焊縫滲透檢測應(yīng)用分析

關(guān)洪光

（山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

滲透檢測是一種以毛細(xì)現(xiàn)象為基礎(chǔ)的檢測表面開口缺陷的無損檢測方法，是無損檢測五大常規(guī)檢測方法之一，不受被檢工件材質(zhì)和結(jié)構(gòu)限制，可檢測各種表面開口缺陷，特別是溶劑去除法著色檢測，不受現(xiàn)場水源電源限制，操作簡便，應(yīng)用十分廣泛。

滲透液在毛細(xì)作用下滲入表面開口缺陷中，去除表面多余滲透液后，施加顯像劑，缺陷內(nèi)的殘留滲透劑又在毛細(xì)作用下回滲到工件表面，從而顯示出缺陷的形貌和分布狀態(tài)。

對(duì)于焊縫來講，容器內(nèi)壁焊縫，管座角焊縫，各種狹小部位的焊縫等等的質(zhì)量檢測，焊縫泄漏的漏點(diǎn)查找，裂紋修復(fù)過程中的質(zhì)量檢測等等，滲透檢測都顯示了其優(yōu)越性。要保證滲透劑能夠充分滲入開口缺陷中，并且在去除多余滲透劑時(shí)不被清洗掉，又能夠充分地回滲到施加在表面上的顯像劑中，是檢出缺陷的關(guān)鍵。

但是，實(shí)際檢測時(shí)，滲透檢測劑的性能、被檢工件的表面狀況、檢測環(huán)境、滲透劑清洗的效果、顯像劑施加的狀況等等，都會(huì)對(duì)滲透檢測的結(jié)果及檢測靈敏度產(chǎn)生一定的影響。相對(duì)于其他無損檢測方法，焊縫的滲透檢測幾乎都是檢測人員手工操作，人為因素影響很大，要定量的控制整個(gè)檢測過程非

常困難。

1 影響檢測靈敏度的因素分析

檢測靈敏度，是指能夠發(fā)現(xiàn)的最小缺陷尺寸或是發(fā)現(xiàn)和識(shí)別細(xì)小缺陷的難易程度。對(duì)于滲透檢測來說，一般以發(fā)現(xiàn)細(xì)小裂紋的寬度和深度來衡量。影響檢測靈敏度的因素，主要包括滲透檢測劑、被檢工件狀況、環(huán)境條件和檢測操作等。

1.1 滲透液性能對(duì)靈敏度的影響

滲透檢測中，滲透劑對(duì)被檢工件表面的良好潤濕是進(jìn)行滲透檢測的先決條件。滲透液能夠充分潤濕工件表面和顯像劑，才能夠滲入缺陷中，以及被顯像劑吸附出來。滲透液有較強(qiáng)的潤濕性能，才能充分滲入缺陷并被顯像劑吸出，從而將缺陷顯示出來。因此潤濕性能是滲透劑的重要指標(biāo)，綜合反映了液體的表面張力和接觸角兩種物理性能指標(biāo)。

滲透劑的滲透能力用滲透劑在毛細(xì)管中上升的高度來衡量。從液體在毛細(xì)管中上升高度的公式

以看出，滲透劑的滲透能力與表面張力系數(shù)α和接觸角的余弦cosθ的乘積成正比。一般 θ燮5°時(shí)，cosθ≈1，滲透性能較好。

滲透液滲入缺陷中以及被吸附到工件表面的過程，還會(huì)受到滲透劑粘度的影響。粘度是流體分子間存在摩擦力而相互牽制的表現(xiàn)。滲透液的粘度對(duì)滲透速度和滲透劑的保留性有一定的影響。滲透速率（動(dòng)態(tài)滲透參量）KPP與滲透液粘度η的關(guān)系為：

可見，滲透液粘度小，滲透速度快，滲透時(shí)間短。但是去除工件表面多余滲透劑時(shí)，缺陷內(nèi)的滲透劑也容易被清洗掉，保留性不好，會(huì)降低靈敏度。因此滲透劑的粘度要適當(dāng)，過高或者過低都不好。

此外，顯像劑也會(huì)影響檢測靈敏度。顯像劑中的顯像粉末粒度越細(xì)，形成的毛細(xì)管直徑就越小，顯像劑的吸附能力就越強(qiáng)，缺陷內(nèi)的滲透液容易被吸附出來，檢測靈敏度就高。

1.2 被檢工件狀況對(duì)靈敏度的影響

工件表面粗糙度的影響。如果工件表面粗糙度比較高，在擦拭去除表面多余滲透劑時(shí)就會(huì)比較困難，表面殘余的滲透劑會(huì)比較多，造成缺陷顯示對(duì)比度低，小缺陷不易辨認(rèn)，降低了檢測靈敏度。溶劑去除法滲透檢測只適用于光潔度比較高的工件表面的檢測。

缺陷尺寸的影響。滲透檢測檢出表面開口缺陷的檢出率，主要取決于開口缺陷的寬度，其次取決于深度及長度。缺陷的寬深比越小，缺陷深度越大，對(duì)滲透劑來講毛細(xì)管作用就越強(qiáng)，靈敏度就高。實(shí)際檢測中，寬深比小的裂紋很容易被檢出，淺而寬的缺陷容易被漏檢。但是裂紋的寬度過小，滲透液中的染料顆粒難以進(jìn)入缺陷中，缺陷顯示將會(huì)受到極大限制，靈敏度也會(huì)降低。

1.3 檢測環(huán)境對(duì)靈敏度的影響

溫度的影響。環(huán)境溫度高，滲透液的表面張力和粘度會(huì)降低，潤濕作用強(qiáng)，滲透液滲透能力增強(qiáng)，滲透速度快。但是溫度過高，滲透液在滲透過程中容易干涸，清洗困難，甚至堵塞開口缺陷，無法回滲。溫度過低，粘度增大，滲透速度緩慢。實(shí)際檢測中，溫度一般控制在10～50℃之間。當(dāng)溫度在此范圍之外時(shí)，應(yīng)用鋁合金淬火試塊作對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)檢測操作進(jìn)行修正。為提高細(xì)小裂紋的檢測靈敏度，可將溫度稍微提高一些，將工件預(yù)熱后進(jìn)行檢測。

壓力的影響。外界壓力越低，滲透深度就會(huì)越大，同是也有利于缺陷內(nèi)氣體排出液面，滲透劑的滲透作用就會(huì)增強(qiáng)。

振動(dòng)的影響。滲透時(shí)對(duì)工件施加振動(dòng)，缺陷內(nèi)氣體容易排出液面，并且振動(dòng)的交變應(yīng)力在某一瞬間會(huì)克服滲透液滲透的阻力，使?jié)B透液容易滲入缺陷。

1.4 檢測工藝操作的影響

目前在現(xiàn)場進(jìn)行滲透檢測時(shí)，均為檢測人員手工操作，檢測過程中，如有任何一步操作不當(dāng)，都有可能影響缺陷檢出，使靈敏度降低。如滲透時(shí)間短滲入缺陷的滲透液少，滲透液清洗不干凈造成的虛假顯示，過清洗造成的漏檢等。

2 滲透檢測的工藝過程應(yīng)注意的問題

2.1 表面預(yù)處理

被檢工件的表面狀況直接影響著滲透檢測的結(jié)果。滲透檢測靈敏度很大程度上取決于被檢表面的污染程度及粗糙度。

檢測前應(yīng)了解被檢焊縫的焊接工藝及焊縫的工作環(huán)境，估計(jì)可能出現(xiàn)的缺陷性質(zhì)及大小，以便確定重點(diǎn)檢測區(qū)域，采取針對(duì)性的檢測措施。

表面預(yù)處理的方法不得損傷工件表面，不得堵塞表面開口缺陷。

鍋爐及壓力容器的焊縫及附近一般都會(huì)有飛濺、凹坑、腐蝕、氧化皮、銹蝕等存在，在檢測之前必須去除干凈。實(shí)際檢測時(shí)，一般用砂輪機(jī)打磨焊縫及兩側(cè)熱影響區(qū)各25 mm寬，然后用清洗劑清洗表面并進(jìn)行干燥。打磨工件表面時(shí)，有時(shí)砂輪會(huì)使工件表面層局部變形，如變形發(fā)生在表面缺陷開口處，有可能會(huì)使開口閉合，打磨產(chǎn)生的金屬細(xì)屑和沙末也可能會(huì)堵塞缺陷的開口，降低檢測效果甚至造成漏檢。

這時(shí)應(yīng)采用其他的方法進(jìn)行清理和清洗。比如在清理時(shí)，可先通過敲打、刮蹭等去除較厚的結(jié)垢、銹蝕等物，然后進(jìn)行酸洗和堿洗，酸洗能夠有效地去除工件表面上的氧化物、銹蝕物、涂料及銹等；堿洗可降低表面和界面張力，對(duì)工件表面的污物起到懸浮和乳化作用，酸堿的浸蝕也可使閉塞的缺陷開口重新張開。酸洗和堿洗時(shí)，由于酸、堿對(duì)某些金屬有強(qiáng)烈的侵蝕作用，所以在使用時(shí)對(duì)溶液的濃度、清洗的時(shí)間都要嚴(yán)格控制。酸洗和堿洗后的工件表面必須把清洗劑沖洗干凈并進(jìn)行干燥，以便排除缺陷內(nèi)的溶劑和水分。

2.2 滲透

被檢表面干燥后，施加滲透劑。一般用噴灌進(jìn)行噴涂。滲透劑必須將被檢部位完全濕潤覆蓋。滲透劑種類不同，被檢工件材質(zhì)不同，缺陷性質(zhì)和細(xì)微程度不同，滲透時(shí)間也不同。一般標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在常溫下滲透時(shí)間不少于10 min。對(duì)于懷疑有缺陷的表面，滲透時(shí)間要相應(yīng)延長。

相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)試塊來說，實(shí)際檢測的焊縫表面粗糙，并且位置方向各不相同，加上環(huán)境的影響，滲透液施加后易流失、風(fēng)干。在高溫、大風(fēng)的環(huán)境中，有時(shí)為了保證檢測結(jié)果，可在某些檢測部位施加滲透液后覆蓋吸水紙，然后再次噴涂滲透劑，提高滲透效果。在滲透的整個(gè)過程中，要始終保持被檢表面被滲透劑潤濕，防止?jié)B透劑流失、風(fēng)干，無法回滲，造成漏檢。

在滲透過程中還應(yīng)采取一些措施，如敲擊、振動(dòng)等，使缺陷中空氣盡量排出，以利于滲透劑充分滲入。另外還有一些因素影響滲透時(shí)間，比如表面粗糙，滲透時(shí)間應(yīng)延長；滲透液的滲透力越強(qiáng)，滲透時(shí)間越短。

檢測時(shí)的環(huán)境溫度對(duì)滲透效果也有很大的影響。滲透液粘度值越高，滲入開口缺陷所需的時(shí)間越長，而環(huán)境溫度對(duì)滲透液粘度又有很大的影響。

冬季在室外檢測時(shí)，滲透液粘度明顯增大，滲透液不易滲入開口缺陷中。為了提高滲透效果，可將滲透劑噴罐放入50℃左右的熱水中加熱，罐內(nèi)溫度提高后再使用，可大大提高滲透速度，縮短滲透時(shí)問，提高工作效率。

夏季高溫下檢測，或是在設(shè)備搶修等溫度較高的環(huán)境下檢測時(shí)，為保持滲透劑的濕潤，防止其干涸，要注意觀察，根據(jù)情況多次噴涂滲透劑，使?jié)B透液在檢測面上始終保持濕潤。

2.3 清洗

對(duì)于溶劑清洗型滲透劑，為保證被檢表面既清洗徹底，無殘余的滲透劑影響顯像效果，又不能過洗，常用的方法是先用吸濕性好的軟紙依次擦拭，盡可能擦去被檢表面上多余的滲透劑。然后將清洗劑噴在紙上，沿一個(gè)方向進(jìn)行擦拭，不能往復(fù)擦拭，擦過的紙不能重復(fù)使用。最后，再用干凈的紙不加清洗劑擦干表面。要注意不能將清洗劑直接噴在被檢表面，否則缺陷中的滲透劑會(huì)被清洗劑稀釋，產(chǎn)生回滲造成過清洗，造成漏檢。

2.4 顯像

顯像劑噴涂之前要充分搖動(dòng)壓力噴灌，使顯像劑在罐中均勻懸浮。顯像劑噴涂的薄厚對(duì)細(xì)小缺陷的檢出靈敏度有很大影響，顯像劑不能噴涂得過厚，只要能將底色覆蓋即可。對(duì)于細(xì)小裂紋，由于滲入的滲透液較少，回滲的滲透液會(huì)更少，顯像劑過厚就會(huì)掩蓋裂紋造成漏檢。另外，顯像時(shí)間要適當(dāng)，要有足夠的時(shí)間讓顯像作用充分進(jìn)行，但也應(yīng)在滲透劑擴(kuò)展的過寬以及缺陷顯示變得難以評(píng)定之前完成檢驗(yàn)。顯像時(shí)間太長會(huì)使缺陷圖象嚴(yán)重?cái)U(kuò)散，分辨率降低；時(shí)間太短缺陷難以顯示，會(huì)引起漏檢。

3 常見焊接缺陷顯示分析

滲透檢測能夠發(fā)現(xiàn)的常見焊接缺陷主要有裂紋、表面氣孔、坡口未熔合等。

3.1 裂紋

焊接裂紋按其產(chǎn)生的溫度和時(shí)間不同，可分為熱烈紋和冷裂紋。

熱烈紋產(chǎn)生的原因是焊縫金屬在凝固過程中，低熔點(diǎn)的雜質(zhì)呈液態(tài)被排擠并富集在晶界上，形成液態(tài)層。在隨后的結(jié)晶過程中，由于收縮使其受拉力，當(dāng)拉伸變形超過了晶界間層間的變形能力，又得不到新的液相補(bǔ)充時(shí)，便可在此薄弱帶形成晶間裂紋。

滲透檢測時(shí)，熱烈紋一般顯示為略帶曲折的波浪狀或鋸齒狀紅色細(xì)條紋。火口熱烈紋呈星狀，較深的火口裂紋有時(shí)因滲透劑回滲較多使顯示擴(kuò)展而成圓形，但如果用沾有清洗機(jī)的棉球擦去顯示后，裂紋的特征便可清晰的顯示出來。

冷裂紋是在相變溫度以下的冷卻過程中和冷卻以后出現(xiàn)的裂紋。此類裂紋多出現(xiàn)在有淬硬傾向的高強(qiáng)鋼中。一般產(chǎn)生在焊縫熱影響區(qū)，有時(shí)也出現(xiàn)在焊縫金屬中。冷裂紋的特征是穿晶開裂。滲透檢測時(shí)，冷裂紋顯示一般呈直線狀紅色細(xì)條紋，中部稍寬，兩端尖細(xì)，顏色逐漸減淡，直至消失。

3.2 表面氣孔

形成氣孔的根本原因是焊縫金屬吸入過多的氣體。表面氣孔是在氣體逸出過程中，氣泡浮到金屬表面，但受到已經(jīng)凝固的熔渣的阻礙，殘留在金屬表面而形成的。滲透檢測時(shí)，表面氣孔的顯示為圓形、橢圓形的紅色亮點(diǎn)，并均勻的向邊緣減淡。由于回滲現(xiàn)象較為嚴(yán)重，表面氣孔的缺陷痕跡會(huì)隨顯像時(shí)間延長而迅速擴(kuò)展。

3.3 未熔合

未熔合是指填充金屬和母材之間或填充金屬層間沒有熔合在一起。滲透檢測無法發(fā)現(xiàn)層間未熔合，坡口未熔合延伸到表面時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。未熔合的顯示呈現(xiàn)為直線狀或橢圓形的紅色線條。

4 結(jié)束語

滲透檢測的理論涉及物理、化學(xué)等多種學(xué)科，并且跟被檢工件的加工制造過程緊密相關(guān)。因此需要滲入學(xué)習(xí)相關(guān)理論，有針對(duì)性的改進(jìn)檢測工藝，才能夠提高檢測各種缺陷，特別是微小缺陷的能力。

滲透檢測某些工藝參數(shù)，如滲透時(shí)間、顯像時(shí)間，顯像層厚度等，都無法從理論上進(jìn)行定量確定，完全是根據(jù)實(shí)際檢測試驗(yàn)得來的。因此實(shí)際檢測中，積累經(jīng)驗(yàn)更為重要。

在實(shí)際檢測中，為了保證檢測質(zhì)量，檢測人員應(yīng)盡職盡責(zé)，對(duì)檢測的每一步驟都必須嚴(yán)格按照檢測工藝規(guī)程和工藝卡進(jìn)行，以保證檢測效果。

［1］ 胡學(xué)知主編.滲透檢測［M］.中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2007,5.

［2］ 鄭文儀.滲透檢驗(yàn)［M］.國防工業(yè)出版社,1981.

［3］ 美國無損檢測學(xué)會(huì)編.美國無損檢測手冊(cè)（滲透卷）［M］.世界圖書出版社,1994.