摘要：液体渗透检测方法对缺陷的检出能力，一般针对用该方法检出特定类型、特定尺寸缺陷的能力，而不应该简单的用检测灵敏度或检测分辨率来替代。本文从渗透检测方法原理、检测人员素质、检测设备器材、检测环境、检测工艺方法以及表面状况等方面进行研究，探讨液体渗透检测系统对缺陷检出率的影响因素，提出提高缺陷检出率的方法及措施。
关键词：渗透检测；缺陷检出率；检测灵敏度
0 引言
渗透检测[1]作为无损检测技术中最重要的方法之一，广泛地应用于现代工业 生产活中。有的统计数据表明，在材料本身的缺陷与制造过程中产生的缺陷中有70%以上是表面缺陷，而在使用中产生的缺陷90%以上是表面缺陷或表面缺陷导致的缺陷。由于渗透检测对表面开口缺陷有较高的检测灵敏度[2]和检测可靠性[3]，以及受被检零件材质、结构影响较小、检测结果直观等优点，在核工业、航空航天、船舶、石油化工、特种设备和机械制造等工业领域得到广泛的应用，因此渗透检测的真实性、专业性、可靠性、公正性等问题直接关系到社会和公众的生命财产安全。而造成人们生产和生活的质量、安全事故的重要原因之一就是缺陷漏检，导致缺陷漏检的因素很多，检测人员素质、检测设备器材、环境、检测方案的制定等诸多因素都影响着特定缺陷能否被有效检出，而渗透检测的工作质量又取决于渗透检测系统的灵敏度、分辨力及可靠性等因素，因此笔者想通过自身比较有限的理论学习以及实际经验，从渗透检测方法原理、检测人员素质、检测设备器材、检测环境、检测工艺方法等方面提出液体渗透检测系统对缺陷检出率的影响因素进行浅陋分析，并制定相应提高缺陷检出率的方法和措施。
1 液体渗透检测原理
1.1 物理原理
渗透检测是一种以毛细现象为基础检查表面开口缺陷的无损检测方法。检测中，渗透液对被检零件表面开口缺陷的渗透作用和显像剂吸附缺陷中渗透剂的吸附作用，本质上都是液体的毛细作用，毛细现象与液体和固体表面分子间的相互作用有关。从渗透检测原理可以看出毛细作用、吸附作用以及原理本质因素均对缺陷检出率会有一定的影响。
1.2 毛细现象的影响
根据毛细现象中液面高度公式：，图示见图1.1。式中：h：润湿液体在毛细管中上升高度，cm；α：液体的表面张力系数，mN/m；θ：接触角，（°）；r：毛细管内壁半径，cm；ρ：液体密度，g/cm3；g：重力加速度，cm/s2。可以看出，对于特定渗透检测液在特定检测工件及环境的条件下，毛细管曲率半径越小，管子越细，则上升高度越高，有利于提高对缺陷的检出率。对于特定曲率半径的毛细管，则表面张力越大，润湿作用越明显，液体密度越小，液体上升高度越高，有利于提高对缺陷的检出率。
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图1.1 毛细管中受力分析图
1.3 吸附现象的影响
按照吸附现象的本质，可分为物理吸附和化学吸附两类。吸附现象主要受温度影响。对于物理吸附现象一般在低温下发生，随着温度的升高，吸附量下降。对于化学吸附现象一般在较高温度下发生，随着温度的升高，先是吸附量增加，继续升高温度，将发生脱附现象，而使吸附量下降。
在显像过程中，由于吸附为放热的过程，因此在显像剂中添加易挥发的溶剂，当溶剂在显像表面迅速挥发时，能够吸收大量热量，从而促进了显像剂粉末对缺陷中回渗的渗透剂的吸附，加快了并且加剧了吸附现象，可提高显像灵敏度，有利于提高缺陷检出率。
1.4 渗透检测局限性的影响
鉴于渗透检测的基本原理，渗透检测无法或难以检测多孔的材料，例如粉末冶金工件；也不适用于检测外来因素造成开口被堵塞的缺陷，例如工件经过喷丸处理或喷砂处理，则可能堵塞表面缺陷的“开口”，难以定量的控制检测操作质量，多凭检测人员的经验、认真程度和视力的敏锐程度。
2 检测人员素质
近年来由于检测人员技能水平偏低、不遵守职业道德、未按照检测规程执行检测工作、弄虚作假、出具虚假数据而造成的工业安全事故屡见不鲜，远有PX古雷项目爆炸、近有某核电厂安全壳焊接检测质量失控等事故的经验反馈最具代表性，同时近年来在全国范围内的各大小检验检测机构由于检测人员的问题而被通报批评、罚款、勒令整改、甚至吊销执照的例子也不足为奇。笔者在本文暂且不谈在整个检测行业内的恶性竞争、低价中标、拉帮结派靠关系等社会性问题，单就上述事故而言，造成事故的主要原因是缺陷漏检，甚至没检，很多人把表面检测搞成了“表面工作”，究其根本原因是检测人员素质问题和职业道德缺失问题，从“善意”的角度分析，由于检测人员技能不熟练，在特殊工作环境下检测时心理素质不过关，或是由于工作强度大，疲劳作业，从而导致检测过程中疏忽大意，未能观察到缺陷显示，从而降低了对缺陷检出率。从“恶意”的角度分析，就是由于检测人员未按照检测规程执行检测工作、弄虚作假、出具虚假数据，在利益面前沦丧了职业操守，忘却了曾经的初心和使命，从而导致缺陷不是漏检，而是压根没检测，直接出具检测报告。我国正处于从高速发展向高质量发展转变的关键时期，无损检测质量是质量控制的关键工艺、重要环节，因此切实提高无损检测人员技能水平和职业道德教育是亟待正视和解决的问题，同时有关部门在行业治理、招投标定价、惩处力度等方面也需要建立完善的长效机制。
3 检测设备器材
3.1 检测设备的影响
核电安装及制造过程中所涉及的渗透检测方法主要为ⅡC-D和ⅡA-D[4]，因此所涉及的检测设备比较少，一般为白光照度[5]计和测温仪。这两个检测设备的使用涉及到检测环境的光照度和检测温度的测量，直接关系到渗透检测的核心工艺，检测设备性能的准确性和可靠性直接影响着检测工艺的选择。如果白光照度计的测量偏差是负偏差，则降低了观察环境条件，不利于检测人员对缺陷的观察与评定。如果测温仪的测量偏差是正偏差，则提高了检测温度，如果刚好在临界温度之上，则导致检测人员选择错误的渗透时间，容易导致危险缺陷漏检。因此对检测设备的定期检定和期间核查是确保检测环境条件符合相关检测标准的关键因素。
3.2 检测器材的影响
3.2.1 渗透检测试块
渗透检测试块主要分为A型试块、B型试块和C型试块。A型试块一般用于检验渗透检测材料能否满足要求、比较两种渗透检测材料性能的优劣及非标温度下的渗透检测方法的鉴定。B型试块主要用于校验渗透检测系统灵敏度及操作工艺正确性。C型试块主要用于鉴别各类渗透检测剂性能和确定灵敏度等级。从上述试块的用途和作用可以看出，试块对于渗透检测材料、工艺以及系统灵敏度的重要性，一旦试块中的人工伤缺陷的尺寸不符合相关检测标准的要求，则影响对检测系统的灵敏度，在实际工作中笔者认为在对试块的进厂验收和储存是需要额外重点关注的环节，每次使用前应进行检查，每次使用后应采用适当的方法进行彻底的清洗，并放置于无水酒精或渗透检测清洗剂中浸泡储存。一旦发现试块不满足相关标准要求，则应立即对不合格的试块进行更换，否则将影响对缺陷的检出率。
3.2.2 渗透检测材料
渗透剂是渗透检测中使用的最关键的材料，其性能直接影响检测的灵敏度。一般认为，渗透检测的裂纹检出能力取决于渗透剂染料分子大小、缺陷显示图形色彩反差，以及形成目视可见显示所需的渗入缺陷的最小渗透剂量等。核电安装及制造过程中所使用的渗透剂分为水洗型渗透剂和溶剂去除型渗透剂，目前也常用的渗透剂均兼顾了水洗型和溶剂去除型的功能。静态渗透参量SPP可表征渗透剂深入缺陷的能力，该值越大表明渗透能力越强。从1.2节毛细现象中液面高度公式中可以得出，渗透剂的密度越小，上升的高度越大，渗透能力越强，同时液体密度一般与温度成反比，温度越高密度值越小，渗透能力越强。渗透剂的清洗性也是十分重要的，如果清洗困难，工件上则会造成不良背景，影响检测效果。同时渗透剂中溶解性也将影响检测灵敏度，如果溶剂对染料的溶解能力高，就可得到染料浓度高的渗透剂，可提高渗透剂的发光强度，提高检测灵敏度。
显像剂是渗透检测中的另一关键材料，决定显像剂性能的关键因素是颗粒度大小，如果颗粒过大，则对微小缺陷[6]就显现不出来，造成对缺陷漏检。
4 检测环境
4.1 温度的影响
由于渗透液体的表面张力和粘度随温度升高而降低，反之就会增大；同时液体密度一般与温度成反比，温度越高密度值越小，分子运动越剧烈，渗透能力越强，所以温度的变化影响检测灵敏度的重要因素。对于凝固点高的渗透液不允许在低温下进行操作，易挥发的渗透液不易在高温下进行操作，对于不同渗透液和不同受检零件加热到渗透液所许可的温度，然后放入室温下的渗透液中，或在表面涂敷渗透液，随着受检零件温度下降，缺陷中空气就会收缩产生负压，渗透液进入缺陷，检测灵敏度就会提高。
4.2 压力的影响
对于实际检测中常见的非贯穿型缺陷，裂纹模型见图4.1所示，当渗透剂施加于有表面开口裂纹的工件表面时，具有足够润湿性能的渗透剂将润湿裂纹内表面，随着渗透剂的不断渗透，裂纹内气体体积将越来越小，而裂纹内气体反压强P气将越来越大，直到气体的反压强与液面上的附加压强完全平衡为止。如果考虑工件外部大气压强P0的话，则平衡关系式为：附加压强P+大气压强P0=缺陷内气体反压强P气。如果检测环境中的大气压强增大的话，则附加压强就会减小，减少了缺陷中的渗透剂的渗透量，进而影响对缺陷的检出率。如果降低检测环境中的大气压强的话，则会增加附加压强，增加了缺陷中的渗透剂的渗透量，有利于提高对缺陷的检出率。实际检测工作中，为了提高渗透剂渗入缺陷中的渗透量，可以通过振荡或抽真空的方式来提高渗透能力。
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图4.1 渗透剂在裂纹模型中的渗透
4.3 可见度的影响
可见度表征相对于背景及外部光等条件，渗透剂形成可用人眼睛直接观察到的缺陷显示的能力。人眼睛具有复杂的观察机能，见图4.2。由此可以看出，人眼在明亮出对颜色和对比度差别的辨别能力很强，反之在暗光中较差。因此在进行着色渗透检测时，检测环境应具备足够的白光照度，否则容易导致对缺陷检出率的下降。
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图4.2 人眼睛敏感特征图
4.4 风的影响
现场户外检测时，难免会遇到大风天气，在渗透过程中容易受到风的影响吹落或吹干渗透剂，导致工件没有被足够的渗透剂润湿和渗透，因此应注意过程中观察渗透过程的润湿情况，增加施加渗透剂的频次。在多余渗透剂被去除后，应控制干燥时间，避免缺陷内渗透剂的干涸。在施加显像剂过程中，严禁逆风施加，避免显像剂施加的不均匀，造成局部施加过厚使缺陷无法显示，局部施加过薄使缺陷漏检，应尽量采取遮风措施，实在无法避免时，应在上风口采取适当措施进行施加显像剂。
5 检测工艺方法
不同的渗透检测材料所组合的系统，其检测系统灵敏度不同，一般来说，选择渗透检测方法时，应充分分析产品结构、材料、加工工艺、检测部位、表面粗糙度、检测数量，同时结合具备的检测条件即设备、器材、环境等因素，综合确定所采用的渗透检测方法。影响渗透检测灵敏度就检测工艺方法而言，一是渗透剂颜色和类型；二是渗透剂的灵敏度等级；三是显像剂类型；四是多余渗透剂的去除方法。
（1）常用的渗透剂分为荧光渗透剂和着色渗透剂，在相同条件下，荧光渗透剂的灵敏度优于着色渗透剂。
（2）渗透剂按灵敏度等级分为1、2、3级，即低灵敏度、中灵敏度和高灵敏度三个等级。灵敏度等级越高，发现微小缺陷能力越强。
（3）对于特定的工件，采用合理的显像剂和正确的显像方法对保证检测灵敏度非常重要。一般来说，干粉显像剂的分辨率较高；溶剂悬浮型显像剂对细微缺陷的显示很有效，但对浅而宽的缺陷显示效果较差。
（4）多余渗透剂的去除方法，在相同条件下，后乳化型的灵敏度高，溶剂去除型次之，水洗型灵敏度稍差，水基型最低。
6 表面状况
检测部位的表面状况（主要包括表面粗糙度和污染物）在很大程度上影响着渗透检测的检测质量，进而影响检测灵敏度及缺陷检出率。
6.1 表面粗糙度的影响
对于光洁的工件表面，容易去除多余的渗透剂，但同时也容易造成过清洗，导致缺陷漏检，同时干粉显像剂在光洁的工件表面不易吸附，不利于形成显示。相反，对于粗糙的工件表面，不容易去除多余的渗透剂，容易造成过度背景显示，遮掩缺陷显示，同时采用湿式显像剂时，显像剂可能会在凹坑、拐角、孔洞、空腔、螺纹根部等部位堆积而掩盖显示。因此在实际检测时，要根据被检工件的表面粗糙度情况，正确选择去除多余渗透剂和显像方法。同时还要防止由于清理和清洗方法的不当，造成缺陷的堵塞。
6.2 污染物的影响
污染物属于外来物质，对渗透检测影响较大，主要有如下几个方面：
（1）由于污染物的存在，将会阻碍渗透剂对被检工件的润湿作用，妨碍渗透剂渗入缺陷，甚至完全堵塞缺陷。
（2）妨碍显像剂对缺陷中的渗透剂的吸附，影响缺陷痕迹显示的效果。
（3）缺陷中的污染物，会与渗透剂混合，甚至发生作用，降低渗透剂的灵敏度及其性能，有些污染物，例如酸和铬酸盐，会影响荧光染料发光。
（4）有些污染物，会引起虚假显示；有些污染物，会遮掩显示；所有污染物都会污染渗透剂、显像剂等渗透检测剂。
为了消除污染物对渗透检测的影响，应根据被检对象的实际情况选择合适的清除方法，如机械清理、化学清洗、溶剂清洗、超声波清洗等措施，但不论选择哪种方式都不是万能的，选择清洗方法时应充分考虑污染物的类别、预清洗方法对被检工件的影响以及预清洗方法的实用性等因素，因此实际工作中一般使用多种方法相组合的方式对污染物实施清除，以期达到满意的清洗效果。
7 结论
通过对渗透检测方法原理、检测人员素质、检测设备器材、检测环境、检测工艺方法以及表面状况等方面进行研究，梳理出液体渗透检测系统对缺陷检出率的影响因素，主要为以下几个方面：
（1）检测人员的素质和职业道德是影响渗透检测质量的核心因素。
（2）检测设备的准确性是确保检测环境条件符合相关检测标准的关键因素。
（3）检测材料性能直接影响检测的灵敏度。
（4）检测工艺方法的选择不仅影响着检测灵敏度，同时影响着检测系统对缺陷检出率。
（5）检测环境中的温度、压力、可见度和风等因素对检测工作质量有着重要的影响。
（6）检测部位的表面状况（主要包括表面粗糙度和污染物）在很大程度上影响着渗透检测的检测质量，进而影响检测灵敏度及缺陷检出率。
参考文献：
[1] 胡学知.渗透检测-2版[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.
[2] 李平利，黄磊.影响液体渗透检测灵敏度的因素.无损探伤.1671-4423（2004）06-38-03
[3] 刘晴岩.液体渗透检测的可靠性.无损检测.1000-6656（2002）09-0381-03
[4] NB/T 47013.5-2015 承压设备无损检测 第5部分：渗透检测.国家能源局，2015
[5] 陈翠丽.表明无损检测的光照度与检测结果的可靠性.无损检测.1000-6656（2012）10-0081-02
[6] 黄磊，莫瑕琳，朱莉君，杨社民.微小缺陷的液体渗透检测.无损检测.1000-6656（2013）12-0034-04
论文作者:郑天旭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
标签：渗透剂论文; 缺陷论文; 灵敏度论文; 检出论文; 表面论文; 工件论文; 液体论文; 《基层建设》2019年第32期论文;