压力容器无损检测渗透检测技术

摘 　要:介绍了压力容器渗透检测技术 ,包括渗透检测的适用范围、检测材料、操作要点、可靠 性、沧州欧谱国内外渗透检测工艺方法标准、标准试块及渗透检测自动化等。

关键词:渗透检测;压力容器;可靠性;工艺;标准试块 　　

中图分类号 :TG115. 28 　　　文献标识码:A 　　　

文章编号:100026656 (2004) 0720359205

NONDESTRUCTIVE TESTING OF PRESSURE VESSELS : PENETRANT TESTING HU Xue2zhi (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 , testing materials , keys of operation , reliability , new procedure standards at home and abroad , standard test block and automation system of penetrant testing and so on. Keywords :Penetrant testing ; Pressure vessels ; Reliability ; Procedure ; Standard test block 　　

根据《特种设备安全监察条例》的规定 ,压力容 器为特种设备 ,其设计、制造、安装、改造、维修、使用 及检验都被纳入政府各级质量监督检验检疫部门的 监察范围之内。 渗透检测是压力容器的重要检测方法。 JB 4730 标准[1 ]比较系统地叙述了非多孔性金 属材料或非金属材料制压力容器表面开口缺陷渗透 检测的工艺方法及检测结果的质量分级。至于不同 压力容器应采用的渗透检测工艺方法及质量等级则 要遵循相关法规及产品标准的有关规定。

1 　渗透检测方法的分类

(1) 按渗透液所含染料成分分类 　可分为荧 光、着色及荧光着色渗透检测法三类。 收稿日期:2004204215

(2) 按渗透液的去除方法分类 　可分为可水洗 性、亲油性后乳化、亲水性后乳化及溶剂性去除型渗 透检测法四类。

(3) 按渗透检测灵敏度等级分类 　可分为很 低、低级、中级、高级及超高级灵敏度五类。

(4) 按显像剂类型分类 　可分为干粉、水溶 性、水悬浮性、非水湿、特殊应用显像剂及自显像 剂六类。

(5) 按去除溶剂类型分类 　可分为卤族类、非 卤族类及特殊应用类溶剂去除剂三类。

2 　渗透检测的适用范围 渗透检测可有效地应用于检验非多孔性的金属 与非金属材料。当渗透检测应用于陶瓷类制品检验 时 ,要注意陶瓷类制品是否上釉 ,上釉者为瓷 ,可以 使用常规渗透检测方法进行检测。渗透检测应用于 石墨类制品检验时 ,要注意石墨类制品是否经过浸 铜等工艺处理 ,经过浸铜等工艺处理后 ,石墨类制品 中的细微孔洞被填充 ,就可以使用常规渗透检测方 法进行检测。渗透检测应用于粉末冶金类制品检验 时 ,要注意区分粉末冶金类制品究竟是松孔类制品 还是致密类制品 ,如果是致密类制品 ,就可以使用常 规渗透检测方法进行检测。

3 　渗透检测材料 一族渗透检测材料包括由生产厂家推荐的实用 的渗透液、乳化剂、溶剂去除剂和显像剂。不同生产 厂家生产的渗透检测材料不得交叉使用。 渗透检测应用于奥氏体及钛合金压力容器时 , 要注意控制渗透检测材料中氯及氟等卤族元素的含 量;应用于镍基合金压力容器时 ,要注意控制渗透检 测材料中硫元素的含量。 渗透检测应用于某些橡胶及塑料制品时 ,要注 意渗透检测材料与这些橡胶及塑料制品的相容性。 乳化剂分亲水性与亲油性两种 ,并以此有亲水 性与亲油性后乳化渗透检测法之分。亲油性乳化剂 根据不同的扩散速度分为快作用型及慢作用型两 种 ,它与化学成分及粘度有关;亲油性乳化剂通常按 供应状态使用。亲水性后乳化剂实质是一种洗涤 剂 ,通常按浓缩状态供应 ,用水稀释后使用。 沧州欧谱溶剂去除剂可分为卤化型与非卤化型两类。非 卤化型溶剂去除剂中 ,氯及氟等卤族元素的含量受 到严格控制 ,可用于奥氏体及钛合金材料的清洗。

4 　渗透检测的操作要点

(1) 压力容器渗透检测的适宜温度范围为 10～ 40 ℃。如果在实际检测过程中 ,受检区域温度超出 以上范围 ,则应通过对比试验 ,确定在实际温度条件 下进行渗透检测的有效性。

(2) 渗透检测工艺能否成功 ,很大程度上取决 于受检焊接接头表面及缺陷表面是否有干扰渗透检 测的固体或液体污染物。例如清洗受检焊接接头部 位时所产生的残留物会妨碍渗透液对缺陷的渗入 , 若残留物是强碱、强酸或铬酸等 ,则可能与渗透液发 生有害反应 ,从而降低渗透检测的灵敏度。因此应 彻底清除零件受检表面的固体或液体污染物。

(3) 喷砂、喷丸或磨削等加工工艺有可能导致 受检表面缺陷开口的封闭 ,或产生掩盖缺陷的显示 迹痕 ,可采用浸蚀方法处理上述表面。

(4) 采用静电喷涂法施加渗透液 ,可以避免过 量的渗透液堆积在受检零件上 ,并防止渗透液进入 空心孔通道 ,避免在检验时引起严重的渗出问题。

(5) 去除受检表面的多余渗透液时应避免出现 去除过度现象。 对于可水洗性渗透检测法而言 ,应防止过度清洗。 对于后乳化渗透检测法而言 ,必须防止过度乳 化 ,残留在缺陷中的渗透液一般不受过度清洗的影 响。亲油性乳化剂只能用浸涂法或浇涂法施加 ,不 能用刷涂法或喷涂法施加。亲水性乳化剂只能用浸 涂法、浇涂法或喷涂法施加 ,不能用刷涂法施加。 对于溶剂去除型渗透检测法而言 ,必须避免使 用过量的溶剂 ,更不允许使用溶剂冲洗受检表面。 为避免出现去除过度现象 ,对于荧光渗透检测 法而言 ,应在黑光灯监视下进行去除操作;对于着色 渗透检测法而言 ,应在白光灯监视下进行去除操作。

(6) 最好使用恒温控制的热风循环式干燥箱进 行干燥处理。干燥温度 ≯70 ℃,干燥时间 ≯30min , 否则 ,检验灵敏度将受到损伤。

(7) 常使用喷涂法施加溶剂悬浮湿式显像剂。 不要采用浸涂法或浇涂法施加溶剂悬浮湿式显像 剂 ,否则 ,会通过显像剂中的溶剂作用 ,使缺陷中的 渗透液被冲洗(溶解)掉 ,产生漏检的后果。

5 　渗透检测的可靠性 [2 ] 随着渗透检测方法在压力容器检测中的广泛应 用 ,其可靠性越来越受到重视。影响渗透检测可靠 性的因素有:

(1) 毛细现象作用的强弱 受检压力容器、渗透检测剂及渗透检测工艺等 被确定后 ,沧州欧谱受检压力容器的表面准备及预清洗就非 常关键。表面准备及预清洗越好 ,其表面开口缺陷 的内表面就可能越干净 ,毛细现象作用就越强 ,渗透 检测的可靠性就越高。否则 ,如果受检压力容器的 表面开口缺陷预清洗不好 ,表面开口缺陷被污染甚 至被堵塞 ,则毛细现象就不可能发生 ,渗透检测就要 失败。当然 ,渗透检测的可靠性也就无从谈起。

(2) 试块人工缺陷与实际表面开口缺陷的对应性 无论是随机开裂的 A 型试块 ,还是辐射开裂的 B 型试块及平行开裂的 C 型试块 ,它们都与受检压 力容器的实际表面开口缺陷不同。因此 ,最好在使 用 A ,B 或 C型试块的同时 ,还应使用受检压力容器 的带有实际表面开口缺陷的试块。 A ,B 或 C型试块的人工缺陷显示正常的同时 , 受检压力容器试块上的实际开口缺陷也应显示正 常。A ,B 或 C 型标准试块上的人工缺陷与受检压 力容器实际开口缺陷显示的对应性越高(例如标准 试块上的细微裂纹与受检压力容器细微裂纹显示的 对应性越高) ,渗透检测的可靠性就越高。

(3) 渗透检测方法及工艺的选择 被检压力容器不同 ,制造方法不同 ,产生的缺陷 类型将不同 ,缺陷的尺寸也将不同。不同的缺陷类 型和尺寸 ,将导致选用不同的渗透检测方法及工艺。 很明显 ,缺陷类型及尺寸与渗透检测方法及工艺对 应性越高 ,渗透检测的可靠性就可能越高。试想 ,如 果使用水洗性着色渗透探伤法检查晶间腐蚀裂纹 , 渗透检测的可靠性将无从谈起。 因此 ,为了提高渗透检测的可靠性 ,必须合理选 择渗透剂及检测工艺 ,合理选择标准试块及受检压 力容器实际缺陷试块 ,使用可行的渗透检测方法标 准 ,加强渗透检测人员的管理 ,进行正确的操作 ,建 立全面质量控制(QC)及质量保证(QA)体系等。

6 　渗透检测工艺方法标准

6. 1 　我国渗透检测方法标准 荧光渗透检测在我国航空领域里应用非常广 泛;着色渗透检测在我国特种设备行业里应用非常 广泛。我国渗透检测工艺方法标准基本与国际标准 接轨 ,比较典型的有:

(1) GJB 2367《渗透检测方法》;

(2) HB/ Z 61《渗透检测》;

(3) JB 4730《压力容器无损检测》。

6. 2 　国外渗透检测方法标准 渗透检测在美国、日本及欧洲应用非常广泛。 美国的渗透检测工艺方法标准代表了国际渗透检测 的一流水平 ,比较典型的有:

(1) ASTME 1417《渗透检测的标准方法》;

(2) ASTME 165《渗透检测的标准推荐操作方 法》;

(3) ASTME 1208《亲油性后乳化荧光渗透检测 的试验方法》;

(4) ASTME 1209《可水洗性荧光渗透检测的试 验方法》;

(5) ASTME 1210《亲水性后乳化荧光渗透检测 的试验方法》;

(6) ASTME 1219《溶剂去除性荧光渗透检测的 试验方法》;

(7) ASTME 1220《溶剂去除性着色渗透检测的 试验方法》;

(8) ASTME 1418《可水洗性着色渗透检测的试 验方法》。

7 　渗透检测标准试块 国际标准化组织无损检测技术委员会表面方法 分委员会 ,沧州欧谱欧洲标准化委员会及我国有关标准都规 定了渗透检测标准试块的尺寸、制作方法及数据记 录 ,它将有利于渗透检测过程的规范化 ,有利于对渗 透检测剂系统的灵敏度和综合性能进行验证 ,有利 于提高和保证渗透检测结果的可靠性。

7. 1 A型对比试块 [3 ]

7. 1. 1 A 型对比试块的尺寸及功能 A 型对比试块的形状及其尺寸见图 1。 图 1 A 型对比试块 A 型试块用于渗透检测剂的性能测试和探伤灵 敏度的比较。

7. 1. 2 A 型试块的制作 A 型试块基材为LY12 铝合金板材或棒材 ,尺寸 为 75mm×50mm×10mm ,试块长度方向应与板材轧 制方向一致;化学成分应符合 GB/ T 3190 标准[4 ]规 定;板材技术条件应符合 GB/ T 3193 标准[5 ]规定 ,棒 材技术条件应符合 GB/ T 3191 标准[6 ]或 GB/ T 3192 标准[7 ]规定。 在试块上表面粗糙度为 6. 3μm 的一面中间部 位用喷灯进行局部加热 ,温度达到500～540 ℃,然后 立即投入水中急冷 ,使其产生开口裂纹 ,裂纹宽度为 ≤3μm ,3～5μm 和 > 5μm ,呈不规则分布 ,且每块试 块上 ≯3μm的裂纹不得少于两条。然后将试块加热 至约 140 ℃干燥 ,冷却后将其分隔成相等的 A ,B 两 区(每区约为 37. 5mm×50mm×10mm) 。 应用金相法逐块测量每块试块上的裂纹宽度 , 并正确记录在测试参数卡片上;试块制造商需在试 块质量证明书上标明裂纹宽度的测量结果和部位。

7. 2 B型对比试块

7. 2. 1 B 型对比试块的尺寸及功能 图 2 B 型对比试块 B 型(改进型) 对比试块的形状 及其尺寸见图 2。 B 型试块用于评定荧光和着色 渗透检测的综合性能 ,即评定渗透 检测剂系统和渗透检测程序对于不 同尺寸缺陷的分辨能力及对粗糙表 面的清洗能力。

7. 2. 2 B 型试块的制作 该型试块基材为不锈钢板 ,牌 号为 00Cr17Ni132Mo2N ,硬度 HV20 = 150 ±10 或相当 ,尺寸为 155mm × 50mm×2. 5mm。试块分隔为两个尺寸相等的部分 (155mm ×25mm ×215mm) ,分别称为可清洗度测试 区和缺陷评定区。

(1) 缺陷评定区 　先镀镍 ,其厚度为 60 ±3μm , 硬度为 HV20 = 500～600 ;后镀硬铬 ,厚度为 0. 53～ 115μm ,405 ℃加热 70min (不排除其它工艺) ,使硬度 达到 HV20 = 900～1 000 ,硬铬层粗糙度为 1. 2～1. 6μm。再在电镀层背面分别以 2. 0 ,3. 5 ,5. 0 ,6. 5 和 8. 0kN 的压力 ,等距离压制五个压痕 ,在电镀层表面 (与压痕对应处) 形成圆或近似圆的放射状裂纹 ,直 径分别达到 3. 0 ,3. 5 ,4. 0 ,4. 5 和 5. 5mm。试块制造 商在试块质量证明书上标明每个放射状裂纹的最大 直径实测值。

(2) 可清洗度测试区 　先将其分成四个大小均 为25mm×35mm的区域;然后 ,通过特定的表面处理 方法 ,沧州欧谱制成四个粗糙度分别为 2. 5 ,5 ,10 和 15μm 的 区域。试块制造商在试块质量证明书上标明四个不 图 3 C型 对比试块 同粗糙度区域的粗糙度实测值。

7. 3 C型对比试块 [8 ]

7. 3. 1 C型对比试块的尺寸及功能 C型试块的形状及尺寸见图 3。 C 型试块用于评定荧光和着色渗 透液系统的灵敏度等级。其中电镀层 总厚度为 10 ,20 和 30μm 的试块用于确 定荧光渗透液系统的灵敏度等级 ,电镀 层总厚度为 30 和 50μm 的试块用于确 定着色渗透液系统的灵敏度等级。

7. 3. 2 C型试块的制作 C型试块基材为黄铜板 ,尺寸为 35mm ×100mm ×2mm。 先在试块基材上电镀镍和铬 ,每块试块电镀层 总厚度不同 ,分别为 10 ,20 ,30 和 50μm ;然后 ,用纵 向拉伸方法(不排除其它方法)使电镀层开裂而形成 若干条近乎平行的横向裂纹 ,裂纹深度接近电镀层 总厚度 ,宽度与深度之比约为 1∶20。 试块制造商在试块质量证明书上标明试块裂纹 宽度和深度(或电镀层总厚度)实测值。

8 　渗透检测工艺限制 着色渗透检测不推荐使用干粉显像剂和水溶性 显像剂 ,应采用非水湿显像剂。 自显像工艺应经过批准 ,使用专用的自显像渗 透液 ,黑光辐照度应 ≮3 000μW/ cm 2。 关键重要零件不推荐使用着色渗透检测。 涡轮发动机关键零件的维修及检修仅允许采用 亲水性后乳化荧光渗透检测法进行检验 ,且检验灵 敏度应为高级及超高级。

9 　渗透检测裂纹深度的试验 [9 ] 渗透检测越来越受到人们的重视 ,从断裂力学 的角度出发 ,人们对渗透检测结果的期望不再局限 于裂纹的长度和宽度 ,还关心裂纹的深度。但是 ,渗 透检测的裂纹深度测量 ,一直是渗透检测的盲点。 国内某研究单位使用铝合金平板材料及铝合金 焊接试件进行着色渗透检测试验 ,并通过裂纹测深 仪测量与试件解剖对照 ,发现裂纹深度与长度和宽 度之间有一定的对应关系。并以此得出统计规律数 据 ,得到裂纹长度、宽度与深度之间的对照表 ,对裂 纹深度的评估有一定的参考价值。

10 　不规则裂纹的角度对渗透深度的影响 [10] 影响渗透检测灵敏度的因素很多 ,包括渗透检 测材料、工艺方法及设备等 ,但是缺陷本身的性质 (例如受检裂纹的开口宽度、深度及长度等) 直接影 响渗透检测的灵敏度。规则裂纹的渗透作用已有研 究报道 ,而不规则裂纹的探讨报道甚少。 理论推导公式表明 ,渗透液在裂纹中的渗透深 度主要取决于裂纹的角度大小;当裂纹的开口宽度 和深度都相同时 ,渗透液在有角度的裂纹中渗透得 深;当裂纹的开口宽度相同时 ,裂纹越尖锐 ,检测灵 敏度越高。渗透深度与裂纹的长度无关。

11 　在役容器穿透裂纹的渗透检测 [11 ] 渗透检测可分为表面渗透与穿透渗透检测。前 者检测表面缺陷 ,后者检测穿透缺陷(即检漏) 。 盛装液体介质的在役容器 ,在运行过程中一直 处于承压状态。如果存有穿透裂纹(即使很细微) , 由于其处于扩张状态 ,就可能导致容器出现泄漏。 停止运行 ,把液体介质清理出来 ,容器无内压 ,穿透 裂纹则处于闭合状态。如果泄漏位置在容器底部 , 受检部位处于仰视位置 ,即使使用磁粉探伤 ,效果也 不好。此时 ,使用穿透渗透检测的效果甚好。 使用穿透渗透检测时 ,预清洗很重要。穿透裂 纹中的污染物清洗得越干净越好。清洗污染物所用 的清洗剂 ,如成分结构与容器中盛装的液体介质相 似 ,则清洗效果将更好。渗透检测剂如与容器中盛 装的液体介质成分结构相似 ,检测效果也将更好。 焊缝探伤仪http://www.hanfengtanshangyi.com使用穿透渗透检测时 ,容器内侧施加渗透液 ,容 器外侧施加显像剂 ,容器外侧形成缺陷显示即可表 明容器泄漏位置。

12 　渗透检测的自动化 [12 ] 国内某研究单位使用电荷耦合器件(CCD)图像 摄取和计算机图像处理的机电一体化渗透检测自动 分选系统和在 SM21 型着色渗透检测剂基础上改进 的水洗型着色渗透液和水溶型湿式显像剂 ,对非金 属陶瓷轴承球( <6. 6 和 <8. 5mm) 进行检测 ,检测灵 敏度高 ,能发现的最小裂纹宽度 ≤1μm ,缺陷显示宽 度约为实际宽度的 40～60 倍 (即扩散系数约 40～ 60) ,检测速度快 ,成本低 ,减轻了劳动强度 ,提高了 工作效率 ,可使渗透检测工艺规范化及自动化。

该自动分选系统不仅可用于陶瓷轴承球表面的 点状气孔、疏松及裂纹的缺陷检测 ,亦可用于钢球等 曲面表面的缺陷检测 ,为渗透检测自动化探索出一 条新路。

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