涡流探伤仪的校准方法

涡流探伤仪

涡流探伤仪的准确性在冶金、机械领域中的金属管、棒、线、丝材质量评价占据着十分重要的地位，建立一套完善的校准方法，定期开展对涡流探伤仪进行校准是各种金属管、棒、线、丝材的在线、离线探伤检测工作的当务之急。文章对各种涡流探伤仪进行了系统的测试和论证，初步建立了一套可靠的校准方法，对冶金、机械领域及法定计量检定机构开展涡流探伤仪的校准工作有一定的指导意义。

涡流探伤仪是利用导电材料在交变磁场中产生涡流的性质，检测导电材料叠加磁场的变化信号以表征材料缺陷的一种设备。涡流探伤仪主要应用于冶金、机械等领域的有色及黑色金属管道(如铜管、钛管、不锈钢管、锅炉四管等)的在役和役前检测，以及各种金属管、棒、线、丝材等导电材料的在线、离线探伤检测。

在冶金、机械领域中的金属管、棒、线、丝材等导电材料质量评价占据着十分重要的地位，涡流探伤仪的技术性能的优劣将直接影响金属管、棒等产品质量。目前国家尚无相应的计量技术检定规程或校准规范，开展对涡流探伤仪校准方法的研究，以期达到正确评价涡流探伤仪性能的技术方法，指导计量检测技术机构开展计量校准活动，将有效地解决冶金、机械部门涡流探伤仪量值溯源与传递问题。

一、涡流探伤仪的工作原理

涡流探伤仪一般由振荡器，相敏检波器、放大器、移相器、显示器和电源等部分组成，其工作原理是：将正弦波电流激励探测器线圈，当探测器接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流。探测器在金属表面移动，遇到缺陷或材质、尺寸等变化时，使得涡流磁场对线圈的反作用不同，引起线圈阻抗变化，通过涡流探伤仪测量出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其它物理性质变化，从而解决金属材料探伤、测厚、分选等问题，完成整个金属材料涡流探伤测量过程。

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二、涡流探伤仪的计量特性

(一)涡流探伤仪的常用名词

1.涡流。由于外磁在时间或空间上的变化而在导体表面及近表面产生的感应电流。

2.涡流检测。外用在试件中的涡流，分析试件质量信息的无损检测方法。

3.激励频率。提供给检测线圈中激励线圈的交流电基波频率。

4.检测能力。评价涡流探伤仪对缺陷的探伤能力。

5.分辨力。能区分开两个相邻缺陷的Z小距离。

6.噪声。涡流检测中的一种不相关的信号，可能由试件的不均匀性产生，会干扰缺陷信号的正常接收与处理。

(二)涡流探伤仪的主要计量特性

结合冶金、机械行业的要求及涡流探伤仪的产品技术参数，涡流探伤仪的主要计量特性有以下几项：

1.激励源输出频率示值误差：激励源输出频率示值误差不大于±10%。

2.激励源输出频率稳定性：激励源输出频率稳定性不大于0.1%。

3.激励源输出电压稳定性：激励源输出电压稳定性不大于1.0%。

4.检测能力：检测能力不小于6dB。

5.分辨力：分辨力不小于4.0mm。

6.周向灵敏度差：周向灵敏度差不大于4dB。

7.信噪比：信噪比不小于3。

8.线性偏差：线性偏差不大于5.0%。

涡流探伤仪校准条件.png

三、涡流探伤仪校准条件

1.环境温度：15℃～30℃;

相对湿度：≤70%。

2.周围无外磁场干扰。

四、涡流探伤仪测量设备及其他设备

1.示波器：示值误差不大于±5.0%，频率范围：(0～20)MHz。

2.高频毫伏表：示值误差不大于±4.0%，频率范围：10kHz～10MHz，电压范围：1mV～10V。

3.数字频率计：示值误差不大于±0.01%，频率范围：10Hz～10MHz。

4.负载电阻(R)：制造厂额定的无感电阻，其温度漂移小于5ppm/℃。也可使用标准探测器。

5.标准试件：

钢试件：人工缺陷示值误差不大于±0.15mm。

铜试件：人工缺陷示值误差不大于±0.07mm。

涡流探伤仪校准项目.png

五、涡流探伤仪校准项目和校准方法

(一)外观及工作正常性检查

涡流探伤仪外观有无影响计量特性的伤痕和裂纹等缺陷，控制和调节机构是否灵活可靠，显示器、面板、标度是否清晰，有无破损痕迹。

(二)激励源输出频率示值误差校准

1.激励源输出频率示值误差校准按图1连接，校准时取涡流探伤仪输出频率范围内取高、中、低三个频率点进行测量。

2.开机预热后(按使用说明书要求进行预热，以下各点校准均按此要求进行)，由数字频率计读出输频率fi，按公式(1)进行计算激励源输出频率示值误差：

△fi=(foi-fi)/fi×1**% (1)

式中：Δfi——探伤仪激励源输出频率示值误差，%。

fi——实测探伤仪的高、中、低各点激励源频率，kHz。

foi——探伤仪的高、中、低各点激励源标称频率，kHz。

i——高、中、低各点激励源频率，取1、2、3分别表示高、中、低三点激励源频率。

(三)激励源输出频率稳定性校准

1.激励源输出频率稳定性校准按图1连接。校准时涡流探伤仪输出频率范围内的中间频率点进行测量。

2.由数字频率计每隔10min测量一次输出频率，共测量10次，取其Zda值与Z小值按公式(2)进行计算激励源输出频率稳定性。

△fs=(fmax−fmin)/fo×1**% (2)

式中：Δfs——激励源输出频率稳定性，%。

fmax——10次测量中Zda输出频率值，kHz。

fmin——10次测量中Z小输出频率值，kHz。

fo——输出频率的标称值，kHz。

激励源输出频率稳定性校准.png

(四)激励源输出电压稳定性校准

1.激励源输出电压稳定性校准按图2连接。

2.由超高频毫伏表每隔10min测量一次输出电压，共测量10次，取其Zda值与Z小值按公式(3)进行计算激励源输出电压稳定性。

ΔUs=(Umax-Umin)/Uo×1**% (3)

式中：ΔUs——激励源输出电压稳定性，%。

Umax——10次测量中Zda输出电压，V。

Umin——10次测量中Z小输出电压，V。

Uo——输出电压标称值，V。

激励源输出电压稳定性校准.png

(五)检测能力的校准

1.将标准试件同心均匀穿过探测器ZX，同时让标准试件的人工缺陷由小到大依次通过。调节增益使显示值为满度的50%的Z小人工缺陷此时的增益值为C1。

2.按上款要求操作，调节增益信噪声为满度的35%(有平衡功能的探伤仪为10%)，此时的增益值为C2，检测能力按公式(4)进行计算。

D=C2−C1 (4)

式中：D——检测能力，dB。

C1——缺陷增益值，dB。

C2——噪声增益值，dB。

(六)分辨力校准

将标准试件同心均匀穿过探测器ZX调节增益为满度的35%时，能明显观察到或对人工缺陷信号，则Z小的两个人工缺陷之间的距离则表示分辨力。

(七)周向灵敏度差校准

1.按(五)diyi款要求操作，将标准试件同心均匀穿过探测器ZX，调节增益使试件上沿圆周分布为120°的三个人工缺陷信号占显示器上满度的50%，此时的增益值为G1。

2.按(五)diyi款要求操作，调节增益以1dB的差值量衰减增益，直到三个人工缺陷信号全部低于显示器上满度的50%。此时增益值为G2。则周向灵敏度差按公式(5)进行计算。

△=G1−G2 (5)

式中：△——周向灵敏度差，dB。

G1——人工缺陷Z小值，dB。

G2——人工噪声Z小值，dB。

(八)信噪比校准

将探测器放置在标准试件上无人工缺陷的部位，使探测器轴线与试件表面垂直。探测器ZX距试件边缘和人工缺陷距离不小于10mm。设置涡流探伤仪的频率、相位、显示器X、Y轴为0，然后将探测器匀速扫过0.5mm深的人工缺陷，并调节增益，使之人工缺陷信号满度为1**%。将探测器移动到标准试件0.2mm深的人工缺陷处，读出显示器的变化量Si(i=1、2、3)；再将探测器移动到标准试件无缺陷处移动，读出显示器的变化量Ni(i=1、2、3)；分别测量3次，取平均值S、N，则信噪比按公式(6)进行计算。

R=S/N (6)

式中：R——信噪比。

S——信号值，%。

N——噪声值，%。