fā)紋、裂紋、夾雜物以及折疊等缺陷全部檢查出來，它具有非常高的檢測靈敏度，同時還可以將其缺陷的大小、位置、嚴(yán)重性等情況全部直觀地展現(xiàn)出來[1]。在壓力容器定檢規(guī)范之中表示，在檢驗壓力容器的時候需要運用表面無損檢測以及宏觀檢查測厚的方式，在其無損檢測之中更是表示，對于含金屬的磁性材料表面檢測更應(yīng)該要優(yōu)先選擇磁粉探傷。探傷機(jī)極為輕小，可以直接到現(xiàn)場進(jìn)行探傷，或者是在高空當(dāng)中進(jìn)行探傷，甚至還能夠?qū)Υ笮偷慕饘倭悴考嵤┚植康奶絺?。一般非常適用于角焊縫、平焊縫、管道以及壓力容器等形狀相對比較復(fù)雜的探傷當(dāng)中。但是它也存在很大的局限性，比如只能對那些大型的工件進(jìn)行分段式的探傷，無法一次性將整體的裂紋和缺陷找出來，所以探傷效率得不到保證。

1.2 檢測方式

（1）金屬構(gòu)件磁粉探傷機(jī)周向磁化電流檢測。這種方式通常也被稱作是橫向或者是環(huán)形的磁化法，它所產(chǎn)生的磁力線其方向和磁化電流的方向是相互垂直的，同時還會沿著工件的周向分布，整體磁場方向與右手定則相符。在具體檢測的時候主要將金屬試件方在探傷機(jī)兩夾頭的位置并夾緊，然后從高到低去對磁化電流進(jìn)行調(diào)整，并認(rèn)真觀察軸向磁化電流的具體指示數(shù)值，一般要達(dá)到規(guī)定數(shù)值。通過分流器或者是電流互感器，把對應(yīng)量程的電壓表和電流接計入其設(shè)備的電流輸出端，對磁化電流進(jìn)行調(diào)整，分別在其電流指示表的30%、60%以及100%的三點位置處記錄電流表的指示數(shù)值，這樣最后就可以得到電流表所對應(yīng)的測量數(shù)值，一共重復(fù)測量3次。①在這之中所有工位都必須是要由同一種型號的電能表去進(jìn)行采樣，最終的信號會在各自的電平轉(zhuǎn)換片作用下被輸送到同一臺電腦上，然后根據(jù)具體程序進(jìn)行換算和修正。當(dāng)絕大多數(shù)工位工作所顯示的數(shù)值都是正常的，這就可以直接將極端與修正程序所引發(fā)的錯誤排除掉。②倘若標(biāo)準(zhǔn)讀書表和采樣儀表的數(shù)值存在比較大的誤差，那么就是采樣儀表出現(xiàn)了問題，還應(yīng)該要對其進(jìn)行更換，然后再去檢測。③如果標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)與采樣儀表的數(shù)值相接近，同時示波表的脈沖數(shù)也是相等的，但是電腦最終測量的頻率值和功率顯示不準(zhǔn)確，那么就表示電平轉(zhuǎn)換芯片出現(xiàn)了問題，這時候必須要及時更換。

（2）縱向磁化電流檢測。當(dāng)其工件的感應(yīng)磁場方向和軸線是相互平行的，那么該磁化方式就是縱向磁化法。這種方式可以有效檢測工件表面或者是近表面所產(chǎn)生的橫向缺陷，也就是與金屬工件軸線方向相互垂直或者是呈現(xiàn)某種角度的缺陷。

1.3 檢測條件

金屬構(gòu)件磁粉探傷機(jī)運用的也是最新的校準(zhǔn)規(guī)范，在測量的時候把移動式的探傷機(jī)電流輸出端直接接入到電流測量裝置之后，實施周向磁化電流校準(zhǔn)。

本文重點是以周向磁化電流為主對其不確定度進(jìn)行評定。在檢測之中溫度為10℃～30℃，相對濕度不超過85%。

1.4 測量模型

本次研究中測量模型為I=I0

在這之中I0指的就是被校磁粉探傷機(jī)磁化電流的測量值；而I則是被校磁粉探傷機(jī)磁化電流。

2 不確定度評定

2.1 磁軛式磁粉探傷機(jī)

（1）重復(fù)性引入的不確定度分量。在具體測量的時候，將三次測量的平均數(shù)當(dāng)作測量結(jié)果，那么最終u1(I0)=0.06A。

（2）鉗形電流表的準(zhǔn)確性引入的不確定度分量。一般因為鉗形表準(zhǔn)確性所導(dǎo)致的不確定度分量，都是運用B類進(jìn)行評定。最終u2(I0)=0.36A。

（3）探傷機(jī)指示電流表分辨力引入的不確定度分量。這類探傷機(jī)其電流表是指針式的電流表，屬于B類評定，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3(I)=0.14A。

因此重復(fù)性分量之中包括有因為分辨力不足導(dǎo)致的不確定度分量，所以為了防止出現(xiàn)重復(fù)，只需要以其中的最大值為準(zhǔn)，即將u1(I0)舍去，留下u3(I)。

2.2 金屬構(gòu)件磁粉探傷機(jī)

（1）重復(fù)性引入的不確定度分量。這類情況下導(dǎo)致的不確定度可以運用重復(fù)性測量獲得。是A類的評定。將該設(shè)備最大的磁化電流作為測量點，在實際測量的時候，最終取三次的平均數(shù)當(dāng)作測量結(jié)果，最終u(I1)=0.36%。

（2）標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確性引入的不確定度分量。電流互感器的說明書及證書當(dāng)中表示，最大的誤差為0.2%，直交流電流表是0.5%，那么最終其誤差之和就是0.7%，是均勻分布。那么u=(I2)=0.4%。

（3）金屬構(gòu)件探傷機(jī)分辨力引入的不確定度分量。因為探傷機(jī)其最大磁化電流比較大，分辨力給最終測量值帶來的影響極小，因此可以忽略不計。

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度

從以上的分析之中能夠得到，磁軛式的探傷機(jī)其標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2(I0)來自于標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度，數(shù)值為0.36A；u3(I)來自于被檢分辨力，數(shù)值為0.14A。這些不確定度互不相關(guān)，因此最終就可以得到u=0.39A。

磁粉探傷機(jī)其標(biāo)準(zhǔn)不確定度u=(I1)來自于重復(fù)性導(dǎo)致，數(shù)值為0.36%；u=(I2)來自于標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度，數(shù)值為0.4%。這些不確定度互不相關(guān)，因此最終可以得到urel=0.54%。

4 擴(kuò)展不確定度

取包含因子為k=2，則磁軛式的探傷機(jī)其擴(kuò)展不確定度

U=2×u=2×0.39A=0.78A≈0.8A

取包含因子為k=2，則磁粉探傷機(jī)其擴(kuò)展不確定度

Urel=2×urel=2×0.54%=1.08%≈1.1%