CRDM镀铬件的着色渗透检测

冯 英，孙莉薇

(东方电气集团东方汽轮机有限公司，德阳 618000)

核控制棒驱动机构(CRDM)是直接影响反应堆正常运行和反应堆安全可靠的关键设备之一。CRDM中的钩爪部件中有很多零件，为了增强其接触表面的耐磨性，需要进行镀铬处理。对镀铬层表面的着色渗透检测是质量控制的关键点。

CRDM镀铬件大都呈空心圆柱型，检测时机为零件加工或打磨到最终尺寸后。检测中，对其外圆和内孔喷涂显像剂时，易存在从一个方向不能一次喷涂到位，多次多方向喷涂容易造成显像层过厚而掩盖细微缺陷的问题。

对镀铬层进行着色渗透检测时，也往往不熟悉其检测方式和要点，对其缺陷显示的形式、性质不甚了解。

为了确保渗透检测的可靠性[1]，笔者通过分析和试验，制作了显像剂喷涂辅助工具，了解了几种主要缺陷显示的形式，为缺陷显示的评定积累了证据，也为后续批量镀铬件的着色渗透检测提供参考。

1 着色渗透检测工艺试验

1.1 检测工艺流程

某机组规范要求镀铬层的渗透检测方法为着色渗透检测，显像方式是溶剂悬浮显像剂，检测温度为10 ℃～40 ℃，渗透时间为20～30 min，显像时间为10～30 min。

检测工艺流程为预处理(工件表面准备和预清洗)→施加渗透剂→去除多余的渗透剂→干燥→施加显像剂→观察及记录显示迹痕→评定→后处理[2]。

1.2 工件表面准备和预清洗

施加渗透剂前，应确保工件镀铬表面及邻近区域无污垢、油脂、盐类和其他可能会污染表面、掩盖缺陷、吸附渗透剂或与其反应的异物。

用清洗剂清洗被检表面，使用干净、干燥、吸收性好的无尘布或纸将被检表面擦拭干净。清洗后被检工件必须彻底干燥，且应保证在施加渗透剂前不被污染。

1.3 施加渗透剂

CRDM镀铬件进行着色渗透检测时，一般用刷子施加渗透剂。为得到更好的渗透效果，尽可能地延长渗透时间至30 min。在操作中，被检表面应用大量渗透剂以保持充分润湿，防止渗透剂干燥。

1.4 去除多余的渗透剂

典型的工件结构外观如图1所示，可见被检工件有内孔、台阶和螺纹等结构，用溶剂清洗被检表面多余的渗透剂较困难。

图1 典型的工件结构外观

笔者认为用水清洗更方便。为此对比了用水和溶剂去除渗透剂的检测方法，以验证其灵敏度效果。

按照规范要求，着色剂灵敏度应按EN ISO 3452-2 《无损检测 渗透检验 第2部分：渗透材料试验》 标准要求，至少达到2级灵敏度，并采用EN ISO 3452-3 《无损检测 渗透试验 第3部分：对比试块》 标准中描述的对比试块1进行验证。

选取DPT-核型着色渗透剂，在同等条件下，进行了灵敏度测试。试验结果如表1所示。

从表1可以看出，两种清洗方式在30 μm和50 μm试块上均能清晰地检出缺陷，在对同一缺陷进行检测后，显示结果也相同，即两种方法均能满足检测要求。所以推荐使用去离子水清洗去除多余的渗透剂，同时应注意按规范要求水压不大于0.2 MPa，并避免清洗的水与表面持续接触的时间过长。

因镀铬件上多有孔或螺纹等结构，还应注意在清洗时，非被检表面的小孔和螺纹中残留的渗透剂也应清洗干净，以免显像过程中渗透剂回流到工件表面，污染被检面形成伪缺陷。

1.5 干燥

在去除多余的渗透剂后，应立即干燥待检表面。采用水洗法时，可使用压力不超过0.2 MPa，温度不大于30 ℃的热空气进行干燥。采用溶剂去除型着色渗透检测方法时，可采用自然干燥方式。

表1 灵敏度试验结果

1.6 施加显像剂

显像时采用溶剂悬浮显像法，使用压力喷罐喷涂显像剂。在去除多余渗透剂后的10 min之内，对被检表面喷洒一层薄且均匀的显像剂，直到被检表面完全被覆盖。

CRDM镀铬件大多为圆柱形的小零件，加工后有螺纹、台阶圆和小轴孔等结构，这些零件在喷涂显像剂时，很难一次均匀有效地喷涂到圆周各个有效部位，显像效果不佳，往往要进行二次喷涂或重新进行着色渗透操作，大大地降低了检测效率和可靠性。

图2 施加显像剂时使用的旋转工装

为此，笔者设计并制作了一个可旋转的工作台面(见图2)，喷涂显像剂时，将被检零件放置在台面上，检测人员可自由方便地转动转盘以转动转盘上的零件，边喷涂边旋转工装，操作简单直接，显像剂能一次均匀地喷洒到零件的外圆表面，一次喷涂就能得到良好的显像效果。

喷涂前应摇动喷罐中的弹子，使显像剂重新悬浮，固体粉末重新呈细微颗粒均匀分散状。应在通风好的地方进行喷涂，喷涂时要先进行调节，调节到边喷边形成显像剂薄膜的程度，喷嘴到被检表面距离为300～400 mm，喷涂方向与被检表面夹角为30°～40°。

1.7 观察及记录显示迹痕

应在显像剂干燥后10～30 min内观察工件的渗透显示，必须从显像剂开始变干时就观测缺陷显示的形成。观察时，应确保被检表面有良好的可见度，光照度至少1 000 lx。

在显像观察过程中发现，由于镀铬产生的缺陷形状细小，显像时间往往较长。有些缺陷不会在显像剂一变干后，就能被显像剂吸附显示出来，而是要经过一个过程，20 min甚至30 min后才会在被检表面显现出来。所以，在实际操作中，显像时间应在规定时间内越长越好。

图3为两张镀铬层细小缺陷显示的照片，这些缺陷都是在显像约25 min后才清晰显示出来的。

图3 镀铬层着色渗透检测发现的细小缺陷照片

1.8 评定

经过前期的工艺试验，发现镀铬层缺陷基本有点状或斑点状显示，也有线状显示，有时缺陷还在整个镀铬表面呈现一片粉红色背景显示。通过对照金相分析结果，结合规范要求，对镀铬件的缺陷形式和产生原因有了一定的了解，为以后的缺陷评定提供了参考。

1.8.1 点状显示

图4为镀铬件镀铬层点状缺陷显示照片，在显微镜下放大100倍可以看到其表面有明显的微裂纹存在。

图4 镀铬层点状缺陷显示

图5 镀铬层斑点状缺陷显示

1.8.2 斑点显示

图5为镀铬件镀铬层斑点状缺陷显示的照片，在显微镜下放大100倍可以看到其表面存在明显的微裂纹。

1.8.3 粉红色背景显示

图6(a)为镀铬层渗透检测后，表面呈现一片粉红色背景的缺陷显示;图6(b)为镀铬层金相切片的分析照片，从中可以看出镀层存在贯穿性裂纹。

图6 镀铬层粉红色背景缺陷显示

由此可以得出以下结论。

(1) 这些点状显示和一片粉红色背景的缺陷显示都是细小缺陷或微裂纹引起的，并不是清洗不充分造成的，为不合格的显示。

(2) 如果检测表面有一些小的缺陷，会在白色背景上以红色斑点的形式显示。

(3) 分散的红点显示由孔隙引起，而连续的红线显示由裂缝引起。一连串的线状斑点可能是非常狭窄的裂缝引起的。

2 结语

(1) 镀铬层的渗透检测，在保证灵敏度的基础上，可以选用去离子水作为去除剂，去除多余的渗透剂。

(2) 喷涂显像剂时使用专门的旋转工装，更加方便简捷，不但提高了显像效果还提高了检测效率。

(3) 密集的针孔状点状显示、斑状显示和一片粉红色背景的缺陷显示都是细小缺陷或微裂纹引起的，并不是清洗不充分造成的，均为不合格的显示，在实际检测中应注意区别。