滲透檢測中缺陷開口大小及形式對缺陷檢測能力的影響研究

鄒尊斌 任俊波 王偉 王學權

摘 要

滲透檢測是采用帶有熒光或紅色染料，利用滲透劑的毛細作用原理進行檢測的一種針對被檢測對象表面開口缺陷的一種無損檢測方法。本文對毛細現象、常用的滲透檢測方法進行了描述。本文通過非貫穿型與貫穿型缺陷毛細能力實驗以及不同開口大小非貫穿型缺陷毛細能力實驗，對工件表面缺陷對滲透檢測的影響進行了實驗研究。通過實驗表明，對具有相同大小的缺陷進行滲透檢查，采用著色型滲透液時，貫穿型缺陷的毛細能力要遠大于非貫穿型缺陷;針對非貫穿型缺陷，缺陷開口寬度越小，滲透能力越強。

關鍵詞

滲透檢測;滲透能力;貫穿型缺陷;非貫穿型缺陷

中圖分類號： TB303 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 39

Abstract

Penetrate testing is a nondestructive testing method with fluorescence or red dye and the capillary action principle of osmotic agent. In this paper， the capillary phenomenon and the commonly used permeability detection methods are described. In this paper， the influence of surface defects on permeability detection was studied by capillary capacity experiments of non-penetrating and penetrating defects and capillary capacity experiments of non-penetrating defects with different opening sizes. The results show that capillary capacity of penetrate defects is much higher than that of non-penetrate defects when the colored penetrate is used for penetrate inspection of defects of the same size. For non-penetrate defects， the smaller the defect opening width， the stronger the permeability.

Key word

Penetrate detection; Permeability; Penetration defects; Non-penetration defects

0 引言

滲透檢測是一種以毛細作用原理為基礎的檢測技術[1]，是在被檢測工件上浸涂可滲透的帶有熒光或紅色的染料，利用滲透劑的滲透作用，顯示表面缺陷痕跡的一種無損檢測方法。該方法具有操作簡單、成本較低，不受材料性質的限制等優點。廣泛應用于各種金屬材料和非金屬材料構件的表面開口缺陷。滲透檢測也廣泛應用于核工業無損檢測中，在核電廠核動力裝置上有廣泛的應用，如反應堆壓力容器、穩壓器、主管道、蒸汽發生器等重要設備的役前和在役檢查。根據滲透檢測的物理特點，依靠毛細作用的原理，滲透檢測只能檢測工件表面的開口缺陷。本文主要研究缺陷開口大小及形式對滲透檢測能力的影響。

1 毛細現象

滲透檢測以毛細作用原理作為檢測的基礎[1]。毛細現象是指將一根很細的管子插入盛有液體的容器中，如果液體能潤濕管子，那么液體會在管子內上升，使管內的液面高于容器的液面。如果液體不能潤濕管子，管內的液面就會低于容器的液面。通常將這種潤濕管壁的液體在細管中上升，而不潤濕管壁的液體在細管中下降的現象稱為毛細現象[2]。對工件進行檢測時，可將工件表面的開口缺陷看作是毛細管或毛細縫隙。由于所采用的滲透液都是能潤濕工件的，因此滲透液在毛細作用下會滲入工件表面的缺陷中，使缺陷近表面有所不同。通過使用顯像劑進行顯像，可以觀察到缺陷特點。顯像劑是一種細微粉末，顯像劑微粉之間可形成很多半徑很小的毛細管，這種粉末又能被滲透液所潤濕，所以當清洗完工件表面多余的滲透液后，給工件的表面噴上一層顯像劑，根據毛細現象，缺陷中的滲透液就易被吸出，形成一個缺陷顯示信號。滲透檢測原理如圖1所示。

2 滲透檢查方法[1]

滲透檢查按照滲透液的種類可以分為著色法、熒光法和熒光著色法。著色法含紅色染料，在白光或日光下觀察檢驗;熒光法含熒光染料，在紫外線照射下有熒光反應;熒光著色法兼有以上兩種方法的特點。

滲透檢查根據多余滲透液去除的方法分類，可以分為水洗型、后乳化型和溶劑清洗型三種。水洗型內含乳化劑，可直接水洗;后乳化型不能直接沖洗，需要增加乳化工序才能沖洗;溶劑清洗型需專門的有機溶劑擦洗去除。

3 工件表面缺陷對滲透檢測的影響

工件表面開口缺陷是滲透檢測的主要檢測對象。滲透檢測過程中可能會遇到的缺陷包括孔狀、條狀、貫穿型和非貫型幾種。本文針對缺陷的形式，主要采用同種形狀不同開口大小以及相同開口大小不同類型的圓形玻璃毛細管進行實驗以此研究缺陷類型對滲透檢測能力的影響。進行實驗的玻璃毛細管見圖2所示。

3.1 非貫穿型與貫穿型缺陷毛細能力實驗

工件表面的非貫穿型開口缺陷種類較多，如表面裂紋、表面氣孔、表面凹坑等，表面裂紋見圖3所示。對于非貫穿型缺陷，滲透檢查時滲透液在滲透過程中會逐漸壓縮空間，封閉空間內的空氣壓力增加，減小滲透速度。對于貫穿型缺陷則不會受空氣壓力的影響，若從上方施加滲透液，滲透液會同時受到工件表面張力與重力的作用，在毛細現象的作用下，滲透液將逐漸向缺陷內部滲透，滲透液滲入缺陷越多，受到的重力越大，最終在兩力的作用下滲透液從下方缺陷處流出。理論上分析具有相同開口大小的貫穿型缺陷與非貫穿型缺陷相比，由于貫穿型缺陷不會受空氣壓力影響，其毛細能力應大于非貫穿型缺陷。

采用5支外徑為1mm，內徑為0.9mm的一端封口的圓形毛細玻璃管和5支外徑為1mm，內徑為0.9mm兩端均不封口圓形毛玻璃管進行實驗，滲透液采用宏達H-ST著色滲透探傷劑。將10支圓形毛細玻璃均置于滲透液中，等待一段時間，觀察滲透液直到滲透液達到穩定后，觀察滲透液的高度，并對其高度進行測量及記錄。兩種不同類型的毛細玻璃實驗結果見表1所示。

由表1結果可知，非貫穿型毛細玻璃管的滲透高度要遠小于貫穿型缺陷的滲透高度。5個貫穿型毛細玻璃管采用著色滲透液的平均滲透高度為35.87mm，最大滲透高度為36.12，最小滲透高度為35.62mm。5個非貫穿型毛細玻璃管采用著色滲透液的平均滲透高度為2.81mm，最大滲透高度為2.84mm，最小滲透高度為2.75mm。貫穿型毛細玻璃管的平均滲透高度是非貫穿型毛細玻璃管平均滲透高度的12.77倍，與理論分析的結論保持一致。

3.2 不同開口大小非貫穿型缺陷毛細能力實驗

為了研究具有相同缺陷類型不同開口大小的缺陷的毛細能力[2]，利用不同直徑大小的同種類型的毛細玻璃進行毛細能力實驗研究。一般來說，毛細現象中，毛細管越小，毛細管中的液體滲透高度越大。現利用5支內徑為0.4mm，5支內徑為0.7mm，5支內徑為0.9mm的毛細玻璃管進行實驗，滲透液采用宏達H-ST著色滲透探傷劑。將15支圓形毛細玻璃均置于滲透液中，等待一段時間，觀察滲透液直到滲透液達到穩定后，觀察滲透液的高度，并對其高度進行測量及記錄。三種不同內徑的毛細玻璃實驗結果見表2所示。

由表2結果可知，毛細玻璃管的內徑越小，滲透液的滲透高度越大，內徑為0.4mm的毛細玻璃管平均滲透高度為6.10mm，內徑為0.7mm的毛細玻璃管平均滲透高度為5.19mm，內徑為0.9mm的毛細玻璃管平均滲透高度為2.81mm。因此在對工件進行表面缺陷檢測時，采用著色滲透法，缺陷開口寬度越小，滲透能力越強。

4 其他影響因素[1]

在滲透檢測中，除了缺陷開口類型及缺陷開口大小會影響滲透液的毛細能力外，還有其他對滲透影響的因素。

（1）表面開口缺陷處清潔度或污物的影響，若開口缺陷處有污物堵塞，用妨礙滲透液向缺陷處的滲透。

（2）開口缺陷的方向也會影響滲透效果，工件表面開口缺陷的方向可能與工件表面成不同角度，具有不同角度的缺陷滲透能力也不同。

（3）采用不同類型的滲透液，在工件表面的滲透能力也不同。

5 結論

（1）對具有相同大小的缺陷進行滲透檢查時，且采用著色型滲透液時，貫穿型缺陷的毛細能力要遠大于非貫穿型缺陷。

（2）在對工件進行表面缺陷檢測時，采用著色滲透法，針對非貫穿型缺陷，缺陷開口寬度越小，滲透能力越強。

參考文獻

[1]胡學知，等.滲透檢測中國勞動社會保障出版社2007年出版.

[2]劉晴巖，等.液體滲透檢測的可靠性無損檢測2002（09）：13.