干燥箱温度和干燥时间对荧光渗透检验灵敏度的影响

渗透检验的优点是能检出非金属和非磁性零件 的表面开口缺陷 ,也能检出因几何形状和尺寸限制 而不适合进行磁粉探伤的零件表面开口缺陷 ,因此 在航空企业受到特别重视 ,作用愈来愈大[1 ]。但要 取得良好的渗透检验结果 ,需要分析其影响因素 ,在 此着重讨论荧光水洗渗透检验中干燥箱温度和干燥 时间对检测灵敏度的影响。

1 　试验步骤 选 PSM25 五点试片作对比试片 ,采用手工荧光 水洗渗透法。沧州欧谱渗透剂牌号为 ZL260D ,显像剂为 ZP2 4B 型干粉 ,灵敏度级别为中等。

试验步骤如下[2 ] :

(1) 预清洗 　将泡在 50 %(V/ V) 丙酮及 50 % (V/ V)无水乙醇中的 PSM25 试片取出 ,用脱脂棉在 黑光灯下擦拭干净。

(2) 渗透 　选用浸没法 ,渗透温度 23 ℃,时间 20min ,如需延长时间 ,则必须使试片保持湿润状态。

(3) 去除表面多余渗透剂 　在黑光灯下用水喷 枪清洗试片表面多余渗透剂 ,水压为 0. 25MPa ,水 温为 23 ℃,喷枪在距试片 300mm 处以 45°疏水喷 洗 ,冲洗时间尽量短 ,避免过水洗。淋洗保持在 20 ℃左右 ,以免因水温波动造成淋洗效果不一致。 这样既可避免清洗不足造成的试片本底显示过强 , 也可避免因过清洗造成渗入缺陷的渗透剂流失 ,导 致缺陷指示减弱。清洗后 ,立即用干净的棉纱或脱 收稿日期:2002212210 脂棉擦去明显水分。

(4) 烘干 　将清洗后的试片放入热空气循环烘 干箱中 ,温度和时间分别设定为 60 ℃,3min ;70 ℃, 3min ;80 ℃,3min ;120 ℃,5min ;140 ℃,10min。

(5) 显像与观察 　将干燥后的试片放入 ZP24B 型干粉喷粉柜中 ,15min 后用凉风吹去干粉即可观 察。观 察 暗 室 的 黑 光 照 度 为 1 000μW/ cm 2 (在 380mm 处测量) ,暗区适应时间 ≥2min。

2 　试验结果 烘干条件为 60 ℃,3min 时 ,试片在黑光灯下显 示四点 ,呈明亮的黄绿色 ,渗透剂被干粉显像剂吸出 的量如图 1a 所示;烘干条件为 70 ℃,3min 时 ,试片 在黑光灯下显示四点 ,呈明亮的黄绿色 ,渗透剂被干 粉显像剂吸出的量如图 1b 所示;烘干条件为 80 ℃, 3min 时 ,试片在黑光灯下显示四点 ,呈明亮的黄绿 色 ,渗透液在缺陷上的星状显示变小 ,渗透剂被干粉 显像剂吸出的量如图 1c 所示;烘干条件为 120 ℃, 5min 时 ,试片显示四点 ,星状缺陷显示颜色变淡 ,形 状变小 ,渗透剂被干粉显像剂吸出的量如图 1d 所 示;烘干条件为 140 ℃,10min 时 ,试片显示三点 ,星 状缺陷显示颜色变得更淡 ,显示更小 ,渗透剂被干粉 显像剂吸出的量如图 1e 所示。

试验可知 ,烘干时间相同 ,温度升高时 ,渗入缺 陷中的渗透剂量由于挥发而下降 ,它与显像剂接触 面减小 ,被吸出的量也减少 ,缺陷显示灵敏度下降。 (a) 60 ℃,3min (b) 70 ℃,3min (c) 80 ℃,3min (d) 120 ℃,5min 如烘干条件为 120 ℃,5min 时 ,缺陷的显示明显下 降 ,第四点的亮度变得很微弱;烘干条件为 140 ℃, 10min 时 ,由于挥发 ,细微缺陷中的渗透剂量降低 , 渗透剂不能与显像剂接触 ,致使形成可见指示的扩 散作用失效 ,试片显示点数降为 3 点 ,黑光灯下观察 亮度不明显。

3 　试验分析 [3 ] 以上试验结果的差异由渗透剂物理性质决定。 渗透剂为液体 ,其内部的每个分子被周围其它 分子均匀地包围 ,在任一充分时间内 ,振动的液体分 子吸引力趋于平衡 ,作用在各分子表面上的所有方 向吸引力均匀 ,彼此抵消。但对液面上的分子 ,相邻 分子的吸引力要么垂直指向液体内部 ,要么均匀地 在所有方向辐射指向液面上的相邻分子 ,使液面上 的力趋于抵消。但是 ,由于液膜外和非常接近液面 分子处只有很少的蒸气分子 ,没有向外的吸引力来 抵消向内吸引力 ,结果每个液体表面分子被垂直于 液面并指向液体内部的力强烈地吸引 ,这种向内的 引力导致表面分子向内运动比被液内分子替补液膜 空缺而向外的运动要快得多 ,液面分子数量大为减 少 ,也就使得液体表面趋于收缩到其最小面积。这 就意味着要保持不再缩小的平衡 ,必须依靠做功来 扩大表面积。表面积扩大后 ,液体内部的分子被带 到表面上来 ,尽管作用于这种分子上的向内吸引力 使它趋于液体内部 ,但还是被推向表面 ,这样每个分 子从液体向内表面运动以增加表面积做功 ,这种功 在数量上可以认为等于液体表面的自由能。液面下 分子作用在液面分子垂直向内的吸引力是产生表面 自由能的原因。

一般常用液体表面张力来代替液体表面自由 能 ,它是液体表面层收缩趋势的表现 ,液体表面层中 的分子一方面受到液体内部的吸引力 ,另一方面受 到其相邻气体分子的吸引力。 缺陷中渗透液表面的分子基本上受热激发的支 配 ,液体分子的平动和转动相当自由。当液体温度 升高时 ,热能引起分子间的随机振动、转动和平动 , 其幅度随热的程度增大而增大。缺陷中的渗透液加 热时会产生热膨胀 ,液体表面的某些液动分子由于 相邻分子的碰撞能充分接受能量 ,使它获得足够摆 脱相邻分子吸引力的逸出速度而进入气相或蒸气相 中 ,沧州欧谱该相和蒸发分子的液面保持独特的平衡。 当烘干箱的温度不断上升 ,气体分子的平均动 能增大 ,于是可摆脱渗透剂液面分子吸引力形成气 相 ,导致缺陷中的液面因蒸发而下降 ,缺陷显示减 弱。

持续施加微热同样会增加渗透剂蒸发 ,随着其 轻组分的蒸发 ,渗透剂粘性增加 ,浓度加大 ,显像时 的毛细作用力下降 ,显示灵敏度减弱。高温还会使 渗透剂中的示踪染料失去荧光 ,减弱显示缺陷的荧 光亮度和强度。 过度焙烘使渗透剂中不易蒸发的物质附着在缺 陷中 ,而且荧光亮度和强度减弱 ,对较小裂纹显示的 影响尤其敏感 ,所以在 140 ℃烘干 10min 后 ,只有三 个较大星状缺陷显示。并且缺陷中的渗透液干在其 中后清洗困难 ,导致在第一遍检验时发现的缺陷在 进行第二遍检验时却无法显示 ,造成漏检。

4 　结论 在实际液体渗透检验中 ,允许的最高干燥温度 与所用渗透剂的种类和零件的材料有关 ,如塑料零 件通常用 40 ℃以下的温风吹干 ,用于金属试件干燥 的恒温箱温度一般 ≯70 ℃。干燥时间应尽量短 ,它 与零件的材料、尺寸、表面粗糙度、表面水分、零件初 始温度和烘干温度等因素有关 ,与每批干燥零件的 数量无关。为控制最短干燥时间 ,水洗后 ,用干燥的 压缩空气喷吹零件表面水分 ,尤其需要吹去盲孔、凹 槽 、内腔部位及可能积聚部位的水分 。零件干燥后 (下转第 98 页) · 29 · 莫瑕琳: 干燥箱温度和干燥时间对荧光渗透检验灵敏度的影响员下水工作 ,这是其它无损检测方法不能比拟的。

3. 2 　船与潜艇 由于船在海中受到各个方向的扭力和张力 ,以 及在极端恶劣的气候环境下 ,焊缝受到极大的应力 和腐蚀。电磁涡流检测能测出细微的裂纹 ,对新焊 缝与旧焊缝皆有极佳的效果。潜艇在海上同样受海 水侵蚀 ,所受压力一般是海面上压力的数十倍 ,因此 丝毫差错就会造成极大危险。为对深水、寒冷环境 中的潜艇进行定期探伤 ,开发研制一种融表面处理、 电磁涡流检测和焊接修补于一体的现代遥控、遥感 探伤设备具有重要的现实意义。

3. 3 　桥与吊机 陆上大型结构同样遭受极大的应力 ,如桥梁和 吊机等 ,均受到不同大小幅度的周期载荷震动 ,在一 定的震动次数和重复载荷及气候变化腐蚀下 ,容易 造成金属疲劳 ,形成工业意外的诱因 ,因此对其的检 测不容乎视。

3. 4 　主题公园内的机动游戏机 主题公园内的机动游戏机受到各种周期性的负 载和震动 ,容易造成金属疲劳 ,在受力的焊接处更容 易发生断裂。温带及热带主题公园需一年四季开 放 ,电磁涡流检测因其快速可靠便成为最佳选择 ,不 论是否进行自动扫描 ,在役检测已成了无损检测的 新趋势 ,可减少人力及时间 ,以降低成本及提高维修 质量。

4 　电磁涡流焊缝检测展望 随着电子技术、电磁涡流技术和微机技术的融 合 ,新型电磁涡流设备具有了多功能、多用途、体积 小、重量轻、携带移动方便、操作容易等优点。铁磁 性焊缝检测选用智能便携式涡流仪 ,配备专用传感 器 ,可有效抑制提离效应 ,抑制焊缝热影响区和粗糙 焊面形成的干扰信号 ,获得清晰、稳定可靠的检测信 号。电磁涡流法能检测金属材料表面、亚表面的缺 陷 ,焊缝表面非金属涂层厚度达到甚至超过 2mm 也能检测 ,而实际上一般钢结构的油漆涂层厚度只 有 0. 3～0. 4mm。而且 ,在潮湿、大风、光线不足或 在水中也能进行检测。对比之下 ,涡流检测成本费 用不高 ,不需去油漆 ,且检测速度较快。若配以自动 化辅助设备 ,便可进一步提高检测速度和效率 ,且能 到达一些较危险的检测位置 ,降低检测人员的风险。

值得指出的是 ,虽然这种新型电磁涡流法有许 多优点 ,但对检测人员有较高的技术水平要求。数字超声波探伤仪http://www.shuzichaoshengbotanshangyi.com涡 流法对铁磁材料表面检测的灵敏度很高 ,而渗透深 度很浅 ,对不同材料的测试需要不同的标准试块 ,必 要时应选用特定频率范围和相应的探头作检测。另 外 ,铁磁性材料表面以下的裂纹是无法检出的。此 外 ,提离效应、末端效应、边缘效应及端角效应等对 检测信号仍有一定的影响 ,对不清洁、太粗糙、高低 不平及焊瘤表面较难检测 ,检测人员需耐心谨慎地 分辨。工程上 ,能够检出的最小裂纹深度视具体工 况而定 ,一般在 0. 5～2mm。 尽管涡流检测法有一定的局限性 ,但毕竟是迄 今为止最有效的不去除涂层的在役焊缝检测方法 , 目前已在欧洲广泛应用 ,并制订了相应标准 BS (EN) 1711 :2000 [3 ]。

世界上几个主要船级社都已 认可了这种方法 ,如英国劳氏船级社、美国和挪威船 级社等。笔者坚信 ,随着电磁涡流检测技术研究的 不断深入 ,新型设备和传感器的推陈出新 ,设备的灵 敏性和可靠性将日臻完善 ,能更好地满足现场的使 用要求。同时 ,多信息融合技术的应用(如结合金属 磁记忆检测技术 MMM T) ,也将进一步提高焊缝电 磁检测结果的置信度。目前 ,国内有关方法的行业标 准也在酝酿中 ,可望在不久的将来获得制订与颁布。

参考文献: [1 ] 任吉林 ,林俊明 ,高春法. 电磁检测[ M ]. 北京:机械工 业出版社 ,2000. [2 ] 林俊明 ,张开良 ,林发炳 ,等.焊缝裂纹快速检测与深度 测量[A ].第八届全国无损检测大会暨国际无损检测 技术研讨会论文集[ M/ CD ].苏州:2003. [3 ] BS ( EN) 1711 : 2000 , Non2Destructive Examination of Welds : Eddy Current Examination of Welds by Complex Plane Analysis[ S].