超声波检测

超声波检测

摘 要:针对焊缝裂纹类缺陷位置及自身高度进行的超声波定量检测 ,系统分析裂纹类缺陷 尺寸的测量不确定度的物理成因、影响因素、主要组成部分及其控制措施等。 关键词:超声检验;可靠性;裂纹尺寸;回归分析 中图分类号: TG115. 28+ 5 文献标识码 :A 文章编号 :10006656 (2002) 04014704 ANALYSIS OF CRACK SIZE UNCERTAINTY FOR ULTRASONIC TESTING YAO Li (China AirDynamic Research and Development Center , Mianyang 621000 , China) Abstract : The physical cause , effect factor , main component part and control method of the uncertainty of crack like defect measurement were analyzed systematically aiming at quantitatively testing the height of the crack like defect in a weld by ultrasonic technique. Keywords :Ultrasonic testing ; Reliability ; Crack size ; Regression analysis 缺陷尺寸检测的准确性直接影响缺陷的正确评 的程度,随机误差表明检测值的离散程度。明显地, 估与设备的安全使用。在断裂力学、损伤容限设计 对于由仪器探头、调校试块、工艺方法、检测人员等 和可靠性安全工程等领域中涉及到可靠性安全分析 组成的U T 检测系统而言 ,系统误差是存在的 ,并且 与评定、安全状况等级评定及产品质量控制与验收 可以得到一定程度的修正。而系统的随机误差在整 等方面的问题 ,缺陷尺寸无损检测的准确性问题显 个检测范围内也是通过实验可以加以估计、确定的。 得越来越重要。在锅炉压力容器检测领域 ,最有效、 但对某一具体缺陷尺寸的检测而言 ,不能分别通过 ( ) 系统误差与随机误差来完整反映其检测不确定性。 实用的缺陷尺寸检测方法是超声波检测 U T ,本文 主要针对工程中常用的 A 型脉冲反射接触式单斜 无损检测的模糊理论把不确定性分为两类[3 ] , 聚焦探头端点反射法 ,对裂纹自身高度尺寸的不确 即随机不确定性与模糊不确定性,它们都受材料、结 ( ) 构形状和尺寸、检测设备、环境、缺陷位置和取向、技 定度 或称误差 来讨论无损检测缺陷尺寸的准确性 问题。 术水平和心理状态等多因素的影响。就缺陷尺寸检 测的准确性而言 ,也存在着两类不确定度 ,即随机不 1 缺陷尺寸检测的准确性的意义 确定度与模糊不确定度。随机不确定度的显著特点 通常的缺陷尺寸检测准确性是指 ,在某种特定 是,在系统校准后 ,对缺陷的多次重复独立检测 ,其 的检测条件下,检测人员采用某种特定检测方法 ,准 测量平均值与实际值趋于一致 ,如读数误差等。而 确检测某个给定缺陷大小的能力[1 ] 。通常用误差 模糊不确定度的特点是 ,对缺陷的多次重复独立检 或不确定度来定量表示。误差或不确定度是对检测 测 ,其测量平均值与实际值不趋于一致;并且模糊不 结果与被测量真值的差的估计。 确定度不能通过系统误差修正来加以消除 ,如方法 误差、操作误差和实际工况误差等。通常认为无损 ( ) 一般将误差 不确定度 分为系统误差与随机误 差两类[2 ] 。系统误差是检测值的期望值偏离真值 检测中随机不确定度与模糊不确定度相比很小 ,可 忽略不计[3 ] 。 收稿日期:20010125 1·47 · (C) 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 2 超声检测缺陷端点 a 的一般表述 不确定度,定义为表征被测量值分散性的参数。用 缺陷尺寸的检测数据与实际数据间存在一定对 标准偏差表示的不确定度是标准不确定度;用几个 应关系。文献[3 ]通过对大量数据分析认为 ,实际值 标准偏差合成间接计算得出的检测量的不确定度是 a 为检测值a′的实函数计算值与检测时出现的服从 合成不确定度;用标准偏差的倍数或置信区间的半 ε( ) 标准正态分布规律的不确定度 误差 之和 宽度表征的是扩展不确定度,因此可定量评定不确 ( a) = λ + λ ( ) λ 2 ( ) 0 1 a′+ 2 a′+ ?+ 定度。传统的不确定度的定义是误差,即由测量结 m 2 果给出的被测量的估计值中可能误差的量度。由于 λ ( ) ε ε ( σ) ( ) m a′+ ～ N 0 , 1 ( ) ( ) 其定义着眼于不可知的量 真值及误差 ,故无法定 式中 ·———实函数 2 量确定 ,但其概念与不确定度一致。 λ σ ( ) i , ———待定参数 可由回归分析法确定 i = 0 , 1, 2 , ?, m 实际检测时,与检测系统调校相比,整个检测范 ( ) 围内真实缺陷位置尺寸的不确定度主要受以下因素 式 1 的物理意义是, 对应于检测尺寸 a , 缺陷真实 ( ) μ( ) λ λ 影响 ①缺陷方位、工件表面状况及粗糙度。②调 尺寸的函数 a 遵循均值为 a′= 0 + 1 2 m 2 校试块与工件的声学性能差异及变化。③系统调 ( ) λ ( ) λ ( ) σ a′+ 2 a′+ ?+ m a′和方差为 的正 态分布 校用标准缺陷与实际缺陷的形状、反射特性差异。 2 ④人员技术水平波动、方法及工艺引起的误差。⑤ ( ) ( μ( ) σ) ( ) a ～ N a′ 2 , ( ) 仪器、探头等的系统性能漂移变化。⑥人员对仪器 即满足式 2 的缺陷 a 在检测中都有可能产生 a′这 个检测值。 的读数偏差、计算及入舍误差。⑦其它误差。 对于缺陷端点 a 的超声波检测, 从工程实际及 依据前述关于缺陷端点位置尺寸检测的表达 ( ) ( ) 式 ,有以下分析。对于在同一条件下对 n 个缺陷进 可操作性出发, 最常见的是 a = a , a′= a′, m = 1 的情况, 将 a 的实际值用下式表达 行的 n 次独立检测, 则 a′为被测量 a 的估计值, a 2 ( ) λ λ ε ε ( σ) ( ) 的标准不确定度u a 为 a = 0 + 1 a′+ ～ N 0 , 3 设对尺寸为 a1 , a2 , ?, an 的 n 个缺陷进行独 1 n 2 ( ) σ ( λ λ ) u a = ^ = a - ^ - ^ a′ 立检测, 得到 n 个检测尺寸 a′, a ′, ?, a ′, 由回归 n - 2 ∑ i 0 1 i 1 2 n i = 1 2 2 λ λ σ λ λ σ见下式 分析, 0 , 1 和 的估计量 ^ 0 , ^ 1 和 ^ ( ) 8 λ λ ( ) ^ 0 = a- ^ 1 a′ 4 如被测值 h = a1 + a2 , 则 h 的标准不确定度称 n 为合成标准不确定度 u ( h) , 为 ( ) ( ) a - a a - a′ ∑ i i λ i = 1 ( ) ( ) 2 ( ) 2 ( ) ( ) u h = u a + u a 9 ^ 1 = n 5 1 2 ( ) 2 a′- a′ ∑ i 在一定置信水平下, a 的扩展不确定度 U 为 i = 1 n ( ) ( ) U = ku a 10 2 1 2 σ ( λ λ ) ( ) ^ = a - ^ - ^ a′ 6 ∑ i 0 1 i β ( n - 2 i = 1 通常在 = 0. 95 的置信水平下, a 的双侧区间 a′± 1 n U) 的包含因子 k = 1. 96 。 式中 a= ∑ai n i = 1 如对某一处缺陷的 a 进行了 m 次独立检测, 检 1 n ′ a a′= ∑ i 测值 ai ( i = 1 , 2 , ?, m) 服从式(2) 表述的以真实值 n i = 1 2 2 令自由度 v = n - 2 , 则随机误差的方差 σ与其估 a 为均值、总体方差为 σ的正态分布规律。有样本 2 ( ) σ 均值 a及样本的标准偏差S a 计量 ^ 之比服从下列分布 2 m σ v ^ 2 1 χ( ) ( ) a = 2 ～ v 7 ai ∑ σ m i = 1 σ α ( ) 工程上一般取 估计的显著度 = 0. 1, 则当 n S ai 1 2 ( ) ( ) S a = = ( ) ∑ai - a = 5 , 10, 20 时, σ的单侧置信区间上限为σ = m m m - 1 max [4] σ ( ) 227 , 1. 51 , 1. 29^ 。 11 缺陷尺寸数据的扩展不确定度可表达为 3 缺陷尺寸的测量不确定度 kS ( a) U = 从测量学出发 ,按JJ F 1059 —1999 标准[2 ] 的有 m 1·48 · (C) 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.