焊縫滲透檢測應用分析

關洪光

（山東電力研究院，山東 濟南 250002）

0 引言

滲透檢測是一種以毛細現象為基礎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檢測方法之一，不受被檢工件材質和結構限制，可檢測各種表面開口缺陷，特別是溶劑去除法著色檢測，不受現場水源電源限制，操作簡便，應用十分廣泛。

滲透液在毛細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，缺陷內的殘留滲透劑又在毛細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。

對于焊縫來講，容器內壁焊縫，管座角焊縫，各種狹小部位的焊縫等等的質量檢測，焊縫泄漏的漏點查找，裂紋修復過程中的質量檢測等等，滲透檢測都顯示了其優越性。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，是檢出缺陷的關鍵。

但是，實際檢測時，滲透檢測劑的性能、被檢工件的表面狀況、檢測環境、滲透劑清洗的效果、顯像劑施加的狀況等等，都會對滲透檢測的結果及檢測靈敏度產生一定的影響。相對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，是指能夠發現的最小缺陷尺寸或是發現和識別細小缺陷的難易程度。對于滲透檢測來說，一般以發現細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、環境條件和檢測操作等。

1.1 滲透液性能對靈敏度的影響

滲透檢測中，滲透劑對被檢工件表面的良好潤濕是進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，綜合反映了液體的表面張力和接觸角兩種物理性能指標。

滲透劑的滲透能力用滲透劑在毛細管中上升的高度來衡量。從液體在毛細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α和接觸角的余弦cosθ的乘積成正比。一般 θ燮5°時，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。滲透液的粘度對滲透速度和滲透劑的保留性有一定的影響。滲透速率（動態滲透參量）KPP與滲透液粘度η的關系為：

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

此外，顯像劑也會影響檢測靈敏度。顯像劑中的顯像粉末粒度越細，形成的毛細管直徑就越小，顯像劑的吸附能力就越強，缺陷內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就會比較困難，表面殘余的滲透劑會比較多，造成缺陷顯示對比度低，小缺陷不易辨認，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，對滲透劑來講毛細管作用就越強，靈敏度就高。實際檢測中，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入缺陷中，缺陷顯示將會受到極大限制，靈敏度也會降低。

1.3 檢測環境對靈敏度的影響

溫度的影響。環境溫度高，滲透液的表面張力和粘度會降低，潤濕作用強，滲透液滲透能力增強，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。實際檢測中，溫度一般控制在10～50℃之間。當溫度在此范圍之外時，應用鋁合金淬火試塊作對比試驗，對檢測操作進行修正。為提高細小裂紋的檢測靈敏度，可將溫度稍微提高一些，將工件預熱后進行檢測。

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

振動的影響。滲透時對工件施加振動，缺陷內氣體容易排出液面，并且振動的交變應力在某一瞬間會克服滲透液滲透的阻力，使滲透液容易滲入缺陷。

1.4 檢測工藝操作的影響

目前在現場進行滲透檢測時，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，都有可能影響缺陷檢出，使靈敏度降低。如滲透時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注意的問題

2.1 表面預處理

被檢工件的表面狀況直接影響著滲透檢測的結果。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。

檢測前應了解被檢焊縫的焊接工藝及焊縫的工作環境，估計可能出現的缺陷性質及大小，以便確定重點檢測區域，采取針對性的檢測措施。

表面預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。實際檢測時，一般用砂輪機打磨焊縫及兩側熱影響區各25 mm寬，然后用清洗劑清洗表面并進行干燥。打磨工件表面時，有時砂輪會使工件表面層局部變形，如變形發生在表面缺陷開口處，有可能會使開口閉合，打磨產生的金屬細屑和沙末也可能會堵塞缺陷的開口，降低檢測效果甚至造成漏檢。

這時應采用其他的方法進行清理和清洗。比如在清理時，可先通過敲打、刮蹭等去除較厚的結垢、銹蝕等物，然后進行酸洗和堿洗，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，由于酸、堿對某些金屬有強烈的侵蝕作用，所以在使用時對溶液的濃度、清洗的時間都要嚴格控制。酸洗和堿洗后的工件表面必須把清洗劑沖洗干凈并進行干燥，以便排除缺陷內的溶劑和水分。

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，被檢工件材質不同，缺陷性質和細微程度不同，滲透時間也不同。一般標準規定在常溫下滲透時間不少于10 min。對于懷疑有缺陷的表面，滲透時間要相應延長。

相對于標準試塊來說，實際檢測的焊縫表面粗糙，并且位置方向各不相同，加上環境的影響，滲透液施加后易流失、風干。在高溫、大風的環境中，有時為了保證檢測結果，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。在滲透的整個過程中，要始終保持被檢表面被滲透劑潤濕，防止滲透劑流失、風干，無法回滲，造成漏檢。

在滲透過程中還應采取一些措施，如敲擊、振動等，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間，比如表面粗糙，滲透時間應延長；滲透液的滲透力越強，滲透時間越短。

檢測時的環境溫度對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間越長，而環境溫度對滲透液粘度又有很大的影響。

冬季在室外檢測時，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，罐內溫度提高后再使用，可大大提高滲透速度，縮短滲透時問，提高工作效率。

夏季高溫下檢測，或是在設備搶修等溫度較高的環境下檢測時，為保持滲透劑的濕潤，防止其干涸，要注意觀察，根據情況多次噴涂滲透劑，使滲透液在檢測面上始終保持濕潤。

2.3 清洗

對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，沿一個方向進行擦拭，不能往復擦拭，擦過的紙不能重復使用。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被清洗劑稀釋，產生回滲造成過清洗，造成漏檢。

2.4 顯像

顯像劑噴涂之前要充分搖動壓力噴灌，使顯像劑在罐中均勻懸浮。顯像劑噴涂的薄厚對細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。對于細小裂紋，由于滲入的滲透液較少，回滲的滲透液會更少，顯像劑過厚就會掩蓋裂紋造成漏檢。另外，顯像時間要適當，要有足夠的時間讓顯像作用充分進行，但也應在滲透劑擴展的過寬以及缺陷顯示變得難以評定之前完成檢驗。顯像時間太長會使缺陷圖象嚴重擴散，分辨率降低；時間太短缺陷難以顯示，會引起漏檢。

3 常見焊接缺陷顯示分析

滲透檢測能夠發現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

焊接裂紋按其產生的溫度和時間不同，可分為熱烈紋和冷裂紋。

熱烈紋產生的原因是焊縫金屬在凝固過程中，低熔點的雜質呈液態被排擠并富集在晶界上，形成液態層。在隨后的結晶過程中，由于收縮使其受拉力，當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充時，便可在此薄弱帶形成晶間裂紋。

滲透檢測時，熱烈紋一般顯示為略帶曲折的波浪狀或鋸齒狀紅色細條紋。火口熱烈紋呈星狀，較深的火口裂紋有時因滲透劑回滲較多使顯示擴展而成圓形，但如果用沾有清洗機的棉球擦去顯示后，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的裂紋。此類裂紋多出現在有淬硬傾向的高強鋼中。一般產生在焊縫熱影響區，有時也出現在焊縫金屬中。冷裂紋的特征是穿晶開裂。滲透檢測時，冷裂紋顯示一般呈直線狀紅色細條紋，中部稍寬，兩端尖細，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，但受到已經凝固的熔渣的阻礙，殘留在金屬表面而形成的。滲透檢測時，表面氣孔的顯示為圓形、橢圓形的紅色亮點，并均勻的向邊緣減淡。由于回滲現象較為嚴重，表面氣孔的缺陷痕跡會隨顯像時間延長而迅速擴展。

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。滲透檢測無法發現層間未熔合，坡口未熔合延伸到表面時才能發現。未熔合的顯示呈現為直線狀或橢圓形的紅色線條。

4 結束語

滲透檢測的理論涉及物理、化學等多種學科，并且跟被檢工件的加工制造過程緊密相關。因此需要滲入學習相關理論，有針對性的改進檢測工藝，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，如滲透時間、顯像時間，顯像層厚度等，都無法從理論上進行定量確定，完全是根據實際檢測試驗得來的。因此實際檢測中，積累經驗更為重要。

在實際檢測中，為了保證檢測質量，檢測人員應盡職盡責，對檢測的每一步驟都必須嚴格按照檢測工藝規程和工藝卡進行，以保證檢測效果。

［1］ 胡學知主編.滲透檢測［M］.中國勞動社會保障出版社,2007,5.

［2］ 鄭文儀.滲透檢驗［M］.國防工業出版社,1981.

［3］ 美國無損檢測學會編.美國無損檢測手冊（滲透卷）［M］.世界圖書出版社,1994.