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1、中华人民共和国工业和信息化部有色金属计量技术规范JJF（有色金属）XXXX-XXXX相控阵超声试块校准规范CalibrationSpecificationforPhasedArrayUltrasonicTestBlocks（送审稿）XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施中华人民共和国工业和信息化部相控阵超声试块校准规范CalibrationSpecificationforPhasedArrayUltrasonicTestBlocks归口单位：中国有色金属工业协会主要起草单位：西安汉唐分析检测有限公司参加起草单位：本规范委托有色金属行业计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:参加起草人
2、：目录1范围(1)2引用文件(1)3概述(1)4计量特性(1)4.1 几何尺寸测量误差(1)4.2 平面度(1)43垂直度和平行度(1)4.4 声速误差(1)5校准条件(2)5.1 环境条件(2)5.2 测量标准及其他设备(2)5.3 项目和校准方法(3)6.1 准备工作(3)6.2 几何尺寸测量误差(3)6.3 平面度(4)6.4 平行度、垂直度(4)6.5 声速误差(5)7校准结果表达(7)8复校时间间隔(8)附录A校准原始记录参考格式(9)附录B校准证书内页参考格式(11)附录C测量不确定度评定示例(13)附录D常见金属材料声速参考值(17)引言本规范依据GB/T12604.1无损检测术
3、语超声检测、GB/T23905无损检测超声检测用试块、GB/T11259无损检测超声检测用钢参考试块的制作与检验方法、GB/T18852无损检测超声检验测量接触探头声束特性的参考试块和方法、GB/T41114无损检测超声检测相控阵超声检测标准试块规范、GB/T1958-2017产品几何技术规范（GPS）几何公差检测与验证、JJF1071-2010国家计量校准规范编写规则、JJF1001-2011通用计量术语及定义、JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示编制。本规范为首次发布。相控阵超声试块校准规范1范围本规范适用于评定和校准相控阵超声检测设备的校准试块（标准试块）和用于检测校准时使
4、用的参考试块（对比试块）。2引用文件本规范引用了下列文件：JBfT8428无损检测超声试块通用规范JJF1338相控阵超声探伤仪校准规范JJF1487超声波探伤试块校准规范凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3概述相控阵超声试块分为校准试块（标准试块）和参考试块（对比试块）。校准试块是指具有规定的化学成分、表面粗糙度、热处理及几何形状的材料块，用于评定和校准相控阵超声检测设备，即用于仪器探头系统性能校准的试块。参考试块主要用于检测校准，按其制作方法和用途不同可分为通用对比试块和专用对比试块；对比试块中应含有意义明
5、确的采用机加工方式制作的参考反射体。4计量特性4.1几何尺寸测量误差试块外形尺寸的最大允许误差为0.1mm.平底孔、横通孔直径的最大允许误差为0.2mm.相关角度的最大允许误差为1。4.2 平面度试块探头接触面平面度最大允许误差为0.03mm.4.3 垂直度和平行度试块相邻平面垂直度最大允许误差为0.1mm试块对应平面平行度最大允许误差为0.1mm4.4 声速误差对于校准试块，型式检验所得试块材料的声速值应作为标称值，声速最大允许误差为+l%o对于参考试块，试块材料的声速值应与相应被检工件或材料相同或相近，二者的误差不超过1%。5校准条件5.1 环境条件校准试验应在温度20C5C,相对湿度不大
6、于65%的条件下进行，实验室内应无振动和磁场等影响测量的因素。5.2 测量标准及其他设备测量标准及其他设备见表Io表1测量标准及其它设备序号仪器设备名称技术要求1坐标测量机MPE：(2m+310-6),1.zm2影像测量仪MPE：(3m+5IO-6D,1.：m3万能工具显微镜MPE：(lm+1010-61.),1.：m4游标卡尺MPE：(0.020.05)mm5千分尺MPE：4m6针规尺寸间隔为0.0Imm,MPE：i2m7塞尺(0.02-1.00)mm,MPE：(5-16)m8内径表MEP：+(7-20)m9刀口形直尺MPE：2m10直角尺I级11百分表任意ImmMPEV:0.015mm；全
7、量程MPEV:0.025mm；回程误差MPEV:0.(X)5mm12平板I级13超声波发射接收仪（或能产生、接收并显示超声波电信号的仪器）频带宽度N15MHz14数字示波器频带宽度100MHz15纵波直探头中心频率5MHz,晶片直径：1Omm12.5mm16横波直探头使用频率：4MHz-5MHz,晶片直径：Iomm12.5mm17声速试块已知超声波速度的任何材料注：1.为被测量长度。6校准项目和校准方法6.1准备工作校准前应清洁试块，去除表面油污，并确认无影响校准结果的因素。6.2几何尺寸测量误差可采用接触测量或非接触测量的方法，在测量过程中，沿试块边长方向分别取边长的三个等分点作为测量试块垂
8、直于边长方向的尺寸，将三次测量取得的平均值作为垂直于取点的边长方向的长度。被校试块几何尺寸误差按公式（1）计算：=1.n-1.x（1）式中：几何尺寸测量误差，mm；1.N被校试块标称值，mm（由试块加工图纸得到）；1.X几何尺寸测得值，mm。6.2.1试块外形尺寸6.2.1.1游标类量具或千分尺测量长度和厚度尺寸可选用相应分度值的游标类量具或千分尺直接测量；所选用量具的最大允许误差应不超过被测尺寸公差的1/3。6.2.1.2万能工具显微镜或影像测量仪测量测量时调整仪器，使试块边缘清晰地出现在仪器视场内，按仪器操作方法进行测量，测量时要注意避让试块被测几何体的边缘倒角和毛刺等影响测量结果的因素。
9、用影像仪测量时，优先使用仪器自动寻边的方式瞄准和选点。数据处理按式（2）计算。1.=A-Aq（2）式中：1.被测尺寸，mm；A第二个位置（终点）坐标值，mm；Ao第一个位置（起点）坐标值，mm。622孔、槽尺寸优先选择6.2.1中方法对孔和槽的尺寸进行测量。对于有封口的孔、槽，经委托方同意后方可去掉封口对其进行测量。6.2.2.1内径表测量法对于2mm以上的孔直径可选择合适量程的内径表进行测量。首先用内径表的校对环规调整好内径表的初始值，然后直接用内径表测量孔直径，读数值即为孔直径，以第一次测量位置为起始位置，将试块沿被测孔轴线方向旋转120后测量孔径，再次旋转120后测量孔径，取三次测量平均
10、值作为最终测得值。6.2.2.2试塞法对于2mm以下的孔直径可用尺寸间隔为0.01mm的针规试塞测量；小于Imm的槽宽度可用塞尺试塞测量。测量时根据孔直径（或槽宽度）的标称值选择合适直径的针规（或塞尺）试塞，以刚刚能塞入孔（或槽）内的针规（或塞尺）的标称尺寸作为被测尺寸。6.2.2.3倒模法根据孔径选择适当大小的医用针头和注射器，首先用无油、无腐蚀性的溶剂（如无水乙醇或丙酮）清洗平底孔，然后用过滤干燥的空气吹干；将配置复制品用的有机硅凝胶混合液注入孔中（从孔底开始，逐渐填充至外面，确保没有气泡产生）；同时孔中插入一根金属丝以便于拔出复制品；待混合液固化后，用金属丝将复制品慢慢取出即可。复制品反
11、映了平底孔的特征，使用影像测量仪测量出塑性复制品的几何尺寸。6.2.2.4用深度指示表测量深度尺寸根据被测孔、槽等深度尺寸选取合适的深度指示表。如果指示表的测头尺寸过大，可换上合适尺寸的探针。测量时，将深度指示表的基座放在试块基面上，调整指示表的测量端于孔（或槽）的顶部并记下指示表初始值。在试块基面上移动深度指示表的基座，慢慢使指示表的测头插入到孔（或槽）的底部，此时指示表的读数与初始值之差的绝对值即为该孔（或槽）的深度尺寸。6.2.3试块相关角度测量使用万能工具显微镜测量，测量前清洁测量面，测量时保证试块水平放置。6.3 平面度平底孔的平面度按6.2.2.3要求配合刀口形直尺进行测量。6.4
12、 平行度、垂直度在用三坐标测量机测量试块外形尺寸的同时，可以通过三坐标测量软件一并评定出试块上对应面、线的相互位置误差。试块的平行度可在平板上用打表法测量，垂直度可在平板上用直角尺比较测量。也可以选择其他计量器具进行测量，只要满足测量不确定度要求即可。测量应符合GB/T1958规定的检测原则、评定方法和检测方案。6.5 声速误差对于校准试块，声速误差表达式见式（3）0AV=VXj-VN（3）式中：V声速误差，m/s；Vxj校准试块声速标称值，m/s；Vn校准试块声速测得值，m/sO对于参考试块，声速误差表达式见式（4）AV=Vxc-Vn（4）式中：V声速误差，m/s；Vxc参考试块声速测得值，
13、m/s；Vn被检工件声速测得值，m/so使用超声波发射接收仪（或能产生、接收并显示超声波电信号的仪器）、数字示波器、探头对试块声速进行校准。对于纵波速度测量，耦合剂应使用洁净的轻质油等材料；对于横波速度测量，应采用树脂或固体粘结剂等高粘性的材料。6.5.1 纵波速度方法一：通过比较纵波在被测材料与在己知声速（VA）的试块中的传播时间，来测量纵波速度（刃）。在每个试样（试块和被测材料）上各选择两个平行表面，测量其厚度，精度高于0.02mm或0.1%。在每个试样上用探头测得一个信号模式（见图1）,在可清晰分辨的条件下，尽可能使反射回波数多。两次测量的时基线（扫描线控制）必须设置相同。图I始波脉冲和
14、反射回波示意图用示波器测量功能分别测量试块和被测材料上第一个反射回波前沿和最后一个可清晰识别的反射回波前沿之间的时基线距离。为了获得更高的精度，可在第一个反射回波的前沿位置固定之后，调节放大器使最后一个反射回波与第一个反射回波的高度一致。随后再确定最后一个反射回波前沿的位置。在任意两个反射回波之间，信号传播声程为2倍的试样厚度。信号传播通过试样并返回到入射点称为一次完整路径。在图1中回波1和回波7之间信号通过了6次完整路径。计算在两个试样上从第一个反射回波到最后一个反射回波之间通过的完整路径次数。这个数字比反射回波的数目少1注意每次测量到的试样厚度、完整路径次数和从第一个到最后一个回波之间的距
15、离不必相同。按下式计算被测材料的声速值：%=(i4k11t)(1tfc)(5)式中：Ak沿A扫描显示的时基线测量到试块从第一个到第N个反射回波之间的距离,m；n1被测材料中完整路径的次数；t1被测材料的厚度，m；vk试块中的声速，m/s；4沿A扫描显示的时基线测量到被测材料从第一个到第N个反射回波之间的距离，m；11k试块中完整路径的次数。方法二：使用数字示波器来观察回波模式，通过示波器测量出连续多次反射回波之间的传播时间，再按照下式计算速度：%=等(6)式中：tk试块的厚度，m。t传播时间，So6.5.2 横波速度方法一：通过比较横波在已知声速(W)的试块和被测材料中的传播时间，来测量横波波
16、速波波在每个试样(试块和被测材料上)上各选择两个平行表面，测量其厚度，在每个试样上用探头测得一个信号模式(见图1),在可清晰分辨的条件下，尽可能使反射回波数多。两次测量的时基线（扫描线控制）必须设置相同。用示波器测量功能分别测量试块和被测材料上第一个反射回波前沿和最后一个可清晰识别的反射回波前沿之间的时基线距离。为了获得更高的精度，可在第一个反射回波的前沿位置固定之后，调节放大器使最后一个反射回波与第一个反射回波高度一致。随后再确定最后一个反射回波前沿的位置。计算在两个试样上从第一个反射回波到最后一个反射回波之间通过的完整路径次数。这个数字比回波数目少K注意每次测量的试样厚度、完整路径次数和从
17、第一个到最后一个反射回波之间的距离不必相同。按下式计算被测材料的声速值：%=GMStS%）GM式中：At沿A扫描显示的时基线测量到试块从第一个到第N个反射回波之间的距离，单位为米（m）；ns被测材料中完整路径的次数；ts被测材料的厚度，m；vt试块中的声速，m/s；AS沿A扫描显示的时基线测量到被测材料从第一个到第N个反射回波之间的距离,m；11c试块中完整路径的次数；tc试块的厚度，m。方法二：与6.5.1方法二相同。7校准结果表达校准原始记录参考格式见附录A,校准证书参考格式见附录B,常见金属材料声速参考值见附录D。校准结果应在校准证书上反映。校准证书应至少包括以下信息：a）标题：“校准证
18、书”;b）实验室名称和地址；c）进行校准的地点（如与实验室的地址不同）；d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e）客户的名称和地址；f）被校对象的描述和明确标识；g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期；h）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；i）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；j）校准环境的描述；k）校准结果及测量不确定度的说明；1）对校准规范的偏离的说明；m）校准证书签发人的签名、职务或等效标识以及签发日期；n）校准结果仅对被校对象有效的声明；0）未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。8复校时间间隔由于复校时间间
19、隔的长短是由试块的使用保养情况、使用者、试块本身质量等多重因素所决定的，送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。附录A校准原始记录参考格式记录编号证书编号送校单位校准依据被校试块信息试块规格出厂编号制造厂家校准地点环境条件%RH测量标准信息名称型号编号测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差证书编号有效期至校准结果1、试块外形尺寸mm标称值U32)测得值2、孔槽尺寸mm标称值U32)测得值3、角度测量/。标称值U(=2)测得值4、接触面平面度mmA面B面C面D面E面F面U32)5、平底孔平面度mm孔孔孔孔孔孔U(=2)6、垂直度mmOOOOOOU(=2)7、接触面平面度mmA面B面C
20、面U(=2)8、声速/(ms)纵波：耦合剂：At=()m；n=():t=()m；Vk=()m/s；A=()m；11k=()；tr=()m；v/=()m/s试块厚度：()m；一次回波前沿时间：()SU(=2):横波：耦合剂：At=()m；nx=();v=()m；vt=()m/s；Ax=()m；11r=();tl=()m；vs=()m/s试块厚度：()m；一次回波前沿时间：()sU(A=2):附图：附录B校准证书内页参考格式校准证书编号：校准结果1.试块外形尺寸mm标称值实际值测量不确定度：2.孔槽尺寸mm标称值实际值测量不确定度：3.角度/。标称值实际值测量不确定度：4.接触面平面度mmA面B面
21、C面D面E面F面测量不确定度：5.平底孔平面度mm孔孔孔孔孔孔测量不确定度：6垂直度/mm：A_1.B面C_1.B面A_1.C面平行度/mm：A面B面C面测量不确定度：7.纵波速度/(m/s)：测量不确定度：8.横波速度/(m/s)：测量不确定度：以下空白附录C用三坐标测量机测量相控阵超声试块长度尺寸的测量不确定度评定C.1校准任务用三坐标测量机测量超声波探伤试块（3000.05）mm的长度尺寸。C.2原理、方法和条件C.2.1测量原理测量原理：接触式、直接法、绝对测量。C.2.2测量方法在三坐标测量机上测量。测量前应将仪器调整至满足测量需要的状态。测量时，首先校准测头，将被校试块放在工作台上
22、。建立工件坐标，通过自动测量程序测量得到试块的尺寸。C.2.3测量条件环境温度（205）,（温度变化不应超过lCh,环境相对湿度不大于65%）；三坐标常年安置在实验室内，被校试块在实验室内的平衡时间不小于4小时。假设三坐标光栅尺制造材料为光学玻璃；被校试块为钢制的。C.3测量模型由测量原理和方法，得到测量模型：1.=A-Aq（C.1）式中：1.试块被测尺寸，mm；A第二个位置（终点）读数，mm；Ao第一个位置（起点）读数，mm。C.4标题测量不确定度来源测量不确定度来源及说明见表C.lo表C.1测量不确定度来源及说明序号不确定度来源说明1三坐标测量机示值误差三坐标测量机存在示值误差2仪器分辨力
23、三坐标测量机为数显式仪器，仪器分辨力为0m测量重复性A类不确定度分量表C1（续）序号不确定度来源说明3安装调整对测头校正和试块的安装调整不到位导致的误差4温度实验室温度对20会有偏离，而光栅尺和试块之间存在线膨胀系数5试块形状误差试块的表面形状会对测量结果产生影响，主要影响因素是平面度误差C.5标准不确定度评定C.5.1由三坐标测量机的示值误差引入的标准不确定度分量1三坐标测量机MPE=(2m+3xlO61.),符合均匀分布=5,被校试块的尺寸按30Omm计算，则:Ui=(2m+310-6300103m)/V3=1.7mC.5.2由仪器分辨力/重复性引入的标准不确定度分量三坐标测量机的分辨力为
24、0.1m,符合均匀分布，k=y3,则由分辨力引入的不确定度分量为：M21=0.1m2V3=0.03m在各种条件均不改变的情况下，在短时间内对标称值为300mm的尺寸进行重复性实验，共测量10次(即片10)。试验数据见表C2。表C.2重复性试验数据测量次数12345测得值(mm)300.0152300.0148300.0156300.0162300.0154测量次数678910测得值(mm)300.0132300.0149300.0138300.0142300.0155由贝塞尔公式计算得到尸0.91m,则重复性引入的不确定度分量为：22=0.9lm分辨力引入的不确定度分量3和测量重复性引入的不确
25、定度分量”22,取结果较大者,则：W2=M22=0.91mC.5.3由安装调整不到位引入的标准不确定度分量3由实验，安装调整不到位影响可以控制在e安装=lm,符合均匀分布，仁5,则：M3=lmV3=0.6mC.5.4由温度引入的标准不确定度分量必在测量前，相控阵超声检测标准试块应充分恒温，使得相控阵超声检测标准试块与测量仪器之间温差尽可能小(即两者温差可以忽略不计)，此处主要考虑温度偏离20,三坐标测量机与被校试块的线膨胀系数差的影响。在测量过程中，实验室温度保持在(2O5)范围内，已知三坐标测量机的线膨胀系数为机=(81)x10。C1.被校试块的线膨胀系数为试块=(H.5l)106C*1,符
26、合三角分布，k=y,则：当1.=30Omm时，由温度带来的极限误差为：e温度=1.XTa试块-1.XTa机=1.XT(试块-机)=8.2m则由温度引入的测量不确定度分量为：U4=e温度=3.4mC.5.5由试块形状误差引入的标准不确定度分量5相控阵超声检测标准试块形状误差对测量结果产生影响的主要因素是平面度误差，机加工的试块平面度不大于20m,符合均匀分布，k=y3,则：M5=20m2V3=5.8mC.6合成标准不确定度表C.3标准不确定度一览表序号不确定度来源不确定度分量代号Mi标准不确定度分量wim1三坐标测量机11.72重复性U20.93安装调整U30.64温度U43.45试块形状误差US5.8合成标准不确定度：uc7.0由于参与计算的各项标准不确定度分量之间不相关，则合成标准不确定度为:Uc=yjul112u3u4w5=Vl72+0.92+0.62+3.42+5.82m=7.0mC.7扩展不确定度计算取包含因子上2,则扩展不确定度St=c=27.0m=14m附录D常见金属材料声速参考值常见金属材料的纵波声速参考值见表DJo表D.1常见金属材料声速参考值m/s金属材料钢铜铝镁钛鹤纵波声速592047006300580061005200金属材料铝银铁错银黄铜纵波声速630056395930600036074399
