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1、压力容器无损检测压力容器无损检测渗透检测技术渗透检测技术 胡学知胡学知 (庆安集团有限公司,西安 710077) 邱 杨邱 杨 (国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器检测研究中心,北京 100013) 摘 要摘 要:介绍了压力容器渗透检测技术,包括渗透检测的适用范围、 检测材料、 操作要点、 可靠性、 国内外渗透检测工艺方法标准、标准试块及渗透检测自动化等。 关键词关键词:渗透检测;压力容器;可靠性;工艺;标准试块 中图分类号中图分类号:TG115. 28 文献标识码文献标识码:A 文章编号文章编号:100026656 (2004) 0720359205 NONDESTRUCTIVE TEST
2、ING 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 th
3、e 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 根据特
4、种设备安全监察条例的规定,压力容器为特种设备,其设计、制造、安装、改造、维修、 使用及检验都被纳入政府各级质量监督检验检疫部门的监察范围之内。 渗透检测是压力容器的重要检测方法。 JB 4730 标准1 比较系统地叙述了非多孔性金属材料或非金属材料制压力容器表面开口缺陷渗 透检测的工艺方法及检测结果的质量分级。至于不同压力容器应采用的渗透检测工艺方法及质量等 级则要遵循相关法规及产品标准的有关规定。 1 渗透检测方法的分类 渗透检测方法的分类 (1) 按渗透液所含染料成分分类 可分为荧光、着色及荧光着色渗透检测法三类。 (2) 按渗透液的去除方法分类 可分为可水洗性、亲油性后乳化、亲水性后乳化
5、及溶剂性去除 型渗透检测法四类。 (3) 按渗透检测灵敏度等级分类 可分为很低、低级、中级、高级及超高级灵敏度五类。 (4) 按显像剂类型分类 可分为干粉、水溶性、水悬浮性、非水湿、特殊应用显像剂及自显像 剂六类。 (5) 按去除溶剂类型分类 可分为卤族类、非卤族类及特殊应用类溶剂去除剂三类。 2 渗透检测的适用范围 渗透检测的适用范围 渗透检测可有效地应用于检验非多孔性的金属与非金属材料。当渗透检测应用于陶瓷类制品检 验时,要注意陶瓷类制品是否上釉,上釉者为瓷,可以使用常规渗透检测方法进行检测。渗透检测应用 于石墨类制品检验时,要注意石墨类制品是否经过浸铜等工艺处理,经过浸铜等工艺处理后,石
6、墨类制 品中的细微孔洞被填充,就可以使用常规渗透检测方法进行检测。渗透检测应用于粉末冶金类制品检 验时,要注意区分粉末冶金类制品究竟是松孔类制品还是致密类制品,如果是致密类制品,就可以使用 常规渗透检测方法进行检测。 3 渗透检测材料 渗透检测材料 一族渗透检测材料包括由生产厂家推荐的实用的渗透液、乳化剂、溶剂去除剂和显像剂。不同 生产厂家生产的渗透检测材料不得交叉使用。渗透检测应用于奥氏体及钛合金压力容器时,要注意控 制渗透检测材料中氯及氟等卤族元素的含量;应用于镍基合金压力容器时,要注意控制渗透检测材料 中硫元素的含量。 渗透检测应用于某些橡胶及塑料制品时,要注意渗透检测材料与这些橡胶及塑
7、料制品的相容性。 乳化剂分亲水性与亲油性两种,并以此有亲水性与亲油性后乳化渗透检测法之分。亲油性乳化剂根据 不同的扩散速度分为快作用型及慢作用型两种,它与化学成分及粘度有关;亲油性乳化剂通常按供应 状态使用。亲水性后乳化剂实质是一种洗涤剂,通常按浓缩状态供应,用水稀释后使用。溶剂去除剂可 分为卤化型与非卤化型两类。 非卤化型溶剂去除剂中,氯及氟等卤族元素的含量受到严格控制,可用于 奥氏体及钛合金材料的清洗。 4 渗透检测的操作要点 渗透检测的操作要点 (1) 压力容器渗透检测的适宜温度范围为 1040 。如果在实际检测过程中,受检区域温度超 出以上范围,则应通过对比试验,确定在实际温度条件下进
8、行渗透检测的有效性。 (2) 渗透检测工艺能否成功,很大程度上取决于受检焊接接头表面及缺陷表面是否有干扰渗透检 测的固体或液体污染物。例如清洗受检焊接接头部位时所产生的残留物会妨碍渗透液对缺陷的渗入, 若残留物是强碱、强酸或铬酸等,则可能与渗透液发生有害反应,从而降低渗透检测的灵敏度。因此应 彻底清除零件受检表面的固体或液体污染物。 (3) 喷砂、喷丸或磨削等加工工艺有可能导致受检表面缺陷开口的封闭,或产生掩盖缺陷的显示 迹痕,可采用浸蚀方法处理上述表面。 (4) 采用静电喷涂法施加渗透液,可以避免过量的渗透液堆积在受检零件上,并防止渗透液进入 空心孔通道,避免在检验时引起严重的渗出问题。 (
9、5) 去除受检表面的多余渗透液时应避免出现去除过度现象。 对于可水洗性渗透检测法而言,应防止过度清洗。 对于后乳化渗透检测法而言,必须防止过度乳化,残留在缺陷中的渗透液一般不受过度清洗的影 响。亲油性乳化剂只能用浸涂法或浇涂法施加,不能用刷涂法或喷涂法施加。亲水性乳化剂只能用浸 涂法、浇涂法或喷涂法施加,不能用刷涂法施加。 对于溶剂去除型渗透检测法而言,必须避免使用过量的溶剂,更不允许使用溶剂冲洗受检表面。 为避免出现去除过度现象,对于荧光渗透检测法而言,应在黑光灯监视下进行去除操作;对于着色 渗透检测法而言,应在白光灯监视下进行去除操作。 (6) 最好使用恒温控制的热风循环式干燥箱进行干燥处
10、理。 干燥温度70 , 干燥时间30min , 否则,检验灵敏度将受到损伤。 (7) 常使用喷涂法施加溶剂悬浮湿式显像剂。不要采用浸涂法或浇涂法施加溶剂悬浮湿式显像 剂,否则,会通过显像剂中的溶剂作用,使缺陷中的渗透液被冲洗(溶解) 掉,产生漏检的后果。 5 渗透检测的可靠性 渗透检测的可靠性2 随着渗透检测方法在压力容器检测中的广泛应用,其可靠性越来越受到重视。影响渗透检测可靠 性的因素有: (1) 毛细现象作用的强弱 受检压力容器、渗透检测剂及渗透检测工艺等被确定后,受检压力容器的表面准备及预清洗就非 常关键。表面准备及预清洗越好,其表面开口缺陷的内表面就可能越干净,毛细现象作用就越强,渗
11、透 检测的可靠性就越高。 否则,如果受检压力容器的表面开口缺陷预清洗不好,表面开口缺陷被污染甚至 被堵塞,则毛细现象就不可能发生,渗透检测就要失败。当然,渗透检测的可靠性也就无从谈起。 (2) 试块人工缺陷与实际表面开口缺陷的对应性无论是随机开裂的A 型试块,还是辐射开裂的B 型试块及平行开裂的 C 型试块,它们都与受检压力容器的实际表面开口缺陷不同。因此,最好在使用 A ,B 或 C 型试块的同时,还应使用受检压力容器的带有实际表面开口缺陷的试块。 A ,B 或 C 型试块的人工缺陷显示正常的同时,受检压力容器试块上的实际开口缺陷也应显示正 常。A ,B 或 C 型标准试块上的人工缺陷与受检
12、压力容器实际开口缺陷显示的对应性越高(例如标准 试块上的细微裂纹与受检压力容器细微裂纹显示的对应性越高) ,渗透检测的可靠性就越高。 (3) 渗透检测方法及工艺的选择被检压力容器不同,制造方法不同,产生的缺陷类型将不同,缺陷 的尺寸也将不同。不同的缺陷类型和尺寸,将导致选用不同的渗透检测方法及工艺。 很明显,缺陷类型及尺寸与渗透检测方法及工艺对应性越高,渗透检测的可靠性就可能越高。 试想, 如果使用水洗性着色渗透探伤法检查晶间腐蚀裂纹,渗透检测的可靠性将无从谈起。 因此,为了提高渗透检测的可靠性,必须合理选择渗透剂及检测工艺,合理选择标准试块及受检压 力容器实际缺陷试块,使用可行的渗透检测方法
13、标准,加强渗透检测人员的管理,进行正确的操作,建立 全面质量控制(QC) 及质量保证(QA) 体系等。 6 渗透检测工艺方法标准 渗透检测工艺方法标准 6. 1 我国渗透检测方法标准 我国渗透检测方法标准 荧光渗透检测在我国航空领域里应用非常广泛;着色渗透检测在我国特种设备行业里应用非常 广泛。我国渗透检测工艺方法标准基本与国际标准接轨,比较典型的有: (1) GJB 2367渗透检测方法; (2) HB/ Z 61渗透检测; (3) JB 4730压力容器无损检测。 6. 2 国外渗透检测方法标准 国外渗透检测方法标准 渗透检测在美国、日本及欧洲应用非常广泛。美国的渗透检测工艺方法标准代表了
14、国际渗透检 测的一流水平,比较典型的有: (1) ASTME 1417渗透检测的标准方法; (2) ASTME 165渗透检测的标准推荐操作方法; (3) ASTME 1208亲油性后乳化荧光渗透检测的试验方法; (4) ASTME 1209可水洗性荧光渗透检测的试验方法; (5) ASTME 1210亲水性后乳化荧光渗透检测的试验方法; (6) ASTME 1219溶剂去除性荧光渗透检测的试验方法; (7) ASTME 1220溶剂去除性着色渗透检测的试验方法; (8) ASTME 1418可水洗性着色渗透检测的试验方法。 7 渗透检测标准试块 渗透检测标准试块 国际标准化组织无损检测技术委
15、员会表面方法分委员会,欧洲标准化委员会及我国有关标准都 规定了渗透检测标准试块的尺寸、 制作方法及数据记录,它将有利于渗透检测过程的规范化,有利于对 渗透检测剂系统的灵敏度和综合性能进行验证,有利于提高和保证渗透检测结果的可靠性。 7. 1 A 型对比试块型对比试块3 7. 1. 1 A 型对比试块的尺寸及功能型对比试块的尺寸及功能 A 型对比试块的形状及其尺寸见图 1。 图 1 A 型对比试块 A 型试块用于渗透检测剂的性能测试和探伤灵敏度的比较。 7. 1. 2 A 型试块的制作型试块的制作 A 型试块基材为LY12 铝合金板材或棒材,尺寸为75mm 50mm 10mm ,试块长度方向应与
16、板 材轧制方向一致;化学成分应符合 GB/ T 3190 标准4 规定;板材技术条件应符合 GB/ T 3193 标准5 规定,棒材技术条件应符合 GB/ T 3191 标准6 或 GB/ T 3192 标准7 规定。 在试块上表面粗糙度为 6. 3m 的一面中间部位用喷灯进行局部加热,温度达到 500540 , 然 后立即投入水中急冷,使其产生开口裂纹,裂纹宽度为3m ,35m 和 5m ,呈不规则分布,且每 块试块上3m 的裂纹不得少于两条。然后将试块加热至约 140 干燥,冷却后将其分隔成相等的 A ,B 两区(每区约为 37. 5mm 50mm 10mm) 。 应用金相法逐块测量每块试
17、块上的裂纹宽度,并正确记录在测试参数卡片上;试块制造商需在试 块质量证明书上标明裂纹宽度的测量结果和部位。 7. 2 B 型对比试块型对比试块 7. 2. 1 B 型对比试块的尺寸及功能型对比试块的尺寸及功能 图 2 B 型对比试块 B 型(改进型) 对比试块的形状及其尺寸见图 2。 B 型试块用于评定荧光和着色渗透检测的综合性能,即评定渗透检测剂系统和渗透检测程序对 于不同尺寸缺陷的分辨能力及对粗糙表面的清洗能力。 7. 2. 2 B 型试块的制作型试块的制作 该型试块基材为不锈钢板,牌号为 00Cr17Ni132Mo2N ,硬度 HV20 =150 10 或相当, 尺寸为 155mm 50
18、mm2. 5mm。试块分隔为两个尺寸相等的部分(155mm 25mm 215mm) ,分别称为可 清洗度测试区和缺陷评定区。 (1) 缺陷评定区 先镀镍,其厚度为 60 3m ,硬度为 HV20 = 500600 ;后镀硬铬,厚度为 0. 53115m ,405 加热 70min (不排除其它工艺) ,使硬度达到 HV20 = 9001 000 ,硬铬层粗糙度 为 1. 21.6m。再在电镀层背面分别以 2. 0 ,3. 5 ,5. 0 ,6. 5 和 8. 0kN 的压力,等距离压制五个压 痕,在电镀层表面(与压痕对应处) 形成圆或近似圆的放射状裂纹,直径分别达到 3. 0 ,3. 5 ,4
19、. 0 ,4. 5 和 5. 5mm。试块制造商在试块质量证明书上标明每个放射状裂纹的最大直径实测值。 (2) 可清洗度测试区 先将其分成四个大小均为 25mm 35mm 的区域;然后,通过特定的表面 处理方法,制成四个粗糙度分别为 2. 5 ,5 ,10 和 15m 的区域。试块制造商在试块质量证明书上标 明四个不同粗糙度区域的粗糙度实测值。 图 3 C 型对比试块 7. 3 C 型对比试块型对比试块8 7. 3. 1 C 型对比试块的尺寸及功能型对比试块的尺寸及功能 C 型试块的形状及尺寸见图 3。 C 型试块用于评定荧光和着色渗透液系统的灵敏度等级。 其中电镀层总厚度为 10 ,20 和
20、 30m 的试块用于确定荧光渗透液系统的灵敏度等级,电镀层总厚度为30 和50m 的试块用于确定着色渗 透液系统的灵敏度等级。 7. 3. 2 C 型试块的制作型试块的制作 C 型试块基材为黄铜板,尺寸为 35mm 100mm2mm。 先在试块基材上电镀镍和铬,每块试块电镀层总厚度不同,分别为 10 ,20 ,30 和 50m;然后,用纵 向拉伸方法(不排除其它方法) 使电镀层开裂而形成若干条近乎平行的横向裂纹,裂纹深度接近电镀 层总厚度,宽度与深度之比约为 120 。 试块制造商在试块质量证明书上标明试块裂纹宽度和深度(或电镀层总厚度) 实测值。 8 渗透检测工艺限制 渗透检测工艺限制 着色
21、渗透检测不推荐使用干粉显像剂和水溶性显像剂,应采用非水湿显像剂。 自显像工艺应经过批准,使用专用的自显像渗透液,黑光辐照度应3 000W/ cm2 。 关键重要零件不推荐使用着色渗透检测。 涡轮发动机关键零件的维修及检修仅允许采用亲水性后乳化荧光渗透检测法进行检验,且检验 灵敏度应为高级及超高级。 9 渗透检测裂纹深度的试验 渗透检测裂纹深度的试验9 渗透检测越来越受到人们的重视,从断裂力学的角度出发,人们对渗透检测结果的期望不再局限 于裂纹的长度和宽度,还关心裂纹的深度。但是,渗透检测的裂纹深度测量,一直是渗透检测的盲点。 国内某研究单位使用铝合金平板材料及铝合金焊接试件进行着色渗透检测试验
22、,并通过裂纹测深仪 测量与试件解剖对照,发现裂纹深度与长度和宽度之间有一定的对应关系。 并以此得出统计规律数据, 得到裂纹长度、宽度与深度之间的对照表,对裂纹深度的评估有一定的参考价值。 10 不规则裂纹的角度对渗透深度的影响 不规则裂纹的角度对渗透深度的影响10 影响渗透检测灵敏度的因素很多,包括渗透检测材料、工艺方法及设备等,但是缺陷本身的性质 (例如受检裂纹的开口宽度、深度及长度等) 直接影响渗透检测的灵敏度。规则裂纹的渗透作用已有 研究报道,而不规则裂纹的探讨报道甚少。 理论推导公式表明,渗透液在裂纹中的渗透深度主要取决于裂纹的角度大小;当裂纹的开口宽度 和深度都相同时,渗透液在有角度
23、的裂纹中渗透得深;当裂纹的开口宽度相同时,裂纹越尖锐,检测灵敏 度越高。渗透深度与裂纹的长度无关。 11 在役容器穿透裂纹的渗透检测 在役容器穿透裂纹的渗透检测11 渗透检测可分为表面渗透与穿透渗透检测。前者检测表面缺陷,后者检测穿透缺陷(即检漏) 。盛装液 体介质的在役容器,在运行过程中一直处于承压状态。如果存有穿透裂纹(即使很细微) , 由于其处于扩张状态,就可能导致容器出现泄漏。停止运行,把液体介质清理出来,容器无内压, 穿透裂纹则处于闭合状态。如果泄漏位置在容器底部,受检部位处于仰视位置,即使使用磁粉探伤,效 果也不好。此时,使用穿透渗透检测的效果甚好。 使用穿透渗透检测时,预清洗很重
24、要。穿透裂纹中的污染物清洗得越干净越好。清洗污染物所用 的清洗剂,如成分结构与容器中盛装的液体介质相似,则清洗效果将更好。 渗透检测剂如与容器中盛装 的液体介质成分结构相似,检测效果也将更好。 使用穿透渗透检测时,容器内侧施加渗透液,容器外侧施加显像剂,容器外侧形成缺陷显示即可表 明容器泄漏位置。 12 渗透检测的自动化 渗透检测的自动化12 国内某研究单位使用电荷耦合器件(CCD) 图像摄取和计算机图像处理的机电一体化渗透检测 自动分选系统和在 SM21 型着色渗透检测剂基础上改进的水洗型着色渗透液和水溶型湿式显像剂, 对非金属陶瓷轴承球( 6. 6 和8. 5mm) 进行检测,检测灵敏度高
25、,能发现的最小裂纹宽度1m ,缺 陷显示宽度约为实际宽度的 4060 倍(即扩散系数约 4060) ,检测速度快,成本低,减轻了劳动强度, 提高了工作效率,可使渗透检测工艺规范化及自动化。 该自动分选系统不仅可用于陶瓷轴承球表面的点状气孔、疏松及裂纹的缺陷检测,亦可用于钢球 等曲面表面的缺陷检测,为渗透检测自动化探索出一条新路。 参考文献参考文献: 1 JB 4730 ,压力容器无损检测 S . 2 刘晴岩. 液体渗透检测的可靠性J . 无损检测,2002 ,24(9) :381 - 383. 3 JB/ T 9213 1999 ,无损检测渗透检查 A 型对比试块 S . 4 GB/ T 31
26、90 ,铝及铝合金加工产品化学成分 S . 5 GB/ T 3193 ,铝及铝合金热轧板材 S . 6 GB/ T 3191 ,铝及铝合金挤压棒材 S . 7 GB/ T 3192 ,高强度铝合金挤压棒材 S . 8 金宇飞. 渗透检验标准试块的技术要求与用途J . 无损检测,2003 ,25(10) :536 - 538. 9 马艳华,周月红,李宏远. 铝合金试件裂纹深度渗透检测试验研究J . 无损检 测,2002 ,24(12) :532 - 533. 10 李桂英. 不规则裂纹角度对渗透深度的影响J . 无损检测,1999 ,21(2) :71 - 74. 11 林绳准. 液体贯穿渗透法探测在役容器裂纹J . 无损检测,1998 ,20(11) :326 - 327. 12 李自根,吴楠松,顾宝康,等. 陶瓷轴承球渗透检验自动分选系统J . 无损检 测,2003 ,25(6) :296 - 301.