渗透检测中缺陷开口大小及形式对缺陷检测能力的影响研究
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摘 要
渗透检测是采用带有荧光或红色染料，利用渗透剂的毛细作用原理进行检测的一种针对被检测对象表面开口缺陷的一种无损检测方法。本文对毛细现象、常用的渗透检测方法进行了描述。本文通过非贯穿型与贯穿型缺陷毛细能力实验以及不同开口大小非贯穿型缺陷毛细能力实验，对工件表面缺陷对渗透检测的影响进行了实验研究。通过实验表明，对具有相同大小的缺陷进行渗透检查，采用着色型渗透液时，贯穿型缺陷的毛细能力要远大于非贯穿型缺陷;针对非贯穿型缺陷，缺陷开口宽度越小，渗透能力越强。
关键词
渗透检测;渗透能力;贯穿型缺陷;非贯穿型缺陷
中图分类号： TB303 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 39
Abstract
Penetrate testing is a nondestructive testing method with fluorescence or red dye and the capillary action principle of osmotic agent. In this paper， the capillary phenomenon and the commonly used permeability detection methods are described. In this paper， the influence of surface defects on permeability detection was studied by capillary capacity experiments of non-penetrating and penetrating defects and capillary capacity experiments of non-penetrating defects with different opening sizes. The results show that capillary capacity of penetrate defects is much higher than that of non-penetrate defects when the colored penetrate is used for penetrate inspection of defects of the same size. For non-penetrate defects， the smaller the defect opening width， the stronger the permeability.
Key word
Penetrate detection; Permeability; Penetration defects; Non-penetration defects
0 引言
渗透检测是一种以毛细作用原理为基础的检测技术[1]，是在被检测工件上浸涂可渗透的带有荧光或红色的染料，利用渗透剂的渗透作用，显示表面缺陷痕迹的一种无损检测方法。该方法具有操作简单、成本较低，不受材料性质的限制等优点。广泛应用于各种金属材料和非金属材料构件的表面开口缺陷。渗透检测也广泛应用于核工业无损检测中，在核电厂核动力装置上有广泛的应用，如反应堆压力容器、稳压器、主管道、蒸汽发生器等重要设备的役前和在役检查。根据渗透检测的物理特点，依靠毛细作用的原理，渗透检测只能检测工件表面的开口缺陷。本文主要研究缺陷开口大小及形式对渗透检测能力的影响。
1 毛细现象
渗透检测以毛细作用原理作为檢测的基础[1]。毛细现象是指将一根很细的管子插入盛有液体的容器中，如果液体能润湿管子，那么液体会在管子内上升，使管内的液面高于容器的液面。如果液体不能润湿管子，管内的液面就会低于容器的液面。通常将这种润湿管壁的液体在细管中上升，而不润湿管壁的液体在细管中下降的现象称为毛细现象[2]。对工件进行检测时，可将工件表面的开口缺陷看作是毛细管或毛细缝隙。由于所采用的渗透液都是能润湿工件的，因此渗透液在毛细作用下会渗入工件表面的缺陷中，使缺陷近表面有所不同。通过使用显像剂进行显像，可以观察到缺陷特点。显像剂是一种细微粉末，显像剂微粉之间可形成很多半径很小的毛细管，这种粉末又能被渗透液所润湿，所以当清洗完工件表面多余的渗透液后，给工件的表面喷上一层显像剂，根据毛细现象，缺陷中的渗透液就易被吸出，形成一个缺陷显示信号。渗透检测原理如图1所示。
2 渗透检查方法[1]
渗透检查按照渗透液的种类可以分为着色法、荧光法和荧光着色法。着色法含红色染料，在白光或日光下观察检验;荧光法含荧光染料，在紫外线照射下有荧光反应;荧光着色法兼有以上两种方法的特点。
渗透检查根据多余渗透液去除的方法分类，可以分为水洗型、后乳化型和溶剂清洗型三种。水洗型内含乳化剂，可直接水洗;后乳化型不能直接冲洗，需要增加乳化工序才能冲洗;溶剂清洗型需专门的有机溶剂擦洗去除。
3 工件表面缺陷对渗透检测的影响
工件表面开口缺陷是渗透检测的主要检测对象。渗透检测过程中可能会遇到的缺陷包括孔状、条状、贯穿型和非贯型几种。本文针对缺陷的形式，主要采用同种形状不同开口大小以及相同开口大小不同类型的圆形玻璃毛细管进行实验以此研究缺陷类型对渗透检测能力的影响。进行实验的玻璃毛细管见图2所示。
3.1 非贯穿型与贯穿型缺陷毛细能力实验 工件表面的非贯穿型开口缺陷种类较多，如表面裂纹、表面气孔、表面凹坑等，表面裂纹见图3所示。对于非贯穿型缺陷，渗透检查时渗透液在渗透过程中会逐渐压缩空间，封闭空间内的空气压力增加，减小渗透速度。对于贯穿型缺陷则不会受空气压力的影响，若从上方施加渗透液，渗透液会同时受到工件表面张力与重力的作用，在毛细现象的作用下，渗透液将逐渐向缺陷内部渗透，渗透液渗入缺陷越多，受到的重力越大，最终在两力的作用下渗透液从下方缺陷处流出。理论上分析具有相同开口大小的贯穿型缺陷与非贯穿型缺陷相比，由于贯穿型缺陷不会受空气压力影响，其毛细能力应大于非贯穿型缺陷。
采用5支外径为1mm，内径为0.9mm的一端封口的圆形毛细玻璃管和5支外径为1mm，内径为0.9mm两端均不封口圆形毛玻璃管进行实验，渗透液采用宏达H-ST着色渗透探伤剂。将10支圆形毛细玻璃均置于渗透液中，等待一段时间，观察渗透液直到渗透液达到稳定后，观察渗透液的高度，并对其高度进行测量及记录。两种不同类型的毛细玻璃实验结果见表1所示。
由表1结果可知，非贯穿型毛细玻璃管的渗透高度要远小于贯穿型缺陷的渗透高度。5个贯穿型毛细玻璃管采用着色渗透液的平均渗透高度为35.87mm，最大渗透高度为36.12，最小渗透高度为35.62mm。5个非贯穿型毛细玻璃管采用着色渗透液的平均渗透高度为2.81mm，最大渗透高度为2.84mm，最小渗透高度为2.75mm。贯穿型毛细玻璃管的平均渗透高度是非贯穿型毛细玻璃管平均渗透高度的12.77倍，与理论分析的结论保持一致。
3.2 不同开口大小非贯穿型缺陷毛细能力实验
为了研究具有相同缺陷类型不同开口大小的缺陷的毛细能力[2]，利用不同直径大小的同种类型的毛细玻璃进行毛细能力实验研究。一般来说，毛细现象中，毛细管越小，毛细管中的液体渗透高度越大。现利用5支内径为0.4mm，5支内径为0.7mm，5支内径为0.9mm的毛细玻璃管进行实验，渗透液采用宏达H-ST着色渗透探伤剂。将15支圆形毛细玻璃均置于渗透液中，等待一段时间，观察渗透液直到渗透液达到稳定后，观察渗透液的高度，并对其高度进行测量及记录。三种不同内径的毛细玻璃实验结果见表2所示。
由表2结果可知，毛细玻璃管的内径越小，渗透液的渗透高度越大，内径为0.4mm的毛细玻璃管平均渗透高度为6.10mm，内径为0.7mm的毛细玻璃管平均渗透高度为5.19mm，内径为0.9mm的毛细玻璃管平均渗透高度为2.81mm。因此在对工件進行表面缺陷检测时，采用着色渗透法，缺陷开口宽度越小，渗透能力越强。
4 其他影响因素[1]
在渗透检测中，除了缺陷开口类型及缺陷开口大小会影响渗透液的毛细能力外，还有其他对渗透影响的因素。
（1）表面开口缺陷处清洁度或污物的影响，若开口缺陷处有污物堵塞，用妨碍渗透液向缺陷处的渗透。
（2）开口缺陷的方向也会影响渗透效果，工件表面开口缺陷的方向可能与工件表面成不同角度，具有不同角度的缺陷渗透能力也不同。
（3）采用不同类型的渗透液，在工件表面的渗透能力也不同。
5 结论
（1）对具有相同大小的缺陷进行渗透检查时，且采用着色型渗透液时，贯穿型缺陷的毛细能力要远大于非贯穿型缺陷。
（2）在对工件进行表面缺陷检测时，采用着色渗透法，针对非贯穿型缺陷，缺陷开口宽度越小，渗透能力越强。
参考文献
[1]胡学知，等.渗透检测中国劳动社会保障出版社2007年出版.
[2]刘晴岩，等.液体渗透检测的可靠性无损检测2002（09）：13.
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