黄建明实战案例专栏 | 【案例02】超声波检测误判事件分析

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1983年某日，我的上司派我前去香港将军澳一家大型铝合金制造厂，要我帮他们到拆船厂去找一条质量较好的船尾轴，因为之前我们公司的同事检测出他们正在使用中的一个大型辊轧机轴有裂纹，现在急需更换一条新的辊轧轴；

找条旧的船尾轴机加工成辊轧轴替换这条怀疑有裂纹的轴，这是最快和最经济的方法。

我与这些专门买卖旧船尾轴的公司比较熟悉，他们帮我分别把尺寸适合的船尾轴用吊机吊出來平放在地上让我检测。

我用超声波方法检测后，选择了一条质量较好的船尾轴，然后叫他们送到香港最大的联合船厂进行机械加工。（注：我当时在这家船厂工作）

大约一个月后，铝厂的总工程师打电话给我们公司的老板：“昨天晚上我们将怀疑有裂纹的辊轧轴拆卸下來，并换上了新加工的新轴；但是，拆下來的旧轴你们不是验出有裂纹吗？我们却看不到有裂纹，请你们马上派人來看看。”

上司把上次另一同事做的超声波检测报告给我，并叫我前去看看。

我看到报告上用图表示裂纹在1800mm 处，而且是一整圈裂纹 (见图1)。

辊轧轴误判有裂纹⤵

（图1 误判裂纹的位置）

我知道现在是在拆开的情况下，最好是可以用磁粉探伤方法，所以我携带USM2模拟式超声波仪器和交流电磁轭Y6前去检测；

到达现场后总工程师指着放在地上的辊轧轴说：“你们看看有没有裂纹吧！”

我先用磁粉探伤仪检测怀疑有裂纹的位置，却无法看到任何裂纹显示；

再用超声波直探头从左端头测量，发现反射回波在 2000mm处，而这个位置我再用卷尺一量，却正是辊轧轴本身的一个环槽；

及后再用45°横波斜探头针对1800mm处从轴向的两个方向扫查，也未见任何显示。

磁粉和超声波都没有发现裂纹，也就是说根本没有裂纹！

总工程师很不高兴并大声地说：“你们都是 NDT 专业人员，为什么却做出这样的结果？害得我们够惨了，花了十多万忙了一个月，每天都在提心吊胆地怕它突然断裂，你看看怎么办吧…”

在面对客户愤怒的声音和强烈的投诉时应该怎么办才好？

我冷静地思考着，再看看报告，发现我的这位同事使用的仪器是当时最新式的USK6型西德王牌产品，所用的探头基本上与我用的一样，那么是仪器出了问题吗？

新仪器照道理应该是比我现在用的这台旧仪器好才对啊！看來最好是把他的仪器拿來作对比。

此时，我赶紧开車回公司把他的那台仪器拿回现场测试。

我用IIW V1标准试块调校量程2000mm，再将探头放在轴的左端头，立即出现反射回波在1800mm处，但是用我的仪器测量却是2000mm处；

然后用手指蘸上机油触模环槽台阶，可以清楚地看到回波跳动，重新用他的仪器反射回波依然出现在1800mm处，用手指蘸上机油触模环槽台阶，同样可以清楚地看到回波跳动，很明显这反射回波是來自2000mm处的环槽台阶。

我再简单地测试仪器的水平线性，发现这台仪器的水平线性出现了10%的误差！

因此，将2000mm处环槽的台阶信号，错误判为1800mm处有裂纹的严重误判！我只好向客户解释是仪器出了问题，可是客户不接受这样的解释，依然要我们公司赔偿他们的经济损失。

我们做探伤的就像医生一样，如果医生帮你做完 X光检测后告诉您，说您的胃长了一个恶性肿瘤，一定要开刀切除否则会有生命危险，您当然听医生话开刀，但是当打开您的肚皮后医生突然告诉您，不好意思，没有问题! 我们免费给您补回肚皮…! 这个时候您会怎么办，您肯定会控告医生失职吧!

所以我经常说：有裂纹您没有找出來，您失职；如果没有裂纹您却说有裂纹，您要枪毙!

第二天 我询问同事当时他去检测时的过程，他说：“这家厂有兩台辊轧机，我在做超声波检测时，我是用IIW V1试块调校2000mm量程，在IIW V1试块的100mm位置出现20个回波，而在200mm位置出现10个回波；然后在轴的端头进行检测，发现这台机器在1800mm处有反射回波。总工告诉我，兩台机器的设计是一样的，我反复比较过两台机器也只有这台机器有反射回波，我也知道在2000mm位置应该有一个环槽，但是我当时以为被1800mm处的裂纹遮挡住看不见它的反射回波，另外一台机器则奇怪地没有任何反射回波，所以我当时就怀疑两台机器的结构是不一样的，但他们却无法提供详细图纸，在这种情况下只好建议他们拆卸出來看看；当时总工程师和車间主任等好多人都在现场看到这种情况，他们都是同意拆卸的啊！"

我又问他这部新仪器之前的使用狀况，他告诉我：“前些时在船上做测厚时突然下大雨，仪器被雨水淋湿后，仪器死机而无法开启显示，我就把它放进烘箱，烘干后再装入电池，它又能正常显示了。”

我问他：“事后你有没有测试仪器的水平线性和垂直线性？”

他回答：“没有。”

我说：“昨天测试时，我发现这台仪器的水平线性有10%的误差，所以你把2000mm处的环槽台阶信号误判为裂纹了。”

“唉呀！”，他感到很震惊地大叫一声。

我告诉他水平线性和垂直线性应该是每次开始调校仪器时就要做的校验工作，而且是必须做的事，就像枪的准心，如果准心偏了那就肯定打不准。

电子仪器受环境温度、湿度和长期使用后一定会出现误差，而且你不知道什么时才出现问题，新旧仪器都一样，所以必须是每次检测之前就要验证，否则就会出现误判。

面对这件事他和公司的老板都不知如何是好？幸亏该厂突发一起严重的200吨压铸机断裂倒塌事故(请点击我的“实战案例-01”)，我很快地帮他们解决了问题，得到他们的信任，然后我请求他们原凉我的同事，这才放过公司一马，不再追究任何责任，但是他们都不愿意再见到这位老兄出现在他们工厂做检测工作了。

如果这样事件发生在各位读者身上时，会有什么感想？是想找借口逃避呢? 还是用用我的5次底波法？

我想告诉各位读者，不要以为仪器每年都有校验证书就放心了，因为电子仪器很容易出问题的，而且你不知道它什么时侯才出问题，这是前线工作人员经常会发生的事情，所以我要求是每天或者每次开机时就做一次水平线性和垂直线性的简单校验，不会超过5分钟，请大家保持这种良好的工作习惯和正确的方法就可以避免这类误判事件发生。

水平线性和垂直线性简单的测方量法

1.“5次底波法”的水平线性测量

1.1模拟机

无论是什么板厚度，用5次底波法的情况下，第1次底波前沿对正刻度2(20)，第5次底波对正刻度 10(100)，则 2、3、4次底波前沿应该分别对正刻度4(40)、6(60)、8(80)，若有误差，读取其中一个刻度的最大误差值再除以8(80)即可。或者用计算公式：

T=max.div./0.80Fx100%；

T=水平线性；

max.div.=最大误差值；

F=全刻度10(全量程100)

1.1数字机 

因为已经内设有软件进行计算，因此不必从刻度板上读取误差值，使闸门放在第5次底波上，通过声速调整使距离显示与被测厚度的5倍相对应，然后逐次将闸门移到各对应底波上读取厚度值，取最大误差除以对应的工件厚度得到百分比即可。很多标准要求超声波仪器的水平线性误差小于2%。

（图 2 有误差的水平线性显示）

（图 3 是正常的水平线性显示）

2.垂直线性的测试更简单，用同样的单晶直探头，在测量水平线性的同时，将 2、3、4其中任何一回波高度先调至100%FSH(满屏高)，如果降6dB时回波高度应该在50%FSH，再降6dB时回波高度应为25%FSH；

如果100%FSH降20dB时回波高度应为10%。若能满足以上要求哪么垂直线性就合格了。(用 80%FSH回波高度也行) 注意: 抑制(Reject)档必须设置在零位)

垂直线性也是很重要的，它严重影响到我们的探伤灵敏度和定量，合格和判废都是靠它的啊！

现在市面上百花齐放的数字型超声波探伤仪，素质參差不一很容易有这方面的误差，各位在使用时更要小心校正仪器的准确性。

后记：

有些朋友问我为什么你一定要用5次底波法? 难道4、6或更多次不行吗?

当然也可以啦! 我为什么要用5次底波法，其实道理很简单：

a. 超声波仪器规范的水平线性测量要求也是5次底波法来校验的，少于5误差会大些，太多也不好用；

b. 每个正常人的手都有5根手指，把5根手指伸出来很形象地表示5个反射回波，这样就让人容易记住而已，即5次回波法=5根手指法。

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