國內外標準對著色滲透檢測靈敏度驗證的要求對比

張 巖

(哈電集團(秦皇島)重型裝備有限公司，秦皇島 066206)

滲透檢測作為五大常規無損檢測方法之一，廣泛應用于承壓類特種設備和民用核安全設備領域。在諸多滲透檢測技術中又以手工操作噴罐裝溶劑去除型著色滲透+溶劑懸浮顯像技術的應用最為廣泛。文章以這種最常用的滲透檢測方法為例，探討滲透檢測技術在實際應用中的靈敏度相關問題；對比美國、歐洲和中國在承壓類特種設備和民用核安全設備領域常用的滲透檢測標準對靈敏度要求的差異，梳理和分析其優缺點，并提出建議，供滲透檢測人員參考。

1 滲透檢測標準的使用情況

1.1 美國標準

美國在承壓類特種設備和民用核安全設備領域應用最為廣泛的滲透檢測標準是ASME(美國機械工程師協會)系列標準和ASTM E 165Standardpracticeforliquidpenetrantexaminationforgeneralindustry(通用工業滲透檢測的標準操作方法)系列標準。ASME(以下以2021版為例)標準只規定了一種滲透檢測對比試塊，其結構與我國標準JB/T 6064-2015 《無損檢測 滲透試塊通用規范》 中的A型鋁合金對比試塊大致相同(見圖1)。在ASME標準的規定中，該試塊主要用于非標準溫度下滲透檢測方法的鑒定。無論是美國標準、歐洲標準還是中國標準，滲透檢測技術的鑒定方法和要求基本相同。

圖1 A型鋁合金對比試塊結構示意

ASME標準沒有直接對滲透檢測劑的相關靈敏度做出要求，但是標準ASTM E 165-2018指出，無論是哪個制造商生產的滲透檢測劑，只要是列在標準QPL-AMS-2644-2020Qualifiedproductsofinspectionmaterials,penetrant(合格產品目錄 檢驗材料 滲透檢測)中的均可使用(不能混搭使用)。標準ASTM E 165-2018的引用標準ASTM E 1220-2016Standardpracticeforvisiblepenetranttestingusingsolvent-removableprocess(溶劑去除著色滲透檢驗標準操作方法)明確規定，除經合同或Ⅲ級人員批準外，應使用滿足標準AMS-2644-2020Inspectionmaterial,penetrant(檢驗材料，滲透材料)要求的滲透檢測劑,該標準對著色滲透檢測劑沒有靈敏度等級劃分，只有列入清單(合格)與未列入清單(不合格)之分，其規定應使用如圖1所示的鋁合金對比試塊對著色滲透檢測劑的靈敏度進行測試。將參考滲透檢測劑施加于A型試塊的一塊，將需要驗證靈敏度的滲透檢測劑施加于A型試塊的另一塊，對比二者的檢測結果，達到或優于參考滲透檢測劑結果的滲透檢測劑為合格，低于的則為不合格。參考滲透檢測劑由標準AMS-2644-2020指定，驗證溶劑去除型著色滲透檢測劑的靈敏度應使用VP-PE，R-2和D-2型滲透檢測劑作為參考滲透檢測劑。

靈敏度測試的操作方法也由標準AMS-2644-2020規定。對于溶劑去除型著色滲透+溶劑懸浮顯像檢測劑系統而言，標準規定的滲透時間為5 min，去除試塊上多余滲透劑的方式為先用干布擦，再用沾有清洗劑的濕布擦，然后再用干布擦；多余滲透劑去除后，須將試塊放在室溫下干燥5 min，然后用D-2型顯像劑噴涂薄而均勻的顯像層進行顯像，顯像時間為5 min。

1.2 歐洲標準

歐洲在承壓類特種設備領域應用最為廣泛的滲透檢測標準是ISO 3452-1-2013Non-destructivetesting-penetranttesting-part1:Generalprinciples(無損檢測 滲透檢測 第1部分：總則)。法國標準RCC-M《壓水堆核電廠核島機械設備設計和建造規則》沒有給出具體的滲透檢測方法，而是引用其他標準的規定，其2000+2002補遺版和2007版均引用標準NF EN 571.1-1997Non-destructivetesting-penetranttesting-part1:Generalprinciples(無損檢測 滲透檢測 第1部分：總則)的要求；2016版則引用標準ISO 3452-1-2013的要求。

標準ISO 3452-1-2013規定滲透檢測劑的靈敏度等級應采用標準ISO 3452-3-2013 《無損檢測 滲透檢測 第3部分：參考試塊》 所規定的1型參考試塊進行測定，該試塊結構與我國標準GB/T 18851.3-2008 《無損檢測 滲透檢測 第3部分:參考試塊》 中的1型參考試塊大致相同(見圖2)。標準ISO 3452-2-2013 《無損檢測 滲透檢測 第2部分：滲透材料的檢驗》 規定了具體的靈敏度測試方法。

圖2 1型參考試塊結構示意

標準ISO 3452-2-2013規定使用鎳-鉻鍍層厚為30 μm和50 μm的兩塊1型參考試塊對溶劑去除型著色滲透檢測劑的靈敏度進行驗證，參考滲透檢測劑也由該標準指定。待驗證對象為1級靈敏度的溶劑去除型著色滲透檢測劑時，參考滲透檢測劑型號應為VP-1PE，R-2和D-2；待驗證對象為2級靈敏度的溶劑去除型著色滲透檢測劑時，參考滲透檢測劑型號應為VP-2PE，R-2和D-2。將參考滲透檢測劑(3級靈敏度熒光滲透檢測劑)施加于這兩個試塊并記錄延伸范圍不小于試塊寬度80%的橫向裂紋的顯示數量，以該數量作為基準；徹底清洗試塊后，再將需驗證靈敏度的滲透檢測劑施加于這兩個試塊，同樣記錄上述條件下橫向裂紋的顯示數量并與基準進行對比。若鎳-鉻鍍層厚度為50 μm的1型參考試塊檢出的不連續達100%，且鎳-鉻鍍層厚為30 μm的1型參考試塊檢出的不連續不低于75%，則所驗證滲透檢測劑的靈敏度等級為2級；若鎳-鉻鍍層厚為50 μm的1型參考試塊檢出的不連續不低于90%；鎳-鉻鍍層厚為30 μm的1型參考試塊檢出的不連續不限，則所驗證滲透檢測劑的靈敏度等級為1級。

靈敏度測試的操作方法由標準ISO 3452-2-2013規定，對于溶劑去除型著色滲透溶劑懸浮顯像檢測劑而言，其滲透時間為5 min，試塊上多余的滲透檢測劑須用沾清洗劑的濕布擦除，去除滲透檢測劑后，應將試塊置于室溫下干燥5 min，然后用D-2型顯像劑噴涂薄而均勻的顯像層進行顯像，顯像時間為5 min。

1.3 中國標準

中國民用核安全設備和承壓類特種設備領域使用最多的滲透檢測標準的是NB/T 20003.4-2010 《核電廠核島機械設備無損檢測 第4部分：滲透檢測》、NB/T 20328.4-2015 《核電廠核島機械設備無損檢測另一規范 第4部分：滲透檢測》 和NB/T 47013.5-2015 《承壓設備無損檢測 第5部分：滲透檢測》，前二者主要用于民用核安全設備領域，后者的應用更為廣泛。

標準NB/T 20003.4-2010和NB/T 20328.4-2015要求著色滲透檢測劑的靈敏度水平至少應達到標準GB/T 18851.2-2008 《無損檢測 滲透檢測 第2部分：滲透材料的檢驗》 規定的2級水平。標準GB/T 18851.2-2008規定使用標準GB/T 18851.3-2008中的1型參考試塊來驗證滲透檢測劑的靈敏度。標準NB/T 20003.4-2010和NB/T 20328.4-2015對著色滲透檢測劑的靈敏度水平要求與RCC-M 2000+2002補遺版和2007版的是一致的。標準NB/T 47013.5-2015并未明確對著色滲透檢測劑的靈敏度做出要求。

標準NB/T 20003.4-2010，NB/T 20328.4-2015和NB/T 47013.5-2015規定了滲透檢測劑系統的靈敏度及操作工藝正確性的驗證方法。該方法使用如圖3所示的三點式B型試塊(圖中l為試塊厚度，為34 mm)，在檢測工作開始前、檢測中和檢測后，如檢測人員認為有必要，可以使用該方法進行靈敏度驗證。

圖3 三點式B型試塊結構示意

標準NB/T 47013.5-2015詳細規定了三點式B型試塊上裂紋區的長徑，且其根據可顯示裂紋區的不同規定了3個(A，B，C)靈敏度等級；標準NB/T 20003.4-2010和NB/T 20328.4-2015則直接引用標準JB/T 6064-2015的相關規定，且要求3個裂紋區均顯示清晰(相當于標準NB/T 47013.5-2015規定的C級靈敏度)。

2 滲透檢測劑靈敏度的相關問題

2.1 滲透檢測劑靈敏度

盡管標準RCC-M 2000+2002補遺版和2007版，NB/T 20003.4-2010，NB/T 20328.4-2015對滲透檢測劑的靈敏度等級做出了要求，但是沒有明確新購置的噴罐裝著色滲透檢測劑在供貨商提供滿足靈敏度等級要求證明的前提下，作為使用者是否還需要使用1型參考試塊驗證該滲透檢測劑的靈敏度等級。

按標準AMS-2644-2020所述的方法使用鋁合金對比試塊以及按標準GB/T 18851.2-2008或ISO 3452-2-2013所述的方法使用標準GB/T 18851.3-2008或ISO 3452-3-2013規定的1型參考試塊測出的滲透檢測劑靈敏度主要是滲透劑的靈敏度，不是該滲透檢測劑能達到的最高靈敏度，也不是使用者想要采用的滲透檢測工藝所能達到的靈敏度(因為測試方法和顯像劑均由標準指定，而非使用者采用的操作工藝和顯像劑)。

2.2 滲透檢測劑的過程控制檢驗

標準ISO 3452-3-2013和GB/T 18851.3-2008中的2型參考試塊結構如圖4所示。根據這兩項標準所述，該試塊用于滲透檢測劑系統的過程控制檢驗，但過程控制檢驗不適用于噴罐式滲透檢測劑系統。

圖4 2型參考試塊實物及其結構示意

噴罐式滲透檢測劑有著“即噴即用即棄”的特點，其采用正壓密封，不回收，不重復利用。正常情況下，噴罐內的滲透檢測劑不會被污染。標準AMS-2644-2020，ISO 3452-2-2013，GB/T 18851.2-2008，T/CAMAC 0005-2020 《民用航空無損檢測 滲透檢測》 等標準都不要求對使用中的噴罐式滲透檢測劑進行過程控制檢驗。

2.3 滲透檢測劑系統靈敏度及操作工藝正確性驗證

滲透檢測劑系統靈敏度及操作工藝正確性驗證與滲透檢測劑靈敏度驗證有著根本性的不同。

(1) 滲透檢測劑系統靈敏度及操作工藝正確性驗證使用的滲透檢測劑是待驗證靈敏度的滲透檢測劑，包括顯像劑在內。

(2) 滲透檢測劑系統靈敏度驗證無需與參考滲透檢測劑進行對比，只需要通過待驗證滲透檢測劑顯示的裂紋區數量即可直接判斷其靈敏度等級。

(3) 滲透檢測劑系統靈敏度及操作工藝正確性驗證的操作方法與檢測人員進行滲透檢測的操作方法相同。

標準NB/T 20003.4-2010，NB/T 20328.4-2015和NB/T 47013.5-2015使用JB/T 6064-2015中的三點式B型試塊來驗證滲透檢測劑系統靈敏度及操作工藝正確性。為了擴大可測靈敏度范圍，也可以使用如圖5所示的五點式B型試塊(由上至下，“+”字符號分別表示1，2，3，4，5裂紋區)。三點式B型試塊上的3個裂紋區大致相當于五點式B型試塊上的2,3,4裂紋區。

圖5 五點式B型試塊結構示意

標準ISO 3452-3-2013和GB/T 18851.3-2008中的2型參考試塊雖然也有5個裂紋區，但是其最大尺寸為3.0～5.5 mm，范圍比五點式B型試塊的1～6 mm要小。2型參考試塊上最小的裂紋區大致相當于五點式B型試塊上的第3個裂紋區(即三點式B型試塊上的第2個裂紋區)。與五點式B型試塊相比，2型參考試塊可測的靈敏度范圍小且可測最高靈敏度低。即使2型參考試塊上的五個裂紋區全部清晰顯示，也只能達到標準NB/T 47013.5-2015規定的B級靈敏度，無法滿足標準NB/T 20003.4-2010和NB/T 20328.4-2015對滲透檢測劑系統靈敏度的要求。

如果需要驗證更高的靈敏度等級，可以使用如圖6所示的PSM-5型試塊。該試塊廣泛應用于民航領域滲透檢測的過程控制檢驗，其最小的裂紋區長徑為0.38～0.79 mm。

圖6 PSM-5型試塊外觀

無論是B型試塊、2型參考試塊還是PSM-5型試塊，都有如下所述的弊端。

(1) 試塊上的裂紋是在試塊背面施加壓力的情況下自然形成的，使用試塊時的應力輸入(如碰撞、跌落、對試塊施加彎曲應力、試塊背面施加壓力等)會導致裂紋繼續擴展，尺寸增大，甚至產生新的裂紋。

(2) 試塊上的裂紋有極小的尖端，其在使用過程中會不斷積留滲透檢測劑，使得試塊上細小裂紋的顯示隨著試塊使用次數的增加變得越來越不清晰甚至不能顯示。這個問題可以使用超聲波清洗試塊來解決，但效果不總是令人滿意，最終還是需要更換試塊。

(3) 試塊裂紋區的表面粗糙度一般不超過2.5 μm，幾乎優于所有的待檢表面。這導致滲透劑非常容易從光滑的試塊表面去除，如果采用與待檢工件完全一樣的去除多余滲透劑的操作去除試塊上多余的滲透劑，則大概率會導致試塊過清洗。

(4) 試塊上的裂紋是在壓力下自然形成的，因此無法精確控制裂紋的寬度和深度，也不存在完全相同的兩個試塊。這可能會導致相同系統靈敏度的滲透檢測劑在不同的試塊上測得的靈敏度等級不同。

3 結語

滲透檢測劑的靈敏度在一定程度上限制了滲透檢測所能達到的靈敏度上限，為了保證滲透檢測的靈敏度能夠滿足要求，在實施滲透檢測時，應該規定滲透檢測劑靈敏度等級的下限，同時，滲透檢測劑的靈敏度等級應該由供貨商自我聲明，并提供經認可的第三方實驗室出具的滲透檢測劑靈敏度鑒定報告作為證明材料。建議有關部門仿照標準QPL-AMS-2644-2020建立中國的被鑒定合格的滲透檢測材料產品目錄，以方便使用者購買滿足靈敏度等級要求的滲透檢測劑。滲透檢測劑系統靈敏度及操作工藝正確性驗證適宜在滲透檢測行業內推廣，但是使用B型試塊、2型參考試塊或PSM-5型試塊進行滲透檢測劑系統靈敏度及操作工藝正確性驗證只能得到一種靈敏度表征，其與實際缺陷檢出能力不具有對應性，只可作為一種參考。