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壓力容器無損檢測——滲透檢測技術

文檔作者：胡學知文檔來源：慶安集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2023年01月29日
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壓力容器無損檢測———滲透檢測技術
胡學知
(慶安集團有限公司,西安710077)
邱楊
(國家質量監督檢驗檢疫總局鍋爐壓力容器檢測研究中心,北京100013)
摘要:介紹了壓力容器滲透檢測技術,包括滲透檢測的適用范圍、檢測材料、操作要點、可靠性、
國內外滲透檢測工藝方法標準、標準試塊及滲透檢測自動化等。
關鍵詞:滲透檢測;壓力容器;可靠性;工藝;標準試塊
中圖分類號:TG115. 28 文獻標識碼:A 文章編號:100026656 (2004) 0720359205
NONDESTRUCTIVE TESTING OF PRESSURE VESSELS :
PENETRANT TESTING
HU Xue-zhi
(Qing An Group Co. , Ltd , Xipan 710077 , China)
QIU Yang
(National Center of Boiler and Pressure Vessel Inspection and Research ,
Beijing 100013 , China)
Abstract : A review of penetrant testing for pressure vessels was presented , including the
special inspecting objects , testingmaterials , keys of operation , reliability , new procedure
standards at home and abroad , standard test block and automation systemof penetrant testing
and so on.
Keywords :Penetrant testing ; Pressure vessels ; Reliability ; Procedure ; Standard test block
根據《特種設備安全監察條例》的規定,壓力容器為特種設備,其設計、制造、安裝、改造、維修、
使用及檢驗都被納入政府各級質量監督檢驗檢疫部門的監察范圍之內。
滲透檢測是壓力容器的重要檢測方法。
JB 4730 標準[1 ]比較系統地敘述了非多孔性金屬材料或非金屬材料制壓力容器表面開口缺陷滲
透檢測的工藝方法及檢測結果的質量分級。至于不同壓力容器應采用的滲透檢測工藝方法及質量等
級則要遵循相關法規及產品標準的有關規定。
1 滲透檢測方法的分類
(1) 按滲透液所含染料成分分類可分為熒光、著色及熒光著色滲透檢測法三類。
(2) 按滲透液的去除方法分類可分為可水洗性、親油性后乳化、親水性后乳化及溶劑性去除
型滲透檢測法四類。
(3) 按滲透檢測靈敏度等級分類可分為很低、低級、中級、高級及超高級靈敏度五類。
(4) 按顯像劑類型分類可分為干粉、水溶性、水懸浮性、非水濕、特殊應用顯像劑及自顯像
劑六類。
(5) 按去除溶劑類型分類可分為鹵族類、非鹵族類及特殊應用類溶劑去除劑三類。
2 滲透檢測的適用范圍
滲透檢測可有效地應用于檢驗非多孔性的金屬與非金屬材料。當滲透檢測應用于陶瓷類制品檢
驗時,要注意陶瓷類制品是否上釉,上釉者為瓷,可以使用常規滲透檢測方法進行檢測。滲透檢測應用
于石墨類制品檢驗時,要注意石墨類制品是否經過浸銅等工藝處理,經過浸銅等工藝處理后,石墨類制
品中的細微孔洞被填充,就可以使用常規滲透檢測方法進行檢測。滲透檢測應用于粉末冶金類制品檢
驗時,要注意區分粉末冶金類制品究竟是松孔類制品還是致密類制品,如果是致密類制品,就可以使用常規滲透檢測方法進行檢測。
3 滲透檢測材料
一族滲透檢測材料包括由生產廠家推薦的實用的滲透液、乳化劑、溶劑去除劑和顯像劑。不同
生產廠家生產的滲透檢測材料不得交叉使用。滲透檢測應用于奧氏體及鈦合金壓力容器時,要注意控
制滲透檢測材料中氯及氟等鹵族元素的含量;應用于鎳基合金壓力容器時,要注意控制滲透檢測材料
中硫元素的含量。
滲透檢測應用于某些橡膠及塑料制品時,要注意滲透檢測材料與這些橡膠及塑料制品的相容性。
乳化劑分親水性與親油性兩種,并以此有親水性與親油性后乳化滲透檢測法之分。親油性乳化劑根據
不同的擴散速度分為快作用型及慢作用型兩種,它與化學成分及粘度有關;親油性乳化劑通常按供應
狀態使用。親水性后乳化劑實質是一種洗滌劑,通常按濃縮狀態供應,用水稀釋后使用。溶劑去除劑可
分為鹵化型與非鹵化型兩類。非鹵化型溶劑去除劑中,氯及氟等鹵族元素的含量受到嚴格控制,可用于
奧氏體及鈦合金材料的清洗。
4 滲透檢測的操作要點
(1) 壓力容器滲透檢測的適宜溫度范圍為10～40 ℃。如果在實際檢測過程中,受檢區域溫度超
出以上范圍,則應通過對比試驗,確定在實際溫度條件下進行滲透檢測的有效性。
(2) 滲透檢測工藝能否成功,很大程度上取決于受檢焊接接頭表面及缺陷表面是否有干擾滲透檢
測的固體或液體污染物。例如清洗受檢焊接接頭部位時所產生的殘留物會妨礙滲透液對缺陷的滲入,
若殘留物是強堿、強酸或鉻酸等,則可能與滲透液發生有害反應,從而降低滲透檢測的靈敏度。因此應
徹底清除零件受檢表面的固體或液體污染物。
(3) 噴砂、噴丸或磨削等加工工藝有可能導致受檢表面缺陷開口的封閉,或產生掩蓋缺陷的顯示
跡痕,可采用浸蝕方法處理上述表面。
(4) 采用靜電噴涂法施加滲透液,可以避免過量的滲透液堆積在受檢零件上,并防止滲透液進入
空心孔通道,避免在檢驗時引起嚴重的滲出問題。
(5) 去除受檢表面的多余滲透液時應避免出現去除過度現象。
對于可水洗性滲透檢測法而言,應防止過度清洗。
對于后乳化滲透檢測法而言,必須防止過度乳化,殘留在缺陷中的滲透液一般不受過度清洗的影
響。親油性乳化劑只能用浸涂法或澆涂法施加,不能用刷涂法或噴涂法施加。親水性乳化劑只能用浸
涂法、澆涂法或噴涂法施加,不能用刷涂法施加。
對于溶劑去除型滲透檢測法而言,必須避免使用過量的溶劑,更不允許使用溶劑沖洗受檢表面。
為避免出現去除過度現象,對于熒光滲透檢測法而言,應在黑光燈監視下進行去除操作;對于著色
滲透檢測法而言,應在白光燈監視下進行去除操作。
(6) 最好使用恒溫控制的熱風循環式干燥箱進行干燥處理。干燥溫度≯70 ℃,干燥時間≯30min ,
否則,檢驗靈敏度將受到損傷。
(7) 常使用噴涂法施加溶劑懸浮濕式顯像劑。不要采用浸涂法或澆涂法施加溶劑懸浮濕式顯像
劑,否則,會通過顯像劑中的溶劑作用,使缺陷中的滲透液被沖洗(溶解) 掉,產生漏檢的后果。
5 滲透檢測的可靠性[2 ]
隨著滲透檢測方法在壓力容器檢測中的廣泛應用,其可靠性越來越受到重視。影響滲透檢測可靠
性的因素有:
(1) 毛細現象作用的強弱
受檢壓力容器、滲透檢測劑及滲透檢測工藝等被確定后,受檢壓力容器的表面準備及預清洗就非
常關鍵。表面準備及預清洗越好,其表面開口缺陷的內表面就可能越干凈,毛細現象作用就越強,滲透檢測的可靠性就越高。否則,如果受檢壓力容器的表面開口缺陷預清洗不好,表面開口缺陷被污染甚至
被堵塞,則毛細現象就不可能發生,滲透檢測就要失敗。當然,滲透檢測的可靠性也就無從談起。
(2) 試塊人工缺陷與實際表面開口缺陷的對應性無論是隨機開裂的A 型試塊,還是輻射開裂的B
型試塊及平行開裂的C 型試塊,它們都與受檢壓力容器的實際表面開口缺陷不同。因此,最好在使用
A ,B 或C 型試塊的同時,還應使用受檢壓力容器的帶有實際表面開口缺陷的試塊。
A ,B 或C 型試塊的人工缺陷顯示正常的同時,受檢壓力容器試塊上的實際開口缺陷也應顯示正
常。A ,B 或C 型標準試塊上的人工缺陷與受檢壓力容器實際開口缺陷顯示的對應性越高(例如標準
試塊上的細微裂紋與受檢壓力容器細微裂紋顯示的對應性越高) ,滲透檢測的可靠性就越高。
(3) 滲透檢測方法及工藝的選擇被檢壓力容器不同,制造方法不同,產生的缺陷類型將不同,缺陷
的尺寸也將不同。不同的缺陷類型和尺寸,將導致選用不同的滲透檢測方法及工藝。
很明顯,缺陷類型及尺寸與滲透檢測方法及工藝對應性越高,滲透檢測的可靠性就可能越高。試想,
如果使用水洗性著色滲透探傷法檢查晶間腐蝕裂紋,滲透檢測的可靠性將無從談起。
因此,為了提高滲透檢測的可靠性,必須合理選擇滲透劑及檢測工藝,合理選擇標準試塊及受檢壓
力容器實際缺陷試塊,使用可行的滲透檢測方法標準,加強滲透檢測人員的管理,進行正確的操作,建立
全面質量控制(QC) 及質量保證(QA) 體系等。
6 滲透檢測工藝方法標準
6. 1 我國滲透檢測方法標準
熒光滲透檢測在我國航空領域里應用非常廣泛;著色滲透檢測在我國特種設備行業里應用非常
廣泛。我國滲透檢測工藝方法標準基本與國際標準接軌,比較典型的有:
(1) GJB 2367《滲透檢測方法》;
(2) HB/ Z 61《滲透檢測》;
(3) JB 4730《壓力容器無損檢測》。
6. 2 國外滲透檢測方法標準
滲透檢測在美國、日本及歐洲應用非常廣泛。美國的滲透檢測工藝方法標準代表了國際滲透檢
測的一流水平,比較典型的有:
(1) ASTME 1417《滲透檢測的標準方法》;
(2) ASTME 165《滲透檢測的標準推薦操作方法》;
(3) ASTME 1208《親油性后乳化熒光滲透檢測的試驗方法》;
(4) ASTME 1209《可水洗性熒光滲透檢測的試驗方法》;
(5) ASTME 1210《親水性后乳化熒光滲透檢測的試驗方法》;
(6) ASTME 1219《溶劑去除性熒光滲透檢測的試驗方法》;
(7) ASTME 1220《溶劑去除性著色滲透檢測的試驗方法》;
(8) ASTME 1418《可水洗性著色滲透檢測的試驗方法》。
7 滲透檢測標準試塊
國際標準化組織無損檢測技術委員會表面方法分委員會,歐洲標準化委員會及我國有關標準都
規定了滲透檢測標準試塊的尺寸、制作方法及數據記錄,它將有利于滲透檢測過程的規范化,有利于對
滲透檢測劑系統的靈敏度和綜合性能進行驗證,有利于提高和保證滲透檢測結果的可靠性。
7. 1 A 型對比試塊[3 ]
7. 1. 1 A 型對比試塊的尺寸及功能
A 型對比試塊的形狀及其尺寸見圖1。圖1 A 型對比試塊
A 型試塊用于滲透檢測劑的性能測試和探傷靈敏度的比較。
7. 1. 2 A 型試塊的制作
A 型試塊基材為LY12 鋁合金板材或棒材,尺寸為75mm ×50mm ×10mm ,試塊長度方向應與板
材軋制方向一致;化學成分應符合GB/ T 3190 標準[4 ]規定;板材技術條件應符合GB/ T 3193 標準[5 ]
規定,棒材技術條件應符合GB/ T 3191 標準[6 ]或GB/ T 3192 標準[7 ]規定。
在試塊上表面粗糙度為 6. 3μm 的一面中間部位用噴燈進行局部加熱,溫度達到500～540 ℃,然
后立即投入水中急冷,使其產生開口裂紋,裂紋寬度為≤3μm ,3～5μm 和> 5μm ,呈不規則分布,且每
塊試塊上≯3μm 的裂紋不得少于兩條。然后將試塊加熱至約 140 ℃干燥,冷卻后將其分隔成相等的
A ,B 兩區(每區約為37. 5mm ×50mm ×10mm) 。
應用金相法逐塊測量每塊試塊上的裂紋寬度,并正確記錄在測試參數卡片上;試塊制造商需在試
塊質量證明書上標明裂紋寬度的測量結果和部位。
7. 2 B 型對比試塊
7. 2. 1 B 型對比試塊的尺寸及功能
圖2 B 型對比試塊B 型(改進型) 對比試塊的形狀及其尺寸見圖2。
B 型試塊用于評定熒光和著色滲透檢測的綜合性能,即評定滲透檢測劑系統和滲透檢測程序對
于不同尺寸缺陷的分辨能力及對粗糙表面的清洗能力。
7. 2. 2 B 型試塊的制作
該型試塊基材為不銹鋼板,牌號為00Cr17Ni132Mo2N ,硬度HV20 =150 ±10 或相當, 尺寸為
155mm ×50mm×2. 5mm。試塊分隔為兩個尺寸相等的部分(155mm ×25mm ×215mm) ,分別稱為可
清洗度測試區和缺陷評定區。
(1) 缺陷評定區先鍍鎳,其厚度為60 ±3μm ,硬度為HV20 = 500～600 ;后鍍硬鉻,厚度為0.
53～115μm ,405 ℃加熱70min (不排除其它工藝) ,使硬度達到HV20 = 900～1 000 ,硬鉻層粗糙度
為1. 2～1.6μm。再在電鍍層背面分別以2. 0 ,3. 5 ,5. 0 ,6. 5 和8. 0kN 的壓力,等距離壓制五個壓
痕,在電鍍層表面(與壓痕對應處) 形成圓或近似圓的放射狀裂紋,直徑分別達到3. 0 ,3. 5 ,4. 0 ,4. 5
和5. 5mm。試塊制造商在試塊質量證明書上標明每個放射狀裂紋的最大直徑實測值。
(2) 可清洗度測試區先將其分成四個大小均為25mm ×35mm 的區域;然后,通過特定的表面
處理方法,制成四個粗糙度分別為2. 5 ,5 ,10 和15μm 的區域。試塊制造商在試塊質量證明書上標
明四個不同粗糙度區域的粗糙度實測值。
圖3 C 型對比試塊
7. 3 C 型對比試塊[8 ]
7. 3. 1 C 型對比試塊的尺寸及功能
C 型試塊的形狀及尺寸見圖3。C 型試塊用于評定熒光和著色滲透液系統的靈敏度等級。其中電鍍層總厚度為10 ,20 和30μm
的試塊用于確定熒光滲透液系統的靈敏度等級,電鍍層總厚度為30 和50μm 的試塊用于確定著色滲
透液系統的靈敏度等級。
7. 3. 2 C 型試塊的制作
C 型試塊基材為黃銅板,尺寸為35mm ×100mm×2mm。
先在試塊基材上電鍍鎳和鉻,每塊試塊電鍍層總厚度不同,分別為10 ,20 ,30 和50μm;然后,用縱
向拉伸方法(不排除其它方法) 使電鍍層開裂而形成若干條近乎平行的橫向裂紋,裂紋深度接近電鍍
層總厚度,寬度與深度之比約為 1∶20 。
試塊制造商在試塊質量證明書上標明試塊裂紋寬度和深度(或電鍍層總厚度) 實測值。
8 滲透檢測工藝限制
著色滲透檢測不推薦使用干粉顯像劑和水溶性顯像劑,應采用非水濕顯像劑。
自顯像工藝應經過批準,使用專用的自顯像滲透液,黑光輻照度應≮3 000μW/ cm2 。
關鍵重要零件不推薦使用著色滲透檢測。
渦輪發動機關鍵零件的維修及檢修僅允許采用親水性后乳化熒光滲透檢測法進行檢驗,且檢驗
靈敏度應為高級及超高級。
9 滲透檢測裂紋深度的試驗[9 ]
滲透檢測越來越受到人們的重視,從斷裂力學的角度出發,人們對滲透檢測結果的期望不再局限
于裂紋的長度和寬度,還關心裂紋的深度。但是,滲透檢測的裂紋深度測量,一直是滲透檢測的盲點。
國內某研究單位使用鋁合金平板材料及鋁合金焊接試件進行著色滲透檢測試驗,并通過裂紋測深儀
測量與試件解剖對照,發現裂紋深度與長度和寬度之間有一定的對應關系。并以此得出統計規律數據,
得到裂紋長度、寬度與深度之間的對照表,對裂紋深度的評估有一定的參考價值。
10 不規則裂紋的角度對滲透深度的影響[10]
影響滲透檢測靈敏度的因素很多,包括滲透檢測材料、工藝方法及設備等,但是缺陷本身的性質
(例如受檢裂紋的開口寬度、深度及長度等) 直接影響滲透檢測的靈敏度。規則裂紋的滲透作用已有
研究報道,而不規則裂紋的探討報道甚少。
理論推導公式表明,滲透液在裂紋中的滲透深度主要取決于裂紋的角度大小;當裂紋的開口寬度
和深度都相同時,滲透液在有角度的裂紋中滲透得深;當裂紋的開口寬度相同時,裂紋越尖銳,檢測靈敏
度越高。滲透深度與裂紋的長度無關。
11 在役容器穿透裂紋的滲透檢測[11 ]
滲透檢測可分為表面滲透與穿透滲透檢測。前者檢測表面缺陷,后者檢測穿透缺陷(即檢漏) 。盛裝液
體介質的在役容器,在運行過程中一直處于承壓狀態。如果存有穿透裂紋(即使很細微) ,
由于其處于擴張狀態,就可能導致容器出現泄漏。停止運行,把液體介質清理出來,容器無內壓,
穿透裂紋則處于閉合狀態。如果泄漏位置在容器底部,受檢部位處于仰視位置,即使使用磁粉探傷,效
果也不好。此時,使用穿透滲透檢測的效果甚好。
使用穿透滲透檢測時,預清洗很重要。穿透裂紋中的污染物清洗得越干凈越好。清洗污染物所用
的清洗劑,如成分結構與容器中盛裝的液體介質相似,則清洗效果將更好。滲透檢測劑如與容器中盛裝
的液體介質成分結構相似,檢測效果也將更好。
使用穿透滲透檢測時,容器內側施加滲透液,容器外側施加顯像劑,容器外側形成缺陷顯示即可表
明容器泄漏位置。
12 滲透檢測的自動化[12 ]國內某研究單位使用電荷耦合器件(CCD) 圖像攝取和計算機圖像處理的機電一體化滲透檢測
自動分選系統和在SM21 型著色滲透檢測劑基礎上改進的水洗型著色滲透液和水溶型濕式顯像劑,
對非金屬陶瓷軸承球( <6. 6 和<8. 5mm) 進行檢測,檢測靈敏度高,能發現的最小裂紋寬度≤1μm ,缺
陷顯示寬度約為實際寬度的40～60 倍(即擴散系數約40～60) ,檢測速度快,成本低,減輕了勞動強度,
提高了工作效率,可使滲透檢測工藝規范化及自動化。
該自動分選系統不僅可用于陶瓷軸承球表面的點狀氣孔、疏松及裂紋的缺陷檢測,亦可用于鋼球
等曲面表面的缺陷檢測,為滲透檢測自動化探索出一條新路。
參考文獻:
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