基于ASME標(biāo)準(zhǔn)的低溫著色滲透檢測(cè)

(中國(guó)核工業(yè)第五建設(shè)有限公司，上海 201512)

收稿日期：2021-02-23

作者簡(jiǎn)介：郭玉炳(1982-),男,高級(jí)工程師，主要從事民用核電、特種設(shè)備等的無(wú)損檢測(cè)及檢測(cè)新技術(shù)的應(yīng)用研究工作

通信作者：郭玉炳，guoybcloud@126.com

AP1000是第三代先進(jìn)壓水堆核電站,其設(shè)計(jì)主要依據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，在制造和安裝階段，對(duì)原材料及焊接接頭的表面進(jìn)行滲透檢測(cè)和磁粉檢測(cè)。采用的滲透檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為ASME BPVC.V-2019 《鍋爐及壓力容器規(guī)范 第V卷 無(wú)損檢測(cè)》 及ASTM E165 《通用工業(yè)液體滲透檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)操作方法》。

被檢工件的溫度對(duì)滲透檢測(cè)結(jié)果有重要影響，過(guò)低或者過(guò)高的溫度均不利于滲透檢測(cè)。實(shí)際開(kāi)展?jié)B透檢測(cè)時(shí)，特別是在冬季，被檢測(cè)工件的溫度會(huì)低于標(biāo)準(zhǔn)溫度。筆者論述了低溫對(duì)滲透檢測(cè)的影響和其應(yīng)對(duì)措施，分析了低溫下滲透檢測(cè)工藝參數(shù)的鑒定方法，為低溫條件下實(shí)施滲透檢測(cè)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(cè)的技術(shù)要點(diǎn)

1.1 標(biāo)準(zhǔn)要求的主要工藝參數(shù)

ASME BPVC.V-2019和ASTM E165標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于不同溫度下推薦的最短滲透時(shí)間、顯像時(shí)間和可見(jiàn)光照度如表1所示。

表1 不同溫度下ASME BPVC.V和ASTM E165標(biāo)準(zhǔn)推薦的最短滲透時(shí)間、顯像時(shí)間和可見(jiàn)光照度

在進(jìn)行滲透檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)確保被檢表面被滲透劑覆蓋且保持潤(rùn)濕狀態(tài)。在無(wú)特別要求的情況下，進(jìn)行著色滲透檢測(cè)時(shí)的最長(zhǎng)滲透時(shí)間不允許超過(guò)2 h。

去除多余滲透劑時(shí)，應(yīng)防止過(guò)清洗。采用水洗去除法時(shí)，可對(duì)工件進(jìn)行擦拭干燥或者循環(huán)熱風(fēng)干燥，但被檢測(cè)工件表面溫度不允許超過(guò)52 ℃；采用溶劑去除法時(shí)，一般應(yīng)對(duì)工件進(jìn)行自然干燥，也可進(jìn)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(cè)法時(shí)，應(yīng)在多余滲透劑去除并干燥后盡快施加顯像劑。對(duì)于著色滲透檢測(cè)，應(yīng)將顯像劑薄而均勻地施覆于被檢測(cè)表面，同時(shí)要保證一定的厚度，以提供足夠的背景反差，增強(qiáng)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(yīng)不超過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yīng)不超過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.1%；鎳基合金、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及鈦材檢測(cè)過(guò)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(yīng)超過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.1%。

1.2 開(kāi)展非標(biāo)準(zhǔn)主溫度下鑒定的要求

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASME BPVC.V-2019中T-635節(jié)規(guī)定，當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)溫度外開(kāi)展?jié)B透檢測(cè)時(shí)，要對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下的滲透材料及檢測(cè)工藝進(jìn)行鑒定。

依據(jù)ASTM E165中9.2節(jié)規(guī)定，當(dāng)被檢部位溫度低于或者高于標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，應(yīng)進(jìn)行規(guī)程鑒定。

2 低溫對(duì)著色滲透檢測(cè)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(guò)低會(huì)影響滲透劑滲入開(kāi)口缺陷的時(shí)間；如果工件或滲透劑溫度過(guò)高，一些揮發(fā)性較大的成分可能會(huì)從滲透劑中蒸發(fā)，那么殘留的物質(zhì)也將影響滲透劑對(duì)開(kāi)口缺陷的滲透效果。

工件表面溫度升高后，缺陷受熱膨脹，開(kāi)口張大，裂紋寬度增加，滲透劑的滲透能力提升，微細(xì)裂紋對(duì)此反應(yīng)更明顯。溫?zé)岬墓ぜ€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(dòng)能只與溫度有關(guān)[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(jìn)行滲透檢測(cè)可能會(huì)碰到的問(wèn)題有：被檢表面溫度過(guò)低，可能出現(xiàn)霜凍，被凍結(jié)的水汽會(huì)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?jié)B透時(shí)間延長(zhǎng)。另外，低溫下不同品牌滲透材料的滲透性能和檢測(cè)靈敏度也存在較大的差異[2]。為減少溫度對(duì)滲透檢測(cè)的影響，可采取以下措施。

(1) 必要時(shí)對(duì)被檢對(duì)象進(jìn)行預(yù)處理，緩緩加熱工件表面，讓缺陷中凍結(jié)的水分蒸發(fā)出來(lái)，并保持被檢測(cè)表面充分干燥。

(2) 若使用噴霧罐產(chǎn)品，應(yīng)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(shí)能形成薄而均勻的顯像劑覆蓋層，可采用溫度不超過(guò)50 ℃的熱水對(duì)噴霧罐進(jìn)行浸泡加熱。

(3) 適當(dāng)延長(zhǎng)滲透和顯像時(shí)間，滲透過(guò)程工件保持潤(rùn)濕狀態(tài)，可采用緩慢流動(dòng)的暖氣加快顯像劑的干燥速度。

(4) 采用對(duì)比試塊對(duì)低溫下的滲透檢測(cè)工藝進(jìn)行鑒定或驗(yàn)證，包括對(duì)材料、工藝、環(huán)境的驗(yàn)證。

3 低溫下溶劑去除型著色滲透檢測(cè)工藝參數(shù)驗(yàn)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(zhǎng)×寬)，將其對(duì)稱分割為A，B兩塊試塊，A，B試塊上均應(yīng)有細(xì)密相對(duì)稱的淬火裂紋。試塊分別標(biāo)上A，B記號(hào)，以便使用時(shí)區(qū)分。

3.2 溶劑去除型著色滲透檢測(cè)的實(shí)施步驟和技術(shù)要點(diǎn)

3.2.1 預(yù)處理

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

3.2.2 預(yù)清洗

一般使用溶劑清洗劑進(jìn)行預(yù)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(yīng)確保被檢測(cè)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(cè)數(shù)量等原因，也可采用澆涂或者浸涂的方法。滲透的時(shí)間和溫度應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程執(zhí)行。

3.2.4 去除多余滲透劑

去除多余滲透劑時(shí)，應(yīng)防止過(guò)清洗，嚴(yán)禁使用清洗劑沖洗被檢表面。一般應(yīng)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(jìn)行擦拭，不得往復(fù)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(píng)定。

3.2.5 干燥處理

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

3.2.6 施加顯像劑

應(yīng)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(yīng)充分地?fù)u晃均勻，顯像劑應(yīng)薄而均勻地施覆于被檢測(cè)表面，同時(shí)要保證足夠的厚度，以提供足夠的背景反差，增強(qiáng)缺陷顯示效果。

3.2.7 觀察、記錄和評(píng)定

在顯像劑干燥后，應(yīng)在1060 min內(nèi)連續(xù)觀察、記錄和評(píng)定。辨認(rèn)細(xì)小顯示可用5～10倍的放大鏡進(jìn)行觀察。被檢處可見(jiàn)光照度應(yīng)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(hào)標(biāo)識(shí)，以便區(qū)分和保持追溯性。缺陷顯示的評(píng)定按照相關(guān)的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3.2.8 后清洗/后處理

觀察和評(píng)定后，應(yīng)盡快采用對(duì)被檢工件無(wú)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(cè)工藝鑒定

非標(biāo)準(zhǔn)溫度下，采用鋁合金試塊對(duì)滲透材料、檢測(cè)工藝參數(shù)等進(jìn)行綜合驗(yàn)證是一項(xiàng)十分重要的工作，也是確保檢測(cè)有效性的重要手段。著色滲透檢測(cè)時(shí)，可采用A，B試塊法或者單試塊法進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)溫度著色滲透檢測(cè)工藝的鑒定工作。

低溫著色滲透檢測(cè)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(cè)工藝鑒定使用的滲透材料

鋁合金試塊的編號(hào)為175，在每次進(jìn)行滲透檢測(cè)前應(yīng)確保試塊表面徹底清洗且干燥。推薦在條件允許時(shí)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(fù)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(cè)溫儀型號(hào)為FLUKE 62 Mini，可見(jiàn)光(白光)照度計(jì)型號(hào)為DE-3351。

3.3.1 A,B試塊法

標(biāo)識(shí)為“B”的鋁合金試塊用于低溫條件下的滲透檢測(cè)，標(biāo)識(shí)為“A”的鋁合金試塊用于標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的滲透檢測(cè)。A,B試塊法溶劑去除型著色滲透檢測(cè)工藝參數(shù)如表3所示。

表3 A,B試塊法溶劑去除型著色滲透檢測(cè)工藝參數(shù)

A試塊在不同溫度，滲透時(shí)間分別為5，10 min的檢測(cè)結(jié)果如圖3，4所示。由圖3,4可知，溫度為5～10 ℃時(shí)，若只滲透5 min，很多細(xì)小裂紋顯示不出，造成小缺陷的漏檢。隨著滲透時(shí)間的延長(zhǎng)，將能更清晰、更完整地顯示細(xì)小裂紋。溫度大于10 ℃時(shí)，滲透時(shí)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(shí)間分別為5，10 min的檢測(cè)結(jié)果

圖4 A試塊在5～10 ℃,滲透時(shí)間分別為5,10 min的檢測(cè)結(jié)果

圖5 B試塊在-3～0 ℃，滲透時(shí)間為15 min的檢測(cè)結(jié)果

圖6 B試塊在-3～0 ℃，滲透時(shí)間為2 0min的檢測(cè)結(jié)果

B試塊在-30 ℃，滲透時(shí)間分別為15，20 min的檢測(cè)結(jié)果如圖5，6所示，可見(jiàn)，溫度為-3～0 ℃時(shí)，滲透時(shí)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(fā)現(xiàn)更小的缺陷顯示，需要更長(zhǎng)的滲透時(shí)間。

B試塊在不同溫度，滲透時(shí)間為20 min的檢測(cè)結(jié)果如圖7，8所示。由圖7，8可知，溫度為1～5 ℃，滲透時(shí)間為20 min時(shí)，可獲得滿意的檢測(cè)結(jié)果。

圖7 B試塊在1～2 ℃，滲透時(shí)間為20 min的檢測(cè)結(jié)果

圖8 B試塊在3～4 ℃，滲透時(shí)間為20 min的檢測(cè)結(jié)果

B試塊在68 ℃，滲透時(shí)間為10 min的檢測(cè)結(jié)果如圖9所示。由圖9可知，溫度為6～8 ℃，滲透時(shí)間10 min時(shí)，可獲得滿意的檢測(cè)結(jié)果。

圖9 B試塊在6～8 ℃，滲透時(shí)間為10 min的檢測(cè)結(jié)果

B試塊在1120 ℃，滲透時(shí)間為5 min的檢測(cè)結(jié)果如圖10所示。由圖10可知，溫度大于10 ℃,滲透時(shí)間為5 min時(shí)，可獲得滿意的檢測(cè)結(jié)果，滲透時(shí)間對(duì)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(shí)間為5 min的檢測(cè)結(jié)果

3.3.2 單試塊法

采用著色滲透檢測(cè)時(shí)，也可采用單試塊法開(kāi)展低溫鑒定或驗(yàn)證工作。

具體方法為：對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透檢測(cè)，采用照相的方法將其顯示拍攝下來(lái)；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透檢測(cè)，采用與之前相同的照相方法將顯示拍攝下來(lái)；對(duì)比前、后兩張照片的顯示情況，以確定低溫條件下滲透檢測(cè)工藝的有效性。每次采用此方法進(jìn)行滲透檢測(cè)前，應(yīng)確保鋁合金試塊經(jīng)過(guò)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(yán)重影響實(shí)際的檢測(cè)效果。單試塊法溶劑去除型著色滲透檢測(cè)工藝參數(shù)如表4所示。

A試塊在01 ℃，滲透時(shí)間分別為5，15 min的檢測(cè)結(jié)果如圖11所示，可見(jiàn)，滲透溫度低于5 ℃時(shí)，滲透時(shí)間對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響很大。

A,B試塊分別在不同溫度、不同滲透時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果如圖1215所示，由圖12,14可知，在5～10 ℃，滲透時(shí)間只有5 min時(shí)，鋁合金試塊上的部分細(xì)小裂紋顯示明顯，缺陷顯示模糊，但不影響對(duì)較大缺陷的檢出。在實(shí)際檢測(cè)中,應(yīng)在確保缺陷有效檢出的情況下兼顧檢測(cè)效率，選用合適的滲透時(shí)間。

表4 單試塊法溶劑去除型著色滲透檢測(cè)工藝參數(shù)

試塊預(yù)定溫度/℃滲透溫度/℃滲透時(shí)間/min干燥時(shí)間/min顯像時(shí)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(shí)間分別為5,15 min的檢測(cè)結(jié)果

圖12 A試塊在6～9 ℃，不同滲透時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果

圖14 B試塊在6～9 ℃，不同滲透時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果

圖15 B試塊在11～20 ℃，滲透時(shí)間分別為5，10 min的檢測(cè)結(jié)果

由圖13,15可知，在11～20 ℃，滲透時(shí)間分別為5，10 min時(shí)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(qiáng)，有利于提高滲透檢測(cè)的靈敏度，但一般不應(yīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許的上限溫度。

4 結(jié)語(yǔ)

詳細(xì)介紹了非標(biāo)準(zhǔn)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(cè)工藝參數(shù)鑒定的方法。為非標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下實(shí)施滲透檢測(cè)提供了值得借鑒的措施和方法。

另外，著色滲透檢測(cè)的靈敏度除了受被檢測(cè)對(duì)象的溫度影響外，還與檢測(cè)人員責(zé)任心[3]、操作規(guī)范性、滲透材料質(zhì)量、檢測(cè)工藝參數(shù)的控制、表面光照條件等因素有關(guān)。