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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-08-31 23:48
滲透檢測作為五大常規(guī)無損檢測方法之一，廣泛應(yīng)用于承壓類特種設(shè)備和民用核安全設(shè)備領(lǐng)域。在諸多滲透檢測技術(shù)中又以手工操作噴罐裝溶劑去除型著色滲透+溶劑懸浮顯像技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛。下文以這種最常用的滲透檢測方法為例，探討滲透檢測技術(shù)在實際應(yīng)用中的靈敏度相關(guān)問題；對比美國、歐洲和中國在承壓類特種設(shè)備和民用核安全設(shè)備領(lǐng)域常用的滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)對靈敏度要求的差異，梳理和分析其優(yōu)缺點，并提出建議，供滲透檢測人員參考。
01滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)的使用情況
1美國標(biāo)準(zhǔn)
美國在承壓類特種設(shè)備和民用核安全設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)是ASME(美國機(jī)械工程師協(xié)會)系列標(biāo)準(zhǔn)和ASTM E165 Standard practice for liquid penetrant examination for general industry（通用工業(yè)滲透檢測的標(biāo)準(zhǔn)操作方法）系列標(biāo)準(zhǔn)。
ASME（以下以2021版為例）標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了一種滲透檢測對比試塊，其結(jié)構(gòu)與我國標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6064-2015 《無損檢測 滲透試塊通用規(guī)范》 中的A型鋁合金對比試塊大致相同，如圖1所示。在ASME標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定中，該試塊主要用于非標(biāo)準(zhǔn)溫度下滲透檢測方法的鑒定。無論是美國標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)還是中國標(biāo)準(zhǔn)，滲透檢測技術(shù)的鑒定方法和要求基本相同。
圖1 A型鋁合金對比試塊結(jié)構(gòu)示意
ASME標(biāo)準(zhǔn)沒有直接對滲透檢測劑的相關(guān)靈敏度做出要求，但是標(biāo)準(zhǔn)ASTM E165-2018指出，無論是哪個制造商生產(chǎn)的滲透檢測劑，只要是列在標(biāo)準(zhǔn)QPL-AMS-2644-2020 Qualified products of inspection materials, penetrant（合格產(chǎn)品目錄 檢驗材料 滲透檢測）中的均可使用(不能混搭使用)。標(biāo)準(zhǔn)ASTM E165-2018的引用標(biāo)準(zhǔn)ASTM E1220-2016 Standard practice for visible penetrant testing using solvent-removable process（溶劑去除著色滲透檢驗標(biāo)準(zhǔn)操作方法）明確規(guī)定，除經(jīng)合同或Ⅲ級人員批準(zhǔn)外，應(yīng)使用滿足標(biāo)準(zhǔn)AMS-2644-2020 Inspection material, penetrant（檢驗材料，滲透材料）要求的滲透檢測劑，該標(biāo)準(zhǔn)對著色滲透檢測劑沒有靈敏度等級劃分，只有列入清單(合格)與未列入清單(不合格)之分，其規(guī)定應(yīng)使用如圖1所示的鋁合金對比試塊對著色滲透檢測劑的靈敏度進(jìn)行測試。將參考滲透檢測劑施加于A型試塊的一塊，將需要驗證靈敏度的滲透檢測劑施加于A型試塊的另一塊，對比二者的檢測結(jié)果，達(dá)到或優(yōu)于參考滲透檢測劑結(jié)果的滲透檢測劑為合格，低于的則為不合格。參考滲透檢測劑由標(biāo)準(zhǔn)AMS-2644-2020指定，驗證溶劑去除型著色滲透檢測劑的靈敏度應(yīng)使用VP-PE，R-2和D-2型滲透檢測劑作為參考滲透檢測劑。
靈敏度測試的操作方法也由標(biāo)準(zhǔn)AMS-2644-2020規(guī)定。對于溶劑去除型著色滲透+溶劑懸浮顯像檢測劑系統(tǒng)而言，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的滲透時間為5min，去除試塊上多余滲透劑的方式為先用干布擦，再用沾有清洗劑的濕布擦，然后再用干布擦；多余滲透劑去除后，須將試塊放在室溫下干燥5min，然后用D-2型顯像劑噴涂薄而均勻的顯像層進(jìn)行顯像，顯像時間為5min。
2歐洲標(biāo)準(zhǔn)
歐洲在承壓類特種設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)是ISO 3452-1-2013 Non-destructive testing-penetrant testing-part 1: General principles（無損檢測 滲透檢測 第1部分：總則）。法國標(biāo)準(zhǔn)RCC-M《壓水堆核電廠核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則》沒有給出具體的滲透檢測方法，而是引用其他標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其2000+2002補遺版和2007版均引用標(biāo)準(zhǔn)NF EN 571.1-1997 Non-destructive testing-penetrant testing-part 1: General principles（無損檢測 滲透檢測 第1部分：總則）的要求；2016版則引用標(biāo)準(zhǔn)ISO 3452-1-2013的要求。
標(biāo)準(zhǔn)ISO 3452-1-2013規(guī)定滲透檢測劑的靈敏度等級應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)ISO 3452-3-2013 《無損檢測 滲透檢測 第3部分：參考試塊》 所規(guī)定的1型參考試塊進(jìn)行測定，該試塊結(jié)構(gòu)與我國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18851.3-2008《無損檢測 滲透檢測 第3部分:參考試塊》 中的1型參考試塊大致相同，如圖2所示。標(biāo)準(zhǔn)ISO 3452-2-2013 《無損檢測 滲透檢測 第2部分：滲透材料的檢驗》 規(guī)定了具體的靈敏度測試方法。
圖2 1型參考試塊結(jié)構(gòu)示意
標(biāo)準(zhǔn)ISO 3452-2-2013規(guī)定使用鎳-鉻鍍層厚為30μm和50μm的兩塊1型參考試塊對溶劑去除型著色滲透檢測劑的靈敏度進(jìn)行驗證，參考滲透檢測劑也由該標(biāo)準(zhǔn)指定。
待驗證對象為1級靈敏度的溶劑去除型著色滲透檢測劑時，參考滲透檢測劑型號應(yīng)為VP-1PE，R-2和D-2；待驗證對象為2級靈敏度的溶劑去除型著色滲透檢測劑時，參考滲透檢測劑型號應(yīng)為VP-2PE，R-2和D-2。將參考滲透檢測劑（3級靈敏度熒光滲透檢測劑）施加于這兩個試塊并記錄延伸范圍不小于試塊寬度80%的橫向裂紋的顯示數(shù)量，以該數(shù)量作為基準(zhǔn)；徹底清洗試塊后，再將需驗證靈敏度的滲透檢測劑施加于這兩個試塊，同樣記錄上述條件下橫向裂紋的顯示數(shù)量并與基準(zhǔn)進(jìn)行對比。若鎳-鉻鍍層厚度為50μm的1型參考試塊檢出的不連續(xù)達(dá)100%，且鎳-鉻鍍層厚為30μm的1型參考試塊檢出的不連續(xù)不低于75%，則所驗證滲透檢測劑的靈敏度等級為2級；若鎳-鉻鍍層厚為50μm的1型參考試塊檢出的不連續(xù)不低于90%；鎳-鉻鍍層厚為30μm的1型參考試塊檢出的不連續(xù)不限，則所驗證滲透檢測劑的靈敏度等級為1級。
靈敏度測試的操作方法由標(biāo)準(zhǔn)ISO 3452-2-2013規(guī)定，對于溶劑去除型著色滲透溶劑懸浮顯像檢測劑而言，其滲透時間為5min，試塊上多余的滲透檢測劑須用沾清洗劑的濕布擦除，去除滲透檢測劑后，應(yīng)將試塊置于室溫下干燥5min，然后用D-2型顯像劑噴涂薄而均勻的顯像層進(jìn)行顯像，顯像時間為5min。
3中國標(biāo)準(zhǔn)
中國民用核安全設(shè)備和承壓類特種設(shè)備領(lǐng)域使用最多的滲透檢測標(biāo)準(zhǔn)的是NB/T 20003.4-2010 《核電廠核島機(jī)械設(shè)備無損檢測 第4部分：滲透檢測》、NB/T 20328.4-2015 《核電廠核島機(jī)械設(shè)備無損檢測另一規(guī)范 第4部分：滲透檢測》 和NB/T 47013.5-2015 《承壓設(shè)備無損檢測 第5部分：滲透檢測》，前二者主要用于民用核安全設(shè)備領(lǐng)域，后者的應(yīng)用更為廣泛。
標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20003.4-2010和NB/T 20328.4-2015要求著色滲透檢測劑的靈敏度水平至少應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18851.2-2008 《無損檢測 滲透檢測 第2部分：滲透材料的檢驗》 規(guī)定的2級水平。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18851.2-2008規(guī)定使用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18851.3-2008中的1型參考試塊來驗證滲透檢測劑的靈敏度。標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20003.4-2010和NB/T 20328.4-2015對著色滲透檢測劑的靈敏度水平要求與RCC-M 2000+2002補遺版和2007版的是一致的。標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.5-2015并未明確對著色滲透檢測劑的靈敏度做出要求。
標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20003.4-2010，NB/T 20328.4-2015和NB/T 47013.5-2015規(guī)定了滲透檢測劑系統(tǒng)的靈敏度及操作工藝正確性的驗證方法。該方法使用如圖3所示的三點式B型試塊（圖中l(wèi)為試塊厚度，為3~4mm），在檢測工作開始前、檢測中和檢測后，如檢測人員認(rèn)為有必要，可以使用該方法進(jìn)行靈敏度驗證。
圖3 三點式B型試塊結(jié)構(gòu)示意
標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.5-2015詳細(xì)規(guī)定了三點式B型試塊上裂紋區(qū)的長徑，且其根據(jù)可顯示裂紋區(qū)的不同規(guī)定了3個(A，B，C)靈敏度等級；標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20003.4-2010和NB/T 20328.4-2015則直接引用標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6064-2015的相關(guān)規(guī)定，且要求3個裂紋區(qū)均顯示清晰(相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.5-2015規(guī)定的C級靈敏度)。
02滲透檢測劑靈敏度的相關(guān)問題
2.1滲透檢測劑靈敏度
盡管標(biāo)準(zhǔn)RCC-M 2000+2002補遺版和2007版，NB/T 20003.4-2010，NB/T 20328.4-2015對滲透檢測劑的靈敏度等級做出了要求，但是沒有明確新購置的噴罐裝著色滲透檢測劑在供貨商提供滿足靈敏度等級要求證明的前提下，作為使用者是否還需要使用1型參考試塊驗證該滲透檢測劑的靈敏度等級。
按標(biāo)準(zhǔn)AMS-2644-2020所述的方法使用鋁合金對比試塊以及按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18851.2-2008或ISO 3452-2-2013所述的方法使用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18851.3-2008或ISO 3452-3-2013規(guī)定的1型參考試塊測出的滲透檢測劑靈敏度主要是滲透劑的靈敏度，不是該滲透檢測劑能達(dá)到的最高靈敏度，也不是使用者想要采用的滲透檢測工藝所能達(dá)到的靈敏度（因為測試方法和顯像劑均由標(biāo)準(zhǔn)指定，而非使用者采用的操作工藝和顯像劑)。
2.2滲透檢測劑的過程控制檢驗
標(biāo)準(zhǔn)ISO 3452-3-2013和GB/T 18851.3-2008中的2型參考試塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 2型參考試塊實物及其結(jié)構(gòu)示意
根據(jù)這兩項標(biāo)準(zhǔn)所述，該試塊用于滲透檢測劑系統(tǒng)的過程控制檢驗，但過程控制檢驗不適用于噴罐式滲透檢測劑系統(tǒng)。
噴罐式滲透檢測劑有著“即噴即用即棄”的特點，其采用正壓密封，不回收，不重復(fù)利用。正常情況下，噴罐內(nèi)的滲透檢測劑不會被污染。標(biāo)準(zhǔn)AMS-2644-2020，ISO 3452-2-2013，GB/T 18851.2-2008，T/CAMAC 0005-2020《民用航空無損檢測 滲透檢測》 等標(biāo)準(zhǔn)都不要求對使用中的噴罐式滲透檢測劑進(jìn)行過程控制檢驗。
2.3滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度及操作工藝正確性驗證
滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度及操作工藝正確性驗證與滲透檢測劑靈敏度驗證有著根本性的不同。
1滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度及操作工藝正確性驗證使用的滲透檢測劑是待驗證靈敏度的滲透檢測劑，包括顯像劑在內(nèi)。
2滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度驗證無需與參考滲透檢測劑進(jìn)行對比，只需要通過待驗證滲透檢測劑顯示的裂紋區(qū)數(shù)量即可直接判斷其靈敏度等級。
3滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度及操作工藝正確性驗證的操作方法與檢測人員進(jìn)行滲透檢測的操作方法相同。
標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20003.4-2010，NB/T 20328.4-2015和NB/T 47013.5-2015使用JB/T 6064-2015中的三點式B型試塊來驗證滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度及操作工藝正確性。
為了擴(kuò)大可測靈敏度范圍，也可以使用如圖5所示的五點式B型試塊(由上至下，“+”字符號分別表示1，2，3，4，5裂紋區(qū))。三點式B型試塊上的3個裂紋區(qū)大致相當(dāng)于五點式B型試塊上的2,3,4裂紋區(qū)。
圖5 五點式B型試塊結(jié)構(gòu)示意
標(biāo)準(zhǔn)ISO 3452-3-2013和GB/T 18851.3-2008中的2型參考試塊雖然也有5個裂紋區(qū)，但是其最大尺寸為3.0～5.5mm，范圍比五點式B型試塊的1～6mm要小。2型參考試塊上最小的裂紋區(qū)大致相當(dāng)于五點式B型試塊上的第3個裂紋區(qū)(即三點式B型試塊上的第2個裂紋區(qū))。與五點式B型試塊相比，2型參考試塊可測的靈敏度范圍小且可測最高靈敏度低。即使2型參考試塊上的五個裂紋區(qū)全部清晰顯示，也只能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.5-2015規(guī)定的B級靈敏度，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)NB/T 20003.4-2010和NB/T 20328.4-2015對滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度的要求。
如果需要驗證更高的靈敏度等級，可以使用如圖6所示的PSM-5型試塊。該試塊廣泛應(yīng)用于民航領(lǐng)域滲透檢測的過程控制檢驗，其最小的裂紋區(qū)長徑為0.38～0.79 mm。
圖6 PSM-5型試塊外觀
無論是B型試塊、2型參考試塊還是PSM-5型試塊，都有如下弊端：
1試塊上的裂紋是在試塊背面施加壓力的情況下自然形成的，使用試塊時的應(yīng)力輸入(如碰撞、跌落、對試塊施加彎曲應(yīng)力、試塊背面施加壓力等)會導(dǎo)致裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，尺寸增大，甚至產(chǎn)生新的裂紋。
2試塊上的裂紋有極小的尖端，其在使用過程中會不斷積留滲透檢測劑，使得試塊上細(xì)小裂紋的顯示隨著試塊使用次數(shù)的增加變得越來越不清晰甚至不能顯示。這個問題可以使用超聲波清洗試塊來解決，但效果不總是令人滿意，最終還是需要更換試塊。
3試塊裂紋區(qū)的表面粗糙度一般不超過2.5μm，幾乎優(yōu)于所有的待檢表面。這導(dǎo)致滲透劑非常容易從光滑的試塊表面去除，如果采用與待檢工件完全一樣的去除多余滲透劑的操作去除試塊上多余的滲透劑，則大概率會導(dǎo)致試塊過清洗。
4試塊上的裂紋是在壓力下自然形成的，因此無法精確控制裂紋的寬度和深度，也不存在完全相同的兩個試塊。這可能會導(dǎo)致相同系統(tǒng)靈敏度的滲透檢測劑在不同的試塊上測得的靈敏度等級不同。
03結(jié) 語
滲透檢測劑的靈敏度在一定程度上限制了滲透檢測所能達(dá)到的靈敏度上限，為了保證滲透檢測的靈敏度能夠滿足要求，在實施滲透檢測時，應(yīng)該規(guī)定滲透檢測劑靈敏度等級的下限，同時，滲透檢測劑的靈敏度等級應(yīng)該由供貨商自我聲明，并提供經(jīng)認(rèn)可的第三方實驗室出具的滲透檢測劑靈敏度鑒定報告作為證明材料。建議有關(guān)部門仿照標(biāo)準(zhǔn)QPL-AMS-2644-2020建立中國的被鑒定合格的滲透檢測材料產(chǎn)品目錄，以方便使用者購買滿足靈敏度等級要求的滲透檢測劑。滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度及操作工藝正確性驗證適宜在滲透檢測行業(yè)內(nèi)推廣，但是使用B型試塊、2型參考試塊或PSM-5型試塊進(jìn)行滲透檢測劑系統(tǒng)靈敏度及操作工藝正確性驗證只能得到一種靈敏度表征，其與實際缺陷檢出能力不具有對應(yīng)性，只可作為一種參考。
作者：張巖，工程師，在哈電集團(tuán)(秦皇島)重型裝備有限公司主要從事民用核安全設(shè)備和承壓類特種設(shè)備的無損檢測工作。
來源：《無損檢測》2021年8期
來源：無損檢測
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