工件表面狀態對滲透檢測的影響及對策

楊　波，胡學知，龔　固，袁黎明

(1.陜西西宇無損檢測公司，西安 712100；2.中航工業慶安集團公司，西安 710077)

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工件表面狀態對滲透檢測的影響及對策

楊波1，胡學知2，龔固1，袁黎明1

(1.陜西西宇無損檢測公司，西安 712100；2.中航工業慶安集團公司，西安 710077)

簡述了良好、不良表面狀態的實質內容，論述了工件表面狀態對滲透檢測的影響；介紹了改善各種不良表面狀態的對策，并提出了選擇具體方法的原則，以供同行參考。

表面狀態；滲透檢測；可靠性

滲透檢測前，必須對受檢試件的受檢表面進行預處理、預清洗或綜合處理；滲透檢測后，需要復驗的試件，還必須對復驗表面進行后清除。

預處理、預清洗、綜合處理或后清除工序的共同目的，都是為滲透檢測受檢表面提供良好的表面狀態。其基本要求都是：必須使滲透液能夠潤濕受檢表面，使滲透液能夠滲入到開口缺陷中去；且在后續的顯像工序中，開口缺陷中的滲透液能夠反滲到受檢表面，形成開口缺陷跡痕顯示。

預處理、預清洗、綜合處理及后清除等工序完成后，受檢工件表面狀態應該為良好狀態，它包括如下幾個實質內容：

① 幾何外形規則，沒有任何可能影響滲透檢測的固態類污物，例如：鐵銹、飛濺、型砂、積碳；鋁合金陽極化層、發藍氧化膜；鍍鉻層、鍍鎳層等。

② 表面及開口缺陷中清潔干凈，沒有任何可能影響滲透檢測的液態類污物，例如：水、濕氣、油脂、酸類及鉻酸鹽的殘留物等。

③ 表面開口缺陷中，沒有任何可能影響滲透檢測的固態與液態的混合污物，例如：腐蝕裂紋中的腐蝕產物；耐蝕耐熱合金在腐蝕高溫條件下產生的復雜氧化物沉積等。

④ 需要復驗的試件，沒有任何滲透檢測殘留物。

⑤ 經過其他無損方法檢測的試件，沒有任何磁懸液、耦合劑等殘留物。

⑥ 無其他不良表面狀態，例如：某些裂紋在外加應力作用下，呈閉合狀態；表面太粗糙；陶瓷被污染；滲透檢測操作不合格產生的污物或手指印等。

1　不良表面狀態對滲透檢測的影響

滲透檢測前，所有不良表面狀態，都可能對滲透檢測產生影響，如：

① 已經存在于受檢表面或已經進入開口缺陷的污物，可能妨礙滲透液對受檢表面的潤濕；妨礙滲透液滲入開口缺陷，嚴重時，甚至會完全堵塞缺陷開口。

② 開口缺陷中的液體污物可能與滲透液發生化學作用，污染并改變滲透液的性能。

③ 開口缺陷中的液體污物在黑光燈下常會發光(例如煤油、礦物油發淺藍色光)，模糊開口缺陷的熒光跡痕顯示；還可能產生虛假跡痕顯示。

④ 存留在氧化皮、飛濺等部位的污物，可能掩蓋正常跡痕顯示，產生虛假跡痕顯示。

⑤ 操作者的手指印，存留在受檢試件表面，可能產生虛假跡痕顯示。

⑥ 受檢表面太粗糙，會降低滲透液的潤濕性能，還會影響清洗效果。

⑦ 在外加應力作用下呈閉合狀態的裂紋，會導致滲透檢測漏檢。

⑧ 復驗試件，如表面有滲透檢測劑殘留物，檢測質量會受到影響，例如：開口缺陷中的著色染料，會與熒光染料混合而影響熒光跡痕顯示，甚至猝滅熒光。

⑨ 強酸、強堿、鉻酸鹽等殘液，會分解滲透液中的染料或吸收黑光，減弱或模糊顯示。

⑩ 受檢表面及開口缺陷內存有磁懸液、耦合劑等殘留物，會影響后續滲透檢測質量。

滲透檢測人員應針對不良表面狀態，采取合理方法，提高滲透檢測可靠性。

2　影響滲透檢測的表面污物

2.1固態類污物

① 鍛件的鐵銹、氧化皮等。② 鑄件的型砂、熔渣等。③ 焊件的焊渣、飛濺等。④ 研磨、拋光的研磨劑、拋光劑等。⑤ 熱處理的黑色氧化皮等。⑥ 油漆、涂料等有機涂層；鋁合金陽極化層、鋼發藍氧化膜；鉻鍍層、鎳鍍層等。⑦ 在役制品的結垢、積碳、腐蝕產物等；⑧ 其他，如受檢表面不規則(如焊瘤、澆冒口太大)等。

2.2液態類污物

包括:① 油脂、抗腐蝕油等。② 強酸、強堿、鹵化物等。③ 機械加工中使用的冷卻液、潤滑劑、防銹劑等。④ 殘留的水跡、氫氧化物、雜質等。

2.3混合類污物

包括:① 開口缺陷內的腐蝕產物或其他殘留物等。② 噴丸、噴砂或研磨后的殘留物等。③復驗試件的滲透檢測劑等殘留物。④ 磁懸液、載液、耦合劑等殘留物。

2.4其他

包括表面太粗糙;裂紋在外加應力作用下的閉合狀態;陶瓷試件的濕氣及灰塵等;操作者的手指印等;操作不合格產生的污物等情況。

3　改善不良表面狀態的對策

在制試件，應進行預處理及預清洗；在役試件，應進行綜合處理；復驗試件，應對復檢表面進行后清除。

預處理、預清洗、綜合處理及后清除、復驗的一般程序為：

① 選用洗滌劑、溶劑、堿洗等方法，去除油脂、防銹劑、潤滑劑等液態類污物。

② 選用噴砂、噴丸、研磨等方法，去除鐵銹、氧化皮、結垢及積碳等固體類污物；這些污物也可使用(強)堿(清)洗法、(強)酸蝕(法)處理。

③ 水中漂洗，去除 ①、② 中所有殘液或殘渣。

④ 干燥試件，去除漂洗中留下的水痕跡等。

試件處理后，應立即進行滲透檢測，否則，應用防銹油等對試件進行保護處理；如果進行了保護處理，則在滲透檢測前，應重新進行預清洗等操作。

3.1預處理

通常情況下，焊件、鑄件、鍛件、軋制件等在制試件的表面狀態，是可以滿足檢測要求的。如果發現鐵銹、型砂、積炭等固態污物或混合污物，則應進行預處理。

預處理時，可采用手工處理方法，例如：鋼絲刷、砂輪磨、銼削等；也可采用機械處理的方法，例如：電動鋼絲刷、切割機、噴砂、噴丸、超聲波清洗等，也可考慮使用酸蝕法、堿洗法去除。

對噴丸、噴砂、研磨、砂輪磨等預處理方法的選用，應該謹慎，特別要注意：① 防止對研磨面、裝配面及銅、鋁、鈦等軟金屬造成損傷；② 防止試件塑性變形，如變形發生在開口缺陷處，還可能造成開口閉塞；③ 清理污物產生的金屬粉末、砂末或其他可能堵塞開口缺陷的新生污物。

3.2預清洗

3.2.1洗滌劑清洗

洗滌劑清洗液是一種不易燃的水溶化合物，含有表面活性劑，能夠對各類污物，如油脂、潤滑油等起潤濕、乳化及皂化作用，從而將試件表面的污物清除干凈。洗滌劑清洗液可分為堿性、中性和酸性，清洗時應按照制造廠說明書進行。

洗滌劑清洗后，必須對試件進行充分干燥。例如：金屬試件，干燥溫度不超過80 ℃，干燥時間10 min即可[1]；某些特殊試件，如飛機高壓渦輪葉片，干燥溫度為120 ℃，干燥時間為60 min[2]；正確的干燥溫度及時間應通過試驗確定。

3.2.2溶劑清洗

溶劑清洗是使用汽油、酒精或三氯乙烷等有機溶劑，有效溶解清洗油脂、石臘、密封膠、油漆等有機污物的較好方法。溶劑清洗不能用于清洗鐵銹、氧化皮等無機污物。

含有鹵素和硫的溶劑清洗液不應當用于清洗鎳基合金，含有鹵素的溶劑清洗液不應當用于清洗鈦合金及奧氏體不銹鋼材料。

溶劑清洗液中，不少溶劑是易燃有毒物質；應按照制造廠說明書進行操作。

3.2.3蒸汽除油

蒸汽除油是利用三氯乙烷(比三氯乙烯、全氯乙烯的毒性低)之類含氯有機溶劑的熱蒸汽，清除試件表面的油脂類污物的較好方法；但是，它們對鈦合金及奧氏體不銹鋼等鹵化物敏感材料有危害作用，即在應力存在的情況下試件易產生應力腐蝕裂紋。

蒸汽去油不能清洗無機型污物(夾渣、腐蝕、鹽類等)，也不能清除樹脂型污物(塑料涂層、清漆、油漆等)。

蒸汽除油與試件接觸的時間較短，無法將窄而深的開口缺陷中的油脂全部清除干凈；如果懷疑開口缺陷窄而深，建議采用有機溶劑浸泡法。

3.2.4堿(清)洗

① 堿清洗液是氫氧化鈉水溶液，含有能潤濕、乳化及皂化各類污物的洗滌劑。

② 熱堿清洗液可用來清除掩蓋表面開口缺陷的氧化皮、銹蝕和積垢等。

③ 蒸汽熱堿清洗是一種改進的熱堿清洗方法，在容器內進行。適用于大型試件，能夠清除試件表面的各種無機污物和有機污物，但無法清除窄而深的開口缺陷底部的污物。如果懷疑開口缺陷窄而深，建議采用有機溶劑浸泡法。

④ 采用堿清洗的試件，必須把清洗劑沖洗干凈；并在檢測前，進行整體加溫干燥。

3.2.5超聲清洗

超聲清洗是一種在溶劑和清洗劑中輔以超聲振動，利用超聲波在液體中的空化作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達到提高清洗效果和減少清洗時間的清洗方法。如果是清除無機污物，例如：清除銹蝕、夾渣等，則應采用洗滌劑。

如試件表面含有經過研磨等處理后的潤滑脂、研磨膏等混合類污物，使用超聲清洗不僅可以將油脂類污物去除，而且可以將研磨膏粉粒等污物去除。

超聲清洗后、施加滲透液前，應加熱試件，去除水、洗滌劑、或有機溶劑等超聲清洗殘留物；然后將試件冷卻至50 ℃以下。

3.2.6除漆處理

滲透檢測前，油漆膜層必須完全除掉，直至露出金屬表面。

除漆的難易程度主要取決于：底漆類型；面漆類型；漆層的老化程度；所用除漆劑的性能等因素。

除漆多采用化學方法，即用除漆劑與漆膜接觸，經過浸潤、膨脹、軟化或溶化等步驟，從而使漆膜脫離。除漆劑可分為水性、酸性、堿性、溶劑型、氯代型等類別。操作者應根據油漆膜層的具體情況，有針對性地選擇除漆劑。

油漆清除后，應對試件充分清洗，去除開口缺陷中的所有污物，并對表面充分干燥。

3.2.7酸蝕(法)處理

酸蝕處理常用于清除試件(如軋制鋼試件)表面的銹蝕、結垢、氧化皮等；還可以清除由于噴丸形成的封閉表面開口缺陷的細微金屬物。酸蝕處理時，必須按照制造廠說明書進行操作。對于油脂、油膜類污物，酸不是一種很好的清洗劑。

酸蝕處理使用的是無機酸溶液、有機酸溶液或酸性鹽、潤濕劑和洗滌劑形成的混合溶液，加熱或不加熱都可以。如：檸檬酸可以用于去除銅合金和碳鋼的鐵銹，且不損傷金屬[3]；10%三氯化鐵溶液，可用于鎳銅合金鑄件晶間裂紋內腐蝕污物的清洗[4]。

酸蝕處理后，必須將試件表面的酸蝕劑全部沖洗干凈，經沖洗后必須呈中性；并且在施加滲透液前，充分干燥。

酸蝕處理時，試件被酸蝕劑作用后，容易吸進氫氣，產生氫脆現象。因此在清洗完畢后，應立刻進行去氫處理。去氫處理后應在施加滲透液前，將試件冷卻至50 ℃左右。

3.3后清除(僅對復驗表面)

3.3.1顯像劑的清除方法

選擇清除顯像劑的方法，必須考慮顯像劑的具體類型。

① 干式顯像劑：因為松散的干式(粉)顯像劑只粘附在滲透液或其他液體處，也可能滯留在開口缺陷處；所以可使用無油吹風機及普通自來水沖洗。

② 水基濕式顯像劑：由于水基濕式顯像劑已被烘箱烘干，與試件表面有較強的粘附力，所以應用普通自來水或含有洗滌劑的水，手工噴洗或機械噴洗。

③ 可溶顯像劑：因為該類顯像劑可溶于水中，所以可用普通自來水沖洗。

④ 溶劑懸浮濕式顯像劑：可先用不起毛濕布擦，然后用干布擦；也可直接用清潔干布或毛刷刷；螺紋、裂縫或表面凹陷處，可用加有洗滌劑的熱水噴洗，超聲清洗更好。

3.3.2殘余滲透液的清除方法

可使用汽油、酒精、三氯乙烷溶劑去除清洗，超聲清洗(有機溶劑中)效果更好。

建議采用如下方法：三氯乙烷蒸汽去油(至少10 min)；汽油、酒精等有機溶劑浸泡(至少15 min)；超聲清洗(在有機溶劑中)清除(至少3 min)。

某些情況，要求先采用三氯乙烷蒸汽去油，然后再用有機溶劑浸泡。所用時間取決于試件性質，應通過試驗來確定。

另外，三氯乙烷蒸汽去油應在顯像劑清除后進行，否則顯像劑將在試件表面凝結。

3.4綜合處理

3.4.1需要同時磁粉(濕)檢測和滲透檢測的試件

應先進行滲透檢測，然后再進行磁粉(濕)檢測。

磁粉(濕)檢測的濕磁粉也是污物，在強磁場作用下，濕磁粉會緊密吸附在開口缺陷處。即使經過強磁場退磁，濕磁粉殘留物仍然很難清除干凈。如果先進行磁粉(濕)檢測后進行滲透檢測，則應根據磁懸液的不同，采用不同的清洗方法。

3.4.2需要同時超聲檢測和滲透檢測的試件

應先進行滲透檢測，然后再進行超聲檢測。

超聲檢測所用的液體耦合劑也是污物，也會堵塞或填塞開口缺陷，液體耦合劑污物也很難清除干凈。如果先進行超聲檢測后進行滲透檢測，則應根據液體耦合劑的不同，采用不同的清除方法。

3.4.3在役試件的滲透檢測

首先需將試件從在役設備上分解下來；試件表面有油漆，必須先進行除漆處理；另外，試件表面的結垢、銹蝕和腐蝕產物等，可使用酸蝕法(常用)或堿洗法進行處理。

在選擇酸或堿的類型時，應考慮如下因素：在役試件的材料類型(是否軟金屬)及表面類型(是否密封面或裝配面)；結垢、氧化物、腐蝕產物的類型及嚴重程度；在役試件幾何尺寸的允許減薄量等。

酸蝕或堿洗后，必須對在役試件進行徹底漂洗，否則，酸或堿的殘液可能影響滲透檢測劑的性能。

3.4.4飛機試件大修時的滲透檢測

飛機上有很多試件是鋁合金、鈦合金、銅合金等輕金屬，它們都是非鐵磁材料；有些試件，雖然是鐵磁性材料，但常因幾何形狀和尺寸的限制，不適合進行磁粉檢測等[5]；大修時，這些試件需要進行滲透檢測[6]。

對這類在役試件進行滲透檢測前，必須將它們從飛機上整體拆卸下來；然后使用溶劑清洗、或堿洗、或酸蝕，清洗(除)潤滑油、結垢、腐蝕產物等污物。

存有嚴重結垢、腐蝕產物的局部區域，可使用不銹鋼鋼絲刷打磨清理；懷疑有開口缺陷的小區域，可使用手工砂紙打磨清理。

3.4.5耐熱耐蝕合金試件大修時的滲透檢測

很多耐熱耐蝕合金試件(大多是非鐵磁性材料或弱磁性材料)，在高溫、強腐蝕環境下使用，表面形成了復雜的氧化沉積物；它們與試件表面粘合很牢，且常常形成較厚結垢等。大修時，可采用工業鹽浴法去除這些氧化沉積物。

工業鹽浴法是利用試件在熔融氫氧化鈉熱鹽浴浸泡過程中，試件基體金屬與結垢的熱膨脹系數不同而導致結垢開裂，結垢再經水中淬火發生爆炸而脫離試件表面的方法。

工業鹽浴法適用于所有碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鎳基或鈷基合金，以銅、鎳、鈷、鉬為基的高熔點合金；不適用于鋁、鎂、鉛及錫等低熔點合金，鈦合金(易使材料變脆甚至燃燒)，厚度較薄(0.8 mm)的材料(易使其扭曲變形)。

3.4.6非金屬試件的滲透檢測

非金屬試件(塑料、玻璃、人工橡膠等)表面的潤濕特性不同于金屬試件表面的潤濕特性。另外，滲透檢測現場使用的滲透檢測材料主要適用于金屬試件，對非金屬試件不一定適用。例如：某些塑料試件與滲透檢測材料接觸，會發生膨脹甚至開裂現象。

對非金屬試件進行滲透檢測前，可在廢棄試件表面上進行初步試驗，或向滲透檢測材料供應商咨詢。

3.4.7陶瓷試件的滲透檢測

陶瓷是由粘土、石英及長石等天然礦物原料按不同配方配制，經加工、成型及焙燒而成的材料。陶瓷特別是金屬陶瓷，已廣泛用于火箭、導彈的外殼，燃燒室的火焰噴口等零部件的制作。

對陶瓷試件滲透檢測前，可使用不起毛、無塵的布擦拭陶瓷試件外表面，以去除表面灰塵、涂料等外來雜物、污物等[7]；可使用在清潔的氧化環境中加熱的方法，去除陶制試件的水分，并清除微量有機污物。

3.4.8其他

(1) 試件表面的保護層

在制試件及在役試件的表面，都常有表面保護層(如：油漆、涂料、鋁合金陽極化層、發藍層、鍍鉻層、鍍鎳層等)。在役試件滲透檢測時，對保護層需要區別對待。一般原則是：與試件表面結合力較差的保護層，如油漆等，檢測前，必須將其去除干凈；與試件表面結合力較強的保護層，如鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅等金屬鍍層，檢測前，可不必去除；懷疑有缺陷的部位的表面保護層，應向相關技術部門咨詢去除方法并進行去除。

(2) 試件表面太粗糙

受檢試件表面太粗糙，可以使用噴砂等機械處理方法處理。

(3) 妥善處理外加應力作用下呈閉合狀態的裂紋

對關鍵重要試件，如發動機渦輪葉片等，在條件允許下可考慮采用加載方式進行預清洗，并采用熒光滲透檢測[6]。

(4) 檢測人員的手指印

滲透檢測人員應戴棉手套操作，防止在試件表面留下手指印；如果在試件表面不慎留下手指印，可使用預清洗材料，擦拭去除。

(5) 操作不合格產生的污物

應該具體分析污物是在哪個工序產生的,并研究具體處理辦法。

4　如何選擇改善不良表面狀態的方法

選擇改善不良表面狀態的具體方法，是非常重要的。

選擇具體方法時，必須確保所選方法能夠有效去除不良表面的所有污物，確保所選方法不損傷受檢試件表面及使用性能等。應該著重考慮下列因素：

① 了解污物的種類及性質，有針對地選擇有效及合適的清洗溶劑及方法。但沒有哪種方法與溶劑是萬能的。清洗用溶劑與污物的化學結構相似，清洗效果更好[8]。

② 了解受檢試件的材料特性，了解所選擇的方法對受檢試件的影響。但都不得損傷受檢試件的功能,如，裝配件一般不推薦使用酸蝕法、堿洗法進行預清洗。

③ 了解選用的方法對受檢試件的實用性。如，大試件不能放在小型除油槽內除油，也不能放在超聲清洗容器內去除油等。

④ 不得產生新的不連續，更不得產生新的開口缺陷或缺欠。

5　結語

為滲透檢測受檢試件制備良好的表面狀態，是滲透檢測成功的關鍵。為制備良好表面狀態，提供了多種方法，在滲透檢測中具有一定的參考價值,可供同行選擇使用。

[1]胡學知.滲透檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社,2007.

[2]徐亞亞,李澤,劉興勇.某機高壓渦輪葉片熒光滲透檢測工藝改進[J].無損檢測,2015,37(9):67-91.

[3]美國無損檢測學會.美國無損檢測手冊·滲透卷[M].美國無損檢測手冊譯審委員會,譯.上海：世界圖書出版社，1994.

[4]張新菊,張環,胡學知,等.鎳銅合金鑄件的滲透檢測[J].無損檢測,2015,37(5):81-82.

[5]莫瑕琳.干燥箱溫度和干燥時間對熒光滲透檢驗靈敏度的影響[J].無損檢測,2004,26(2):91-92.

[6]王玲.航空發動機零件滲透檢測的局限性[J].無損檢測,2015,37(5):78-80.

[7]陳翠麗.軸承用陶瓷球熒光滲透檢測[J].無損檢測,2014,36(11):59-61.

[8]胡學知,邱陽.壓力容器無損檢測——滲透檢測技術[J].無損檢測,2004,26(7):359-363.

The Influence of Workpiece Surface State on Penetration Test and Countermeasures

YANG Bo1，HU Xue-zhi2,GONG Gu1,YUAN Li-ming1

(1.Shaanxi XIYU NDT company,Xi′an 712100，China；2.AVIC Qingan Group Co.,Ltd.,Xi′an 710077,China)

This paper briefly described the substance of good and bad surface state，discussed the influence of the bad surface state on penetration testing. It comprehensively introduced the countermeasures to improve the bad surface state and the principles of choosing some specific methods. What described in the paper may provide reference for others.

Surface state； Penetration test； Reliability

2016-06-01

楊波(1975-)，男，工程師，主要從事石油及天然氣裝備的無損檢測工作。

胡學知，男，研究員級高工，主要從事無損檢測理論研討及實踐應用工作。E-mail: diyihxz@163.com。

10.11973/wsjc201608014

TG115.28

A

1000-6656(2016)08-0055-05