不銹鋼覆面焊縫低溫下的液體滲透檢測

＊井國璽

（中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司 北京 101300）

滲透檢測是一種以毛細(xì)管作用和固體染料在一定條件下的發(fā)光現(xiàn)象為基礎(chǔ)的檢查表面開口缺陷的無損檢測方法。與其他無損檢測方法相比，它具有檢測方便，設(shè)備簡單，無需水源、電源等特點，特別適合非鐵磁性材料表面開口缺陷的檢測工作。

我公司目前正在建造的某工程，由于地處北方，每年11月至次年3月期間，環(huán)境最低溫度將達(dá)到-30℃左右，嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的最低檢測溫度（5℃）以下。為了滿足安裝、焊接等施工條件，雖然在施工廠房內(nèi)安裝了供暖設(shè)施，但是由于土建尚未徹底完工，施工廠房不密封，檢測工作現(xiàn)場環(huán)境溫度依然在-10℃左右。根據(jù)安裝技術(shù)文件的規(guī)定，滲透檢測按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《承壓設(shè)備無損檢測第五部分：滲透檢測》NB/47013.5-2005執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定滲透檢測至少在5～10℃溫度條件下進行。由于該工程安裝工期緊、任務(wù)重，因此在低溫下的液體滲透檢測工作是不可避免的。

（1）檢測對象及驗收要求。該工程水池采用牌號為022Cr19Ni10的奧氏體不銹鋼板在混凝土水池墻壁上拼裝焊接完成的（簡稱鋼覆面）。焊接完成后，所有焊縫需進行100%滲透檢測，檢測工作量大。

靈敏度要求：根據(jù)安裝技術(shù)文件的規(guī)定，滲透檢測應(yīng)達(dá)到B級靈敏度等級。

驗收要求：被檢焊縫上不允許任何相關(guān)顯示，否則為不合格。

（2）檢測方法。由于被檢材料為奧氏體不銹鋼，檢測使用的材料中若含有超標(biāo)的氟、氯元素，將造成奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕，對鋼覆面焊縫造成無法彌補的損傷，因此檢測方法選擇中應(yīng)嚴(yán)格控制有害元素含量。

因該工程尚處于建造階段，無法獲取去離子水，無法使用水洗型滲透檢測法；同時，因檢測靈敏度要求高，綜合考慮在著色滲透檢測中，溶劑去除型滲透檢測方法靈敏度相對較高，為保障滲透檢測靈敏度能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，采用溶劑去除型著色滲透檢測（溶劑懸浮顯像）法進行滲透檢測工作。

（3）檢測人員要求。滲透檢測人員必須經(jīng)過相關(guān)機構(gòu)的培訓(xùn)，并考取滲透檢測二級及以上資格證書。滲透檢測持證授權(quán)人員未經(jīng)矯正或矯正后的視力應(yīng)不低于5.0，不得有色盲。

（4）器材要求。采用型號為ARDROX（阿覺克斯）的噴灌式溶劑去除型著色滲透檢測劑，各牌號的滲透檢測劑中，硫含量不大于200mg/L，氟+氯元素含量不大于200mg/L，經(jīng)檢定合格的可見光照度計和可調(diào)光手電筒。A型試塊和B型試塊。

1.低溫對滲透檢測的影響

（1）低溫影響滲透劑的表面張力和毛細(xì)作用。存在于液體表面，使液體表面收縮的力稱為液體的表面張力，是由于液體分子間的相互作用力產(chǎn)生的衍生力。

單位長度上的表面張力稱為表面張力系數(shù)。表面張力系數(shù)與液體的種類和溫度有關(guān)，同一液體表面張力系數(shù)隨溫度上升而下降。表面張力的降低，將導(dǎo)致滲透劑無法完全潤濕被檢工件表面，使?jié)B透和顯像過程中的毛細(xì)管作用減弱，從而影響滲透檢測靈敏度。

（2）低溫影響顯像劑的吸附作用。當(dāng)固體和液體或氣體接觸時，凡能把液體或氣體中的某些成分聚集到固體表面上來的現(xiàn)象，就是固體表面上的吸附現(xiàn)象。

滲透檢測過程中，顯像劑吸附從缺陷中回滲的滲透劑，從而形成缺陷顯示。顯像劑粉末越細(xì)，比表面積越大，吸附量越多，缺陷顯示越清晰。

在滲透檢測工程中，顯像劑吸附滲透劑的過程主要是物理吸附，是放熱過程。和低溫環(huán)境可在一定程度上建立一種熱平衡，從而促進了顯像劑粉末對缺陷中回滲的滲透劑的吸附，加劇了吸附顯像，將有助于顯像劑的吸附作用。但使用溶劑去除型著色滲透檢測時，顯像劑中溶劑的揮發(fā)也將大量吸熱，在一定程度上破壞了熱平衡，因此會影響顯像劑粉末對缺陷中滲透劑的吸附。

（3）低溫影響滲透劑的著色強度。在滲透檢測過程中，顯像劑吸附同樣數(shù)量的滲透劑，有的看得見，有的看不見或不明顯，這是由于滲透劑的著色強度不同所致。缺陷內(nèi)被吸附出來的滲透劑，在顯像后能顯示色澤的能力稱為著色強度，它與滲透劑中的染料種類及染料在滲透劑中的溶解度有關(guān)。

從溶解現(xiàn)象來看，溶解過程包括溶解和結(jié)晶兩個過程。當(dāng)滲透劑的濃度增加到一定程度時，結(jié)晶速度等于溶解速度，此時若溫度不變，滲透劑的濃度不再改變，此時的滲透劑已達(dá)到飽和狀態(tài)，溶解的染料成分最多，顯像過程中的著色強度也會最大。從溶解度飽和狀態(tài)可知，一定成分的溶液，溫度升高，溶解度增加；溫度降低，溶解度將減小。因此，在低溫下，滲透劑的溶解度將有所降低，會導(dǎo)致滲透劑中的紅色染料結(jié)晶析出，從而使?jié)B透劑的濃度降低，進而會影響滲透劑的著色強度，最終將影響滲透檢測靈敏度。

（4）低溫影響滲透劑的粘度和滲透速度。滲透劑的粘度和液體的流動性有關(guān)。它是流體的一種液體特性，是流體分子間存在摩擦力而相互牽制的表現(xiàn)。

滲透劑的粘度和溫度有關(guān)，溫度升高，液體的粘度降低；溫度降低，液體的粘度升高。從動態(tài)滲透參量公式KPP=αcosθ/η可知，粘度η值越大，動態(tài)滲透參量越小，滲透劑滲透表面開口缺陷所需的時間就越長，水池鋼覆面大面積檢測時，滲透時間的延長將嚴(yán)重影響滲透檢測效率。

2.解決方案

為了彌補上述因素造成的不良影響，需通過以下渠道彌補檢測靈敏度：

（1）滲透劑預(yù)熱：在滲透檢測工作開始前，先將滲透探傷劑噴罐放置在45℃左右的溫水中進行預(yù)熱；隨著預(yù)熱溫度不斷升高，能夠在一定程度上提高滲透劑的溶解度，使低溫結(jié)晶析出的滲透劑染料重新溶解，以提高著色強度；同時，對滲透劑預(yù)熱的方式能夠有效的降低滲透劑粘度，從而提高滲透稅率。

（2）增加滲透和顯像時間：通過增加滲透時間和顯像時間的方式，彌補滲透劑在滲透和顯像過程中由于低溫導(dǎo)致粘度升高而引起滲透速率降低的情況，從而進一步提高滲透檢測靈敏度；

（3）檢測工作開展前，根據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求進行低溫下的滲透檢測靈敏度驗證，經(jīng)驗證滲透檢測靈敏度滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求后方可進行滲透檢測工作。

3.系統(tǒng)靈敏度試驗

NB/T47013.5-2015規(guī)定，當(dāng)滲透檢測不可能在5～50℃范圍內(nèi)進行時，應(yīng)按照附錄B的要求使用A型試塊對操作方法作出鑒定，以確保滲透檢測靈敏度能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

非標(biāo)準(zhǔn)溫度下的靈敏度驗證方法：在試塊和所有使用材料同時降低到預(yù)定的溫度后，將A型試塊的B區(qū)放在工件上，A區(qū)放在標(biāo)準(zhǔn)溫度的環(huán)境中，當(dāng)試塊B區(qū)和工件溫度相同時，A、B兩區(qū)同時開始試驗。若試塊A區(qū)與B區(qū)的裂紋顯示痕跡基本相同；同時在B型試塊上驗證檢測系統(tǒng)靈敏度，B型試塊上的人工缺陷應(yīng)清晰的顯示至少2個輻射狀裂紋區(qū)，認(rèn)為經(jīng)過鑒定的靈敏度是可行的，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，可按經(jīng)驗證的方法進行后續(xù)的檢測工作。

(1)靈敏度試驗程序

①預(yù)處理。用清洗劑清洗A型試塊和B型試塊表面的油污，防止因油污影響滲透檢測靈敏度。

②施加滲透劑。將A型試塊的A區(qū)和B型試塊放置在25℃的室內(nèi)，A型試塊的B區(qū)和另一塊B型試塊放置在室外的檢測工作環(huán)境下，分別同時施加滲透探傷劑。要求在整個滲透時間內(nèi)保持滲透劑全部覆蓋被檢測表面，并保持在整個滲透過程中滲透劑始終處于潤濕狀態(tài)。

③去除多余滲透劑。先采用白色棉布依次擦拭，當(dāng)大部分滲透劑被清除后，再用蘸有少量清洗劑的棉布進行擦拭，直至試塊表面上的滲透劑全部擦除干凈；必須注意不得往復(fù)擦拭，更不能用清洗劑直接沖洗，以防止?jié)B透缺陷內(nèi)的滲透劑被過度清洗，造成缺陷無法顯示，導(dǎo)致靈敏度驗證試驗失敗。

④顯像處理。去除滲透劑后，經(jīng)適當(dāng)?shù)母稍锛纯墒┘语@像劑。因顯像劑為溶劑懸浮濕式顯像劑，庫存期間顯像劑粉末在溶劑懸浮液中容易沉淀，直接噴涂將無法形成薄而均勻的顯像劑涂層，因此在顯像劑噴涂前，必須將噴灌用力搖晃，使顯像劑粉末充分?jǐn)嚢柚匦逻_(dá)到懸浮狀態(tài)。

為了保證顯像劑形成薄且均勻的涂層，在噴涂顯像劑時，噴罐的噴嘴離被檢面的距離至少保持在300mm，噴灑方向與被檢焊縫表面的夾角至少保持在30°左右。

⑤觀察評定。A.觀察顯示痕跡在不同的滲透和顯像時間下進行；B.觀察時，被檢表面可見光照度至少應(yīng)大于1000lx。光線較暗影響缺陷顯示痕跡觀察的部位，采用人工照明予以輔助，確保所有顯示的缺陷痕跡均能被觀察識別。

⑥后處理。驗證試驗結(jié)束后，應(yīng)及時徹底清除試塊上殘余的顯像劑粉末，防止試塊上設(shè)置的人工缺陷被堵塞無法使用。清除時，可將清洗劑直接噴涂在試塊表面并使用不脫毛的白布徹底清洗干凈。

(2)靈敏度驗證結(jié)論

通過上述靈敏度驗證試驗，得出如下結(jié)論：

上述結(jié)論發(fā)現(xiàn)：滲透時間和顯像時間繼續(xù)增加，缺陷顯示痕跡的清晰程度變化不大。因此，對該水池不銹鋼覆面焊縫進行液體滲透檢測時，采用滲透時間35min，顯像時間35min的方式進行，能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，且能夠達(dá)到B級以上靈敏度等級。

表1 靈敏度驗證試驗滲透和顯像時間數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

4.檢測程序

（1）預(yù)處理。檢測部位的表面狀況在很大程度上會影響滲透檢測的靈敏度，從而影響檢測質(zhì)量，由于該水池焊縫驗收要求高，因此必須保證在整個不銹鋼覆面焊縫及其周圍25mm范圍內(nèi)，不得有影響滲透檢測的氧化皮、毛刺等，否則應(yīng)提前用不銹鋼絲刷等工具去除；若被檢表面存在油污，需用清洗劑等有機溶劑去除。

（2）滲透。①由于焊縫長度較長，操作不方便，滲透檢測操作應(yīng)自上而下根據(jù)腳手架層高進行分段滲透檢測。②使用ARDROX型噴灌式溶劑去除型著色滲透檢測劑，噴涂滲透劑范圍包括焊縫金屬及其周圍25mm寬度內(nèi)的相鄰區(qū)域，噴涂需均勻，對噴涂不均勻的區(qū)域可用毛刷進行適當(dāng)?shù)乃⑼俊Ｔ谡麄€檢測的滲透時間周期內(nèi)，必須保持滲透劑在規(guī)定的檢測區(qū)域內(nèi)全部覆蓋，并始終保持潤濕狀態(tài)，若在滲透時間周期內(nèi)，發(fā)現(xiàn)滲透劑由于揮發(fā)等原因出現(xiàn)不潤濕現(xiàn)象時，應(yīng)及時進行補充，避免影響檢測結(jié)果。③工件溫度和滲透時間。工件溫度為-10℃，滲透時間為35min。

（3）去除。采用清洗劑去除表面滲透劑，但必須防止過清洗；為了防止過清洗，嚴(yán)禁用清洗劑直接在被檢工件表面進行沖洗。去除時，嚴(yán)格按照系統(tǒng)靈敏度驗證過程中的操作方法進行去除。

（4）顯像處理。因ARDROX 9D1B型顯像劑為溶劑懸浮濕式顯像劑，在庫存期間顯像劑粉末在溶劑懸浮液中容易沉淀，因此，在顯像劑噴涂前，必須將噴灌用力搖晃，驅(qū)動噴罐內(nèi)的彈珠往復(fù)跳動，從而使顯像劑粉末充分?jǐn)嚢柽_(dá)到懸浮狀態(tài)。噴施在被檢面上的顯像劑必須形成薄且均勻的顯像劑涂層，因此在噴施顯像劑時，噴罐的噴嘴離被檢面的距離至少為300mm，噴灑方向與被檢表面的夾角至少為30°。

（5）觀察評定。①觀察顯示痕跡應(yīng)在顯像劑施加后立即進行，并在顯像過程中5～35min內(nèi)連續(xù)進行觀察。②為了防止微小的缺陷顯示無法識別從而導(dǎo)致缺陷漏檢，觀察示痕跡時，應(yīng)在可見光條件下進行。觀察前必須采用可見光照度計測量檢測表面的照度，保證可見光照度≥1000lx后方可進行檢測觀察。由于施工現(xiàn)場光線較暗，若檢測表面的可見光照度無法達(dá)到≥1000lx的要求時，可采用可調(diào)光手電筒輔助照明。③在觀察過程中，若發(fā)現(xiàn)顯示痕跡時，必須判定所顯示的痕跡是由于缺陷形成的相關(guān)顯示痕跡、焊縫結(jié)構(gòu)外形不規(guī)則和毛刺等引起的非相關(guān)顯示痕跡，還是由于滲透劑污染等原因引起的虛假痕跡顯示。④判定過程中若有必要，應(yīng)采用用5～10倍放大鏡進行輔助觀察。⑤對受檢表面上所顯示的痕跡應(yīng)仔細(xì)辨認(rèn)，只有缺陷造成的相關(guān)顯示痕跡才是評定對象。

（6）后處理。檢測完畢后，應(yīng)及時去除被檢表面的所有滲透探傷殘留物，并用清洗劑徹底清洗干凈，避免被檢表面殘存有害后續(xù)使用的任何殘留物。清除時，可先用棉布擦除多余的顯像劑粉末，再用清洗劑噴涂至表面進行徹底擦洗。

5.復(fù)驗要求

（1）所有檢測工作結(jié)束后，用B型試塊進行檢測過程的靈敏度驗證，若驗證靈敏度不符合要求，即試塊上顯示的輻射狀裂紋數(shù)量少于2個，需對期間完成的所有焊縫重新進行復(fù)驗。（2）檢測過程中，若檢驗人員發(fā)現(xiàn)操作方法和靈敏度驗證時的操作方法不一致或操作方法有誤時，需對期間完成的所有焊縫重新進行復(fù)驗。（3）檢測工作結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)檢測要求和檢測技術(shù)條件有變化時，需對期間完成的所有焊縫重新進行復(fù)驗。（4）檢測工作結(jié)束后，若甲方或監(jiān)理人員對檢測結(jié)果有爭議或認(rèn)為有必要時重新復(fù)驗時，需對期間完成的所有焊縫重新進行復(fù)驗。（5）檢測工作結(jié)束后，檢測工作人員、甲方或監(jiān)理人員對檢測結(jié)果有懷疑時，需對期間完成的所有焊縫重新進行復(fù)驗。

6.結(jié)論

通過靈敏度驗證試驗，證明通過加熱滲透探傷劑和延長滲透及顯像時間的方法，在-10℃低溫下的液體滲透檢測工作是可行的。