低温环境下渗透检测灵敏度的提高

　　1　问题提出

　　渗透检测适用于任何非多孔性材料的表面开口性缺陷的检测。在焊缝和锅炉压力容器检验中,溶剂去除型着色2快干式显像法(VC2S)渗透检测因其灵敏度高、使用方便、不用水、电、气和观察直接等优点,而被广泛地应用于非铁磁性材料和形状复杂工件的检测,如小口径管角焊缝和奥氏体不锈钢焊缝等,获得了良好的效果。但由于自身机理所致,渗透检测对环境温度有一定的要求,以避免高温失效和低温失效。下面就低温环境下如何提高渗透检测灵敏度进行了探讨。

　　JB/T 4730—2005《承压设备无损检测》规定,渗透检测的标准温度为10~50℃。然而在北方地区冬季施工中,经常会遇到<10℃的低温天气,按标准要求,渗透检测时必须进行对比试验,以确定检测方法及规范的可行性。一般渗透液温度<4℃时检测效果不佳^[1],所以常规做法是在4~10℃时延长渗透时间,<4℃时给工件加热,来获得要求的灵敏度,但有时效果并不理想。2005年1月笔者单位在某厂检修时,有几台在用压力容器需进行渗透检测,当时气温是-2℃,急需一个有效的解决办法。

　　2　理论分析

　　依据热胀冷缩的生活常识,结合渗透检测的原理,打破常规工艺,将温度作为一个变量来考虑,利用温差来提高检测灵敏度。

　　渗透检测过程其实就是渗透液对表面开口缺陷的毛细作用,而显像过程主要也是渗透液对显像液形成的微小缝隙的毛细作用。下面以长度为a,深度为b,宽度为c的狭长细槽作为工件的表面开口裂纹模型,来分析渗透液渗入裂纹的毛细现象。

　　当渗透液施加于工件表面,且完全覆盖被检部位时,具有足够润湿性能的渗透液将润湿裂纹内表面。根据润湿液体在两平行平板间的毛细作用原理知,裂纹内将形成凹陷的弯月形液面,并在弯月面上产生指向液体外部即指向裂纹内的附加压强P,这个附加压强迫使渗透液向裂纹内渗透的同时,将压缩裂纹内已被渗透液封闭的气体。随着渗透液不断渗透,裂纹内气体体积将越来越小,而气体的压强P1将越来越大,直到气体的压强与液面上的附加压强以及大气压强P0完全平衡为止。这时

　　对于裂纹内的气体,由理想气体热力学状态方程得

　　式中　P^₀,T^₀,V^₀———渗透前裂纹内气体的压强、温度和体积

　　P^₁,T^₁,V^₁———渗透后裂纹内气体的压强、温度和体积

　　V^₀=abc

　　V^₁=ac(b-h)