低溫條件下燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機零件的滲透檢測

滲透檢測是一種利用毛細現象檢測表面開(kāi)口缺陷的無(wú)損檢測方法，其中，熒光滲透檢測法在民用航空行業(yè)中的應用較為廣泛。熒光滲透液中溶有熒光染料，檢測時(shí)在黑光燈下觀(guān)察，熒光顯示和背景之間的對比率可達到300:1以上，相對于著(zhù)色滲透檢測，擁有更高的對比率，可獲得更高的檢測靈敏度，因而更適合檢測細微的疲勞裂紋等缺陷。

在某型APU（輔助動(dòng)力裝置）的滲透檢測中，廠(chǎng)家指導建議為I-A/B/D（熒光滲透檢測+水洗型/親油后乳化型/親水后乳化型），檢測靈敏度等級為2，3級。

時(shí)間參數

時(shí)間是滲透檢測工藝的重要參數。滲透檢測的每一步都有相應的標準時(shí)間規定。不僅如此，時(shí)間參數是檢測工作的重要計量依據，直接影響到整體進(jìn)度的把控。

滲透時(shí)間是指從施加滲透液到開(kāi)始去除之間的時(shí)間。滲透時(shí)間又稱(chēng)接觸時(shí)間或停留時(shí)間，根據所檢測材料的不同、要求發(fā)現的缺陷不同，滲透時(shí)間的長(cháng)短也會(huì )不同。對于細微的應力腐蝕裂紋，滲透時(shí)間甚至可以長(cháng)達2小時(shí)。采用浸涂法施加滲透液時(shí)，還應包括排液所需的時(shí)間（滴落時(shí)間）。

在許多標準中，滲透時(shí)間不應少于10分鐘，在某型APU的廠(chǎng)家建議中，靜止件的滲透時(shí)間不應少于10分鐘，旋轉件的滲透時(shí)間不應少于20分鐘。

在乳化和去除步驟中，時(shí)間的掌握更為重要。為了*去除表面多余的積存滲透液而不影響到滲入缺陷內的滲透液，乳化和去除的時(shí)間必須嚴格控制。原則上，親油型乳化劑的乳化時(shí)間控制在2分鐘之內，親水型乳化劑的乳化時(shí)間控制在5分鐘以?xún)?。時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(cháng)會(huì )造成清洗不足引起的背景顯示過(guò)多或過(guò)度清洗引起的無(wú)法顯示缺陷等情況。

干燥步驟中，為防止滲透液在缺陷中干涸而無(wú)法被顯像劑吸出，干燥時(shí)間越短越好，一般規定不超過(guò)10分鐘。

顯像步驟中，為了吸出缺陷中的滲透液形成缺陷圖像顯示，又為了防止吸出的顯像劑過(guò)多而產(chǎn)生模糊變形的顯示從而影響檢測人員的觀(guān)察判斷，顯像時(shí)間也需嚴格控制。根據顯像劑的不同，顯像時(shí)間也不同。

溫度參數

溫度參數經(jīng)常與滲透時(shí)間參數關(guān)聯(lián)。依照 ASTM E1417-2016 《滲透試驗的標準實(shí)施規程》 規定，一般將溫度控制在4~52℃，清洗時(shí)水溫應在35℃以下，干燥時(shí)溫度不應超過(guò)71℃。

低溫的問(wèn)題存在

雖然關(guān)于溫度參數的標準和指導建議通常給出溫度的上下限范圍，但在實(shí)際工作中，除非干燥箱失控，很難超過(guò)溫度上限，超溫的情況不容易發(fā)生。然而，在開(kāi)放式廠(chǎng)房和不具備供暖設施的生產(chǎn)檢測區域，冬季卻可能低于檢測要求的溫度。從成都有記錄的氣象上看，冬季時(shí)低溫可低至0~3℃。雖然一般滲透檢測槽內都有加熱裝置，提供滲透液和清洗用水的加熱，但在占據滲透步驟大部分時(shí)間的滴落過(guò)程，受檢零件懸在空中，仍舊暴露在低氣溫環(huán)境中。

低氣溫的影響

除去情況（低溫使滲透液凝固），在滲透液凝固點(diǎn)之上的低氣溫，同樣對檢測工作有一定的影響。具體有：

(1) 低溫可能會(huì )影響染料在載液中的溶解度，extreme狀況下，某些滲透液可能會(huì )出現分層、染料析出的情況。

(2) 環(huán)境溫度降低會(huì )影響滲透液的分子熱運動(dòng)能力和密度，改變其表面張力，進(jìn)而影響其對開(kāi)口缺陷的潤濕性。

(3) 低溫也會(huì )削弱顯像劑的毛細管效應，因為低溫可能影響濕式顯像劑的干燥速度、干式顯像的吸附能力等。

(4) 低溫會(huì )直接影響滲透液的黏度，從而影響滲透液在缺陷內的滲透速度。

滲透液的滲透速率常用動(dòng)態(tài)滲透參量來(lái)表征。它反映的是受檢工件浸入滲透液所需時(shí)間（即停留時(shí)間）的長(cháng)短。

動(dòng)態(tài)滲透參量K可用公式表示為：K=αcosθ/η（α為表面張力系數；θ為接觸角；η為黏度)。

黏度變高，即η值變大，動(dòng)態(tài)滲透參量K就會(huì )相應變小，滲透速度變慢，在原本時(shí)間內，滲透液的滲入量會(huì )減少。

一般應對手段

在沒(méi)有條件改變整體檢測環(huán)境溫度的時(shí)候，應對措施如下：

(1) 將工件和滲透液等都加熱到一個(gè)較高的溫度，留有一定的降溫余量，使得在滲透時(shí)間內，整體溫度保持在可接受的范圍內。

(2) 通過(guò)靈敏度試塊驗證滲透材料的低溫性能，通過(guò)延長(cháng)滲透時(shí)間等工藝調整，保證滲透檢測的靈敏度。

例如：某型APU的廠(chǎng)家指導工藝里提出，在必要情況下，可將零件加熱到40℃。有文獻指出，當試驗溫度為2.2℃時(shí)，超出部分滲透材料保持物理性能的溫度極限，使得在低溫試驗條件下，滲透材料的性能差異great，此時(shí)延長(cháng)滲透時(shí)間對提高低溫下滲透檢測的靈敏度沒(méi)有作用。

加 熱 裝 置

小零件進(jìn)行無(wú)損檢測時(shí)已經(jīng)是處于清洗過(guò)后、干燥潔凈的狀態(tài)，無(wú)須重復清洗、干燥和加熱。將滲透液加熱到40℃左右的狀態(tài)，耗費時(shí)間和電力。由于依靠滲透液加熱零件間接延長(cháng)了滲透時(shí)間，且APU零件較小、散熱性好，在滴落過(guò)程中降溫也較快，給溫度把控增添了不確定性，故四川川航航空發(fā)動(dòng)機維修工程有限責任公司的檢測人員設計了一個(gè)局部保溫罩，使得加熱滲透液的時(shí)間縮短，能保證局部溫度適宜。同時(shí)，通過(guò)加熱局部空氣來(lái)保證滴落環(huán)境的溫度，可以降低滲透液的加熱要求，電力需求更低，時(shí)間要求更短，節能而高效。

保溫罩外部采用隔熱材料，內層使用導熱材料雙層制作。下部設有卡槽，接卡在滲透檢測槽上。一邊外側開(kāi)孔，可接電吹風(fēng)。對面內側開(kāi)孔，使熱風(fēng)在保溫罩內行進(jìn)一段路程，加熱內側傳熱層的同時(shí)，減緩速度再入罩腔內。由于空間體積較小，要求提升的溫度不必很高，且有保溫層保溫，故用電吹風(fēng)等加熱裝置即可達到要求。對面進(jìn)風(fēng)，保證了熱風(fēng)不會(huì )直吹零件且風(fēng)力適中。內出風(fēng)口有濾網(wǎng)濾塵，上方留孔，可插溫度計，方便隨時(shí)讀數和腔體透風(fēng)，從而在相對節約能耗的同時(shí)，保證了在滴落時(shí)間內，檢測溫度整體在合適的范圍內。加熱罩結構如下圖所示。

加熱保溫罩結構示意

結語(yǔ)

以上分析了影響滲透檢測效果的幾種因素，包括時(shí)間，溫度等，重點(diǎn)指出低溫環(huán)境對檢測效果的影響，并給出應對方案。檢測人員設計制作的局部保溫罩，解決了在不具備整體控溫環(huán)境的條件下，進(jìn)行滲透檢測的問(wèn)題，可供同行參考。