对比试块在渗透法检测中的应用研究

在渗透检测中，常采用对比试块和标准试块来评价渗透检测系统和工艺的灵敏度与工作特性。在给定的检测条件下，通过使用不同检测材料和工艺的比较，以确定渗透检测系统的相对优劣。每种渗透对比试块或标准试块均有其优点和缺点，以下将举例说明各自的使用和结果。

1.铝合金淬火试块（A型试块）

将一块厚10mm、面积约50mm×80mm轧制的2024-T₃铝合金试块平放在支架上，粗糙度值为6.3mm，用煤气灯或喷灯加热。其位置在试块的中心区，直径约30mm。加热时，用测温色笔测量试块中央位置的温度，当此位置的温度达到510～525℃时，保温4min，然后迅速地将试块在冷水中淬火，使每个面产生一块带不同尺寸的微细网状裂纹；然后在每个面的中部（沿50mm方向）机加工深约1.5mm、宽约2mm的矩形槽，将试块分成两个50mm×40mm的区域。为了便于以后使用时识别，试块的一半标志以“A”，而另一半标志以“B”。图8.1-11所示即为开槽后的对比试块及两种着色渗透液在铝合金试块上的检测结果比较。

图8.1-11 开槽后的对比试块及两种着色渗透液在铝合金试块上的检测结果比较

在用试块进行检测时，将使用过的渗透液施加在试块的A区，将标准渗透液施加在B区；经渗透后按给定的工艺方法进行处理，对两个区域中的缺陷花纹的轮廓清晰度、色泽及小裂纹的特征等进行对比。如果仅对单一的渗透液和显像剂进行检测，可将试块的A和B区都施加上渗透液，然后再按指定的工艺方法进行操作处理。

铝合金淬火裂纹试块的局限性：

1）从理论上讲，铝合金裂纹试块A和B区的裂纹花纹应该是一致的，但是在某些情况下，两区的裂纹花纹仍将有所不同。这种裂纹的差异，作为对比试块的价值意义就不大了。

2）铝合金裂纹试块的裂纹尺寸相对较宽或较深，对于低灵敏度的渗透液，一般均能显示出来；对于中灵敏度、高灵敏度或超高灵敏度的渗透液，显示的差别不大，往往需要很有经验的人员去操作。

3）铝合金裂纹试块在使用之后清洗很困难，就是采用热碱水洗和火焰重新加热，清洗后的效果也是不能令人满意的。在一般情况下，铝合金裂纹试块的使用次数不多于3次，因为在大气中，铝表面会氧化。

4）用于着色检测的铝合金试块，就不能再用于荧光渗透检测，因为清洗不干净总有着色液的痕迹会保留下来，将会对荧光渗透液的发光特征有严重损害。

2.渗透系统监控测试块（B型试块）

渗透系统监控测试块（PSM）是由普惠飞机公司研制的，可用来监测渗透检测工艺系统性能的主要变化，如图8.1-12所示。如果渗透检测系统材料的质量不可靠或有变化，则可用PSM试块。

图8.1-12 渗透系统监控测试块

试块的基体材料是不锈钢板（如1Cr18Ni9Ti）制成，尺寸约为100mm×150mm×3mm。其工作面沿长边分成两部分：一侧镀有铬薄层，此镀铬面上有经采用硬度计在其背面施加不同载荷而形成的5个辐射状裂纹区，其位置按25mm的间隔大小排列；其5个直径尺寸变化均有一定的限制，当用不同灵敏度的渗透液系统进行检测时，试块上可显示出不同的裂纹区。采用低灵敏度的渗透材料检测时，可显示较大的裂纹区；如果采用高灵敏度或超高灵敏度的渗透材料检测时，可显示试块上各裂纹区由大到小的直径显示区。与镀铬层相邻的另一侧是经吹砂处理的具有中等粗糙度的区域，可用其监测渗透去除操作背景色泽或荧光底色效果。

试块一般是成对提供的，但没有两块相同的试块。一块用于系统监测，另一块可用于监测工艺系统性能的等级。

渗透系统监控测试块由不锈钢板制成，所以可长期使用；试块用毕，必须进行清洗。可采用蒸气除油或在盛满溶液的超声波清洗设备中清洗，或用挥发性溶液擦净，然后将试块放入溶液中浸泡10～15min，最后再进行干燥。(www.xing528.com)

试块不用时，应浸放在挥发的丙酮或无水乙醇溶液中储存。再次使用时，应在空气中放置充分的时间，使溶液全部挥发。

3.镀镍铬层裂纹试块（C型试块）

镀镍铬层裂纹试块是将黄铜或紫铜板抛光到镜样光洁，再电镀一层镍薄层；然后再镀铬，再把镀铬面抛光；最后把试块放在规定的圆柱面夹具上弯曲，产生约等距离分布的裂纹。裂纹的深度由镀铬层厚度控制，裂纹的宽度可根据弯曲和校直时试块的变形程度确定。根据不同的电镀槽液电镀工艺技术，可制订出以下裂纹尺寸的试块：

1）带有宽度约2μm和深度约50μm的粗裂纹。

2）带有宽度约2μm和深度约30μm的中等裂纹。

3）带有宽度约1μm和深度约10～20μm的细裂纹。

4）带有宽度约0.5μm和深度约2μm的微细裂纹。

试块选用如下：

1）粗裂纹试块主要应用于着色检测和低灵敏度荧光渗透检测。

2）中等裂纹试块可用于中灵敏度荧光渗透检测。

3）细和微细裂纹试块可用于高灵敏度和超高灵敏度荧光渗透检测。

由于镀镍铬层裂纹试块可以经常反复地使用，因此它可以对比某一渗透系统的工艺性能和校测显示的记录或结果，而且也能进行两个渗透系统工艺性能的比较。镀镍铬层裂纹试块表面产生的已知裂纹的尺寸，其量值范围与渗透检测显示的裂纹极限值已很接近，因此它是渗透系统性能检测的有利工具。镀镍铬层裂纹试块如图8.1-13a、b所示。

图8.1-13 镀镍铬层裂纹试块

镀镍铬层裂纹试块的局限性是其表面光亮如镜，施加的渗透液非常容易从光滑的表面上去除，因此乳化或水洗操作要比一般试件快得多。由于裂纹的深度较浅，渗透液很容易清洗，但这不能认为可等同于在工业检测试件上所获得的结果，而且制造过程中不会有两块完全相同尺寸的试块，因此在比较两种渗透系统时，应严格应用。可以用纵向的腊线将试块分隔成两块等面积区域，同时进行对比检测；也可以将一块较大试块一分为二形成两块相匹配的试块，在试块上进行检测，从而可以比较不同的处理工艺。渗透系统的比较不仅要评价缺陷条纹的完整性，还要检测试块上显示的亮度、清晰度和灵敏度。试块可制成4对8块，每对试块分别以A、B标记，裂纹宽度、深度基本一致。

4.钛合金应力腐蚀裂纹试块

钛合金应力腐蚀裂纹试块可作为渗透检测的工艺评价用。其材料用Ti-6Al-4V制作，试块尺寸为50mm×125mm×6.3mm，表面用“60”粒度、直径300mm、宽2.50mm的砂轮，以进给速度2000r/min、切削进给量为0.05～0.07mm、每次横向送进约2.5mm的速度磨削至表面粗糙度值约为0.8mm，磨削期间用水冷却。此时，在磨痕的根部可产生氧化和冶金损伤，从而在表面产生残余应力；然后将试样放在加载的夹具中，并施加相当屈服应力20%～35%的拉应力；之后随同夹具一起，放入无水甲醇和精盐的溶液中6～24h，即可产生网状应力腐蚀裂纹。裂纹的宽度范围约为0.0025～0.25mm，深度范围约为0.15～1.8mm。用此法可获得相似的网状裂纹，并且开裂方式具有重复性。