非標準溫度下的液體滲透檢驗分析與研究

葛寧 張波

（中核能源科技有限公司，北京 100089）

一、引言

液體滲透檢驗是檢驗設備表面缺陷的重要手段，而在進入冬季時，檢驗環境溫度難免會低于標準規定最低檢測溫度（尤其在北方地區）。為保證檢驗結果的可靠性，各檢測標準均對液體滲透檢測環境溫度作出了規定，這給現場液體滲透檢驗帶來了極大的壓力。為適應低溫環境下的液體滲透檢測需求，需研究在低于標準溫度的環境下如何保證液體滲透檢驗結果的可靠性，從而提高工作效率。

二、溫度影響滲透檢驗分析

（一）液體滲透檢驗對溫度的要求

根據液體滲透檢驗靈敏度要求，國內外標準對液體滲透檢驗的溫度進行了規定。JB/T4730.5-2005[1]標準要求在10℃-50℃的溫度條件下進行檢驗；RCC-M 2000+2002 補遺[2]標準要求在液體滲透檢驗期間，受檢焊縫、受檢零件及所使用的物品溫度范圍應在10-50℃之間，當使用氣霧顯像劑，其溫度應在20℃左右，用吹風、加熱的方法干燥，并保證部件溫度不得超過50℃的情況下，所要求溫度范圍的下限可降低到5℃；ASME 2010+增補[3]標準要求溫度在10℃-52℃范圍內，若溫度低于10℃，滲透時間至少為10℃-52℃范圍內時滲透時間的2 倍。從以上標準規定可知，正常情況下最低檢測溫度不得低于5℃。

（二）低溫對滲透劑和顯像劑的影響

滲透過程其本質是滲透液對被檢物體表面開口缺陷的毛細作用，而顯像過程是滲透液對顯像劑形成的微小縫隙的毛細作用。液體的表面張力和粘度隨溫度升高而降低，反之就會增大，所以溫度的變化對檢驗靈敏度有直接影響[4]，主要體現在以下幾個方面：

1.對滲透劑的微觀影響

運用分子運動和分子互相作用力來論述滲透材料的一些性質（如表面張力、潤濕作用、毛細作用），由于物質是由分子構成，布朗運動和擴散現象都證實分子永不停息地無規則運動著，這種無規則運動與溫度有關，溫度越高，分子運動越激烈。溫度影響分子熱運動，進而影響液體的表面張力、粘度、溶解度等物理性能，這些均是影響滲透檢驗靈敏度的重要因素。

2.對滲透劑粘度的影響

合適的粘度有助于提高檢驗的靈敏度，粘度較大的滲透劑，滲透速度慢，且清洗困難，但是對于滲透劑在缺陷中保留有一定的好處，這對保證檢驗靈敏度是有利的。滲透劑的粘度大，表面張力就大，潤濕工件程度低，對缺陷的滲透能力就差，使滲透劑很難甚至不能滲入表面開口缺陷，降低了滲透檢驗的靈敏度。

3.對滲透劑溶解度的影響

滲透劑的主要成分為蘇丹紅，128號燭紅，223號燭紅、剛果紅和丙基紅等，其中以蘇丹Ⅳ（紅）使用最為廣泛，這種物質在丙酮中溶解度會隨著溫度的降低而降低，低溫下會有部分溶質析出沉淀，使滲透溶液濃度降低，從而顯像較淡，靈敏度降低。

4.對顯像劑施加的影響

低溫環境下施加（噴灑）過程中霧化效果差，很難在被檢工件表面形成一層薄而均勻的覆蓋膜，薄厚不均的覆蓋層會造成滲透劑不能被吸附或者被吸附出來的滲透劑被厚厚的顯像劑掩蓋，從而降低靈敏度。

（三）低溫對被檢工件的影響

低溫環境條件下，空氣中的水蒸氣遇冷，液化在工件表面容易形成水膜甚至結冰，被檢工件表面的開口缺陷中有水或者冰，造成堵塞；根據熱脹冷縮的原理，低溫會使試件的表面缺陷的開口變窄，如果不采用相應的方法處理也會影響到滲透檢驗效果。

三、低溫下滲透檢驗的工藝研究

（一）滲透材料的選擇

低溫環境下，需要選擇合適的滲透檢驗材料，水基滲透材料較油基滲透材料受溫度的影響較大，因此低溫環境下盡量使用油基滲透材料。

（二）對比試驗方法

采用鋁合金試塊（JB/T4730.5-2005[1]稱之為A 型試塊），通過某種加熱的方式（不能損傷試塊），使A 區試塊處于標準溫度下，B 區試塊處于環境溫度下，對A、B 區試塊同時進行液體滲透試驗，顯像后對比A、B 區試塊的裂紋顯示結果，分析環境溫度下的檢驗靈敏度。

（三）滲透工藝

1.滲透檢驗前對滲透劑和工件的升溫

對于滲透劑的升溫，采用45℃左右的熱水浸泡，水溫不可過高，防膨脹爆炸。對于工件的加溫，若工件比較大，用氧乙炔加溫比較快，特殊部件使用碘鎢燈加熱。工件加溫后，溫度不要太高，在20-40℃范圍內為宜（否則造成滲透劑干在工件表面），施加滲透劑后隨著工件表面的溫度降低，一旦溫度偏低的滲透液封閉缺陷開口，缺陷內氣壓下降，缺陷中的空氣會收縮產生輕度負壓，有助于滲透劑進入缺陷，從而提高檢驗靈敏度[5]。

另外，在滲透檢驗過程中，被檢工件表面施加滲透劑后，還可以適當敲擊工件，有利于缺陷中空氣的排出，缺陷中空氣以氣泡的形式冒出液面會使缺陷中的氣體反壓強降低，滲透劑滲透作用會增強，敲擊震蕩是低溫下提高滲透作用的有效途徑。

2.干燥

低溫下盡量使用溶劑去除滲透檢驗方法，這樣在去除多于滲透劑后，由于被檢表面的溶劑易揮發，再配以加熱和擦拭等方法，可快速縮短被檢表面的干燥時間，減少低溫度環境對工件降溫的影響。

（四）顯像工藝

低溫環境下顯像劑噴涂不容易形成霧狀分散，無法正常使用。可以將顯像劑噴罐放在45℃左右的熱水桶中進行加熱，為了避免噴灌內部的顯像劑凝結干涸，使用時需要將噴灌倒頭噴幾下，避免噴嘴堵塞。

顯像過程中，適當延長觀察時間，標準溫度工作中，施加顯像劑后，缺陷內部的滲透劑很快被吸附到表面，然而低溫狀態下滲透劑粘度較大，吸附時間增加，因此需要適當增加觀察時間。

四、試驗驗證

（一）標準溫度下，鋁合金對比試塊滲透試驗

在標準溫度下（環境溫度15℃左右），滲透時間15min，顯像時間10min，在鋁合金試塊上進行試驗，A、B 區裂紋顯示痕跡與廠家缺陷顯示有效復制件對比，裂紋缺陷顯示痕跡清晰，檢驗靈敏度符合要求。

（二）標準溫度與低溫下的對比試驗

將A 區鋁合金試塊置于標準溫度下，將B 區鋁合金試塊置于被檢工件表面（環境溫度≤5℃）。滲透時間15min，顯像時間10min 后進行對比，A 區試塊裂紋顯示痕跡清晰明顯，B 區試塊裂紋顯示效果較差。試驗表明現場環境溫度達不到滲透檢驗靈敏度標準要求，此種情況下不適合進行液體滲透檢驗。

（三）滲透檢驗工藝改進

采用45 左右℃的熱水對滲透劑和顯像劑進行加熱，浸泡時間15min，同時對被檢工件和標記B 的鋁合金試塊用大功率碘鎢燈加熱，用點溫計測量被檢工件表面溫度，使溫度保持在20～40℃之間。滲透時間15min，顯像時間10min，再次用鋁合金對比試塊進行鑒定，結果發現A、B 區鋁合金試塊裂紋顯示痕跡清晰，靈敏度滿足檢驗要求。采用該工藝方法，發現的焊縫表面缺陷顯示清晰可見，表明檢驗效果可靠。通過此種方法，在冬季環境溫度低于標準溫度的情況下，高效率、高質量地完成了各項液體滲透檢驗任務。

五、結論

通過本文研究可知，低溫環境使液體滲透檢驗靈敏度下降，即發現缺陷的能力下降，制約液體滲透檢驗工作。在此種情況下，通過本文中所述方法對滲透工藝進行改進，即采用合理的加熱方式，使滲透材料和工件溫度升高至標準溫度范圍內，用鋁合金對比試塊進行對比試驗，驗證滲透檢驗靈敏度滿足檢測要求，確保液體滲透檢驗效果，為工程創造價值。