葛寧 張波

（中核能源科技有限公司，北京 100089）

一、引言

液體滲透檢驗(yàn)是檢驗(yàn)設(shè)備表面缺陷的重要手段，而在進(jìn)入冬季時(shí)，檢驗(yàn)環(huán)境溫度難免會(huì)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最低檢測(cè)溫度（尤其在北方地區(qū)）。為保證檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性，各檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)液體滲透檢測(cè)環(huán)境溫度作出了規(guī)定，這給現(xiàn)場(chǎng)液體滲透檢驗(yàn)帶來(lái)了極大的壓力。為適應(yīng)低溫環(huán)境下的液體滲透檢測(cè)需求，需研究在低于標(biāo)準(zhǔn)溫度的環(huán)境下如何保證液體滲透檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性，從而提高工作效率。

二、溫度影響滲透檢驗(yàn)分析

（一）液體滲透檢驗(yàn)對(duì)溫度的要求

根據(jù)液體滲透檢驗(yàn)靈敏度要求，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)液體滲透檢驗(yàn)的溫度進(jìn)行了規(guī)定。JB/T4730.5-2005[1]標(biāo)準(zhǔn)要求在10℃-50℃的溫度條件下進(jìn)行檢驗(yàn)；RCC-M 2000+2002 補(bǔ)遺[2]標(biāo)準(zhǔn)要求在液體滲透檢驗(yàn)期間，受檢焊縫、受檢零件及所使用的物品溫度范圍應(yīng)在10-50℃之間，當(dāng)使用氣霧顯像劑，其溫度應(yīng)在20℃左右，用吹風(fēng)、加熱的方法干燥，并保證部件溫度不得超過(guò)50℃的情況下，所要求溫度范圍的下限可降低到5℃；ASME 2010+增補(bǔ)[3]標(biāo)準(zhǔn)要求溫度在10℃-52℃范圍內(nèi)，若溫度低于10℃，滲透時(shí)間至少為10℃-52℃范圍內(nèi)時(shí)滲透時(shí)間的2 倍。從以上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可知，正常情況下最低檢測(cè)溫度不得低于5℃。

（二）低溫對(duì)滲透劑和顯像劑的影響

滲透過(guò)程其本質(zhì)是滲透液對(duì)被檢物體表面開口缺陷的毛細(xì)作用，而顯像過(guò)程是滲透液對(duì)顯像劑形成的微小縫隙的毛細(xì)作用。液體的表面張力和粘度隨溫度升高而降低，反之就會(huì)增大，所以溫度的變化對(duì)檢驗(yàn)靈敏度有直接影響[4]，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.對(duì)滲透劑的微觀影響

運(yùn)用分子運(yùn)動(dòng)和分子互相作用力來(lái)論述滲透材料的一些性質(zhì)（如表面張力、潤(rùn)濕作用、毛細(xì)作用），由于物質(zhì)是由分子構(gòu)成，布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都證實(shí)分子永不停息地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)著，這種無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越激烈。溫度影響分子熱運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影響液體的表面張力、粘度、溶解度等物理性能，這些均是影響滲透檢驗(yàn)靈敏度的重要因素。

2.對(duì)滲透劑粘度的影響

合適的粘度有助于提高檢驗(yàn)的靈敏度，粘度較大的滲透劑，滲透速度慢，且清洗困難，但是對(duì)于滲透劑在缺陷中保留有一定的好處，這對(duì)保證檢驗(yàn)靈敏度是有利的。滲透劑的粘度大，表面張力就大，潤(rùn)濕工件程度低，對(duì)缺陷的滲透能力就差，使?jié)B透劑很難甚至不能滲入表面開口缺陷，降低了滲透檢驗(yàn)的靈敏度。

3.對(duì)滲透劑溶解度的影響

滲透劑的主要成分為蘇丹紅，128號(hào)燭紅，223號(hào)燭紅、剛果紅和丙基紅等，其中以蘇丹Ⅳ（紅）使用最為廣泛，這種物質(zhì)在丙酮中溶解度會(huì)隨著溫度的降低而降低，低溫下會(huì)有部分溶質(zhì)析出沉淀，使?jié)B透溶液濃度降低，從而顯像較淡，靈敏度降低。

4.對(duì)顯像劑施加的影響

低溫環(huán)境下施加（噴灑）過(guò)程中霧化效果差，很難在被檢工件表面形成一層薄而均勻的覆蓋膜，薄厚不均的覆蓋層會(huì)造成滲透劑不能被吸附或者被吸附出來(lái)的滲透劑被厚厚的顯像劑掩蓋，從而降低靈敏度。

（三）低溫對(duì)被檢工件的影響

低溫環(huán)境條件下，空氣中的水蒸氣遇冷，液化在工件表面容易形成水膜甚至結(jié)冰，被檢工件表面的開口缺陷中有水或者冰，造成堵塞；根據(jù)熱脹冷縮的原理，低溫會(huì)使試件的表面缺陷的開口變窄，如果不采用相應(yīng)的方法處理也會(huì)影響到滲透檢驗(yàn)效果。

三、低溫下滲透檢驗(yàn)的工藝研究

（一）滲透材料的選擇

低溫環(huán)境下，需要選擇合適的滲透檢驗(yàn)材料，水基滲透材料較油基滲透材料受溫度的影響較大，因此低溫環(huán)境下盡量使用油基滲透材料。

（二）對(duì)比試驗(yàn)方法

采用鋁合金試塊（JB/T4730.5-2005[1]稱之為A 型試塊），通過(guò)某種加熱的方式（不能損傷試塊），使A 區(qū)試塊處于標(biāo)準(zhǔn)溫度下，B 區(qū)試塊處于環(huán)境溫度下，對(duì)A、B 區(qū)試塊同時(shí)進(jìn)行液體滲透試驗(yàn)，顯像后對(duì)比A、B 區(qū)試塊的裂紋顯示結(jié)果，分析環(huán)境溫度下的檢驗(yàn)靈敏度。

（三）滲透工藝

1.滲透檢驗(yàn)前對(duì)滲透劑和工件的升溫

對(duì)于滲透劑的升溫，采用45℃左右的熱水浸泡，水溫不可過(guò)高，防膨脹爆炸。對(duì)于工件的加溫，若工件比較大，用氧乙炔加溫比較快，特殊部件使用碘鎢燈加熱。工件加溫后，溫度不要太高，在20-40℃范圍內(nèi)為宜（否則造成滲透劑干在工件表面），施加滲透劑后隨著工件表面的溫度降低，一旦溫度偏低的滲透液封閉缺陷開口，缺陷內(nèi)氣壓下降，缺陷中的空氣會(huì)收縮產(chǎn)生輕度負(fù)壓，有助于滲透劑進(jìn)入缺陷，從而提高檢驗(yàn)靈敏度[5]。

另外，在滲透檢驗(yàn)過(guò)程中，被檢工件表面施加滲透劑后，還可以適當(dāng)敲擊工件，有利于缺陷中空氣的排出，缺陷中空氣以氣泡的形式冒出液面會(huì)使缺陷中的氣體反壓強(qiáng)降低，滲透劑滲透作用會(huì)增強(qiáng)，敲擊震蕩是低溫下提高滲透作用的有效途徑。

2.干燥

低溫下盡量使用溶劑去除滲透檢驗(yàn)方法，這樣在去除多于滲透劑后，由于被檢表面的溶劑易揮發(fā)，再配以加熱和擦拭等方法，可快速縮短被檢表面的干燥時(shí)間，減少低溫度環(huán)境對(duì)工件降溫的影響。

（四）顯像工藝

低溫環(huán)境下顯像劑噴涂不容易形成霧狀分散，無(wú)法正常使用。可以將顯像劑噴罐放在45℃左右的熱水桶中進(jìn)行加熱，為了避免噴灌內(nèi)部的顯像劑凝結(jié)干涸，使用時(shí)需要將噴灌倒頭噴幾下，避免噴嘴堵塞。

顯像過(guò)程中，適當(dāng)延長(zhǎng)觀察時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)溫度工作中，施加顯像劑后，缺陷內(nèi)部的滲透劑很快被吸附到表面，然而低溫狀態(tài)下滲透劑粘度較大，吸附時(shí)間增加，因此需要適當(dāng)增加觀察時(shí)間。

四、試驗(yàn)驗(yàn)證

（一）標(biāo)準(zhǔn)溫度下，鋁合金對(duì)比試塊滲透試驗(yàn)

在標(biāo)準(zhǔn)溫度下（環(huán)境溫度15℃左右），滲透時(shí)間15min，顯像時(shí)間10min，在鋁合金試塊上進(jìn)行試驗(yàn)，A、B 區(qū)裂紋顯示痕跡與廠家缺陷顯示有效復(fù)制件對(duì)比，裂紋缺陷顯示痕跡清晰，檢驗(yàn)靈敏度符合要求。

（二）標(biāo)準(zhǔn)溫度與低溫下的對(duì)比試驗(yàn)

將A 區(qū)鋁合金試塊置于標(biāo)準(zhǔn)溫度下，將B 區(qū)鋁合金試塊置于被檢工件表面（環(huán)境溫度≤5℃）。滲透時(shí)間15min，顯像時(shí)間10min 后進(jìn)行對(duì)比，A 區(qū)試塊裂紋顯示痕跡清晰明顯，B 區(qū)試塊裂紋顯示效果較差。試驗(yàn)表明現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度達(dá)不到滲透檢驗(yàn)靈敏度標(biāo)準(zhǔn)要求，此種情況下不適合進(jìn)行液體滲透檢驗(yàn)。

（三）滲透檢驗(yàn)工藝改進(jìn)

采用45 左右℃的熱水對(duì)滲透劑和顯像劑進(jìn)行加熱，浸泡時(shí)間15min，同時(shí)對(duì)被檢工件和標(biāo)記B 的鋁合金試塊用大功率碘鎢燈加熱，用點(diǎn)溫計(jì)測(cè)量被檢工件表面溫度，使溫度保持在20～40℃之間。滲透時(shí)間15min，顯像時(shí)間10min，再次用鋁合金對(duì)比試塊進(jìn)行鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)A、B 區(qū)鋁合金試塊裂紋顯示痕跡清晰，靈敏度滿足檢驗(yàn)要求。采用該工藝方法，發(fā)現(xiàn)的焊縫表面缺陷顯示清晰可見(jiàn)，表明檢驗(yàn)效果可靠。通過(guò)此種方法，在冬季環(huán)境溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度的情況下，高效率、高質(zhì)量地完成了各項(xiàng)液體滲透檢驗(yàn)任務(wù)。

五、結(jié)論

通過(guò)本文研究可知，低溫環(huán)境使液體滲透檢驗(yàn)靈敏度下降，即發(fā)現(xiàn)缺陷的能力下降，制約液體滲透檢驗(yàn)工作。在此種情況下，通過(guò)本文中所述方法對(duì)滲透工藝進(jìn)行改進(jìn)，即采用合理的加熱方式，使?jié)B透材料和工件溫度升高至標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)，用鋁合金對(duì)比試塊進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證滲透檢驗(yàn)靈敏度滿足檢測(cè)要求，確保液體滲透檢驗(yàn)效果，為工程創(chuàng)造價(jià)值。