焊缝渗透检测应用分析

关洪光

（山东电力研究院，山东 济南 250002）

0 引言

渗透检测是一种以毛细现象为基础的检测表面开口缺陷的无损检测方法，是无损检测五大常规检测方法之一，不受被检工件材质和结构限制，可检测各种表面开口缺陷，特别是溶剂去除法着色检测，不受现场水源电源限制，操作简便，应用十分广泛。

渗透液在毛细作用下渗入表面开口缺陷中，去除表面多余渗透液后，施加显像剂，缺陷内的残留渗透剂又在毛细作用下回渗到工件表面，从而显示出缺陷的形貌和分布状态。

对于焊缝来讲，容器内壁焊缝，管座角焊缝，各种狭小部位的焊缝等等的质量检测，焊缝泄漏的漏点查找，裂纹修复过程中的质量检测等等，渗透检测都显示了其优越性。要保证渗透剂能够充分渗入开口缺陷中，并且在去除多余渗透剂时不被清洗掉，又能够充分地回渗到施加在表面上的显像剂中，是检出缺陷的关键。

但是，实际检测时，渗透检测剂的性能、被检工件的表面状况、检测环境、渗透剂清洗的效果、显像剂施加的状况等等，都会对渗透检测的结果及检测灵敏度产生一定的影响。相对于其他无损检测方法，焊缝的渗透检测几乎都是检测人员手工操作，人为因素影响很大，要定量的控制整个检测过程非

常困难。

1 影响检测灵敏度的因素分析

检测灵敏度，是指能够发现的最小缺陷尺寸或是发现和识别细小缺陷的难易程度。对于渗透检测来说，一般以发现细小裂纹的宽度和深度来衡量。影响检测灵敏度的因素，主要包括渗透检测剂、被检工件状况、环境条件和检测操作等。

1.1 渗透液性能对灵敏度的影响

渗透检测中，渗透剂对被检工件表面的良好润湿是进行渗透检测的先决条件。渗透液能够充分润湿工件表面和显像剂，才能够渗入缺陷中，以及被显像剂吸附出来。渗透液有较强的润湿性能，才能充分渗入缺陷并被显像剂吸出，从而将缺陷显示出来。因此润湿性能是渗透剂的重要指标，综合反映了液体的表面张力和接触角两种物理性能指标。

渗透剂的渗透能力用渗透剂在毛细管中上升的高度来衡量。从液体在毛细管中上升高度的公式

以看出，渗透剂的渗透能力与表面张力系数α和接触角的余弦cosθ的乘积成正比。一般 θ燮5°时，cosθ≈1，渗透性能较好。

渗透液渗入缺陷中以及被吸附到工件表面的过程，还会受到渗透剂粘度的影响。粘度是流体分子间存在摩擦力而相互牵制的表现。渗透液的粘度对渗透速度和渗透剂的保留性有一定的影响。渗透速率（动态渗透参量）KPP与渗透液粘度η的关系为：

可见，渗透液粘度小，渗透速度快，渗透时间短。但是去除工件表面多余渗透剂时，缺陷内的渗透剂也容易被清洗掉，保留性不好，会降低灵敏度。因此渗透剂的粘度要适当，过高或者过低都不好。

此外，显像剂也会影响检测灵敏度。显像剂中的显像粉末粒度越细，形成的毛细管直径就越小，显像剂的吸附能力就越强，缺陷内的渗透液容易被吸附出来，检测灵敏度就高。

1.2 被检工件状况对灵敏度的影响

工件表面粗糙度的影响。如果工件表面粗糙度比较高，在擦拭去除表面多余渗透剂时就会比较困难，表面残余的渗透剂会比较多，造成缺陷显示对比度低，小缺陷不易辨认，降低了检测灵敏度。溶剂去除法渗透检测只适用于光洁度比较高的工件表面的检测。

缺陷尺寸的影响。渗透检测检出表面开口缺陷的检出率，主要取决于开口缺陷的宽度，其次取决于深度及长度。缺陷的宽深比越小，缺陷深度越大，对渗透剂来讲毛细管作用就越强，灵敏度就高。实际检测中，宽深比小的裂纹很容易被检出，浅而宽的缺陷容易被漏检。但是裂纹的宽度过小，渗透液中的染料颗粒难以进入缺陷中，缺陷显示将会受到极大限制，灵敏度也会降低。

1.3 检测环境对灵敏度的影响

温度的影响。环境温度高，渗透液的表面张力和粘度会降低，润湿作用强，渗透液渗透能力增强，渗透速度快。但是温度过高，渗透液在渗透过程中容易干涸，清洗困难，甚至堵塞开口缺陷，无法回渗。温度过低，粘度增大，渗透速度缓慢。实际检测中，温度一般控制在10～50℃之间。当温度在此范围之外时，应用铝合金淬火试块作对比试验，对检测操作进行修正。为提高细小裂纹的检测灵敏度，可将温度稍微提高一些，将工件预热后进行检测。

压力的影响。外界压力越低，渗透深度就会越大，同是也有利于缺陷内气体排出液面，渗透剂的渗透作用就会增强。

振动的影响。渗透时对工件施加振动，缺陷内气体容易排出液面，并且振动的交变应力在某一瞬间会克服渗透液渗透的阻力，使渗透液容易渗入缺陷。

1.4 检测工艺操作的影响

目前在现场进行渗透检测时，均为检测人员手工操作，检测过程中，如有任何一步操作不当，都有可能影响缺陷检出，使灵敏度降低。如渗透时间短渗入缺陷的渗透液少，渗透液清洗不干净造成的虚假显示，过清洗造成的漏检等。

2 渗透检测的工艺过程应注意的问题

2.1 表面预处理

被检工件的表面状况直接影响着渗透检测的结果。渗透检测灵敏度很大程度上取决于被检表面的污染程度及粗糙度。

检测前应了解被检焊缝的焊接工艺及焊缝的工作环境，估计可能出现的缺陷性质及大小，以便确定重点检测区域，采取针对性的检测措施。

表面预处理的方法不得损伤工件表面，不得堵塞表面开口缺陷。

锅炉及压力容器的焊缝及附近一般都会有飞溅、凹坑、腐蚀、氧化皮、锈蚀等存在，在检测之前必须去除干净。实际检测时，一般用砂轮机打磨焊缝及两侧热影响区各25 mm宽，然后用清洗剂清洗表面并进行干燥。打磨工件表面时，有时砂轮会使工件表面层局部变形，如变形发生在表面缺陷开口处，有可能会使开口闭合，打磨产生的金属细屑和沙末也可能会堵塞缺陷的开口，降低检测效果甚至造成漏检。

这时应采用其他的方法进行清理和清洗。比如在清理时，可先通过敲打、刮蹭等去除较厚的结垢、锈蚀等物，然后进行酸洗和碱洗，酸洗能够有效地去除工件表面上的氧化物、锈蚀物、涂料及锈等；碱洗可降低表面和界面张力，对工件表面的污物起到悬浮和乳化作用，酸碱的浸蚀也可使闭塞的缺陷开口重新张开。酸洗和碱洗时，由于酸、碱对某些金属有强烈的侵蚀作用，所以在使用时对溶液的浓度、清洗的时间都要严格控制。酸洗和碱洗后的工件表面必须把清洗剂冲洗干净并进行干燥，以便排除缺陷内的溶剂和水分。

2.2 渗透

被检表面干燥后，施加渗透剂。一般用喷灌进行喷涂。渗透剂必须将被检部位完全湿润覆盖。渗透剂种类不同，被检工件材质不同，缺陷性质和细微程度不同，渗透时间也不同。一般标准规定在常温下渗透时间不少于10 min。对于怀疑有缺陷的表面，渗透时间要相应延长。

相对于标准试块来说，实际检测的焊缝表面粗糙，并且位置方向各不相同，加上环境的影响，渗透液施加后易流失、风干。在高温、大风的环境中，有时为了保证检测结果，可在某些检测部位施加渗透液后覆盖吸水纸，然后再次喷涂渗透剂，提高渗透效果。在渗透的整个过程中，要始终保持被检表面被渗透剂润湿，防止渗透剂流失、风干，无法回渗，造成漏检。

在渗透过程中还应采取一些措施，如敲击、振动等，使缺陷中空气尽量排出，以利于渗透剂充分渗入。另外还有一些因素影响渗透时间，比如表面粗糙，渗透时间应延长；渗透液的渗透力越强，渗透时间越短。

检测时的环境温度对渗透效果也有很大的影响。渗透液粘度值越高，渗入开口缺陷所需的时间越长，而环境温度对渗透液粘度又有很大的影响。

冬季在室外检测时，渗透液粘度明显增大，渗透液不易渗入开口缺陷中。为了提高渗透效果，可将渗透剂喷罐放入50℃左右的热水中加热，罐内温度提高后再使用，可大大提高渗透速度，缩短渗透时问，提高工作效率。

夏季高温下检测，或是在设备抢修等温度较高的环境下检测时，为保持渗透剂的湿润，防止其干涸，要注意观察，根据情况多次喷涂渗透剂，使渗透液在检测面上始终保持湿润。

2.3 清洗

对于溶剂清洗型渗透剂，为保证被检表面既清洗彻底，无残余的渗透剂影响显像效果，又不能过洗，常用的方法是先用吸湿性好的软纸依次擦拭，尽可能擦去被检表面上多余的渗透剂。然后将清洗剂喷在纸上，沿一个方向进行擦拭，不能往复擦拭，擦过的纸不能重复使用。最后，再用干净的纸不加清洗剂擦干表面。要注意不能将清洗剂直接喷在被检表面，否则缺陷中的渗透剂会被清洗剂稀释，产生回渗造成过清洗，造成漏检。

2.4 显像

显像剂喷涂之前要充分摇动压力喷灌，使显像剂在罐中均匀悬浮。显像剂喷涂的薄厚对细小缺陷的检出灵敏度有很大影响，显像剂不能喷涂得过厚，只要能将底色覆盖即可。对于细小裂纹，由于渗入的渗透液较少，回渗的渗透液会更少，显像剂过厚就会掩盖裂纹造成漏检。另外，显像时间要适当，要有足够的时间让显像作用充分进行，但也应在渗透剂扩展的过宽以及缺陷显示变得难以评定之前完成检验。显像时间太长会使缺陷图象严重扩散，分辨率降低；时间太短缺陷难以显示，会引起漏检。

3 常见焊接缺陷显示分析

渗透检测能够发现的常见焊接缺陷主要有裂纹、表面气孔、坡口未熔合等。

3.1 裂纹

焊接裂纹按其产生的温度和时间不同，可分为热烈纹和冷裂纹。

热烈纹产生的原因是焊缝金属在凝固过程中，低熔点的杂质呈液态被排挤并富集在晶界上，形成液态层。在随后的结晶过程中，由于收缩使其受拉力，当拉伸变形超过了晶界间层间的变形能力，又得不到新的液相补充时，便可在此薄弱带形成晶间裂纹。

渗透检测时，热烈纹一般显示为略带曲折的波浪状或锯齿状红色细条纹。火口热烈纹呈星状，较深的火口裂纹有时因渗透剂回渗较多使显示扩展而成圆形，但如果用沾有清洗机的棉球擦去显示后，裂纹的特征便可清晰的显示出来。

冷裂纹是在相变温度以下的冷却过程中和冷却以后出现的裂纹。此类裂纹多出现在有淬硬倾向的高强钢中。一般产生在焊缝热影响区，有时也出现在焊缝金属中。冷裂纹的特征是穿晶开裂。渗透检测时，冷裂纹显示一般呈直线状红色细条纹，中部稍宽，两端尖细，颜色逐渐减淡，直至消失。

3.2 表面气孔

形成气孔的根本原因是焊缝金属吸入过多的气体。表面气孔是在气体逸出过程中，气泡浮到金属表面，但受到已经凝固的熔渣的阻碍，残留在金属表面而形成的。渗透检测时，表面气孔的显示为圆形、椭圆形的红色亮点，并均匀的向边缘减淡。由于回渗现象较为严重，表面气孔的缺陷痕迹会随显像时间延长而迅速扩展。

3.3 未熔合

未熔合是指填充金属和母材之间或填充金属层间没有熔合在一起。渗透检测无法发现层间未熔合，坡口未熔合延伸到表面时才能发现。未熔合的显示呈现为直线状或椭圆形的红色线条。

4 结束语

渗透检测的理论涉及物理、化学等多种学科，并且跟被检工件的加工制造过程紧密相关。因此需要渗入学习相关理论，有针对性的改进检测工艺，才能够提高检测各种缺陷，特别是微小缺陷的能力。

渗透检测某些工艺参数，如渗透时间、显像时间，显像层厚度等，都无法从理论上进行定量确定，完全是根据实际检测试验得来的。因此实际检测中，积累经验更为重要。

在实际检测中，为了保证检测质量，检测人员应尽职尽责，对检测的每一步骤都必须严格按照检测工艺规程和工艺卡进行，以保证检测效果。

［1］ 胡学知主编.渗透检测［M］.中国劳动社会保障出版社,2007,5.

［2］ 郑文仪.渗透检验［M］.国防工业出版社,1981.

［3］ 美国无损检测学会编.美国无损检测手册（渗透卷）［M］.世界图书出版社,1994.