不锈钢覆面焊缝低温下的液体渗透检测

＊井国玺

（中国核工业二三建设有限公司 北京 101300）

渗透检测是一种以毛细管作用和固体染料在一定条件下的发光现象为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。与其他无损检测方法相比，它具有检测方便，设备简单，无需水源、电源等特点，特别适合非铁磁性材料表面开口缺陷的检测工作。

我公司目前正在建造的某工程，由于地处北方，每年11月至次年3月期间，环境最低温度将达到-30℃左右，严重超出标准规范规定的最低检测温度（5℃）以下。为了满足安装、焊接等施工条件，虽然在施工厂房内安装了供暖设施，但是由于土建尚未彻底完工，施工厂房不密封，检测工作现场环境温度依然在-10℃左右。根据安装技术文件的规定，渗透检测按国家现行标准《承压设备无损检测第五部分：渗透检测》NB/47013.5-2005执行，该标准规定渗透检测至少在5～10℃温度条件下进行。由于该工程安装工期紧、任务重，因此在低温下的液体渗透检测工作是不可避免的。

（1）检测对象及验收要求。该工程水池采用牌号为022Cr19Ni10的奥氏体不锈钢板在混凝土水池墙壁上拼装焊接完成的（简称钢覆面）。焊接完成后，所有焊缝需进行100%渗透检测，检测工作量大。

灵敏度要求：根据安装技术文件的规定，渗透检测应达到B级灵敏度等级。

验收要求：被检焊缝上不允许任何相关显示，否则为不合格。

（2）检测方法。由于被检材料为奥氏体不锈钢，检测使用的材料中若含有超标的氟、氯元素，将造成奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，对钢覆面焊缝造成无法弥补的损伤，因此检测方法选择中应严格控制有害元素含量。

因该工程尚处于建造阶段，无法获取去离子水，无法使用水洗型渗透检测法；同时，因检测灵敏度要求高，综合考虑在着色渗透检测中，溶剂去除型渗透检测方法灵敏度相对较高，为保障渗透检测灵敏度能够满足标准规范的要求，采用溶剂去除型着色渗透检测（溶剂悬浮显像）法进行渗透检测工作。

（3）检测人员要求。渗透检测人员必须经过相关机构的培训，并考取渗透检测二级及以上资格证书。渗透检测持证授权人员未经矫正或矫正后的视力应不低于5.0，不得有色盲。

（4）器材要求。采用型号为ARDROX（阿觉克斯）的喷灌式溶剂去除型着色渗透检测剂，各牌号的渗透检测剂中，硫含量不大于200mg/L，氟+氯元素含量不大于200mg/L，经检定合格的可见光照度计和可调光手电筒。A型试块和B型试块。

1.低温对渗透检测的影响

（1）低温影响渗透剂的表面张力和毛细作用。存在于液体表面，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力，是由于液体分子间的相互作用力产生的衍生力。

单位长度上的表面张力称为表面张力系数。表面张力系数与液体的种类和温度有关，同一液体表面张力系数随温度上升而下降。表面张力的降低，将导致渗透剂无法完全润湿被检工件表面，使渗透和显像过程中的毛细管作用减弱，从而影响渗透检测灵敏度。

（2）低温影响显像剂的吸附作用。当固体和液体或气体接触时，凡能把液体或气体中的某些成分聚集到固体表面上来的现象，就是固体表面上的吸附现象。

渗透检测过程中，显像剂吸附从缺陷中回渗的渗透剂，从而形成缺陷显示。显像剂粉末越细，比表面积越大，吸附量越多，缺陷显示越清晰。

在渗透检测工程中，显像剂吸附渗透剂的过程主要是物理吸附，是放热过程。和低温环境可在一定程度上建立一种热平衡，从而促进了显像剂粉末对缺陷中回渗的渗透剂的吸附，加剧了吸附显像，将有助于显像剂的吸附作用。但使用溶剂去除型着色渗透检测时，显像剂中溶剂的挥发也将大量吸热，在一定程度上破坏了热平衡，因此会影响显像剂粉末对缺陷中渗透剂的吸附。

（3）低温影响渗透剂的着色强度。在渗透检测过程中，显像剂吸附同样数量的渗透剂，有的看得见，有的看不见或不明显，这是由于渗透剂的着色强度不同所致。缺陷内被吸附出来的渗透剂，在显像后能显示色泽的能力称为着色强度，它与渗透剂中的染料种类及染料在渗透剂中的溶解度有关。

从溶解现象来看，溶解过程包括溶解和结晶两个过程。当渗透剂的浓度增加到一定程度时，结晶速度等于溶解速度，此时若温度不变，渗透剂的浓度不再改变，此时的渗透剂已达到饱和状态，溶解的染料成分最多，显像过程中的着色强度也会最大。从溶解度饱和状态可知，一定成分的溶液，温度升高，溶解度增加；温度降低，溶解度将减小。因此，在低温下，渗透剂的溶解度将有所降低，会导致渗透剂中的红色染料结晶析出，从而使渗透剂的浓度降低，进而会影响渗透剂的着色强度，最终将影响渗透检测灵敏度。

（4）低温影响渗透剂的粘度和渗透速度。渗透剂的粘度和液体的流动性有关。它是流体的一种液体特性，是流体分子间存在摩擦力而相互牵制的表现。

渗透剂的粘度和温度有关，温度升高，液体的粘度降低；温度降低，液体的粘度升高。从动态渗透参量公式KPP=αcosθ/η可知，粘度η值越大，动态渗透参量越小，渗透剂渗透表面开口缺陷所需的时间就越长，水池钢覆面大面积检测时，渗透时间的延长将严重影响渗透检测效率。

2.解决方案

为了弥补上述因素造成的不良影响，需通过以下渠道弥补检测灵敏度：

（1）渗透剂预热：在渗透检测工作开始前，先将渗透探伤剂喷罐放置在45℃左右的温水中进行预热；随着预热温度不断升高，能够在一定程度上提高渗透剂的溶解度，使低温结晶析出的渗透剂染料重新溶解，以提高着色强度；同时，对渗透剂预热的方式能够有效的降低渗透剂粘度，从而提高渗透税率。

（2）增加渗透和显像时间：通过增加渗透时间和显像时间的方式，弥补渗透剂在渗透和显像过程中由于低温导致粘度升高而引起渗透速率降低的情况，从而进一步提高渗透检测灵敏度；

（3）检测工作开展前，根据检测标准规定的要求进行低温下的渗透检测灵敏度验证，经验证渗透检测灵敏度满足标准规范的要求后方可进行渗透检测工作。

3.系统灵敏度试验

NB/T47013.5-2015规定，当渗透检测不可能在5～50℃范围内进行时，应按照附录B的要求使用A型试块对操作方法作出鉴定，以确保渗透检测灵敏度能够满足标准规范的要求。

非标准温度下的灵敏度验证方法：在试块和所有使用材料同时降低到预定的温度后，将A型试块的B区放在工件上，A区放在标准温度的环境中，当试块B区和工件温度相同时，A、B两区同时开始试验。若试块A区与B区的裂纹显示痕迹基本相同；同时在B型试块上验证检测系统灵敏度，B型试块上的人工缺陷应清晰的显示至少2个辐射状裂纹区，认为经过鉴定的灵敏度是可行的，符合标准规范的要求，可按经验证的方法进行后续的检测工作。

(1)灵敏度试验程序

①预处理。用清洗剂清洗A型试块和B型试块表面的油污，防止因油污影响渗透检测灵敏度。

②施加渗透剂。将A型试块的A区和B型试块放置在25℃的室内，A型试块的B区和另一块B型试块放置在室外的检测工作环境下，分别同时施加渗透探伤剂。要求在整个渗透时间内保持渗透剂全部覆盖被检测表面，并保持在整个渗透过程中渗透剂始终处于润湿状态。

③去除多余渗透剂。先采用白色棉布依次擦拭，当大部分渗透剂被清除后，再用蘸有少量清洗剂的棉布进行擦拭，直至试块表面上的渗透剂全部擦除干净；必须注意不得往复擦拭，更不能用清洗剂直接冲洗，以防止渗透缺陷内的渗透剂被过度清洗，造成缺陷无法显示，导致灵敏度验证试验失败。

④显像处理。去除渗透剂后，经适当的干燥即可施加显像剂。因显像剂为溶剂悬浮湿式显像剂，库存期间显像剂粉末在溶剂悬浮液中容易沉淀，直接喷涂将无法形成薄而均匀的显像剂涂层，因此在显像剂喷涂前，必须将喷灌用力摇晃，使显像剂粉末充分搅拌重新达到悬浮状态。

为了保证显像剂形成薄且均匀的涂层，在喷涂显像剂时，喷罐的喷嘴离被检面的距离至少保持在300mm，喷洒方向与被检焊缝表面的夹角至少保持在30°左右。

⑤观察评定。A.观察显示痕迹在不同的渗透和显像时间下进行；B.观察时，被检表面可见光照度至少应大于1000lx。光线较暗影响缺陷显示痕迹观察的部位，采用人工照明予以辅助，确保所有显示的缺陷痕迹均能被观察识别。

⑥后处理。验证试验结束后，应及时彻底清除试块上残余的显像剂粉末，防止试块上设置的人工缺陷被堵塞无法使用。清除时，可将清洗剂直接喷涂在试块表面并使用不脱毛的白布彻底清洗干净。

(2)灵敏度验证结论

通过上述灵敏度验证试验，得出如下结论：

上述结论发现：渗透时间和显像时间继续增加，缺陷显示痕迹的清晰程度变化不大。因此，对该水池不锈钢覆面焊缝进行液体渗透检测时，采用渗透时间35min，显像时间35min的方式进行，能够满足标准规范的要求，且能够达到B级以上灵敏度等级。

表1 灵敏度验证试验渗透和显像时间数据统计表

4.检测程序

（1）预处理。检测部位的表面状况在很大程度上会影响渗透检测的灵敏度，从而影响检测质量，由于该水池焊缝验收要求高，因此必须保证在整个不锈钢覆面焊缝及其周围25mm范围内，不得有影响渗透检测的氧化皮、毛刺等，否则应提前用不锈钢丝刷等工具去除；若被检表面存在油污，需用清洗剂等有机溶剂去除。

（2）渗透。①由于焊缝长度较长，操作不方便，渗透检测操作应自上而下根据脚手架层高进行分段渗透检测。②使用ARDROX型喷灌式溶剂去除型着色渗透检测剂，喷涂渗透剂范围包括焊缝金属及其周围25mm宽度内的相邻区域，喷涂需均匀，对喷涂不均匀的区域可用毛刷进行适当的刷涂。在整个检测的渗透时间周期内，必须保持渗透剂在规定的检测区域内全部覆盖，并始终保持润湿状态，若在渗透时间周期内，发现渗透剂由于挥发等原因出现不润湿现象时，应及时进行补充，避免影响检测结果。③工件温度和渗透时间。工件温度为-10℃，渗透时间为35min。

（3）去除。采用清洗剂去除表面渗透剂，但必须防止过清洗；为了防止过清洗，严禁用清洗剂直接在被检工件表面进行冲洗。去除时，严格按照系统灵敏度验证过程中的操作方法进行去除。

（4）显像处理。因ARDROX 9D1B型显像剂为溶剂悬浮湿式显像剂，在库存期间显像剂粉末在溶剂悬浮液中容易沉淀，因此，在显像剂喷涂前，必须将喷灌用力摇晃，驱动喷罐内的弹珠往复跳动，从而使显像剂粉末充分搅拌达到悬浮状态。喷施在被检面上的显像剂必须形成薄且均匀的显像剂涂层，因此在喷施显像剂时，喷罐的喷嘴离被检面的距离至少为300mm，喷洒方向与被检表面的夹角至少为30°。

（5）观察评定。①观察显示痕迹应在显像剂施加后立即进行，并在显像过程中5～35min内连续进行观察。②为了防止微小的缺陷显示无法识别从而导致缺陷漏检，观察示痕迹时，应在可见光条件下进行。观察前必须采用可见光照度计测量检测表面的照度，保证可见光照度≥1000lx后方可进行检测观察。由于施工现场光线较暗，若检测表面的可见光照度无法达到≥1000lx的要求时，可采用可调光手电筒辅助照明。③在观察过程中，若发现显示痕迹时，必须判定所显示的痕迹是由于缺陷形成的相关显示痕迹、焊缝结构外形不规则和毛刺等引起的非相关显示痕迹，还是由于渗透剂污染等原因引起的虚假痕迹显示。④判定过程中若有必要，应采用用5～10倍放大镜进行辅助观察。⑤对受检表面上所显示的痕迹应仔细辨认，只有缺陷造成的相关显示痕迹才是评定对象。

（6）后处理。检测完毕后，应及时去除被检表面的所有渗透探伤残留物，并用清洗剂彻底清洗干净，避免被检表面残存有害后续使用的任何残留物。清除时，可先用棉布擦除多余的显像剂粉末，再用清洗剂喷涂至表面进行彻底擦洗。

5.复验要求

（1）所有检测工作结束后，用B型试块进行检测过程的灵敏度验证，若验证灵敏度不符合要求，即试块上显示的辐射状裂纹数量少于2个，需对期间完成的所有焊缝重新进行复验。（2）检测过程中，若检验人员发现操作方法和灵敏度验证时的操作方法不一致或操作方法有误时，需对期间完成的所有焊缝重新进行复验。（3）检测工作结束后，发现检测要求和检测技术条件有变化时，需对期间完成的所有焊缝重新进行复验。（4）检测工作结束后，若甲方或监理人员对检测结果有争议或认为有必要时重新复验时，需对期间完成的所有焊缝重新进行复验。（5）检测工作结束后，检测工作人员、甲方或监理人员对检测结果有怀疑时，需对期间完成的所有焊缝重新进行复验。

6.结论

通过灵敏度验证试验，证明通过加热渗透探伤剂和延长渗透及显像时间的方法，在-10℃低温下的液体渗透检测工作是可行的。