姚 力

（中國空氣動力研究與發(fā)展中心，綿陽 621000）

鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道等承壓類特種設備（以下簡稱承壓設備）具有承受高低溫、高壓、易燃、易爆、有毒或有腐蝕性的特性，其原材料、制造過程中或使用中產(chǎn)生的缺陷，均會導致其安全可靠性大幅下降，一旦失效往往引起災難性事故。已有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在材料本身的缺陷與制造過程中產(chǎn)生的缺陷中有70%以上是表面缺陷，而在使用中產(chǎn)生的缺陷90%以上是表面缺陷或表面缺陷導致的缺陷［1］。滲透檢測（Penetrant testing，簡稱PT）原理簡單、方法靈活、適應性強、一次檢測可探查任何方向的表面開口缺陷，針對奧氏體不銹鋼、有色金屬等非鐵磁性材料工件的表面開口缺陷有很高的檢測靈敏度［2］，是最常用的無損檢測方法之一［3－4］。

1 應用現(xiàn)狀及特點

對承壓設備而言，應用PT 的目的通常是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障使用安全、改進制造工藝和降低生產(chǎn)成本。其主要作用是在不損傷工件的前提下，檢出表面開口缺陷，以滿足承壓設備設計中的強度、疲勞等方面的需要。以奧氏體不銹鋼、有色金屬等非鐵磁性材料為原材料的承壓設備工件，在原材料驗收、制造安裝過程品質(zhì)控制與產(chǎn)品品質(zhì)驗收、使用中的定期檢驗與缺陷維修監(jiān)測等幾個階段，PT 均得到了廣泛地應用，其能夠檢測：鑄件表面的裂紋、縮孔、疏松、冷隔和氣孔；鍛件、軋制件和沖壓件表面的裂紋、分層；焊接件表面的裂紋、熔合不良、氣孔等；機加工件表面的磨削裂紋、疲勞裂紋、應力腐蝕裂紋、熱處理裂紋等；酚醛塑料、陶瓷、玻璃等非金屬材料表面裂紋等；金屬和非金屬容器泄漏檢查；在役設備檢修時的局部檢查。PT 通常不適用于檢測多孔性材料表面缺陷，但采用特殊的過濾性微粒滲透劑時也可以檢測；承壓設備PT 主要檢測缺陷有：表面裂紋、表面針孔、斷口白點和折疊等［5－7］。承壓設備滲透檢測時的檢測部位、檢測比例、技術(shù)等級、合格級別及檢測時機等，均按特種設備安全技術(shù)規(guī)范（TSG）、特種設備系列規(guī)范［8－12］、GB系列標準［9］等的相關規(guī)定和 要求執(zhí) 行（如表1所示）。

1.1 原材料檢測

在原材料方面PT 的作用是材料質(zhì)量控制和降低成本。其檢測范圍包括：棒材、管材、鍛件、鑄件、毛坯件及半成品（坯、鑄件和鍛件）等。

典型的檢測方法有：IIC－d、IA－d、IIA－d、IB／D－a等（參見JB／T4730.5《承壓設備無損檢測》中的滲透檢測方法分類）。

1.2 制造檢測

在承壓設備制造、安裝和產(chǎn)品驗收過程中，PT的主要作用是控制焊接的質(zhì)量，保障使用安全。檢測范圍包括：焊接坡口、清除未熔合焊接面、對接焊縫、角焊縫和T 型焊縫；工卡具拆除處的焊跡表面和缺陷修磨處的表面、復合材料復合層堆焊前后。典型的檢測方法有：IIC－d、IA－d、IIA－d、IC－d等。

1.3 在役檢測

主要用于在役維修、定期檢驗、在線監(jiān)護監(jiān)測等方面，目的是保障使用安全、預防事故發(fā)生。檢測范圍包括：應力較大、應力集中、應力腐蝕、受交變載荷、變形、補焊、易產(chǎn)生缺陷、支管角焊縫等部位。受檢測條件的限制，在役檢測多采用適于現(xiàn)場應用的技術(shù)和便攜式設備器材等。典型的檢測方法有：IIC－d、IA－d等。

2 技術(shù)標準現(xiàn)狀

通過參考發(fā)達國家經(jīng)驗，我國基本建立起了較為完整的PT 標準體系［19］。我國無損檢測通用方法標準由中國無損檢測標準會技術(shù)委員會（SAC／TC56）制定，具體的產(chǎn)品檢測標準由國家各產(chǎn)品標準化委員會制定。目前，國內(nèi)承壓設備行業(yè)大部分企業(yè)均以國家、行業(yè)標準為生產(chǎn)準則。

現(xiàn)行承壓設備PT 相關標準如表2所示。承壓設備行業(yè)的PT 標準JB／T4730.5—2005為推薦性行業(yè)標準，經(jīng)相關法規(guī)引用后具有強制性，在承壓設備行業(yè)的設計、材料、制造、安裝、使用、檢驗和修理過程中的檢測要求大都按此標準執(zhí)行。

3 主要PT方法分類及應用選擇

3.1 按滲透劑分類

按滲透劑所含染料成分，分為熒光法（I）、著色法（II）、熒光著色（III）法三大類。其中著色法應用最廣泛，水基滲透劑著色法適用于不能接觸油類的工件且靈敏度很低；熒光法靈敏度高但需要黑光燈，在高強鋼（材料標準抗拉強度下限值Rm不小于540 MPa）以及對裂紋敏感的材料、有應力腐蝕裂紋傾向的工件等部分場合推薦采用；III法少有應用。

3.2 按滲透劑的去除分類

按滲透劑的去除方法可分為水洗型（A）、后乳化型（親油型B、親水型D）、溶劑去除型（C）三大類。在承壓設備的無損檢測時，因設備材料簡單、對環(huán)境要求低、操作方便、重復性較好、適于局部檢測，溶劑去除型得到最廣泛地應用；水洗型操作簡便、成本較低，在大型工件、表面較粗糙、大批量小零件、帶螺紋鍵槽工件、對靈敏度要求不高等部分場合采用；而后乳化型（親油型B、親水型D）靈敏度高、適用于寬而淺的缺陷、重復性好，但成本高，在檢測場所固定、大批量小零件檢測等情況下可以采用，但因清洗去除困難不適用于帶螺紋鍵槽的工件。

表2 承壓設備PT相關標準

3.3 按施加顯像劑方法分類

按施加顯像劑的方法，顯像劑分為干粉（a）、水溶解（b）、水懸浮（c）、溶劑懸浮（d）、自顯像（e）共五大類。其中，濕式顯像法（b、c）適用于大批量工件，多用于水洗型熒光法檢測；快干式顯像法（d）因操作簡單、具有吸附及回滲作用而靈敏度較高，在溶劑去除型著色和熒光法檢測中廣泛使用；干式顯像法（a）具有顯像鮮明、相比其它方法顯像痕跡不會隨時間擴散的特點，在后乳化型和水洗型熒光法檢測中應用較多，但干粉法不適用于著色法。

3.4 按檢測靈敏度等級和去除劑類型分類

按PT 靈敏度等級，可分為：很低級、低級、中級、高級及超高級靈敏度五類。承壓設備PT 通常采用的靈敏度等級有低級、中級、高級，一般用JB／T4730.5的3 點B 型試塊（或JB／T6064—1992 中的5點B型試塊的區(qū)位號2、3、4）來確定。按去除劑類型分為：鹵族類溶劑去除劑、非鹵族類溶劑去除劑以及特殊應用類型溶劑去除劑等三類。承壓設備PT 常用丙酮、酒精、水等非鹵族類溶劑去除劑，也用四氯化碳等溶劑去除劑。

3.5 不同PT方法的選用原則

方法的選用首先應滿足檢測缺陷類型和靈敏度的要求，然后根據(jù)被檢工件表面粗糙度、檢測工件批量大小和檢測現(xiàn)場的水源、電源等條件來決定：①對現(xiàn)場無水源、電源的檢測宜采用IIC 法。②對于大工件的局部檢測，宜采用I／IIC 法。③對于表面粗糙且檢測靈敏度要求低的工件宜采用I／IIA 法。④對于批量大的工件檢測，宜采用I／IIA法。⑤對于表面光潔且檢測靈敏度要求高的工件，宜采用I／II B／D 法，也可采用IC法。

3.6 應用的典型PT方法

（1）溶劑去除型著色PT 法（IIC－d）：因噴罐等設備簡單、操作方便、不需要水電等特點，IIC－d方法在承壓設備PT 中得到最為廣泛地應用；適用于非批量、現(xiàn)場焊接件和表面光潔件等承壓設備部件局部檢測；滲透劑可以使用后乳化型，也可以使用水洗型；清洗／去除劑一般采用丙酮、酒精等有機溶劑；顯像劑采用非水基濕式顯像劑的溶劑懸浮顯像劑；具有較高的檢測靈敏度。

（2）水洗型著色／熒光PT 法（IIA－d、IA－d／IAa）：因操作簡便、成本低、效率高、適于粗糙表面及帶溝槽工件等特點，IIA－d、IA－d／IA－a在承壓設備PT中得到部分應用；適用于大面積或大體積、表面粗糙、帶螺紋或鍵槽等溝槽、缺陷開口窄而深的承壓設備部件；滲透劑使用含有乳化劑的水洗型滲透劑；清洗／去除劑用水；著色法時顯像劑用溶劑懸浮顯像劑，熒光法時顯像劑還可用溶劑懸浮顯像劑或干粉；IIA－d檢測靈敏度不高；IA－d檢測靈敏度高，在高強鋼以及對裂紋敏感的材料、有應力腐蝕裂紋傾向等部分場合根據(jù)標準JB／T4730.5推薦采用。

（3）后乳化 型著色／熒光PT 法（I／II B／D－a／d）：因具有檢測靈敏度高、適于開口淺而寬缺陷、重復性好等特點，IB－a、IB－d等后乳化型PT 法在承壓設備零部件PT 中具有一定的應用前景；適用于靈敏度要求高、開口淺而寬缺陷、應力或晶間腐蝕裂紋、表面陽極化或鍍鉻等大批量零件；滲透劑使用不含乳化劑的后乳化型型滲透劑；去除多余滲透劑前采用的乳化劑有親水型和親油型兩種；熒光法時顯像劑一般用干粉，也可用溶劑懸浮顯像劑。

4 技能培訓與技術(shù)交流

提高承壓設備PT 人員的技術(shù)水平，對于保證承壓設備的安全運行十分重要。國家特種設備管理部門歸口管理、培訓和考核對承壓設備PT 品質(zhì)控制和人員素質(zhì)的提高十分有益。特種設備NDT人員現(xiàn)已達12.3萬余人（其中PT 人員已達2.5萬余人），約占全國NDT 持證人員的40%［20］；全國特種設備檢驗協(xié)會組織編寫的《滲透檢測》培訓教材多次修改再版，促進了承壓設備PT 技術(shù)的應用和檢測人員水平提高；開展承壓設備PT 技術(shù)學術(shù)交流的主要途徑包括以《無損檢測》和《無損探傷》為代表的專業(yè)學術(shù)刊物以及全國無損檢測學術(shù)年會、全國磁粉／滲透探傷技術(shù)交流年會以及其它各類學術(shù)交流會議等。近年來，各類無損檢測技術(shù)會議，在技術(shù)交流、繼續(xù)教育等方面也起到了較大的作用；以www.chsndt.org、www.ndtinfo.net、www.ndtbbs.cn等為代表的專業(yè)網(wǎng)站、無損檢測論壇、各類相關QQ 群等新興交流平臺，對MT／PT 人員技術(shù)素質(zhì)和業(yè)務水平的提高越來越重要。

5 主要設備器材現(xiàn)狀及發(fā)展

國內(nèi)現(xiàn)已能夠生產(chǎn)滿足承壓設備PT 需要的試塊和相關器材，大部分廠家已取得ISO9000系列國際質(zhì)量保證體系認證，其產(chǎn)品已符合相關國際標準要求并已輸出到大陸以外的國家和地區(qū)；適應不同靈敏度等級要求（普通工業(yè)級到核工業(yè)級和特種材料）的著色滲透、熒光滲透、著色熒光滲透用材料，便攜式器材（如噴罐型）、大型自動流水線系統(tǒng)，配套的輔助設備與儀器（如適用于大尺寸、形狀復雜結(jié)構(gòu)件的靜電噴涂熒光PT 線［21］、熒光滲透液專用污水處理設備）；與PT 相關的制造廠家超過36家；新型手電式、手持式和大面積黑光燈，采用了LED冷光源新技術(shù)，不需預熱、即開即亮，其壽命達50 000h。

PT 器材的改進和滿足用戶產(chǎn)品要求的成套流水線設備的設計制造方面，主要進展有［22］：

（1）國內(nèi)能夠生產(chǎn)的著色滲透劑包括采用油溶性染料的、醇溶性染料的、油醇混合性染料的；溶劑清洗型、溶劑／水兩用清洗型、水清洗型；不同靈敏度等級的；氟、氯、硫含量符合國際標準、能用于奧氏體不銹鋼、鎳基合金和鈦合金檢測。國內(nèi)采用非氟里昂材料制作的推進劑的氣霧罐裝各種著色檢測劑產(chǎn)品性能已與國際著名公司產(chǎn)品相當，國內(nèi)產(chǎn)品能滿足國內(nèi)各行業(yè)一般用途對著色檢測劑的性能要求。

（2）隨著熒光PT 劑系列中不同產(chǎn)品性能的完善和適應不同工作效率的流水線設備的問世，熒光PT 技術(shù)迅猛擴展到汽車、電力設備制造行業(yè)，日本E－40、D－10系列高強度紫外線燈以及LED 紫外線燈的引進，提高了檢測靈敏度和可靠性，改善了檢測工作條件；國內(nèi)現(xiàn)有自乳化和后乳化系列的不同靈敏度等級的熒光液、乳化液和干粉顯像劑。

（3）近年來出現(xiàn)了各種新型半自動或PLC 全自動控制的大型熒光滲透流水線成套設備，帶前水洗廢水的循環(huán)分離回用裝置、采用先進計算機、電子光學和信息處理技術(shù)的親水性后乳化熒光PT 線正在研制之中。

6 應用研究主要進展

在承壓設備PT 技術(shù)及其相關領域的檢測對象和越來越高的材料環(huán)保安全特性的要求方面，近年來部分主要相關應用研究進展有：

（1）陳南明等分析了提高在役低溫液氧容器表面滲透探傷靈敏度的嘗試［23］，得出了溫差滲透法能夠提高低溫液氧容器等條件下使用的低靈敏度水基型著色探傷的靈敏度，對于各種耐高溫的滲透劑，為提高其探傷靈敏度，溫差滲透法也不失為一種有效的措施。

（2）丁曉萍對熒光滲透探傷水基預清洗方法進行了試驗研究［24］，相比三氯乙烯蒸汽除油，采用的QX－2型清洗液常溫清洗節(jié)約能源、環(huán)保安全無毒，可清洗鈦合金而不產(chǎn)生應力腐蝕裂紋。

（3）國內(nèi)某單位已采用CCD 圖像攝取和計算機圖像處理的機電一體化PT 自動分選系統(tǒng)，使用SM－1型水洗型著色滲透液和水溶型濕式顯像劑，對非金屬材料—軸承球的檢測靈敏度高（能發(fā)現(xiàn)最小裂紋寬度達到不大于1μm），速度快、成本低、勞動強度小、效率高。

（4）歸錦華研發(fā)了一種不用顯像劑、可在1min內(nèi)就能滲透和顯示、適用于－25～250℃范圍各類材質(zhì)、最高靈敏度可達0.5μm 以下的新型環(huán)保無污染滲透劑［25－26］，應用前景值得關注。

（5）富陽對有限空間內(nèi)PT 對人的危害進行了研究，提出了相關防護措施［27］；對滲透液滲入速度拐點和提高滲入量進行了理論分析和試驗分析［28］。

（6）任富華研制了熒光滲透檢驗缺陷標準尺寸對比圖譜［29］，試驗得出：按此缺陷顯示標準尺寸，誤差滿足尺寸判定要求，對比圖譜符合產(chǎn)品客觀實際及標準要求，填補了國內(nèi)空白。

（7）黃磊等對微小缺陷的液體PT 進行了理論分析和試驗［30－31］，試驗表明：采用后乳化熒光滲透和干粉顯像，適當增加滲透滴落時間、延長顯像時間，必要時增加振動、防止過水洗，可提高微小缺陷的液體滲透檢出率，確保關鍵件的質(zhì)量要求。

7 結(jié)語

（1）以熒光法為代表的滲透檢測新技術(shù)逐步普及，滲透檢測新材料向靈敏度高、環(huán)保低毒、經(jīng)濟性好的方向發(fā)展，均能夠進一步提高承壓設備滲透檢測的靈敏度、準確性和可靠性。

（2）噴罐式便攜滲透檢測劑靈敏度高、適應性強、得到廣泛應用；一體化大型滲透檢測專用裝置能夠進一步降低勞動強度、提高檢測效率、改善檢測條件、減少環(huán)境污染。

（3）計算機圖像處理技術(shù)應用于承壓設備滲透檢測的痕跡解釋與評定，具有一定的應用前景。

（4）隨著法規(guī)標準的更新、設備材料的發(fā)展，承壓設備檢驗檢測機構(gòu)滲透檢測技術(shù)人機料法環(huán)各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理將會更加規(guī)范，并得到更多關注和重視。

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