馬沖先，凌 松，莊志強，王 森

(上海材料研究所 機械工業(yè)無損檢測中心，上海 200437)

鋼焊縫超聲檢測能力驗證

馬沖先，凌 松，莊志強，王 森

(上海材料研究所 機械工業(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證活動，探討了結(jié)果處理方法和能力評價原則，重點討論了可能導(dǎo)致不滿意檢測結(jié)果的原因及技術(shù)分析和建議。

能力驗證；鋼焊縫；超聲檢測；穩(wěn)健統(tǒng)計技術(shù)；能力評價

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

超聲檢測是機械制造、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。隨著新版標準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，新舊標準使用中的一些差異[2]、技術(shù)難題也顯現(xiàn)出來。為了解上海市域內(nèi)相關(guān)檢驗檢測機構(gòu)鋼焊縫超聲檢測的水平，以監(jiān)控其持續(xù)檢測能力；幫助機構(gòu)識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；提高機構(gòu)的檢測水平，增強鋼焊縫檢測機構(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證活動。按照市局文件要求，上海市內(nèi)通過資質(zhì)認定，并具有GB/T 11345-2013檢測能力的共40家機構(gòu)全部參加了此次活動。

1 項目的策劃

此次超聲檢測能力驗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，由兩塊同牌號的20普通碳素鋼通過二氧化碳氣體保護焊焊接而成。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)有一個缺陷。焊接試塊最終制作數(shù)量為8塊(4塊作為能力評價用試塊，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，故計劃對標準GB/T 11345要求的檢測項目作區(qū)別處理：設(shè)計能力驗證必要指標為缺陷水平位置(X)及缺陷指示長度(L)；參考指標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)計指標范圍與常規(guī)檢測基本一致。同時要求根據(jù)GB/T 29712-2013《焊縫無損檢測 超聲檢測 驗收等級》給出評級判定。即要求每個機構(gòu)進行2塊對接焊縫試塊的超聲檢測，并分別報告以下參數(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，為盡量避免機構(gòu)間串通檢測結(jié)果，活動中設(shè)置了干擾試塊。就是說實際上只統(tǒng)計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)果偏差較大的機構(gòu)給予警示。

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

為縮短能力驗證活動的運作周期，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驗室集中進行。為保證檢測結(jié)果的公平、公正，能力驗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，并對活動中不同機構(gòu)檢測的試塊設(shè)置了不同編號。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入實驗室進行檢測，在規(guī)定時間內(nèi)完成檢測后，當場提交檢測原始記錄，不得與其他機構(gòu)交流數(shù)據(jù)。經(jīng)工作人員復(fù)印后，檢測機構(gòu)憑原始記錄復(fù)印件編制能力驗證試驗結(jié)果報告，3天內(nèi)遞交或寄送項目組。

2 試塊均勻性檢驗和穩(wěn)定性檢驗

能力驗證樣品的均勻性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到能力驗證活動的成敗。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行均勻性檢驗。根據(jù)單因子方差分析法(F檢驗法)，當F≤F0.5時，判定均勻性為合格；當F>F0.5時，判定均勻性為不合格。據(jù)此，4塊對接焊縫試塊(編號：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個參數(shù)指標均勻性判為合格；而缺陷深度(H)和缺陷最高波幅(H0±ΔdB)等2個參考指標均勻性欠佳，判為不合格。試塊均勻性檢驗結(jié)果詳見表1。

表1 試塊均勻性檢驗結(jié)果

鑒于上述情況，加上平時工作中對缺陷寬度方向位置(Y)的關(guān)注也少一些，此次能力驗證僅將其作為參考指標，不納入能力評價。但出于經(jīng)驗積累的需要，仍要求各家在檢測時報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)兩個指標作為機構(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，對偏差較大的機構(gòu)給予警示。此意見報經(jīng)市質(zhì)量技監(jiān)局認證監(jiān)管處認可后，才正式開始后續(xù)的能力驗證活動。

另外，項目組指定一名超聲檢測3級人員對能力驗證活動前、活動中和活動后的用于評價的4塊試塊分別進行了測定，每次測量5次。以t檢驗法判斷試塊的穩(wěn)定性。根據(jù)t檢驗法，測量次數(shù)為15時的t臨界值t0.5=2.31。當t≤t0.5時，判定穩(wěn)定性為合格；當t>t0.5時，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個參數(shù)指標的穩(wěn)定性均判斷為合格。檢驗結(jié)果詳見表2。

表2 試塊穩(wěn)定性檢驗結(jié)果(t值)

3 統(tǒng)計分析的設(shè)計及能力評價原則

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

此次能力驗證活動對檢測項目計算下列樣本統(tǒng)計量：樣本數(shù)N,參加統(tǒng)計分析的檢測機構(gòu)結(jié)果組數(shù);結(jié)果數(shù),參加統(tǒng)計分析的檢測機構(gòu)報出的結(jié)果;中位值M,由參加統(tǒng)計分析的檢測機構(gòu)報出的結(jié)果排序得出，并作為能力驗證的指定值。

標準化四分位距(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即得到標準化四分位距。

機構(gòu)間Z比分數(shù)(Z)，衡量某機構(gòu)能力參數(shù)結(jié)果值與該能力驗證參數(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。

剔除異常值后，按穩(wěn)健統(tǒng)計程序統(tǒng)計出中位值Med與標準四分位距NIQR，最后統(tǒng)計出Z比分數(shù)。

每一個能力驗證參數(shù)給出一個Z比分數(shù)。將機構(gòu)的測試結(jié)果統(tǒng)計的Z比分數(shù)繪制成柱狀圖，通過圖形可方便、直觀地了解各機構(gòu)的檢測能力和水平。

此次能力驗證計劃涉及的各統(tǒng)計量及相關(guān)計算方法參見CNAS GL02:2014《能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》。

對于參考指標：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。

各機構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)匯總于表3中，能力驗證參數(shù)的Z比分數(shù)柱狀圖見圖1～2(圖中橫坐標數(shù)字為機構(gòu)代碼)。

表3 各機構(gòu)檢測結(jié)果匯總

圖1 缺陷起始位置(X)的Z比分數(shù)

圖2 缺陷指示長度(L)的Z比分數(shù)

4 統(tǒng)計處理結(jié)果及能力評價

經(jīng)統(tǒng)計，該次超聲波檢測能力驗證中全部結(jié)果滿意的機構(gòu)有31家。其他機構(gòu)中，或有明顯異常數(shù)據(jù)的，不納入統(tǒng)計，直接判為不滿意；或至少有一個或一個以上結(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：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構(gòu)匯總于表5。對這些機構(gòu)給予“警示”，提醒機構(gòu)自查原因，加以改進。

表5 參考指標偏離較大的機構(gòu)匯總

5 技術(shù)分析和建議

總的來說，該次能力驗證大部分檢測機構(gòu)都作了比較充分的準備，但也有些檢測機構(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，沒有按照標準規(guī)定提高增益來進行掃查，導(dǎo)致掃查靈敏度偏低，給測量帶來較大誤差(如0002號機構(gòu))。

(2) 在長度測量時，對標準測長方法的內(nèi)容不熟悉，采用的測量方法不符合標準要求。GB/T 29712-2013標準附錄B要求采用絕對靈敏度法，而有的檢測人員采用老標準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號機構(gòu))。

(3) 對檢測標準GB/T 11345-2013及驗收標準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號機構(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。檢測時將變形波當成缺陷波，導(dǎo)致缺陷定位不準 (如0002和0004號機構(gòu))。

(5) 儀器靈敏度調(diào)節(jié)不準，給長度測量帶來誤差。

(6) 對缺陷最高波測量不準確，給長度測量帶來誤差(如0004和0037號機構(gòu))。

通過該次檢測機構(gòu)能力驗證活動，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，這都需要在今后的檢測工作中不斷改進。只有這樣，才能持續(xù)提高檢測能力，保證檢測結(jié)果的準確性，確保檢驗工作的質(zhì)量。另外，從參考指標的檢測情況看，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。

6 整改與復(fù)測

根據(jù)市局文件要求，對于初次評價結(jié)果為“有問題”的3家機構(gòu)和“不滿意”的9家機構(gòu)，在令其進行原因自查的基礎(chǔ)上，項目組于2016年9月初為他們集中安排了一次補測。補充采用相同的規(guī)則，但每家機構(gòu)都使用不同編號的試塊。經(jīng)重新統(tǒng)計，11家機構(gòu)補測結(jié)果為滿意；還有一家機構(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)督檢驗檢疫總局《檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定管理辦法》(總局令第163號)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 能力驗證的通用要求[S].

[2] GB/T 28043-2011 利用機構(gòu)間比對進行能力驗證的統(tǒng)計方法[S].

[3] 馬沖先. 能力驗證及其評價[J].理化檢驗-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、標準物質(zhì)研制和實驗室管理等研究工作。

馬沖先，E-mail：machongxian@sina.com。

10.11973/wsjc201702012

TG115.28

A

1000-6656(2017)02-0048-04