环境因素对微小开口裂纹渗透性的影响

　　1　微小开口裂纹渗透性

　　锅炉压力容器在投运后,长期受到温度、腐蚀介质、交变应力作用,可能在应力集中区产生疲劳、蠕变、应力腐蚀等裂纹。这些裂纹产生初期均为微小开口裂纹,即有开口小、深度浅、长度短的特点。在不能进行磁粉检测时,如何提高渗透检测的灵敏度,取决于渗透液的截留能力。除了渗透剂性能外,充分考虑现场环境条件对截留能力的影响,在实施过程中,根据环境条件对工艺进行调整以提高渗透检测的灵敏度。

　　2　微小开口裂纹渗透理论分析

　　2.1　微小开口裂纹模型平衡时压强分析

　　由于微小开口裂纹的尺寸小,在施加渗透液时,裂纹内原有空气不能排出而渗透液不能完全占有裂纹空间。由于毛细现象渗透液在裂纹内的弯月表面产生附加压强P,渗透液向裂纹内渗透的同时,将压缩裂纹内被渗透液封闭的气体。随着渗透液不断渗入裂纹内气体,体积不断缩小,封闭气体对渗透液的压强不断增大。

　　以开口宽度2a,深度b,长度c的非穿透性槽作为裂纹模型进行计算,如图1所示。在平衡时(渗透深度h)则有:

　　P+P₀+P_g=P_气(1)

　　式中: P—附加压强;

　　P0—大气压强;

　　Pg—渗透液深度h处压强;

　　P气—裂纹内气体压强。

　　2.2　附加压强P

　　毛细管内渗透液前端液面呈弯月面,产生附加压强

　　式中:α—渗透液的表面张力系数;

　　θ—接触角;

　　a—裂纹开口半宽。

　　2.3　深度h处渗透液压强Pg

　　根据液体内压强公式可知

　　P_g=ρgh(3)

　　式中:ρ—渗透液的密度;

　　g—重力加速度;

　　h—渗透液在裂纹中的深度。

　　在裂纹开口朝上、朝下及水平时,深度h处渗透液压强Pg分别为正、负及零。

　　2.4　裂纹内气体压强P气

　　根据理想气体热力学状态方程得:

　　式中: P0,V0, T0—渗透前裂纹内气体的压强、体积和温度;

　　P气,V气,T气—渗透后裂纹内气体的压强、体积和温度;

　　V₀=2abc;

　　V_气=2ac(b-h)。

　　则渗透后裂纹内气体的压强

　　2.5　渗透液渗透深度h

　　将式(2)、(4)、(5)带入式(1)中得:

　　为了简化运算,并且微小开口裂纹深度较浅,故忽略重力影响即略去ρgh得渗透液渗透深度与裂纹深度比:

　　3　分析

　　3.1　气压对渗透深度的影响

　　恒温操作即渗透前后温度无变化T气/T0=1,一般液体表面张力α随压力变化较平缓,为分析方便近似认为αcosθ为常量(溶剂去除型渗透液取α约为27×10^-6 N/mm, cosθ约为1),式(7)可变为渗透深度与裂纹深度比随大气压的变化式: