基于ASME標準的低溫著色滲透檢測

(中國核工業第五建設有限公司，上海 201512)

收稿日期：2021-02-23

作者簡介：郭玉炳(1982-),男,高級工程師，主要從事民用核電、特種設備等的無損檢測及檢測新技術的應用研究工作

通信作者：郭玉炳，guoybcloud@126.com

AP1000是第三代先進壓水堆核電站,其設計主要依據美國標準，在制造和安裝階段，對原材料及焊接接頭的表面進行滲透檢測和磁粉檢測。采用的滲透檢測標準為ASME BPVC.V-2019 《鍋爐及壓力容器規范 第V卷 無損檢測》 及ASTM E165 《通用工業液體滲透檢測的標準操作方法》。

被檢工件的溫度對滲透檢測結果有重要影響，過低或者過高的溫度均不利于滲透檢測。實際開展滲透檢測時，特別是在冬季，被檢測工件的溫度會低于標準溫度。筆者論述了低溫對滲透檢測的影響和其應對措施，分析了低溫下滲透檢測工藝參數的鑒定方法，為低溫條件下實施滲透檢測提供了值得借鑒的措施和方法，可供同行參考。

1 著色滲透檢測的技術要點

1.1 標準要求的主要工藝參數

ASME BPVC.V-2019和ASTM E165標準關于不同溫度下推薦的最短滲透時間、顯像時間和可見光照度如表1所示。

表1 不同溫度下ASME BPVC.V和ASTM E165標準推薦的最短滲透時間、顯像時間和可見光照度

在進行滲透檢測過程中，應確保被檢表面被滲透劑覆蓋且保持潤濕狀態。在無特別要求的情況下，進行著色滲透檢測時的最長滲透時間不允許超過2 h。

去除多余滲透劑時，應防止過清洗。采用水洗去除法時，可對工件進行擦拭干燥或者循環熱風干燥，但被檢測工件表面溫度不允許超過52 ℃；采用溶劑去除法時，一般應對工件進行自然干燥，也可進行擦拭干燥或者壓縮空氣干燥。

采用溶劑去除型著色滲透檢測法時，應在多余滲透劑去除并干燥后盡快施加顯像劑。對于著色滲透檢測，應將顯像劑薄而均勻地施覆于被檢測表面，同時要保證一定的厚度，以提供足夠的背景反差，增強缺陷顯示效果。

滲透材料的有害元素控制要求：鎳基合金滲透材料的硫含量應不超過質量分數的0.1%；奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及鈦材滲透材料的氯、氟含量應不超過質量分數的0.1%；鎳基合金、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及鈦材檢測過程中使用的水如果是直飲水、瓶裝飲用水、蒸餾水、去離子水等，可不分析氯、硫含量，其他類型水的氯、硫含量不應超過質量分數的0.1%。

1.2 開展非標準主溫度下鑒定的要求

依據標準ASME BPVC.V-2019中T-635節規定，當在標準溫度外開展滲透檢測時，要對非標準溫度條件下的滲透材料及檢測工藝進行鑒定。

依據ASTM E165中9.2節規定，當被檢部位溫度低于或者高于標準溫度時，應進行規程鑒定。

2 低溫對著色滲透檢測的影響

溫度將影響滲透劑的滲透性能，工件和滲透劑溫度過低會影響滲透劑滲入開口缺陷的時間；如果工件或滲透劑溫度過高，一些揮發性較大的成分可能會從滲透劑中蒸發，那么殘留的物質也將影響滲透劑對開口缺陷的滲透效果。

工件表面溫度升高后，缺陷受熱膨脹，開口張大，裂紋寬度增加，滲透劑的滲透能力提升，微細裂紋對此反應更明顯。溫熱的工件還能升高涂覆在工件表面的滲透劑溫度，降低其黏度。另外，氣體的平均動能只與溫度有關[1]，工件溫度升高后，部分氣體從裂紋中排出，也有利于提升滲透劑的滲透性能。

在低溫下進行滲透檢測可能會碰到的問題有：被檢表面溫度過低，可能出現霜凍，被凍結的水汽會阻礙滲透劑的滲入；氣霧罐壓力降低影響噴霧效果；滲透劑黏度變大使滲透時間延長。另外，低溫下不同品牌滲透材料的滲透性能和檢測靈敏度也存在較大的差異[2]。為減少溫度對滲透檢測的影響，可采取以下措施。

(1) 必要時對被檢對象進行預處理，緩緩加熱工件表面，讓缺陷中凍結的水分蒸發出來，并保持被檢測表面充分干燥。

(2) 若使用噴霧罐產品，應保證顯像劑噴罐的溫度大于10 ℃，確保噴霧罐有足夠的壓力，保證霧化效果，確保噴涂時能形成薄而均勻的顯像劑覆蓋層，可采用溫度不超過50 ℃的熱水對噴霧罐進行浸泡加熱。

(3) 適當延長滲透和顯像時間，滲透過程工件保持潤濕狀態，可采用緩慢流動的暖氣加快顯像劑的干燥速度。

(4) 采用對比試塊對低溫下的滲透檢測工藝進行鑒定或驗證，包括對材料、工藝、環境的驗證。

3 低溫下溶劑去除型著色滲透檢測工藝參數驗證

3.1 鋁合金試塊的要求

試塊材料為鋁合金，試塊厚度為10 mm，尺寸為50 mm×75 mm(長×寬)，將其對稱分割為A，B兩塊試塊，A，B試塊上均應有細密相對稱的淬火裂紋。試塊分別標上A，B記號，以便使用時區分。

3.2 溶劑去除型著色滲透檢測的實施步驟和技術要點

3.2.1 預處理

工件被檢測部位及鄰近的25 mm范圍內不得有影響滲透檢測的鐵銹、氧化皮、焊接飛濺、鐵屑、毛刺以及各種防護層等，如有可使用打磨、機加工或者其他方法去除。

3.2.2 預清洗

一般使用溶劑清洗劑進行預清洗。視表面狀況，也可采用脫脂、超聲波等清洗方法。

3.2.3 施加滲透劑

施加滲透劑前，應確保被檢測部位是干燥的。一般使用噴涂或者刷涂的方式施加滲透劑，考慮工件尺寸或檢測數量等原因，也可采用澆涂或者浸涂的方法。滲透的時間和溫度應按相關標準或規程執行。

3.2.4 去除多余滲透劑

去除多余滲透劑時，應防止過清洗，嚴禁使用清洗劑沖洗被檢表面。一般應用干燥、潔凈不脫毛的布依次擦拭，直至大部分多余滲透劑被去除后，再用蘸有清洗劑的干凈不脫毛的布或紙進行擦拭，不得往復擦拭。保留較淡的滲透劑背景是允許的，但不能干擾顯示的評定。

3.2.5 干燥處理

采用溶劑去除多余滲透劑時，工件一般應在室溫下進行自然干燥，也可進行擦拭干燥或者壓縮空氣干燥。

3.2.6 施加顯像劑

應在多余滲透劑去除并干燥后盡快施加顯像劑。施加顯像劑前應充分地搖晃均勻，顯像劑應薄而均勻地施覆于被檢測表面，同時要保證足夠的厚度，以提供足夠的背景反差，增強缺陷顯示效果。

3.2.7 觀察、記錄和評定

在顯像劑干燥后，應在1060 min內連續觀察、記錄和評定。辨認細小顯示可用5～10倍的放大鏡進行觀察。被檢處可見光照度應不小于1 076 lx，可使用高亮度手電筒。缺陷的記錄一般采用帶有刻度尺的照片或錄像，并帶有編號標識，以便區分和保持追溯性。缺陷顯示的評定按照相關的質量驗收標準進行。

3.2.8 后清洗/后處理

觀察和評定后，應盡快采用對被檢工件無損害的方式清除滲透劑和顯像劑的殘留物，一般采用擦拭的方法。

3.3 低溫著色滲透檢測工藝鑒定

非標準溫度下，采用鋁合金試塊對滲透材料、檢測工藝參數等進行綜合驗證是一項十分重要的工作，也是確保檢測有效性的重要手段。著色滲透檢測時，可采用A，B試塊法或者單試塊法進行非標準溫度著色滲透檢測工藝的鑒定工作。

低溫著色滲透檢測工藝鑒定使用的滲透材料如表2所示。

表2 低溫著色滲透檢測工藝鑒定使用的滲透材料

鋁合金試塊的編號為175，在每次進行滲透檢測前應確保試塊表面徹底清洗且干燥。推薦在條件允許時使用超聲波清洗，或者使用清洗劑徹底清洗。超聲波清洗得徹底且方便，清洗劑清洗則需要反復多次才能徹底清洗，采用清洗劑和超聲波清洗晾干后的鋁合金試塊，外觀如圖1，2所示。

圖1 采用清洗劑清洗晾干后的鋁合金試塊外觀

使用的測溫儀型號為FLUKE 62 Mini，可見光(白光)照度計型號為DE-3351。

3.3.1 A,B試塊法

標識為“B”的鋁合金試塊用于低溫條件下的滲透檢測，標識為“A”的鋁合金試塊用于標準溫度范圍內的滲透檢測。A,B試塊法溶劑去除型著色滲透檢測工藝參數如表3所示。

表3 A,B試塊法溶劑去除型著色滲透檢測工藝參數

A試塊在不同溫度，滲透時間分別為5，10 min的檢測結果如圖3，4所示。由圖3,4可知，溫度為5～10 ℃時，若只滲透5 min，很多細小裂紋顯示不出，造成小缺陷的漏檢。隨著滲透時間的延長，將能更清晰、更完整地顯示細小裂紋。溫度大于10 ℃時，滲透時間為5 min和10 min鋁合金試塊的裂紋整體上差異不大。

圖3 A試塊在10～20 ℃，滲透時間分別為5，10 min的檢測結果

圖4 A試塊在5～10 ℃,滲透時間分別為5,10 min的檢測結果

圖5 B試塊在-3～0 ℃，滲透時間為15 min的檢測結果

圖6 B試塊在-3～0 ℃，滲透時間為2 0min的檢測結果

B試塊在-30 ℃，滲透時間分別為15，20 min的檢測結果如圖5，6所示，可見，溫度為-3～0 ℃時，滲透時間為20 min較15 min可獲得缺陷更清晰的顯示,但更小的缺陷均未顯示。要想發現更小的缺陷顯示，需要更長的滲透時間。

B試塊在不同溫度，滲透時間為20 min的檢測結果如圖7，8所示。由圖7，8可知，溫度為1～5 ℃，滲透時間為20 min時，可獲得滿意的檢測結果。

圖7 B試塊在1～2 ℃，滲透時間為20 min的檢測結果

圖8 B試塊在3～4 ℃，滲透時間為20 min的檢測結果

B試塊在68 ℃，滲透時間為10 min的檢測結果如圖9所示。由圖9可知，溫度為6～8 ℃，滲透時間10 min時，可獲得滿意的檢測結果。

圖9 B試塊在6～8 ℃，滲透時間為10 min的檢測結果

B試塊在1120 ℃，滲透時間為5 min的檢測結果如圖10所示。由圖10可知，溫度大于10 ℃,滲透時間為5 min時，可獲得滿意的檢測結果，滲透時間對鋁合金試塊上裂紋顯示的效果影響不大。

圖10 B試塊在11～20 ℃，滲透時間為5 min的檢測結果

3.3.2 單試塊法

采用著色滲透檢測時，也可采用單試塊法開展低溫鑒定或驗證工作。

具體方法為：對非標準溫度下的滲透檢測，采用照相的方法將其顯示拍攝下來；對標準溫度下的滲透檢測，采用與之前相同的照相方法將顯示拍攝下來；對比前、后兩張照片的顯示情況，以確定低溫條件下滲透檢測工藝的有效性。每次采用此方法進行滲透檢測前，應確保鋁合金試塊經過徹底清洗(可采取超聲波清洗或者溶劑清洗的方法)和干燥處理，否則將嚴重影響實際的檢測效果。單試塊法溶劑去除型著色滲透檢測工藝參數如表4所示。

A試塊在01 ℃，滲透時間分別為5，15 min的檢測結果如圖11所示，可見，滲透溫度低于5 ℃時，滲透時間對檢測結果的影響很大。

A,B試塊分別在不同溫度、不同滲透時間的檢測結果如圖1215所示，由圖12,14可知，在5～10 ℃，滲透時間只有5 min時，鋁合金試塊上的部分細小裂紋顯示明顯，缺陷顯示模糊，但不影響對較大缺陷的檢出。在實際檢測中,應在確保缺陷有效檢出的情況下兼顧檢測效率，選用合適的滲透時間。

表4 單試塊法溶劑去除型著色滲透檢測工藝參數

試塊預定溫度/℃滲透溫度/℃滲透時間/min干燥時間/min顯像時間/minA0～10.25215A0～10.015215A6～98.25210A6～97.210210A6～97.015210A11～2012.85110A11～2012.410110B6～98.65210B6～96.810210B6～97.215210B11～2013.05110B11～2012.810110

圖11 A試塊在0～1 ℃,滲透時間分別為5,15 min的檢測結果

圖12 A試塊在6～9 ℃，不同滲透時間的檢測結果

圖14 B試塊在6～9 ℃，不同滲透時間的檢測結果

圖15 B試塊在11～20 ℃，滲透時間分別為5，10 min的檢測結果

由圖13,15可知，在11～20 ℃，滲透時間分別為5，10 min時鋁合金試塊裂紋缺陷的檢出效果差別不大。隨著溫度的升高，滲透劑的滲透能力也增強，有利于提高滲透檢測的靈敏度，但一般不應超過標準允許的上限溫度。

4 結語

詳細介紹了非標準溫度下，采用A，B試塊法及單試塊法分析溶劑去除型著色滲透檢測工藝參數鑒定的方法。為非標準溫度條件下實施滲透檢測提供了值得借鑒的措施和方法。

另外，著色滲透檢測的靈敏度除了受被檢測對象的溫度影響外，還與檢測人員責任心[3]、操作規范性、滲透材料質量、檢測工藝參數的控制、表面光照條件等因素有關。