船舶渗透检测工艺及设备

10.4.4　船舶渗透检测工艺及设备

10.4.4.1　渗透检测原理

1）渗透检测原理

渗透检测是一种以毛细作用原理为基础的检测非多孔性的金属和非金属材料和零件（半成品、成品和使用过的零件）的表面开口缺陷的无损检测方法。渗透液在毛细管作用下，渗入表面开口缺陷内；在去除工件表面多余渗透液后，通过显像剂的毛细管作用将缺陷内的渗透液吸附到工件表面形成痕迹而显示缺陷的存在。

2）渗透检测物理基础

润湿的液体在毛细管中呈凹面并且上升，不润湿的液体在毛细管中呈凸面并且下降的现象，称为毛细现象。含有细微缝隙的物体被液体润湿，液体沿毛细缝隙流动。当缺陷尺寸越小，毛细现象越明显，检出率越高。毛细现象与表面张力和接触角有关，同时与渗透材料的密度有关，密度越小，毛细现象越强，缺陷检出率越高。

开口缺陷内的渗透液能形成缺陷显示，在一定条件下（背景、光照等）可用肉眼直接观察这种显示。检测出缺陷大小的能力，称为缺陷检出能力。缺陷检出能力与人眼敏感特性有关，不同渗透液的缺陷检出能力也不同，如染料种类不同，造成缺陷检出能力差异很大，荧光的灵敏度比着色的高很多；染料浓度不同，缺陷检出能力也不同，染料浓度大则荧光的发光强度大或着色的颜色的鲜艳度大，可提高灵敏度。还有一些其他条件，如：光照影响，光照时间太长导致缺陷检出能力下降，环境污染也使得缺陷检出能力下降。

10.4.4.2　渗透检测的优点和局限性

1）渗透检测的优点

（1）渗透检测可检查各种非多孔性材料表面开口的缺陷，如裂纹、折叠、气孔、冷隔和疏松等。它不受材料的组织结构和化学成分的限制，不仅可以检查有色金属和黑色金属，还可以检查塑料、陶瓷及玻璃等非多孔性材料。

（2）它具有较高灵敏度，从目前渗透检测水平来看，超高灵敏度的渗透检测材料可清晰地显示宽0.5μm、深10μm、长度为1mm左右的细微裂纹。

（3）具有操作方法快速、简便的特点，一次操作即可检出任何方向的缺陷。

（4）它还具有设备简单、携带方便、检测费用低、适于野外作业的优点。

2）渗透检测的局限性

（1）它只能检查出各种表面开口的缺陷，对被污染物堵塞或经机械处理（如喷丸、抛光和研磨等）后开口被封闭的缺陷不能有效地检出。

（2）普通渗透检测方法不适于检查多孔性或疏松材料制成的工件，因为采用普通渗透检测方法检测这些材料时，会使表面呈现较强的背景，以致掩盖缺陷显示或造成假象，降低检测效果。

（3）渗透检测只能检出表面开口的缺陷，难以确定缺陷的深度，因而很难对缺陷作出全面评价。检出结果受操作者的影响也较大。

10.4.4.3　渗透检测材料和试块

1）渗透检测材料

有渗透液、去除剂（包括乳化剂）和显像剂。由渗透液、乳化剂、去除剂、显像剂所构成的适用于某一特定对象的渗透探伤剂组合称为渗透探伤剂系统。由同一企业生产的同批量渗透液、乳化剂、去除剂和显像剂所构成的渗透探伤剂系统称为“同族组”，非“同族组”的探伤剂不能混用。

2）试块

是用于衡量渗透检测系统灵敏度的器材。试块的主要作用：

（1）灵敏度试验：用于评价所使用的渗透检测系统和工艺的灵敏度及其渗透液的等级。

（2）工艺性试验：用以确定渗透检测的工艺参数。

（3）渗透检测系统的对比试验：比较不同类型检测材料、工艺的性能。

常用试块有铝合金淬火裂纹试块（A型试块），主要用于不同渗透检测系统的对比试验及两种不同工艺的对比试验。不锈钢镀铬裂纹试块（B型试块）主要用于渗透检测工艺性能校验及渗透检测系统性能评价，也可用于确定渗透液的灵敏度等级。黄铜板镀铬裂纹试块（C型试块）主要用于不同渗透检测材料灵敏度等级定量测定，也可用于渗透检测材料系统性能的对比试验。

10.4.4.4　渗透检测方法分类及选择原则

1）分类

根据渗透液种类（染料）分为着色法、荧光法。根据渗透液去除方法分为水洗型、后乳化型、溶剂去除型。船舶检验中渗透探伤主要采用溶剂去除型着色法。

2）选择原则

首先应满足灵敏度要求。对表面光洁的工件宜采用后乳化法。对表面粗糙工件、大面积或大批量工件宜采用水洗法，对局部检测宜采用溶剂去除法。在船舶建造中常用的渗透检测方法是溶剂去除型着色法。适用于非铁磁性材料的表面检查，如奥氏体不锈钢焊缝表面检测、铝合金材料等。特别适用于在无电源或检测范围广但工作量不大的产品中，如马脚、船舷侧接管、大舱内涂层锈蚀打磨后的检测等。也经常用于狭小区域的检测，如焊接清根、磁粉探伤仪无法放置的地方。

3）船舶渗透检测标准

一般常用的标准有CB 3958、JISZ 2343、AWSD 1.1和JB/T 4730。

图10.4－15　渗透检测工艺流程图

10.4.4.5　船舶渗透检测工艺

1）渗透检测工艺流程

渗透检测工艺流程见图10.4－15。

（1）表面准备和预清洗。表面污染和某些处理可能会影响渗透液对试件表面的润湿，影响渗透剂渗入缺陷中，同时，影响渗透液从缺陷中返渗到试件表面，形成显示；也会影响渗透液的发光强度和着色液的颜色强度和掩盖真实显示，并形成虚假显示。表面准备方法常用机械清洗、化学清洗等。

（2）渗透。渗透液的施加方法有浸涂、刷涂、浇涂和喷涂。施加时，要达到渗透液覆盖被检表面并保持润湿状态，不需要检测的盲孔或内通孔应尽可能塞住，以免造成去除困难，渗透时间一般控制在7～20min，温度控制在10～40℃。

（3）去除。水洗型渗透液去除时要控制水洗的温度、水压和喷枪到被检表面的距离。水洗时间应在得到合适背景前提下愈短愈好，水洗时应在白光或黑光下监视，以免造成过洗。

亲水性后乳化型渗透液的去除时必须先预水洗，再乳化，然后最终水洗。水洗时，要控制水洗的温度、水压和喷枪到被检表面的距离。施加乳化剂时不能进行刷涂，水洗时间应在得到合适背景前提下愈短愈好，水洗时应在白光或黑光下监视。

溶剂去除型渗透液的去除一般用擦洗的方法，在擦洗时，应先用布或纸顺一个方向擦，尽可能把多余的渗透剂擦洗干净，然后，再用溶剂润湿布或纸擦洗，避免过洗。

（4）干燥。溶剂悬浮性显像剂在船舶检验使用最多，施加时，一般不需要用专门的干燥方法，可自然干燥，时间3～10min。干粉显像剂的施加前必须进行干燥处理，干燥方法有热风吹、热空气循环等。干燥时要注意时间和温度控制，以免使渗透剂干在缺陷内，造成漏检。

（5）显像。显像方法以干式显像，非水基湿显像，水基湿显像为主。

干式剂适合于荧光渗透法。船舶检测用得最多的是非水基湿显像，又称溶剂悬浮显像，施加的常用方法是喷涂。在施加时，要注意喷嘴同试件的距离控制在300～400mm左右，不能垂直喷向工件，一般与试件保持30°～40°的倾斜，该显像剂最大的特点是灵敏度较高，在施加时，要注意显像层要薄而均匀，同时，对显像时间和温度要控制，一般显像时间10～30min。

（6）观察。渗透检验显示的观察一般是在施加显像剂后进行，为了不使显示扩展，要求在显像后10～30min进行，在没有明显扩张的前提下，可以适当延长时间。首先要辨别是非相关显示、相关显示和伪显示，对由缺陷引起的相关显示要进行评价，评价是指对不连续性的严重程度按规定的质量验收标准进行审查，判断合格与否及缺陷的严重程度。荧光渗透检测时，检验人员应至少有1min的暗室适应时间，被检面的黑光辐照度应不低于1 000μW/cm²，白光照度应不大于20lx。自显像时，距黑光灯滤光片150mm的被检面的黑光辐照度应不低于3 000μW/cm²。在着色渗透检测时，白光照度要大于1 000lx，在外场工作中，如不能达到要求时，可适当放宽，但不得小于500lx。无损检测人员不能连续工作2h，要注意休息，以免发生漏检。

（7）后处理。检验完成后要对工件进行后处理。可以用水或溶剂清洗，保证残留物不影响工件的使用性能。

2）渗透检测工序安排

（1）渗透检验工序一般应安排在焊接、热处理、校形、磨削、机械加工等完成之后，吹砂、喷丸、阳极化、喷漆、涂层、电镀（表面处理）之前。

（2）铸件、焊接件和热处理件渗透检验允许采用吹砂的方法去除表面氧化皮后检测。

（3）使用中的零件，应去除表面积碳、氧化层和涂层（阳极保护层可不去除）之后，再进行渗透检验。

3）渗透检测基本操作步骤

渗透检测基本操作步骤见图10.4－16。

（1）渗透。将一种含有染料的渗透液涂覆在工件表面上，在毛细作用下，渗透液渗入表面开口缺陷中去。

（2）去除（清洗）。去除工件表面多余的渗透液。

（3）显像。再在工件表面涂上一层显像剂，缺陷中的渗透液在毛细作用下重新被吸附到工件表面上来，从而形成放大的缺陷。

（4）观察。在黑光灯下（荧光法）或白光下（着色法）观察缺陷显示。

10.4.4.6　渗透检测卫生和安全

由于一般的渗透材料都有一定的毒性，以苯和硝基苯的毒性最大。在荧光渗透检测中紫外线辐射会对人体健康造成危害，在船舶检验中特别是溶剂去除型渗透检测方法的材料，用的是压力喷灌，易引起火灾，所以渗透检验的场所和渗透材料贮存场所应避免高温，严禁烟火，并有良好的通风条件。

图10.4－16　渗透检测操作基本步骤图