在近年的中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)(CNAS)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可活動(dòng)中，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)了TOFD檢測(cè)能力的認(rèn)可。TOFD檢測(cè)技術(shù)與常規(guī)超聲檢測(cè)技術(shù)在設(shè)備、檢測(cè)操作、數(shù)據(jù)解讀等方面均存在差異，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)施該技術(shù)的過(guò)程中應(yīng)如何針對(duì)關(guān)鍵因素進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可評(píng)審應(yīng)如何確認(rèn)人員、設(shè)備、關(guān)鍵工藝控制等方面的能力等都是需要研究的問(wèn)題。
為此，下面在分析研究TOFD檢測(cè)能力認(rèn)可現(xiàn)狀和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，依據(jù)TOFD檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)，以及該技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，從檢測(cè)人員的培訓(xùn)與認(rèn)證、設(shè)備、檢測(cè)操作、數(shù)據(jù)解讀等方面提出了TOFD檢測(cè)能力實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可評(píng)審的具體要求，也為相關(guān)實(shí)驗(yàn)室規(guī)范該技術(shù)的應(yīng)用提供一些參考。
1 TOFD檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可現(xiàn)狀
CNAS實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的檢測(cè)能力描述按照檢測(cè)對(duì)象、項(xiàng)目或參數(shù)、領(lǐng)域代碼、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、說(shuō)明及備注等展開(kāi)。項(xiàng)目或參數(shù)通常指檢測(cè)方法(如超聲檢測(cè)、射線檢測(cè))，在已經(jīng)獲TOFD檢測(cè)能力認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室的能力表中，有的將參數(shù)描述為超聲檢測(cè)，有的描述為衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)或TOFD檢測(cè)，最終準(zhǔn)確代表其能力的是檢測(cè)對(duì)象、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和說(shuō)明欄目中的限定條件，這些內(nèi)容也同時(shí)是認(rèn)定檢測(cè)報(bào)告是否在認(rèn)可范圍內(nèi)的依據(jù)。
目前與TOFD檢測(cè)技術(shù)相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)內(nèi)各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，及各標(biāo)準(zhǔn)獲得認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量如下：
ISO 10863:2020
焊接無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè) 衍射時(shí)差技術(shù)(TOFD)的使用
類(lèi)別：焊縫檢測(cè)
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：8
ISO 15626:2018
焊縫無(wú)損檢測(cè) 衍射時(shí)差法檢測(cè)技術(shù) 驗(yàn)收等級(jí)
類(lèi)別：焊縫驗(yàn)收
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：3
ISO 16828:2012
無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè) 衍射時(shí)差技術(shù)作為檢測(cè)和不連續(xù)測(cè)量方法
類(lèi)別：通用
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：5
NVN-CEN/TS 14751-2004
超聲衍射時(shí)差技術(shù)焊縫檢測(cè)方法
類(lèi)別：焊縫檢測(cè)
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：1
ASTM E2373/E2373M-19
超聲衍射時(shí)差法(TOFD)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程
類(lèi)別：通用
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：5
ASME BPVC V-2019 A分卷 第4章 強(qiáng)制性附錄III
衍射時(shí)差(TOFD)技術(shù)
類(lèi)別：焊縫檢測(cè)
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：0
GB/T 23902-2009
無(wú)損檢測(cè) 超聲檢測(cè) 超聲衍射聲時(shí)技術(shù)檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法
類(lèi)別：通用
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：5
NB/T 47013.10-2015
承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第10部分 衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)
類(lèi)別：通用
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：54
DL/T 1317-2014
火力發(fā)電廠焊接接頭超聲衍射時(shí)差檢測(cè)技術(shù)規(guī)程
類(lèi)別：焊縫檢測(cè)
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：1
DL/T 330-2010
水電水利工程金屬結(jié)構(gòu)及設(shè)備焊接接頭衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)
類(lèi)別：焊縫檢測(cè)
獲認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室數(shù)量：4
由以上可知，涉及實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)共9項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23902-2009、ISO 16828:2012和ASTM E2373/E2373M-19為通用檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，各有5家實(shí)驗(yàn)室獲得認(rèn)可。獲得通用標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.10-2015認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室最多，共有54家，涵蓋了焊縫、板材、復(fù)合板等各類(lèi)制品的檢測(cè)。焊縫檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共有4項(xiàng)，其中獲得標(biāo)準(zhǔn)ISO 10863:2020認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室相對(duì)較多，另外的2項(xiàng)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和1項(xiàng)歐洲標(biāo)準(zhǔn)(NVN-CEN/TS 14751-2004)都只有個(gè)別實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)認(rèn)可。
根據(jù)CNAS官網(wǎng)公布的已獲認(rèn)可機(jī)構(gòu)的相關(guān)信息，申請(qǐng)TOFD檢測(cè)能力認(rèn)可的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室有59個(gè)。從檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室行業(yè)分布看，特種設(shè)備行業(yè)機(jī)構(gòu)有12個(gè)，航空航天行業(yè)有1個(gè)，質(zhì)檢機(jī)構(gòu)和檢測(cè)公司有31個(gè)，電力行業(yè)有2個(gè)，船舶行業(yè)有3個(gè)，兵器行業(yè)有1個(gè)，建筑行業(yè)有3個(gè)，石油石化行業(yè)有6個(gè)。如前所述，獲標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.10-2015認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室最多，除特種設(shè)備行業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)之外，還有大量其他行業(yè)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室也使用該標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展檢測(cè)。
2 TOFD檢測(cè)人員的能力要求
TOFD檢測(cè)技術(shù)屬于超聲檢測(cè)技術(shù)的一種，首先需要檢測(cè)人員具有執(zhí)行常規(guī)超聲檢測(cè)的能力。由于TOFD檢測(cè)技術(shù)利用了缺陷的尖端衍射而不是常規(guī)的缺陷面反射，所以在探頭的參數(shù)要求、布置方式、掃查方式以及數(shù)據(jù)表達(dá)形式等方面二者均有差異。因此，從事TOFD檢測(cè)的人員需經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的培訓(xùn)和資格認(rèn)證。
從檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求來(lái)看，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、ASTM(美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)和ASME(美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)均首先要求從事TOFD檢測(cè)的人員按照通用的無(wú)損檢測(cè)人員資格認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)取得超聲檢測(cè)資格證書(shū)，在此基礎(chǔ)上，增加TOFD的專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)以及考試。
標(biāo)準(zhǔn)ISO 16828:2012同時(shí)對(duì)培訓(xùn)和考試做了要求。標(biāo)準(zhǔn)ISO 10863:2020對(duì)從事具體職責(zé)的人員增加了資格要求：負(fù)責(zé)編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，離線分析數(shù)據(jù)和驗(yàn)收的人員應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)ISO 9712-2012《無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證》或相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)取得相關(guān)工業(yè)門(mén)類(lèi)的超聲檢測(cè)2級(jí)以上證書(shū);在2級(jí)或3級(jí)人員監(jiān)督指導(dǎo)下按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行儀器設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和報(bào)告編寫(xiě)的人員可為相應(yīng)的1級(jí)以上人員。
ASME標(biāo)準(zhǔn)給出了最詳細(xì)的資格認(rèn)證要求：要求TOFD 2級(jí)人員在獲得超聲檢測(cè)2級(jí)資格證書(shū)的基礎(chǔ)上增加40小時(shí)的TOFD檢測(cè)培訓(xùn)和320小時(shí)的實(shí)踐經(jīng)歷;自動(dòng)和半自動(dòng)檢測(cè)還應(yīng)增加設(shè)備的軟硬件培訓(xùn)。2級(jí)實(shí)際操作考試至少需要2個(gè)試件，每個(gè)試件包含2個(gè)缺陷。TOFD 3級(jí)人員要求持有超聲3級(jí)證書(shū)，并滿(mǎn)足關(guān)于2級(jí)人員的TOFD檢測(cè)技術(shù)培訓(xùn)、實(shí)踐經(jīng)歷和考試要求，具有編制檢測(cè)規(guī)程的經(jīng)歷，熟練的評(píng)價(jià)TOFD檢測(cè)結(jié)果的能力。
國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)大多也是要求在按常規(guī)超聲檢測(cè)進(jìn)行人員資格認(rèn)證的基礎(chǔ)上，增加TOFD檢測(cè)的培訓(xùn)，掌握專(zhuān)門(mén)知識(shí)和能力。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23902-2009和2項(xiàng)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出了取得TOFD檢測(cè)專(zhuān)項(xiàng)資格證書(shū)的要求。
國(guó)內(nèi)關(guān)于TOFD檢測(cè)人員認(rèn)證的行業(yè)主要包括通用機(jī)械、特種設(shè)備、電力、船舶等行業(yè)。至今為止，各行業(yè)已頒發(fā)的TOFD檢測(cè)資格證書(shū)以2級(jí)居多，其中特種設(shè)備行業(yè)已開(kāi)展TOFD檢測(cè)的2級(jí)資格認(rèn)證十余年，認(rèn)證人數(shù)已超萬(wàn)人。頒發(fā)3級(jí)證書(shū)的只有電力行業(yè)和船舶行業(yè)，已認(rèn)證100余人。具體各行業(yè)的認(rèn)證要求和現(xiàn)狀如下：
通用機(jī)械行業(yè)
認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)：ISO 9712:2012《無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證》
人員資格認(rèn)證要求：① 應(yīng)具有中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì)超聲2級(jí)證書(shū)，或持有特種設(shè)備及其他行業(yè)頒發(fā)的超聲2級(jí)證書(shū);大專(zhuān)以上學(xué)歷或取得超聲2級(jí)資格者;
② 持有超聲2級(jí)證書(shū)并具有9個(gè)月以上工作經(jīng)歷。
現(xiàn)狀：由中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì)秘書(shū)處歸口管理，已取證2級(jí)人員300余人。
特種設(shè)備行業(yè)
認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)：TSG 28001-2019《特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)人員考核規(guī)則》
人員資格認(rèn)證要求：衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)僅設(shè)2級(jí)資格。
持超聲2級(jí)資格證2年或持有超聲3級(jí)資格證方能報(bào)考。
現(xiàn)狀：由中國(guó)特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì)秘書(shū)處歸口管理，并組織考核。TOFD 2級(jí)資格考試已舉辦多年，上萬(wàn)人已取得證書(shū)。
電力行業(yè)
認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)：DL/T 675-2014《電力工業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員資格考核規(guī)則》
人員資格認(rèn)證要求：要求TOFD檢測(cè)人員分為1，2，3級(jí)，要求持有超聲同級(jí)證書(shū)后有24個(gè)月的經(jīng)歷，培訓(xùn)學(xué)時(shí)：1級(jí)為40學(xué)時(shí);2級(jí)為120學(xué)時(shí);3級(jí)為160學(xué)時(shí)。
現(xiàn)狀：由全國(guó)電力行業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員資格考核委員會(huì)和地區(qū)考核委員會(huì)組織考試，由電力行業(yè)鍋爐壓力容器安全監(jiān)督管理委員會(huì)頒發(fā)證書(shū)，2級(jí)已認(rèn)證460人，3級(jí)已認(rèn)證75人。
船舶行業(yè)
認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)：GD 02-2019《無(wú)損檢測(cè)人員水平鑒定與認(rèn)可指南》
人員資格認(rèn)證要求：標(biāo)準(zhǔn)GD 15-2020《供方認(rèn)可及人員資格管理指南》要求：A級(jí)供方應(yīng)有一名TOFD 3級(jí)人員，檢測(cè)人員應(yīng)有2級(jí)資格。
標(biāo)準(zhǔn)GD 02-2019要求：
① 培訓(xùn)學(xué)時(shí)，1級(jí)為40學(xué)時(shí)，2級(jí)為80學(xué)時(shí)，3級(jí)為120學(xué)時(shí);
② 報(bào)考TOFD人員應(yīng)持有相應(yīng)等級(jí)超聲資格證書(shū)，并持證工作18個(gè)月;
③ 要求1級(jí)人員擁有3個(gè)月實(shí)踐經(jīng)歷，2級(jí)人員擁有4個(gè)月實(shí)踐經(jīng)歷。2級(jí)、3級(jí)人員實(shí)際操作考試包括獨(dú)立的數(shù)據(jù)判讀考試。
現(xiàn)狀：目前中國(guó)船級(jí)社(CCS)有2級(jí)證書(shū)，TWI(英國(guó)焊接學(xué)會(huì))頒發(fā)CSWIP(國(guó)際焊接認(rèn)證)的2級(jí)和3級(jí)證書(shū)。CCS也即將開(kāi)展3級(jí)資格證書(shū)考試。目前TOFD 2級(jí)持證人數(shù)約為100人，3級(jí)不到50人。
目前各行業(yè)已普遍要求申請(qǐng)TOFD檢測(cè)2級(jí)資格認(rèn)證的人員，首先應(yīng)持有常規(guī)超聲檢測(cè)的2級(jí)資格證書(shū)。
從目前國(guó)內(nèi)TOFD檢測(cè)人員的認(rèn)證情況來(lái)看，需求較大的行業(yè)集中于幾個(gè)以焊縫檢測(cè)為主要超聲檢測(cè)對(duì)象的行業(yè)。這些行業(yè)已有上萬(wàn)人獲得2級(jí)資格認(rèn)證，而已有3級(jí)資格人員較少。筆者建議授權(quán)簽字人應(yīng)同時(shí)持有超聲檢測(cè)3級(jí)證書(shū)和TOFD檢測(cè)2級(jí)證書(shū)，技術(shù)監(jiān)督人員應(yīng)持有TOFD檢測(cè)2級(jí)資格證書(shū)。
3 TOFD檢測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)
與常規(guī)超聲檢測(cè)系統(tǒng)一樣，TOFD檢測(cè)設(shè)備包括超聲檢測(cè)儀、探頭、電纜和掃查裝置等。由于檢測(cè)使用了一組固定間距的一收一發(fā)探頭來(lái)接收衍射波，所以為了擴(kuò)大一次掃查的檢測(cè)深度范圍，要求探頭有較大的擴(kuò)散角。因?yàn)檠苌洳ㄐ盘?hào)幅度比直接反射信號(hào)的低很多，所以檢測(cè)需要儀器擁有較高的靈敏度。從檢測(cè)結(jié)果的表述方式來(lái)看，TOFD檢測(cè)顯示衍射波的B掃描圖像，如果儀器僅用于TOFD檢測(cè)，則只能從圖像中對(duì)缺陷的長(zhǎng)度和高度進(jìn)行評(píng)價(jià)，不能以信號(hào)幅度對(duì)缺陷進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，因此，與幅度準(zhǔn)確性相關(guān)的性能在TOFD檢測(cè)中無(wú)意義。
為了提高深度分辨力和尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確性，檢測(cè)要求探頭發(fā)射短脈沖，并要求儀器有足夠高的數(shù)字化采樣率。此外，需要使用適當(dāng)?shù)奶筋^夾具固定兩探頭的間距，并用編碼器讀取探頭位置，與采集的超聲數(shù)據(jù)建立關(guān)系，形成圖像。
1 TOFD檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中的校準(zhǔn)與核查要求
從以上所列的各項(xiàng)TOFD檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中可以看出，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 16828:2012要求TOFD儀器應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)EN 12668-1-2000《無(wú)損檢測(cè)-超聲檢驗(yàn)設(shè)備的表征及驗(yàn)證-儀器》、EN 12668-2-2000《無(wú)損檢測(cè)-超聲檢驗(yàn)設(shè)備的特性與認(rèn)證-第2部分：探頭》和EN 12668-3-2000《無(wú)損檢測(cè)-超聲檢驗(yàn)設(shè)備的特性與認(rèn)證-第3部分：綜合設(shè)備》的要求，這是常規(guī)超聲檢測(cè)儀器和探頭從購(gòu)買(mǎi)時(shí)的質(zhì)量檢測(cè)直至定期校驗(yàn)的一套完整標(biāo)準(zhǔn)。
其中，標(biāo)準(zhǔn)EN 12668-1-2000(GB/T 27664-1-2011修改采用)要求每12個(gè)月檢驗(yàn)的項(xiàng)目有發(fā)射電壓、脈沖上升時(shí)間、放大器頻率響應(yīng)、靈敏度和信噪比、衰減器精度、幅度線性和時(shí)基線性等，EN 12668-3-2000(GB/T 27664-3-2011修改采用)要求進(jìn)行周期校驗(yàn)的項(xiàng)目有每周測(cè)試時(shí)基線性、增益線性、靈敏度和信噪比、脈沖寬度等。
最新修訂的標(biāo)準(zhǔn)ISO 10863:2020要求TOFD儀器符合標(biāo)準(zhǔn)ISO 22232-1-2020《無(wú)損檢測(cè) 超聲波檢測(cè)設(shè)備的特性和檢驗(yàn) 第1部分：儀器》的要求。ISO 22232系列標(biāo)準(zhǔn)是新制定的常規(guī)超聲檢測(cè)儀器和探頭性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，與EN 12668系列標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容差異不大，未來(lái)也將被其他新制訂或修訂的超聲檢測(cè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采用。
標(biāo)準(zhǔn)ASTM E2373/E2373M-19要求每6個(gè)月對(duì)幅度顯示線性(垂直線性)和幅度控制線性(衰減器精度)進(jìn)行校驗(yàn)，通常可以采用標(biāo)準(zhǔn)ASTM E317-2011對(duì)這些性能進(jìn)行測(cè)試。ASME標(biāo)準(zhǔn)要求每年對(duì)常規(guī)超聲檢測(cè)儀器進(jìn)行幅度顯示線性(垂直線性)和幅度控制線性(衰減器精度)校驗(yàn)，對(duì)TOFD儀器未提出專(zhuān)門(mén)要求。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均要求在峰值-20dB水平下，探頭的脈沖持續(xù)時(shí)間不超過(guò)2個(gè)周期，探頭性能按標(biāo)準(zhǔn)ASTM E1065/E106M-2014《評(píng)定超聲波探測(cè)裝置特性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試。
標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23902-2009與ISO 16828:2012幾乎相同，但缺少了儀器和探頭應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)EN 12668-1-2000、EN 12668-2-2000和EN 12668-3-2000這一要求，也未給出校準(zhǔn)和核查的要求。
標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1317-2014和DL/T 330-2010均要求TOFD檢測(cè)儀器符合標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10061-1999《A型脈沖反射式超聲探傷儀通用技術(shù)條件》的規(guī)定，并給出了部分參數(shù)的合格要求，同時(shí)要求探頭的脈沖持續(xù)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2個(gè)周期和兩個(gè)探頭中心頻率的一致性要求，并提出了編碼器的校驗(yàn)要求。
標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.10-2015對(duì)儀器和探頭的要求最為全面，分為以下幾個(gè)層次：
(1) 新購(gòu)置的TOFD儀器和(或)探頭
要求有儀器和探頭產(chǎn)品質(zhì)量合格證明，其性能測(cè)試方法引用了標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27664-2011。同時(shí)，要求測(cè)定的組合性能包括水平線性、垂直線性、靈敏度余量、組合頻率、-12dB聲束擴(kuò)散角和信噪比，并給出了信噪比和-12dB聲束擴(kuò)散角的測(cè)定方法，水平線性、垂直線性和靈敏度余量的測(cè)試方法則參照標(biāo)準(zhǔn)JB/T 9214-2010《無(wú)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》的規(guī)定，組合頻率的測(cè)試方法參照J(rèn)B/T 10062-1999《超聲探傷用探頭性能測(cè)試方法》的規(guī)定。
(2) 校準(zhǔn)和核查
要求每年至少對(duì)檢測(cè)儀器和探頭組合性能中的水平線性、垂直線性、組合頻率、靈敏度余量以及儀器的衰減器精度進(jìn)行一次校準(zhǔn)。
(3) 運(yùn)行核查
要求每隔6個(gè)月至少對(duì)儀器和探頭組合性能中的水平線性和垂直線性進(jìn)行一次運(yùn)行核查。每隔6個(gè)月至少采用對(duì)比試塊測(cè)定設(shè)備是否能夠清楚地顯示和測(cè)量其中的反射體。
(4) 檢查
每次檢測(cè)前應(yīng)測(cè)定和記錄探頭前沿、超聲波在探頭楔塊中的傳播時(shí)間及-12dB聲束擴(kuò)散角;每次檢測(cè)前應(yīng)對(duì)位置傳感器進(jìn)行檢查。
綜合來(lái)看，各標(biāo)準(zhǔn)均未對(duì)TOFD檢測(cè)系統(tǒng)提出與常規(guī)超聲儀器不同的校準(zhǔn)要求，NB/T 47013.10-2015標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)聲束擴(kuò)散角提出了專(zhuān)門(mén)的檢查要求。
2 TOFD檢測(cè)系統(tǒng)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
由于TOFD檢測(cè)儀器和探頭的基本結(jié)構(gòu)和組成與常規(guī)超聲儀器和探頭沒(méi)有差異，國(guó)際上沒(méi)有針對(duì)TOFD儀器性能評(píng)價(jià)的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)，而國(guó)內(nèi)雖然有一份衍射時(shí)差法超聲探傷儀校準(zhǔn)規(guī)范(JJF 1447-2014《衍射時(shí)差法超聲探傷儀校準(zhǔn)規(guī)范》)，但各TOFD檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有要求采用這份校準(zhǔn)規(guī)范來(lái)對(duì)儀器進(jìn)行定期校準(zhǔn)。
標(biāo)準(zhǔn)JJF 1447-2014規(guī)定的校準(zhǔn)項(xiàng)目和合格要求有：
① 接收器帶寬一般為探頭-6dB帶寬的0.5~2倍;
② 發(fā)射脈沖上升時(shí)間一般小于可能使用的最大探頭標(biāo)稱(chēng)頻率所對(duì)應(yīng)周期的0.25倍;
③ 上表面盲區(qū)應(yīng)滿(mǎn)足廠家提出的技術(shù)要求;
④ 缺陷深度、高度及長(zhǎng)度測(cè)量誤差應(yīng)滿(mǎn)足廠家提出的技術(shù)要求。
上述校準(zhǔn)項(xiàng)目與常規(guī)超聲儀器的校準(zhǔn)要求差異較大，其中，接收器帶寬與探頭帶寬相關(guān)聯(lián)，且允許范圍是一個(gè)較為寬泛的范圍，通常在出廠時(shí)進(jìn)行測(cè)試，定期校準(zhǔn)的意義不大。發(fā)射脈沖上升時(shí)間是一項(xiàng)與發(fā)射頻率相關(guān)的參數(shù)，間接影響到探頭發(fā)射的超聲波頻率。上表面盲區(qū)是一項(xiàng)與探頭的聲束擴(kuò)散角和兩探頭間距相關(guān)的參數(shù)，與儀器的關(guān)聯(lián)度并不大，而且是針對(duì)每個(gè)檢測(cè)對(duì)象在制定檢測(cè)工藝前需要確定的參數(shù)，作為儀器的校準(zhǔn)項(xiàng)目也不是很恰當(dāng)。缺陷深度、高度及長(zhǎng)度測(cè)量誤差則與儀器線性和數(shù)字化采樣率關(guān)系密切，由于算法簡(jiǎn)單，通常使用軟件進(jìn)行最初的確認(rèn)即可。參考國(guó)內(nèi)外檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，不建議將JJF 1447-2014標(biāo)準(zhǔn)用于TOFD儀器的校準(zhǔn)。
由TOFD檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中的校準(zhǔn)與核查要求來(lái)看，各標(biāo)準(zhǔn)基本采用了常規(guī)超聲檢測(cè)儀器的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)作為參考，參考的標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 22232系列、EN 12668(GB/T 27664修改采用)系列、ASTM E317-2011和國(guó)內(nèi)的JB/T 9214-2010等，這幾份標(biāo)準(zhǔn)在參數(shù)定義和測(cè)試方法上均有一定的差異。
3 TOFD檢測(cè)儀器設(shè)備認(rèn)可要求建議
根據(jù)前面的分析，對(duì)TOFD檢測(cè)儀器和探頭的建議要求如下：
(1) 對(duì)于新采購(gòu)TOFD儀器，要求廠商提供符合標(biāo)準(zhǔn)ISO 22232-1-2020，EN 12668-1-2000，GB/T 27664-1-2011或JB/T 10061-1999的測(cè)試報(bào)告。新采購(gòu)的TOFD探頭應(yīng)要求廠商提供符合ISO 22232-2-2020、EN 12668-2-2000 、GB/T 27664-2-2011或JB/T 12466-2015《無(wú)損檢測(cè) 超聲探頭通用規(guī)范機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)之一的測(cè)試報(bào)告。測(cè)試報(bào)告中儀器的發(fā)射脈沖上升時(shí)間、時(shí)基線性、幅度線性(垂直線性)、幅度控制線性(衰減器精度)、探頭頻率和帶寬、探頭脈沖持續(xù)時(shí)間、擴(kuò)散角等參數(shù)應(yīng)符合相應(yīng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
(2) TOFD檢測(cè)儀器和探頭在投入使用前和投入使用后的每年，應(yīng)按ISO 22232-3-2020，EN 12668-3-2000，GB/T 27664-3-2011，ASTM E317-2011或JB/T 9214-2010等標(biāo)準(zhǔn)之一對(duì)水平線性、垂直線性、衰減器精度和靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)或核查，并對(duì)探頭的擴(kuò)散角進(jìn)行核查。
(3) 每6個(gè)月至少對(duì)探頭的擴(kuò)散角進(jìn)行一次核查。
(4) 每次檢測(cè)前應(yīng)測(cè)定和記錄探頭前沿、超聲波在探頭楔塊中的傳播時(shí)間和上、下表面盲區(qū)，還應(yīng)對(duì)編碼器進(jìn)行檢查。
4 檢測(cè)過(guò)程控制要點(diǎn)
TOFD檢測(cè)不是一個(gè)基于幅度響應(yīng)的超聲檢測(cè)技術(shù)，但需要足夠的靈敏度以使待檢測(cè)的缺陷能夠被識(shí)別。TOFD檢測(cè)的一個(gè)弱點(diǎn)是檢測(cè)面和底面附近存在盲區(qū)，為了確保聲束覆蓋檢測(cè)區(qū)域，必須在確定檢測(cè)工藝時(shí)考慮這一因素。探頭選擇和探頭配置很大程度上決定著TOFD檢測(cè)技術(shù)的整體精度、信噪比和覆蓋區(qū)域。進(jìn)行儀器設(shè)置是為了確保足夠的系統(tǒng)增益和信噪比，以便發(fā)現(xiàn)所關(guān)注的衍射信號(hào)，確保分辨力可接受、聲束能夠覆蓋所關(guān)注的區(qū)域以及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的有效使用。TOFD檢測(cè)過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審中有以下幾點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注：
No.1 檢測(cè)區(qū)域覆蓋
根據(jù)任務(wù)要求的檢測(cè)區(qū)域和檢測(cè)級(jí)別，首先通過(guò)選擇探頭角度、測(cè)定探頭前沿及聲束擴(kuò)散角來(lái)確定探頭組合和間距，并根據(jù)厚度決定是否需要分區(qū)檢測(cè)。然后進(jìn)行上下面盲區(qū)的確認(rèn)，以決定是否需要補(bǔ)充超聲橫波檢測(cè)，或偏置非平行掃查。
No.2 數(shù)據(jù)采樣間距
進(jìn)行TOFD掃查時(shí)，沿掃查方向的數(shù)據(jù)采樣間距在各標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定。
No.3 儀器設(shè)置和驗(yàn)證
(1) 靈敏度。TOFD檢測(cè)不是基于幅度對(duì)缺陷進(jìn)行當(dāng)量評(píng)定的檢測(cè)技術(shù)，TOFD檢測(cè)靈敏度的設(shè)置方式也與常規(guī)超聲不同，不是以人工缺陷的幅度作為基準(zhǔn)。靈敏度的設(shè)置只是為了保證信號(hào)幅度在一定范圍內(nèi)，并具有較高的信噪比。通常要求直通波高度為滿(mǎn)刻度的40%~90%，或在底波80%的基礎(chǔ)上再增益20~32dB，或噪聲在滿(mǎn)刻度的5%~10%。有時(shí)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)要求在試塊上驗(yàn)證探頭指定區(qū)域缺陷的檢出性。
(2) 深度校準(zhǔn)。TOFD檢測(cè)中，探頭接收的信號(hào)到達(dá)時(shí)間與反射體的深度并不是線性關(guān)系，反射體的深度是在假定信號(hào)位于兩探頭中心的正下方的情況下，依據(jù)已知的聲速和信號(hào)與直通波的時(shí)間差由軟件自動(dòng)計(jì)算得到的。因此，如同常規(guī)超聲進(jìn)行聲速校正，TOFD檢測(cè)也需利用試塊中的人工孔校正儀器給出的深度值。
No.4 結(jié)果的解釋與評(píng)價(jià)
TOFD檢測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)為以?xún)商筋^間聲傳播時(shí)間為縱軸，探頭沿平行于焊縫軸線移動(dòng)距離為橫軸，以接收信號(hào)幅度為像素灰度的二維圖像。檢測(cè)人員依據(jù)圖像發(fā)現(xiàn)缺陷并測(cè)量缺陷的長(zhǎng)度、深度和高度。因此圖像的質(zhì)量是缺陷評(píng)價(jià)正確性的前提，在評(píng)定缺陷之前，首先要對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性評(píng)價(jià)，判斷是否存在耦合不良、數(shù)據(jù)采集、靈敏度設(shè)置、時(shí)基設(shè)置等因素導(dǎo)致的偏差。需要技術(shù)熟練和有經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)人員對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，確定是否需要重新掃查。在評(píng)估之后，識(shí)別相關(guān)顯示，對(duì)相關(guān)不連續(xù)進(jìn)行分類(lèi)，確定不連續(xù)的位置、長(zhǎng)度和高度。
由于TOFD檢測(cè)通常使用的非平行掃查是固定兩個(gè)探頭間距離并將其對(duì)稱(chēng)于焊縫中心線布置的，但缺陷不一定出現(xiàn)在焊縫中心線處，可能導(dǎo)致缺陷定位存在誤差，因此，需通過(guò)改變頻率掃查、減小探頭角度掃查、改變探頭間距掃查、增加偏置非平行掃查等方式對(duì)發(fā)現(xiàn)的不連續(xù)顯示進(jìn)行詳細(xì)分析。
No.5 測(cè)量不確定度
標(biāo)準(zhǔn)CNAS-CL01:2018《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》的7.8.3.1節(jié)規(guī)定，在測(cè)量不確定度與檢測(cè)結(jié)果的有效性或應(yīng)用相關(guān)時(shí)、客戶(hù)有要求時(shí)、測(cè)量不確定度影響與規(guī)范限的符合性時(shí)，需在報(bào)告中給出測(cè)量不確定度。
CNAS-CL01-G003:2018《測(cè)量不確定度的要求》的7.1節(jié)規(guī)定，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)分析測(cè)量不確定度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的貢獻(xiàn)，應(yīng)評(píng)定每一項(xiàng)用數(shù)值表示的測(cè)量結(jié)果的測(cè)量不確定度。且注2中規(guī)定，對(duì)一特定方法，如果已確定并驗(yàn)證了結(jié)果的測(cè)量不確定度，實(shí)驗(yàn)室只要能證明已識(shí)別的關(guān)鍵影響因素受控，則不需要評(píng)定每個(gè)結(jié)果的測(cè)量不確定度。
常規(guī)超聲檢測(cè)會(huì)將測(cè)得的缺陷幅度或當(dāng)量尺寸、缺陷長(zhǎng)度等作為合格評(píng)定依據(jù)，但由于超聲檢測(cè)不確定因素較多，人為操作的不確定度可能占據(jù)主要因素，且受到被檢缺陷自身形狀和性質(zhì)等未知因素的影響，這些因素導(dǎo)致的測(cè)得的缺陷尺寸與實(shí)際尺寸之間的差異較大，往往大過(guò)可評(píng)估的測(cè)量不確定度。因此，超聲檢測(cè)報(bào)告通常并不要求指出測(cè)量不確定度。TOFD檢測(cè)的主要目的是確定缺陷的自身高度和長(zhǎng)度，在可以獲得缺陷端部衍射信號(hào)的情況下，TOFD檢測(cè)可較穩(wěn)定地測(cè)得缺陷高度和長(zhǎng)度，但仍受到缺陷自身形狀和取向的不確定性的影響。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23902-2009 給出了由橫向位置誤差、定時(shí)誤差、聲速誤差、探頭間距誤差引起缺陷深度測(cè)量誤差的計(jì)算公式，可以作為評(píng)估測(cè)量不確定度的參考。建議實(shí)驗(yàn)室建立TOFD檢測(cè)測(cè)量不確定度的評(píng)估程序并進(jìn)行初始評(píng)估，在客戶(hù)要求時(shí)，可給出測(cè)量不確定度評(píng)估結(jié)果，并聲明不確定因素。
5 質(zhì)量控制要求
檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)檢測(cè)工作的質(zhì)量控制分為外部質(zhì)量控制和內(nèi)部質(zhì)量控制。關(guān)于外部質(zhì)量控制，目前標(biāo)準(zhǔn)CNAS-RL02:2018《能力驗(yàn)證規(guī)則》僅要求無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室每?jī)赡陞⒓右淮文芰︱?yàn)證，并未具體規(guī)定檢測(cè)方法。從TOFD檢測(cè)方法特殊性的角度考慮，筆者認(rèn)為盡可能利用各種質(zhì)量控制手段進(jìn)行監(jiān)控是十分必要的。由于TOFD檢測(cè)是一種超聲檢測(cè)技術(shù)，通常用于焊縫常規(guī)超聲檢測(cè)的樣品，大多也適合于TOFD檢測(cè)，二者差異在于缺陷評(píng)定。TOFD不能給出缺陷回波當(dāng)量，但可以進(jìn)行缺陷自身高度的評(píng)定。
目前，上海材料研究所機(jī)械工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中心已在CNAS官網(wǎng)公布的2020年能力驗(yàn)證計(jì)劃中提供鋼焊縫TOFD能力驗(yàn)證項(xiàng)目，但作為新開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，參加的實(shí)驗(yàn)室還不多，尚需進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn)，逐步完善。
就目前的情況而言，筆者建議申請(qǐng)和獲得TOFD檢測(cè)能力的實(shí)驗(yàn)室盡可能參加為該技術(shù)設(shè)立的能力驗(yàn)證項(xiàng)目，或者至少用TOFD檢測(cè)技術(shù)參加過(guò)焊縫超聲檢測(cè)關(guān)于缺陷位置和長(zhǎng)度的能力驗(yàn)證并得到滿(mǎn)意的結(jié)果。
關(guān)于內(nèi)部質(zhì)量控制方法，可在CNAS-CL01:2018標(biāo)準(zhǔn)第7.7.1條規(guī)定的質(zhì)量監(jiān)控方式中進(jìn)行選擇。例如測(cè)量和檢測(cè)設(shè)備的功能核查、使用相同或不同方法進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)、審查報(bào)告的結(jié)果、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比對(duì)、盲樣測(cè)試等。
結(jié)語(yǔ)
分析了國(guó)內(nèi)外TOFD檢測(cè)技術(shù)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、儀器設(shè)備性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)以及各標(biāo)準(zhǔn)方法的國(guó)內(nèi)認(rèn)可現(xiàn)狀，根據(jù)TOFD檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)，提出了對(duì)實(shí)驗(yàn)室TOFD檢測(cè)能力認(rèn)可的一些建議。這些建議的合理性和適用性，還需經(jīng)過(guò)行業(yè)內(nèi)進(jìn)一步的討論和驗(yàn)證。
