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壓力容器無損檢測——滲透檢測技術(shù)

文檔作者：胡學(xué)知文檔來源：慶安集團(tuán)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2023年01月29日
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壓力容器無損檢測———滲透檢測技術(shù)
胡學(xué)知
(慶安集團(tuán)有限公司,西安710077)
邱楊
(國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局鍋爐壓力容器檢測研究中心,北京100013)
摘要:介紹了壓力容器滲透檢測技術(shù),包括滲透檢測的適用范圍、檢測材料、操作要點(diǎn)、可靠性、
國內(nèi)外滲透檢測工藝方法標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)試塊及滲透檢測自動化等。
關(guān)鍵詞:滲透檢測;壓力容器;可靠性;工藝;標(biāo)準(zhǔn)試塊
中圖分類號:TG115. 28 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:100026656 (2004) 0720359205
NONDESTRUCTIVE TESTING OF PRESSURE VESSELS :
PENETRANT TESTING
HU Xue-zhi
(Qing An Group Co. , Ltd , Xipan 710077 , China)
QIU Yang
(National Center of Boiler and Pressure Vessel Inspection and Research ,
Beijing 100013 , China)
Abstract : A review of penetrant testing for pressure vessels was presented , including the
special inspecting objects , testingmaterials , keys of operation , reliability , new procedure
standards at home and abroad , standard test block and automation systemof penetrant testing
and so on.
Keywords :Penetrant testing ; Pressure vessels ; Reliability ; Procedure ; Standard test block
根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》的規(guī)定,壓力容器為特種設(shè)備,其設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維修、
使用及檢驗(yàn)都被納入政府各級質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫部門的監(jiān)察范圍之內(nèi)。
滲透檢測是壓力容器的重要檢測方法。
JB 4730 標(biāo)準(zhǔn)[1 ]比較系統(tǒng)地?cái)⑹隽朔嵌嗫仔越饘俨牧匣蚍墙饘俨牧现茐毫θ萜鞅砻骈_口缺陷滲
透檢測的工藝方法及檢測結(jié)果的質(zhì)量分級。至于不同壓力容器應(yīng)采用的滲透檢測工藝方法及質(zhì)量等
級則要遵循相關(guān)法規(guī)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。
1 滲透檢測方法的分類
(1) 按滲透液所含染料成分分類可分為熒光、著色及熒光著色滲透檢測法三類。
(2) 按滲透液的去除方法分類可分為可水洗性、親油性后乳化、親水性后乳化及溶劑性去除
型滲透檢測法四類。
(3) 按滲透檢測靈敏度等級分類可分為很低、低級、中級、高級及超高級靈敏度五類。
(4) 按顯像劑類型分類可分為干粉、水溶性、水懸浮性、非水濕、特殊應(yīng)用顯像劑及自顯像
劑六類。
(5) 按去除溶劑類型分類可分為鹵族類、非鹵族類及特殊應(yīng)用類溶劑去除劑三類。
2 滲透檢測的適用范圍
滲透檢測可有效地應(yīng)用于檢驗(yàn)非多孔性的金屬與非金屬材料。當(dāng)滲透檢測應(yīng)用于陶瓷類制品檢
驗(yàn)時(shí),要注意陶瓷類制品是否上釉,上釉者為瓷,可以使用常規(guī)滲透檢測方法進(jìn)行檢測。滲透檢測應(yīng)用
于石墨類制品檢驗(yàn)時(shí),要注意石墨類制品是否經(jīng)過浸銅等工藝處理,經(jīng)過浸銅等工藝處理后,石墨類制
品中的細(xì)微孔洞被填充,就可以使用常規(guī)滲透檢測方法進(jìn)行檢測。滲透檢測應(yīng)用于粉末冶金類制品檢
驗(yàn)時(shí),要注意區(qū)分粉末冶金類制品究竟是松孔類制品還是致密類制品,如果是致密類制品,就可以使用常規(guī)滲透檢測方法進(jìn)行檢測。
3 滲透檢測材料
一族滲透檢測材料包括由生產(chǎn)廠家推薦的實(shí)用的滲透液、乳化劑、溶劑去除劑和顯像劑。不同
生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的滲透檢測材料不得交叉使用。滲透檢測應(yīng)用于奧氏體及鈦合金壓力容器時(shí),要注意控
制滲透檢測材料中氯及氟等鹵族元素的含量;應(yīng)用于鎳基合金壓力容器時(shí),要注意控制滲透檢測材料
中硫元素的含量。
滲透檢測應(yīng)用于某些橡膠及塑料制品時(shí),要注意滲透檢測材料與這些橡膠及塑料制品的相容性。
乳化劑分親水性與親油性兩種,并以此有親水性與親油性后乳化滲透檢測法之分。親油性乳化劑根據(jù)
不同的擴(kuò)散速度分為快作用型及慢作用型兩種,它與化學(xué)成分及粘度有關(guān);親油性乳化劑通常按供應(yīng)
狀態(tài)使用。親水性后乳化劑實(shí)質(zhì)是一種洗滌劑,通常按濃縮狀態(tài)供應(yīng),用水稀釋后使用。溶劑去除劑可
分為鹵化型與非鹵化型兩類。非鹵化型溶劑去除劑中,氯及氟等鹵族元素的含量受到嚴(yán)格控制,可用于
奧氏體及鈦合金材料的清洗。
4 滲透檢測的操作要點(diǎn)
(1) 壓力容器滲透檢測的適宜溫度范圍為10～40 ℃。如果在實(shí)際檢測過程中,受檢區(qū)域溫度超
出以上范圍,則應(yīng)通過對比試驗(yàn),確定在實(shí)際溫度條件下進(jìn)行滲透檢測的有效性。
(2) 滲透檢測工藝能否成功,很大程度上取決于受檢焊接接頭表面及缺陷表面是否有干擾滲透檢
測的固體或液體污染物。例如清洗受檢焊接接頭部位時(shí)所產(chǎn)生的殘留物會妨礙滲透液對缺陷的滲入,
若殘留物是強(qiáng)堿、強(qiáng)酸或鉻酸等,則可能與滲透液發(fā)生有害反應(yīng),從而降低滲透檢測的靈敏度。因此應(yīng)
徹底清除零件受檢表面的固體或液體污染物。
(3) 噴砂、噴丸或磨削等加工工藝有可能導(dǎo)致受檢表面缺陷開口的封閉,或產(chǎn)生掩蓋缺陷的顯示
跡痕,可采用浸蝕方法處理上述表面。
(4) 采用靜電噴涂法施加滲透液,可以避免過量的滲透液堆積在受檢零件上,并防止?jié)B透液進(jìn)入
空心孔通道,避免在檢驗(yàn)時(shí)引起嚴(yán)重的滲出問題。
(5) 去除受檢表面的多余滲透液時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)去除過度現(xiàn)象。
對于可水洗性滲透檢測法而言,應(yīng)防止過度清洗。
對于后乳化滲透檢測法而言,必須防止過度乳化,殘留在缺陷中的滲透液一般不受過度清洗的影
響。親油性乳化劑只能用浸涂法或澆涂法施加,不能用刷涂法或噴涂法施加。親水性乳化劑只能用浸
涂法、澆涂法或噴涂法施加,不能用刷涂法施加。
對于溶劑去除型滲透檢測法而言,必須避免使用過量的溶劑,更不允許使用溶劑沖洗受檢表面。
為避免出現(xiàn)去除過度現(xiàn)象,對于熒光滲透檢測法而言,應(yīng)在黑光燈監(jiān)視下進(jìn)行去除操作;對于著色
滲透檢測法而言,應(yīng)在白光燈監(jiān)視下進(jìn)行去除操作。
(6) 最好使用恒溫控制的熱風(fēng)循環(huán)式干燥箱進(jìn)行干燥處理。干燥溫度≯70 ℃,干燥時(shí)間≯30min ,
否則,檢驗(yàn)靈敏度將受到損傷。
(7) 常使用噴涂法施加溶劑懸浮濕式顯像劑。不要采用浸涂法或澆涂法施加溶劑懸浮濕式顯像
劑,否則,會通過顯像劑中的溶劑作用,使缺陷中的滲透液被沖洗(溶解) 掉,產(chǎn)生漏檢的后果。
5 滲透檢測的可靠性[2 ]
隨著滲透檢測方法在壓力容器檢測中的廣泛應(yīng)用,其可靠性越來越受到重視。影響滲透檢測可靠
性的因素有:
(1) 毛細(xì)現(xiàn)象作用的強(qiáng)弱
受檢壓力容器、滲透檢測劑及滲透檢測工藝等被確定后,受檢壓力容器的表面準(zhǔn)備及預(yù)清洗就非
常關(guān)鍵。表面準(zhǔn)備及預(yù)清洗越好,其表面開口缺陷的內(nèi)表面就可能越干凈,毛細(xì)現(xiàn)象作用就越強(qiáng),滲透檢測的可靠性就越高。否則,如果受檢壓力容器的表面開口缺陷預(yù)清洗不好,表面開口缺陷被污染甚至
被堵塞,則毛細(xì)現(xiàn)象就不可能發(fā)生,滲透檢測就要失敗。當(dāng)然,滲透檢測的可靠性也就無從談起。
(2) 試塊人工缺陷與實(shí)際表面開口缺陷的對應(yīng)性無論是隨機(jī)開裂的A 型試塊,還是輻射開裂的B
型試塊及平行開裂的C 型試塊,它們都與受檢壓力容器的實(shí)際表面開口缺陷不同。因此,最好在使用
A ,B 或C 型試塊的同時(shí),還應(yīng)使用受檢壓力容器的帶有實(shí)際表面開口缺陷的試塊。
A ,B 或C 型試塊的人工缺陷顯示正常的同時(shí),受檢壓力容器試塊上的實(shí)際開口缺陷也應(yīng)顯示正
常。A ,B 或C 型標(biāo)準(zhǔn)試塊上的人工缺陷與受檢壓力容器實(shí)際開口缺陷顯示的對應(yīng)性越高(例如標(biāo)準(zhǔn)
試塊上的細(xì)微裂紋與受檢壓力容器細(xì)微裂紋顯示的對應(yīng)性越高) ,滲透檢測的可靠性就越高。
(3) 滲透檢測方法及工藝的選擇被檢壓力容器不同,制造方法不同,產(chǎn)生的缺陷類型將不同,缺陷
的尺寸也將不同。不同的缺陷類型和尺寸,將導(dǎo)致選用不同的滲透檢測方法及工藝。
很明顯,缺陷類型及尺寸與滲透檢測方法及工藝對應(yīng)性越高,滲透檢測的可靠性就可能越高。試想,
如果使用水洗性著色滲透探傷法檢查晶間腐蝕裂紋,滲透檢測的可靠性將無從談起。
因此,為了提高滲透檢測的可靠性,必須合理選擇滲透劑及檢測工藝,合理選擇標(biāo)準(zhǔn)試塊及受檢壓
力容器實(shí)際缺陷試塊,使用可行的滲透檢測方法標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)滲透檢測人員的管理,進(jìn)行正確的操作,建立
全面質(zhì)量控制(QC) 及質(zhì)量保證(QA) 體系等。
6 滲透檢測工藝方法標(biāo)準(zhǔn)
6. 1 我國滲透檢測方法標(biāo)準(zhǔn)
熒光滲透檢測在我國航空領(lǐng)域里應(yīng)用非常廣泛;著色滲透檢測在我國特種設(shè)備行業(yè)里應(yīng)用非常
廣泛。我國滲透檢測工藝方法標(biāo)準(zhǔn)基本與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌,比較典型的有:
(1) GJB 2367《滲透檢測方法》;
(2) HB/ Z 61《滲透檢測》;
(3) JB 4730《壓力容器無損檢測》。
6. 2 國外滲透檢測方法標(biāo)準(zhǔn)
滲透檢測在美國、日本及歐洲應(yīng)用非常廣泛。美國的滲透檢測工藝方法標(biāo)準(zhǔn)代表了國際滲透檢
測的一流水平,比較典型的有:
(1) ASTME 1417《滲透檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法》;
(2) ASTME 165《滲透檢測的標(biāo)準(zhǔn)推薦操作方法》;
(3) ASTME 1208《親油性后乳化熒光滲透檢測的試驗(yàn)方法》;
(4) ASTME 1209《可水洗性熒光滲透檢測的試驗(yàn)方法》;
(5) ASTME 1210《親水性后乳化熒光滲透檢測的試驗(yàn)方法》;
(6) ASTME 1219《溶劑去除性熒光滲透檢測的試驗(yàn)方法》;
(7) ASTME 1220《溶劑去除性著色滲透檢測的試驗(yàn)方法》;
(8) ASTME 1418《可水洗性著色滲透檢測的試驗(yàn)方法》。
7 滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)試塊
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織無損檢測技術(shù)委員會表面方法分委員會,歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會及我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都
規(guī)定了滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)試塊的尺寸、制作方法及數(shù)據(jù)記錄,它將有利于滲透檢測過程的規(guī)范化,有利于對
滲透檢測劑系統(tǒng)的靈敏度和綜合性能進(jìn)行驗(yàn)證,有利于提高和保證滲透檢測結(jié)果的可靠性。
7. 1 A 型對比試塊[3 ]
7. 1. 1 A 型對比試塊的尺寸及功能
A 型對比試塊的形狀及其尺寸見圖1。圖1 A 型對比試塊
A 型試塊用于滲透檢測劑的性能測試和探傷靈敏度的比較。
7. 1. 2 A 型試塊的制作
A 型試塊基材為LY12 鋁合金板材或棒材,尺寸為75mm ×50mm ×10mm ,試塊長度方向應(yīng)與板
材軋制方向一致;化學(xué)成分應(yīng)符合GB/ T 3190 標(biāo)準(zhǔn)[4 ]規(guī)定;板材技術(shù)條件應(yīng)符合GB/ T 3193 標(biāo)準(zhǔn)[5 ]
規(guī)定,棒材技術(shù)條件應(yīng)符合GB/ T 3191 標(biāo)準(zhǔn)[6 ]或GB/ T 3192 標(biāo)準(zhǔn)[7 ]規(guī)定。
在試塊上表面粗糙度為 6. 3μm 的一面中間部位用噴燈進(jìn)行局部加熱,溫度達(dá)到500～540 ℃,然
后立即投入水中急冷,使其產(chǎn)生開口裂紋,裂紋寬度為≤3μm ,3～5μm 和> 5μm ,呈不規(guī)則分布,且每
塊試塊上≯3μm 的裂紋不得少于兩條。然后將試塊加熱至約 140 ℃干燥,冷卻后將其分隔成相等的
A ,B 兩區(qū)(每區(qū)約為37. 5mm ×50mm ×10mm) 。
應(yīng)用金相法逐塊測量每塊試塊上的裂紋寬度,并正確記錄在測試參數(shù)卡片上;試塊制造商需在試
塊質(zhì)量證明書上標(biāo)明裂紋寬度的測量結(jié)果和部位。
7. 2 B 型對比試塊
7. 2. 1 B 型對比試塊的尺寸及功能
圖2 B 型對比試塊B 型(改進(jìn)型) 對比試塊的形狀及其尺寸見圖2。
B 型試塊用于評定熒光和著色滲透檢測的綜合性能,即評定滲透檢測劑系統(tǒng)和滲透檢測程序?qū)?
于不同尺寸缺陷的分辨能力及對粗糙表面的清洗能力。
7. 2. 2 B 型試塊的制作
該型試塊基材為不銹鋼板,牌號為00Cr17Ni132Mo2N ,硬度HV20 =150 ±10 或相當(dāng), 尺寸為
155mm ×50mm×2. 5mm。試塊分隔為兩個尺寸相等的部分(155mm ×25mm ×215mm) ,分別稱為可
清洗度測試區(qū)和缺陷評定區(qū)。
(1) 缺陷評定區(qū)先鍍鎳,其厚度為60 ±3μm ,硬度為HV20 = 500～600 ;后鍍硬鉻,厚度為0.
53～115μm ,405 ℃加熱70min (不排除其它工藝) ,使硬度達(dá)到HV20 = 900～1 000 ,硬鉻層粗糙度
為1. 2～1.6μm。再在電鍍層背面分別以2. 0 ,3. 5 ,5. 0 ,6. 5 和8. 0kN 的壓力,等距離壓制五個壓
痕,在電鍍層表面(與壓痕對應(yīng)處) 形成圓或近似圓的放射狀裂紋,直徑分別達(dá)到3. 0 ,3. 5 ,4. 0 ,4. 5
和5. 5mm。試塊制造商在試塊質(zhì)量證明書上標(biāo)明每個放射狀裂紋的最大直徑實(shí)測值。
(2) 可清洗度測試區(qū)先將其分成四個大小均為25mm ×35mm 的區(qū)域;然后,通過特定的表面
處理方法,制成四個粗糙度分別為2. 5 ,5 ,10 和15μm 的區(qū)域。試塊制造商在試塊質(zhì)量證明書上標(biāo)
明四個不同粗糙度區(qū)域的粗糙度實(shí)測值。
圖3 C 型對比試塊
7. 3 C 型對比試塊[8 ]
7. 3. 1 C 型對比試塊的尺寸及功能
C 型試塊的形狀及尺寸見圖3。C 型試塊用于評定熒光和著色滲透液系統(tǒng)的靈敏度等級。其中電鍍層總厚度為10 ,20 和30μm
的試塊用于確定熒光滲透液系統(tǒng)的靈敏度等級,電鍍層總厚度為30 和50μm 的試塊用于確定著色滲
透液系統(tǒng)的靈敏度等級。
7. 3. 2 C 型試塊的制作
C 型試塊基材為黃銅板,尺寸為35mm ×100mm×2mm。
先在試塊基材上電鍍鎳和鉻,每塊試塊電鍍層總厚度不同,分別為10 ,20 ,30 和50μm;然后,用縱
向拉伸方法(不排除其它方法) 使電鍍層開裂而形成若干條近乎平行的橫向裂紋,裂紋深度接近電鍍
層總厚度,寬度與深度之比約為 1∶20 。
試塊制造商在試塊質(zhì)量證明書上標(biāo)明試塊裂紋寬度和深度(或電鍍層總厚度) 實(shí)測值。
8 滲透檢測工藝限制
著色滲透檢測不推薦使用干粉顯像劑和水溶性顯像劑,應(yīng)采用非水濕顯像劑。
自顯像工藝應(yīng)經(jīng)過批準(zhǔn),使用專用的自顯像滲透液,黑光輻照度應(yīng)≮3 000μW/ cm2 。
關(guān)鍵重要零件不推薦使用著色滲透檢測。
渦輪發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零件的維修及檢修僅允許采用親水性后乳化熒光滲透檢測法進(jìn)行檢驗(yàn),且檢驗(yàn)
靈敏度應(yīng)為高級及超高級。
9 滲透檢測裂紋深度的試驗(yàn)[9 ]
滲透檢測越來越受到人們的重視,從斷裂力學(xué)的角度出發(fā),人們對滲透檢測結(jié)果的期望不再局限
于裂紋的長度和寬度,還關(guān)心裂紋的深度。但是,滲透檢測的裂紋深度測量,一直是滲透檢測的盲點(diǎn)。
國內(nèi)某研究單位使用鋁合金平板材料及鋁合金焊接試件進(jìn)行著色滲透檢測試驗(yàn),并通過裂紋測深儀
測量與試件解剖對照,發(fā)現(xiàn)裂紋深度與長度和寬度之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。并以此得出統(tǒng)計(jì)規(guī)律數(shù)據(jù),
得到裂紋長度、寬度與深度之間的對照表,對裂紋深度的評估有一定的參考價(jià)值。
10 不規(guī)則裂紋的角度對滲透深度的影響[10]
影響滲透檢測靈敏度的因素很多,包括滲透檢測材料、工藝方法及設(shè)備等,但是缺陷本身的性質(zhì)
(例如受檢裂紋的開口寬度、深度及長度等) 直接影響滲透檢測的靈敏度。規(guī)則裂紋的滲透作用已有
研究報(bào)道,而不規(guī)則裂紋的探討報(bào)道甚少。
理論推導(dǎo)公式表明,滲透液在裂紋中的滲透深度主要取決于裂紋的角度大小;當(dāng)裂紋的開口寬度
和深度都相同時(shí),滲透液在有角度的裂紋中滲透得深;當(dāng)裂紋的開口寬度相同時(shí),裂紋越尖銳,檢測靈敏
度越高。滲透深度與裂紋的長度無關(guān)。
11 在役容器穿透裂紋的滲透檢測[11 ]
滲透檢測可分為表面滲透與穿透滲透檢測。前者檢測表面缺陷,后者檢測穿透缺陷(即檢漏) 。盛裝液
體介質(zhì)的在役容器,在運(yùn)行過程中一直處于承壓狀態(tài)。如果存有穿透裂紋(即使很細(xì)微) ,
由于其處于擴(kuò)張狀態(tài),就可能導(dǎo)致容器出現(xiàn)泄漏。停止運(yùn)行,把液體介質(zhì)清理出來,容器無內(nèi)壓,
穿透裂紋則處于閉合狀態(tài)。如果泄漏位置在容器底部,受檢部位處于仰視位置,即使使用磁粉探傷,效
果也不好。此時(shí),使用穿透滲透檢測的效果甚好。
使用穿透滲透檢測時(shí),預(yù)清洗很重要。穿透裂紋中的污染物清洗得越干凈越好。清洗污染物所用
的清洗劑,如成分結(jié)構(gòu)與容器中盛裝的液體介質(zhì)相似,則清洗效果將更好。滲透檢測劑如與容器中盛裝
的液體介質(zhì)成分結(jié)構(gòu)相似,檢測效果也將更好。
使用穿透滲透檢測時(shí),容器內(nèi)側(cè)施加滲透液,容器外側(cè)施加顯像劑,容器外側(cè)形成缺陷顯示即可表
明容器泄漏位置。
12 滲透檢測的自動化[12 ]國內(nèi)某研究單位使用電荷耦合器件(CCD) 圖像攝取和計(jì)算機(jī)圖像處理的機(jī)電一體化滲透檢測
自動分選系統(tǒng)和在SM21 型著色滲透檢測劑基礎(chǔ)上改進(jìn)的水洗型著色滲透液和水溶型濕式顯像劑,
對非金屬陶瓷軸承球( <6. 6 和<8. 5mm) 進(jìn)行檢測,檢測靈敏度高,能發(fā)現(xiàn)的最小裂紋寬度≤1μm ,缺
陷顯示寬度約為實(shí)際寬度的40～60 倍(即擴(kuò)散系數(shù)約40～60) ,檢測速度快,成本低,減輕了勞動強(qiáng)度,
提高了工作效率,可使?jié)B透檢測工藝規(guī)范化及自動化。
該自動分選系統(tǒng)不僅可用于陶瓷軸承球表面的點(diǎn)狀氣孔、疏松及裂紋的缺陷檢測,亦可用于鋼球
等曲面表面的缺陷檢測,為滲透檢測自動化探索出一條新路。
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