姚 力

（中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心，綿陽 621000）

鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道等承壓類特種設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱承壓設(shè)備）具有承受高低溫、高壓、易燃、易爆、有毒或有腐蝕性的特性，其原材料、制造過程中或使用中產(chǎn)生的缺陷，均會(huì)導(dǎo)致其安全可靠性大幅下降，一旦失效往往引起災(zāi)難性事故。已有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在材料本身的缺陷與制造過程中產(chǎn)生的缺陷中有70%以上是表面缺陷，而在使用中產(chǎn)生的缺陷90%以上是表面缺陷或表面缺陷導(dǎo)致的缺陷［1］。滲透檢測(cè)（Penetrant testing，簡(jiǎn)稱PT）原理簡(jiǎn)單、方法靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、一次檢測(cè)可探查任何方向的表面開口缺陷，針對(duì)奧氏體不銹鋼、有色金屬等非鐵磁性材料工件的表面開口缺陷有很高的檢測(cè)靈敏度［2］，是最常用的無損檢測(cè)方法之一［3－4］。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀及特點(diǎn)

對(duì)承壓設(shè)備而言，應(yīng)用PT 的目的通常是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障使用安全、改進(jìn)制造工藝和降低生產(chǎn)成本。其主要作用是在不損傷工件的前提下，檢出表面開口缺陷，以滿足承壓設(shè)備設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、疲勞等方面的需要。以奧氏體不銹鋼、有色金屬等非鐵磁性材料為原材料的承壓設(shè)備工件，在原材料驗(yàn)收、制造安裝過程品質(zhì)控制與產(chǎn)品品質(zhì)驗(yàn)收、使用中的定期檢驗(yàn)與缺陷維修監(jiān)測(cè)等幾個(gè)階段，PT 均得到了廣泛地應(yīng)用，其能夠檢測(cè)：鑄件表面的裂紋、縮孔、疏松、冷隔和氣孔；鍛件、軋制件和沖壓件表面的裂紋、分層；焊接件表面的裂紋、熔合不良、氣孔等；機(jī)加工件表面的磨削裂紋、疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋、熱處理裂紋等；酚醛塑料、陶瓷、玻璃等非金屬材料表面裂紋等；金屬和非金屬容器泄漏檢查；在役設(shè)備檢修時(shí)的局部檢查。PT 通常不適用于檢測(cè)多孔性材料表面缺陷，但采用特殊的過濾性微粒滲透劑時(shí)也可以檢測(cè)；承壓設(shè)備PT 主要檢測(cè)缺陷有：表面裂紋、表面針孔、斷口白點(diǎn)和折疊等［5－7］。承壓設(shè)備滲透檢測(cè)時(shí)的檢測(cè)部位、檢測(cè)比例、技術(shù)等級(jí)、合格級(jí)別及檢測(cè)時(shí)機(jī)等，均按特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范（TSG）、特種設(shè)備系列規(guī)范［8－12］、GB系列標(biāo)準(zhǔn)［9］等的相關(guān)規(guī)定和 要求執(zhí) 行（如表1所示）。

1.1 原材料檢測(cè)

在原材料方面PT 的作用是材料質(zhì)量控制和降低成本。其檢測(cè)范圍包括：棒材、管材、鍛件、鑄件、毛坯件及半成品（坯、鑄件和鍛件）等。

典型的檢測(cè)方法有：IIC－d、IA－d、IIA－d、IB／D－a等（參見JB／T4730.5《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》中的滲透檢測(cè)方法分類）。

1.2 制造檢測(cè)

在承壓設(shè)備制造、安裝和產(chǎn)品驗(yàn)收過程中，PT的主要作用是控制焊接的質(zhì)量，保障使用安全。檢測(cè)范圍包括：焊接坡口、清除未熔合焊接面、對(duì)接焊縫、角焊縫和T 型焊縫；工卡具拆除處的焊跡表面和缺陷修磨處的表面、復(fù)合材料復(fù)合層堆焊前后。典型的檢測(cè)方法有：IIC－d、IA－d、IIA－d、IC－d等。

1.3 在役檢測(cè)

主要用于在役維修、定期檢驗(yàn)、在線監(jiān)護(hù)監(jiān)測(cè)等方面，目的是保障使用安全、預(yù)防事故發(fā)生。檢測(cè)范圍包括：應(yīng)力較大、應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕、受交變載荷、變形、補(bǔ)焊、易產(chǎn)生缺陷、支管角焊縫等部位。受檢測(cè)條件的限制，在役檢測(cè)多采用適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的技術(shù)和便攜式設(shè)備器材等。典型的檢測(cè)方法有：IIC－d、IA－d等。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

通過參考發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)，我國基本建立起了較為完整的PT 標(biāo)準(zhǔn)體系［19］。我國無損檢測(cè)通用方法標(biāo)準(zhǔn)由中國無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)技術(shù)委員會(huì)（SAC／TC56）制定，具體的產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)由國家各產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定。目前，國內(nèi)承壓設(shè)備行業(yè)大部分企業(yè)均以國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為生產(chǎn)準(zhǔn)則。

現(xiàn)行承壓設(shè)備PT 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。承壓設(shè)備行業(yè)的PT 標(biāo)準(zhǔn)JB／T4730.5—2005為推薦性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)相關(guān)法規(guī)引用后具有強(qiáng)制性，在承壓設(shè)備行業(yè)的設(shè)計(jì)、材料、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)和修理過程中的檢測(cè)要求大都按此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3 主要PT方法分類及應(yīng)用選擇

3.1 按滲透劑分類

按滲透劑所含染料成分，分為熒光法（I）、著色法（II）、熒光著色（III）法三大類。其中著色法應(yīng)用最廣泛，水基滲透劑著色法適用于不能接觸油類的工件且靈敏度很低；熒光法靈敏度高但需要黑光燈，在高強(qiáng)鋼（材料標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm不小于540 MPa）以及對(duì)裂紋敏感的材料、有應(yīng)力腐蝕裂紋傾向的工件等部分場(chǎng)合推薦采用；III法少有應(yīng)用。

3.2 按滲透劑的去除分類

按滲透劑的去除方法可分為水洗型（A）、后乳化型（親油型B、親水型D）、溶劑去除型（C）三大類。在承壓設(shè)備的無損檢測(cè)時(shí)，因設(shè)備材料簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境要求低、操作方便、重復(fù)性較好、適于局部檢測(cè)，溶劑去除型得到最廣泛地應(yīng)用；水洗型操作簡(jiǎn)便、成本較低，在大型工件、表面較粗糙、大批量小零件、帶螺紋鍵槽工件、對(duì)靈敏度要求不高等部分場(chǎng)合采用；而后乳化型（親油型B、親水型D）靈敏度高、適用于寬而淺的缺陷、重復(fù)性好，但成本高，在檢測(cè)場(chǎng)所固定、大批量小零件檢測(cè)等情況下可以采用，但因清洗去除困難不適用于帶螺紋鍵槽的工件。

表2 承壓設(shè)備PT相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 按施加顯像劑方法分類

按施加顯像劑的方法，顯像劑分為干粉（a）、水溶解（b）、水懸?。╟）、溶劑懸?。╠）、自顯像（e）共五大類。其中，濕式顯像法（b、c）適用于大批量工件，多用于水洗型熒光法檢測(cè)；快干式顯像法（d）因操作簡(jiǎn)單、具有吸附及回滲作用而靈敏度較高，在溶劑去除型著色和熒光法檢測(cè)中廣泛使用；干式顯像法（a）具有顯像鮮明、相比其它方法顯像痕跡不會(huì)隨時(shí)間擴(kuò)散的特點(diǎn)，在后乳化型和水洗型熒光法檢測(cè)中應(yīng)用較多，但干粉法不適用于著色法。

3.4 按檢測(cè)靈敏度等級(jí)和去除劑類型分類

按PT 靈敏度等級(jí)，可分為：很低級(jí)、低級(jí)、中級(jí)、高級(jí)及超高級(jí)靈敏度五類。承壓設(shè)備PT 通常采用的靈敏度等級(jí)有低級(jí)、中級(jí)、高級(jí)，一般用JB／T4730.5的3 點(diǎn)B 型試塊（或JB／T6064—1992 中的5點(diǎn)B型試塊的區(qū)位號(hào)2、3、4）來確定。按去除劑類型分為：鹵族類溶劑去除劑、非鹵族類溶劑去除劑以及特殊應(yīng)用類型溶劑去除劑等三類。承壓設(shè)備PT 常用丙酮、酒精、水等非鹵族類溶劑去除劑，也用四氯化碳等溶劑去除劑。

3.5 不同PT方法的選用原則

方法的選用首先應(yīng)滿足檢測(cè)缺陷類型和靈敏度的要求，然后根據(jù)被檢工件表面粗糙度、檢測(cè)工件批量大小和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的水源、電源等條件來決定：①對(duì)現(xiàn)場(chǎng)無水源、電源的檢測(cè)宜采用IIC 法。②對(duì)于大工件的局部檢測(cè)，宜采用I／IIC 法。③對(duì)于表面粗糙且檢測(cè)靈敏度要求低的工件宜采用I／IIA 法。④對(duì)于批量大的工件檢測(cè)，宜采用I／IIA法。⑤對(duì)于表面光潔且檢測(cè)靈敏度要求高的工件，宜采用I／II B／D 法，也可采用IC法。

3.6 應(yīng)用的典型PT方法

（1）溶劑去除型著色PT 法（IIC－d）：因噴罐等設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、不需要水電等特點(diǎn)，IIC－d方法在承壓設(shè)備PT 中得到最為廣泛地應(yīng)用；適用于非批量、現(xiàn)場(chǎng)焊接件和表面光潔件等承壓設(shè)備部件局部檢測(cè)；滲透劑可以使用后乳化型，也可以使用水洗型；清洗／去除劑一般采用丙酮、酒精等有機(jī)溶劑；顯像劑采用非水基濕式顯像劑的溶劑懸浮顯像劑；具有較高的檢測(cè)靈敏度。

（2）水洗型著色／熒光PT 法（IIA－d、IA－d／IAa）：因操作簡(jiǎn)便、成本低、效率高、適于粗糙表面及帶溝槽工件等特點(diǎn)，IIA－d、IA－d／IA－a在承壓設(shè)備PT中得到部分應(yīng)用；適用于大面積或大體積、表面粗糙、帶螺紋或鍵槽等溝槽、缺陷開口窄而深的承壓設(shè)備部件；滲透劑使用含有乳化劑的水洗型滲透劑；清洗／去除劑用水；著色法時(shí)顯像劑用溶劑懸浮顯像劑，熒光法時(shí)顯像劑還可用溶劑懸浮顯像劑或干粉；IIA－d檢測(cè)靈敏度不高；IA－d檢測(cè)靈敏度高，在高強(qiáng)鋼以及對(duì)裂紋敏感的材料、有應(yīng)力腐蝕裂紋傾向等部分場(chǎng)合根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB／T4730.5推薦采用。

（3）后乳化 型著色／熒光PT 法（I／II B／D－a／d）：因具有檢測(cè)靈敏度高、適于開口淺而寬缺陷、重復(fù)性好等特點(diǎn)，IB－a、IB－d等后乳化型PT 法在承壓設(shè)備零部件PT 中具有一定的應(yīng)用前景；適用于靈敏度要求高、開口淺而寬缺陷、應(yīng)力或晶間腐蝕裂紋、表面陽極化或鍍鉻等大批量零件；滲透劑使用不含乳化劑的后乳化型型滲透劑；去除多余滲透劑前采用的乳化劑有親水型和親油型兩種；熒光法時(shí)顯像劑一般用干粉，也可用溶劑懸浮顯像劑。

4 技能培訓(xùn)與技術(shù)交流

提高承壓設(shè)備PT 人員的技術(shù)水平，對(duì)于保證承壓設(shè)備的安全運(yùn)行十分重要。國家特種設(shè)備管理部門歸口管理、培訓(xùn)和考核對(duì)承壓設(shè)備PT 品質(zhì)控制和人員素質(zhì)的提高十分有益。特種設(shè)備NDT人員現(xiàn)已達(dá)12.3萬余人（其中PT 人員已達(dá)2.5萬余人），約占全國NDT 持證人員的40%［20］；全國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì)組織編寫的《滲透檢測(cè)》培訓(xùn)教材多次修改再版，促進(jìn)了承壓設(shè)備PT 技術(shù)的應(yīng)用和檢測(cè)人員水平提高；開展承壓設(shè)備PT 技術(shù)學(xué)術(shù)交流的主要途徑包括以《無損檢測(cè)》和《無損探傷》為代表的專業(yè)學(xué)術(shù)刊物以及全國無損檢測(cè)學(xué)術(shù)年會(huì)、全國磁粉／滲透探傷技術(shù)交流年會(huì)以及其它各類學(xué)術(shù)交流會(huì)議等。近年來，各類無損檢測(cè)技術(shù)會(huì)議，在技術(shù)交流、繼續(xù)教育等方面也起到了較大的作用；以www.chsndt.org、www.ndtinfo.net、www.ndtbbs.cn等為代表的專業(yè)網(wǎng)站、無損檢測(cè)論壇、各類相關(guān)QQ 群等新興交流平臺(tái)，對(duì)MT／PT 人員技術(shù)素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平的提高越來越重要。

5 主要設(shè)備器材現(xiàn)狀及發(fā)展

國內(nèi)現(xiàn)已能夠生產(chǎn)滿足承壓設(shè)備PT 需要的試塊和相關(guān)器材，大部分廠家已取得ISO9000系列國際質(zhì)量保證體系認(rèn)證，其產(chǎn)品已符合相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)要求并已輸出到大陸以外的國家和地區(qū)；適應(yīng)不同靈敏度等級(jí)要求（普通工業(yè)級(jí)到核工業(yè)級(jí)和特種材料）的著色滲透、熒光滲透、著色熒光滲透用材料，便攜式器材（如噴罐型）、大型自動(dòng)流水線系統(tǒng)，配套的輔助設(shè)備與儀器（如適用于大尺寸、形狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的靜電噴涂熒光PT 線［21］、熒光滲透液專用污水處理設(shè)備）；與PT 相關(guān)的制造廠家超過36家；新型手電式、手持式和大面積黑光燈，采用了LED冷光源新技術(shù)，不需預(yù)熱、即開即亮，其壽命達(dá)50 000h。

PT 器材的改進(jìn)和滿足用戶產(chǎn)品要求的成套流水線設(shè)備的設(shè)計(jì)制造方面，主要進(jìn)展有［22］：

（1）國內(nèi)能夠生產(chǎn)的著色滲透劑包括采用油溶性染料的、醇溶性染料的、油醇混合性染料的；溶劑清洗型、溶劑／水兩用清洗型、水清洗型；不同靈敏度等級(jí)的；氟、氯、硫含量符合國際標(biāo)準(zhǔn)、能用于奧氏體不銹鋼、鎳基合金和鈦合金檢測(cè)。國內(nèi)采用非氟里昂材料制作的推進(jìn)劑的氣霧罐裝各種著色檢測(cè)劑產(chǎn)品性能已與國際著名公司產(chǎn)品相當(dāng)，國內(nèi)產(chǎn)品能滿足國內(nèi)各行業(yè)一般用途對(duì)著色檢測(cè)劑的性能要求。

（2）隨著熒光PT 劑系列中不同產(chǎn)品性能的完善和適應(yīng)不同工作效率的流水線設(shè)備的問世，熒光PT 技術(shù)迅猛擴(kuò)展到汽車、電力設(shè)備制造行業(yè)，日本E－40、D－10系列高強(qiáng)度紫外線燈以及LED 紫外線燈的引進(jìn)，提高了檢測(cè)靈敏度和可靠性，改善了檢測(cè)工作條件；國內(nèi)現(xiàn)有自乳化和后乳化系列的不同靈敏度等級(jí)的熒光液、乳化液和干粉顯像劑。

（3）近年來出現(xiàn)了各種新型半自動(dòng)或PLC 全自動(dòng)控制的大型熒光滲透流水線成套設(shè)備，帶前水洗廢水的循環(huán)分離回用裝置、采用先進(jìn)計(jì)算機(jī)、電子光學(xué)和信息處理技術(shù)的親水性后乳化熒光PT 線正在研制之中。

6 應(yīng)用研究主要進(jìn)展

在承壓設(shè)備PT 技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域的檢測(cè)對(duì)象和越來越高的材料環(huán)保安全特性的要求方面，近年來部分主要相關(guān)應(yīng)用研究進(jìn)展有：

（1）陳南明等分析了提高在役低溫液氧容器表面滲透探傷靈敏度的嘗試［23］，得出了溫差滲透法能夠提高低溫液氧容器等條件下使用的低靈敏度水基型著色探傷的靈敏度，對(duì)于各種耐高溫的滲透劑，為提高其探傷靈敏度，溫差滲透法也不失為一種有效的措施。

（2）丁曉萍對(duì)熒光滲透探傷水基預(yù)清洗方法進(jìn)行了試驗(yàn)研究［24］，相比三氯乙烯蒸汽除油，采用的QX－2型清洗液常溫清洗節(jié)約能源、環(huán)保安全無毒，可清洗鈦合金而不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。

（3）國內(nèi)某單位已采用CCD 圖像攝取和計(jì)算機(jī)圖像處理的機(jī)電一體化PT 自動(dòng)分選系統(tǒng)，使用SM－1型水洗型著色滲透液和水溶型濕式顯像劑，對(duì)非金屬材料—軸承球的檢測(cè)靈敏度高（能發(fā)現(xiàn)最小裂紋寬度達(dá)到不大于1μm），速度快、成本低、勞動(dòng)強(qiáng)度小、效率高。

（4）歸錦華研發(fā)了一種不用顯像劑、可在1min內(nèi)就能滲透和顯示、適用于－25～250℃范圍各類材質(zhì)、最高靈敏度可達(dá)0.5μm 以下的新型環(huán)保無污染滲透劑［25－26］，應(yīng)用前景值得關(guān)注。

（5）富陽對(duì)有限空間內(nèi)PT 對(duì)人的危害進(jìn)行了研究，提出了相關(guān)防護(hù)措施［27］；對(duì)滲透液滲入速度拐點(diǎn)和提高滲入量進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)分析［28］。

（6）任富華研制了熒光滲透檢驗(yàn)缺陷標(biāo)準(zhǔn)尺寸對(duì)比圖譜［29］，試驗(yàn)得出：按此缺陷顯示標(biāo)準(zhǔn)尺寸，誤差滿足尺寸判定要求，對(duì)比圖譜符合產(chǎn)品客觀實(shí)際及標(biāo)準(zhǔn)要求，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

（7）黃磊等對(duì)微小缺陷的液體PT 進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)［30－31］，試驗(yàn)表明：采用后乳化熒光滲透和干粉顯像，適當(dāng)增加滲透滴落時(shí)間、延長(zhǎng)顯像時(shí)間，必要時(shí)增加振動(dòng)、防止過水洗，可提高微小缺陷的液體滲透檢出率，確保關(guān)鍵件的質(zhì)量要求。

7 結(jié)語

（1）以熒光法為代表的滲透檢測(cè)新技術(shù)逐步普及，滲透檢測(cè)新材料向靈敏度高、環(huán)保低毒、經(jīng)濟(jì)性好的方向發(fā)展，均能夠進(jìn)一步提高承壓設(shè)備滲透檢測(cè)的靈敏度、準(zhǔn)確性和可靠性。

（2）噴罐式便攜滲透檢測(cè)劑靈敏度高、適應(yīng)性強(qiáng)、得到廣泛應(yīng)用；一體化大型滲透檢測(cè)專用裝置能夠進(jìn)一步降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高檢測(cè)效率、改善檢測(cè)條件、減少環(huán)境污染。

（3）計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用于承壓設(shè)備滲透檢測(cè)的痕跡解釋與評(píng)定，具有一定的應(yīng)用前景。

（4）隨著法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的更新、設(shè)備材料的發(fā)展，承壓設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)滲透檢測(cè)技術(shù)人機(jī)料法環(huán)各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理將會(huì)更加規(guī)范，并得到更多關(guān)注和重視。

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