特种设备无损检测三级培训课件 屠耀元课件

1、承压类特种设备渗透检测技术屠耀元上海斯耐特无损检测技术培训中心2010.7 §1-1 渗透检测发展简史及现状 一、 渗透检测是一种无损检测方法 五大常规方法之一 渗透检测俗称渗透探伤，是一种以毛细管作用原理为基础用于检查表面开口缺陷的无损检测方法。它与射线检测、超声检测、磁粉检测和涡流检测一起，并称为5种常规的无损检测方法，渗透检测始于本世纪初，是目视检查以外最早应用的无损检测方法。 有效的表面检查方法 由于渗透检测的独特优点，其应用遍及现代工业的各个领域。国外研究表明：渗透检测对表面点状和线状缺陷的检出概率高于磁粉检测，是一种最有效的表面检查方法。二、渗透探伤简史 1930-194

2、0年代：煤油、“油-白法”、有色染料作为渗透剂如美国的“斯威策” 1941-荧光染料的应用，紫外线显示，吸收剂应用 1950-煤油与滑油的混合物作为荧光液 1990-飞点扫描、自动线三、渗透探伤工作质量及体系 渗透探伤体系 仪器设备：渗透装置；乳化装置；显象装置；紫外灯 渗透探伤剂：渗透剂；乳化剂；显象剂；去除剂 工艺方法：渗透去除显象检查 环境条件：水源；电源；气源；暗室；光源 人员资格：具有与职能相对应的等级 渗透探伤质量保证体系 工艺程序 设备检定 人员认证 质量手册四、国外渗透探伤的现状 50年前代后美国推出军方规范 MIL-I-6866 渗透探伤方法 MIL-I-25135 渗透探伤

3、试验材料 60年代后 自动生产线开始出现 水基渗透液和水洗法技术的出现 对氟、氯、硫的控制 专职渗透剂公司的出现（Ardrox公司等） 五、我国渗透探伤技术的现状 50年代：煤油、滑油的使用 60年代：荧光黄的采用 70年代以后：荧光染料YJP-15出现自乳化型和后熔化型荧光液的生产§1-2 渗透检测基础知识一、工作原理和操作步骤1基本操作步骤渗透：将一种含有染料的渗透液涂覆在工件表面上，在毛细作用下，渗透液渗人表面开口缺陷中去。去除（清洗）：去除工件表面多余的渗透液。显像：再在工件表面涂上一层显像剂，缺陷中的渗透液在毛细作用下重新被吸附到工件表面上来，从而形成放大的缺陷。观察：在黑

4、光灯下（荧光法）或白光下（着色法）观察缺陷显示。2. 渗透探伤工作原理:渗透剂在毛细管作用下,渗入表面开口缺陷内;在去除工件表面多余的渗透剂后,通过显象剂的毛细管作用将缺陷内的渗透剂吸附到工件表面形成痕迹而显示缺陷的存在,这种探伤方法称为渗透探伤（检测）。3.渗透探伤的特点： 渗透检测的优点 可检测各种材料；金属、非金属材料；磁性、非磁性材料；焊接、锻造、轧制等加工方式； 具有较高的灵敏度（可发现：0.1m宽缺陷）； 显示直观、操作方便、检测费用低。 渗透检测的局限性 它只能检出表面开口的缺陷； 不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件； 渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷

5、的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价。检出结果受操作者的影响也较大。二、渗透探伤的分类1. 方法分类的依据：渗透液种类、清洗方式、显象方式、灵敏度2. 分类 根据渗透液种类（染料）和清洗方法的分类： 水洗型荧光法 （FA） 水洗型着色法 （VA） 后乳化型荧光法 （FB） 后乳化型着色法 （VB） 溶剂清洗型荧光法 （FC）溶剂清洗型着色法 （VC) F：荧光法 V：着色法 A：水洗型 B：后乳化型 C：溶剂清洗型 根据显像剂类型的方类： 干式显像法： （用于荧光法） D 水基湿显像法：水溶液显像：A; 水悬浮液显像：W 非水基湿显像法：（溶剂悬浮、速干式） S 特殊显象法： E 自显象法：

6、 N 根据渗透探伤灵敏度的分类： 很低级、低级、中级、高级、超高级（二段录像：）三、各种方法的优缺点（一）探伤方法优点缺点1.着色法只需白光下工作，不需电源 水洗型着色法适用于表面粗糙、不允许接触油的零件，操作简单、成本低。灵敏度低，不易发现细微缺陷。浅而宽的缺陷容易漏检。后乳化型着色法适用于精密零件，灵敏度高。操作复杂。溶剂去除型着色法适用于大型零件的局部探伤，用喷灌，操作方便。成本高，不适用于大批量零件检测。各种方法的优缺点（二）探伤方法优点缺点2.荧光法灵敏度高需要紫外灯在暗室观察水洗型荧光法易水洗、速度快。适用于表面粗糙零件，成本低、亮度高。灵敏度低，易过洗，易污染。后乳化型

7、荧光法亮度高、细微缺陷灵敏度高。能检测浅而宽的缺陷。成本高、清洗困难。不适用于表面粗糙零件。溶剂去除型荧光法操作简单，适用于大型零件的局部探伤和无水场合的探伤。易燃、易挥发。不适用于表面粗糙零件。§1-3 渗透检测与磁粉、涡流检测的比较（一） 渗透检测磁粉检测涡流检测工作原理毛细管作用磁力作用电磁感应作用应用范围探伤探伤探伤、测厚、材质分选检测对象表面开口缺陷表面及近表面缺陷表面及表层缺陷检测材料任何非多孔材料铁磁性材料导电材料检测制件铸、焊、锻、压铸、焊、锻、压、机加、管棒管、线材检测速度较慢快最快§1-3 渗透检测与磁粉、涡流检测的比较（二） 渗透检

8、测磁粉检测涡流检测检测缺陷类别裂纹裂纹、发纹、夹渣裂纹、材质、厚度缺陷显示直观直观不直观缺陷显示方式渗透液、显象剂痕迹磁粉痕迹电平变化缺陷显示器材渗透液、显象剂磁粉电压表、示波器检测灵敏度高高较低污染高高低第二章 渗透探伤的表面化学基础§2-1 分子运动论与物体的内能一、分子运动论1.物质的构成：物质是由分子构成的。 分子的大小：直径为10-10 m ，水：4× 10-10 m。 分子的质量：每种分子不同。水：3 × 10-26千克。 分子质量单位：摩尔。1摩尔含6.02× 1023个分子。2.分子的运动状态：与温度有关的无规则运动3.分子间的相互作用力

9、： 引力：拉伸物体时存在 斥力：压缩物体时存在 分子力与分子间的距离有关二、物体的内能 分子动能1/2 mv2 V不同，动能也不同； 平均动能：分子动能的平均值称为“平均动能” 分子势能 相对位置决定势能； 势能与分子间距r0有关。3. 物体的内能 = 动能 + 势能 内能是变量，随着分子运动状态的改变而改变分子力、势能与分子间距离的关系 分子力与分子间距的关系 距离变小，合力表现为斥力； 距离变大，合力表现为引力； 分子势能与分子间距的关系 距离变小，势能增加； 距离变大，势能减弱；§2-2 表面张力与表面过剩自由能一、自然界的三种物质形态1. 物质的三态 物质分子具有动能，相邻分

10、子之间还存在相互作用的吸引力当分子的距离超过他们分子直径的10倍以上时，相互作用力变得十分微弱，可以近似地认为等于零。作用力能达到的最大距离叫做分子作用半径，用r0表示。 气态：气体分子间的平均距离较大，分子间的相互吸引力小，分子的动能足以克服分子之间的引力，所以， 气体分子能向各个方向扩散并充满整个容积，气体没有一定的形状和体积。 固态：固体分子的平均距离小，分子间的引力很大，所以它们只能在平衡位置附近振动，因此，固体有一定的形状和体积，分子不易扩散。 液态：液体分子间的平均距离比气体小，但比固体大，分子的动能不足以克服分子之间的引力，因此，液体有一定的体积，但没有一定的形状。2. 界面：

11、三态接触面形成“界面”，界面上有作用力。 “态”又称为“相”，三态又可称为三相。 任何与气相接触的“界面” 都称为“表面”。 但在习惯上“界面”与“表面”并不严格区分。3.某些界面现象： 固-气：气体吸附；刚体分解成固-气； 固-液：电解液中的电极与电解液；润湿； 固-固：金属与陶瓷； 液-气：蒸发； 液-液：乳状液；水包油；油包水； 注意：二相界面层，分子受力不对称。 液态：液体分子间的平均距离比气体小，但比固体大，分子的动能不足以克服分子之间的引力，因此，液体有一定的体积，但没有一定的形状。2. 界面： 三态接触面形成“界面”，界面上有作用力。 “态”又称为“相”，三态又可称为三相。 任何

12、与气相接触的“界面” 都称为“表面”。 但在习惯上“界面”与“表面”并不严格区分。3.某些界面现象： 固-气：气体吸附；刚体分解成固-气； 固-液：电解液中的电极与电解液；润湿； 固-固：金属与陶瓷； 液-气：蒸发； 液-液：乳状液；水包油；油包水； 注意：二相界面层，分子受力不对称。二、分子压强（一）如图：R为分子作用力的合力。分子A在液体内部，其他分子对某一分子的作用力，其合力为零。分子B靠近液体表面，分子C处于液体表面。所以R3R2R1 。分子压强（二）定义：表面层上单位面积所受的分子合作用力称为分子压强。 分子压强的本质：就是液体内部分子对表面层分子的吸引力（即内聚力）。 分子压强的作

13、用：使液体表面有自由收缩使其表面积减小（收缩到最小表面）的趋势（肥皂泡试验）。 液面所受的作用力：就是表面张力。三、表面张力（表面张力系数）1. 液体表面分子受力状态的进一步分析:当液面受拉力作用使其面积扩大时,表面层分子分布稀疏,分子间距离r大于r0,故分子相互间存在吸引力,使分子间距趋于平衡，面积恢复到正常状态，此时表面具有收缩趋势。分析结论：当液体表面积增加时，该表面产生收缩趋势，使表面积收缩到平衡状态（最小面积），使其收缩的力称为表面张力。2. 表面张力定义：沿表面切线方向垂直作用于任意长度分界线，使液面紧缩的作用力称为表面张力。3. 表面张力系数定义：沿表面切线方向垂直作用于任意单位

14、长度分界线，使液面紧缩的作用力称为表面张力系数。4.表面张力的数学表达从物理学上可知，表面张力f可按下式计算： f = L 铂丝试验 式中：L液面边界线长度； 表面张力系数。 表面张力系数 可定义为任一单位长度上的表面张力。它的作用方向与液体表面相切。它是液体的基本物理性质之一。 通常以牛顿米（Nm）或 毫牛顿米（mNm）为单位。5.表面张力的属性 一般他说，一定成分的液体，在一定的温度和压力下有一定的值； 不同液体值不同； 同一液体，表面张力系数值随温度上升而下降； 含有杂质的液体比纯净的液体的表面张力系数要小。§2-3 润湿方程与接触角一、润湿及润湿剂1 润湿和不润湿l 液体在固

15、体表面不呈球形，且能覆盖固体表面，此现象称润湿现象，表明液体能润湿这种固体。l 液体在固体表面呈球形，不能覆盖固体表面，此现象称为不润湿现象，表明液体不能润湿这种固体。l 能增强水或水溶液取代固体表面空气的物质称为润湿剂2. 接触角和润湿方程如图所示，将一滴液体洒在固体的平面上，可有三种界面：即液-气、固-气、固-液界面。与三种界面一一对应，存在三种界面张力。也就是液-气界面上的液体表面张力，它使液滴表面收缩，用fL表示。固-气界面上存在固体与气体的界面张力，它力图使液滴表面铺开用fS表示。固-液界面上存在固体与液体的界面张力，它也力图使液滴表面收缩，用fSL表示。 在液-固界面与界面处液体表

16、面的切线所夹的角，称为接触角，用表示。二、润湿方程1. 定义：当液滴停留在固体平面并处于平衡状态时，三种界面张力相平衡，各界面张力与接触角以关系是： fs- fsL=fLcos 此式是润湿的基本公式，常称为润湿方程。接触角可用于表示液体的润湿性能，即可用于判定润湿以何种方式进行。 fs ：固体与气体的界面张力 fsL：固体与液体的界面张力 fL ：液体的表面张力 ：接触角 fs- fsL cos = fL2. 讨论： fs- fsL0 1 cos 0 90°润湿 fs- fsL 0 cos 0 90°不润湿 fs- fsL = fL cos = 1 =0 ° 完全

17、润湿 fs- fsL =- fL cos = -1 =180 °完全不润湿 fs- fsL fL cos 1 数学上不成立 即润湿方程适用范围：fs- fsL - fL 03. 控制润湿的方法：改变表面张力，即添加合适的表面活性剂。例如：l 雨布：涂布非润湿剂，使其对水不润湿；l 渗透剂：增强其对固体的润湿作用。三、润湿机理1.液体-固体接触时，在界面上形成附着层；2.附着层内分子作用力不同，产生润湿或不润湿现象。如果： f固 f液 液体分子密，相互排斥而铺开，呈润湿状态 如果： f液 f固 液体分子产生收缩力，减少了与固体的接触面，呈不润湿状态 §2- 4 弯曲液面的附加

18、压强与毛细现象一、弯曲液面下的附加压强1.附加压强 吹泡试验： 吹气气泡逐渐变大试验过程：吹气后堵住管口 保持内部大气压力（气泡稳定） 管口放开 管内气压减弱（气泡缩小，渐成液滴）。试验说明：气泡内的压力泡外的压力时，气泡稳定气泡内的压力（只有大气压）泡外的压力时（只有大气压），气泡收缩成液滴，收缩的原因是气泡液面上有一个附加的压力。 弯曲液面下的附加压力 附加压力（PS）只存在于弯曲液面 液面弯曲愈大，附加压力愈大 附加压力形成的原因：表面张力二、附加压力的变化规律 三通气泡试验： 分别将三通二端的气泡吹大（一大一小） 放气，使使三通连通。 现象：小泡愈来愈小 大泡愈来愈大 原因： 小泡的附

19、加压力比大泡的附加压力大2.变化规律 在一定温度下，同种液体附加压力随曲率增大（曲率半径减小）而增大； 附加压力的理论计算： PS= （1 /r1 +1 /r2 ） 讨论： 液面是球面时，r1=r2 PS=2/ r 液面是园柱面时， r2 - r1 = R PS=/ R三、毛细管和毛细现象 如果把内径小于1mm的玻璃管（称毛细管），插入盛有水的容器中，水会沿着管内壁自动地上升，使玻璃管内的液面高出容器的液面，管子的内径越小，它里面上升的水面也越高，如图。 毛细现象：毛细管或含有细微缝隙的物体被液体润湿，液体沿毛细缝隙流动的现象称为毛细现象。毛细现象产生的原因：弯曲液面的附加压力。四、毛细管上升

20、高度的计算 毛细管中受力状态的分析:如图，毛细管插在润湿的液体中，由于润湿作用，靠内壁的液面上升而形成凹面，从而扩大液体的表面，在弯曲面表面张力的作用下，液体表面向收缩而形成平面，随后，润湿又起主导作用，重新形成凹面，而表面张力又使其收缩成平面，如此循环，使毛细管内的液面逐渐上升，直至表面张力沿管壁方向的上升分力与管内液体重量相等时，达到平衡，液面不再升高。2.毛细管中上升高度的计算 毛细管中使液体上升的力F上可用下式表示。 F上 2r cos 式中： 液体表面张力系数； 接触角； r 毛细管内壁半径。 毛细管中使液体下降的力F下可用下式表示： F下 r2 gH 式中： 液体的密度； g 重力

21、加速度； H 液体在管内的上升高度。 当毛细管内液面停止上升，处于平衡状态时，F上=F下， 可得： 2r cos= r2 gH 液体在毛细管中上升的高度，可用以下公式计算： H = 2 （cos/rg） 3.平行板间的润湿液体上升高度的计算d为板间距离,R为液面半径,为液面切线夹角 d/2=Rcos液面是园柱面时 PS= 2cos/d 当附加压力与水柱重量平衡时,液体不再上升即: PS=2cos/d =gh h=2cos/dg 如果有一个直径为d的毛细管 ,在同种液体中的上升高度: H= 2cos/rg = 2h （r=d/2） 五、计算实例1（表面张力计算）已知毛细管的半径为0.055cm,

22、某渗透液在20时的密度为0.8771g/cm3,该液体在毛细管中上升高度为1.201cm,弯液面为半球形，试求该渗透液液体的表面张力系数为多少？解：根据题意可用 h = 2 （cos/ rg）计算考虑在毛细管中液体是全润湿的，所以cos=1。则： =rgh/2 = 0.055×0.871×980×1.201/2=28.39（mN / m）计算实例2 （计算上升高度）在完全润湿的情况下，毛细管的半径为0.1mm，水的=72（mN / m），密度为103kg/m3 ，求液体在毛细管中上升高度？解： 按：h = 2 （cos/ rg） 计算（注意单位） cos=1， h

23、 = 2×72×10-3/1×10-4×103×9.8 =0 .147（m）六、渗透液在非贯穿性缺陷中的渗入高度的计算 实际检测中，工件中的贯穿性缺陷是不常见的，非贯穿性的缺陷一端是封闭的，渗透液渗入缺陷后，缺陷内的空气和渗透液产生的气体被压缩将产生反向的压力，使液面的上升高度受到限制；而且缺陷也并非圆形，它具有长度、宽度和深度，这都影响渗透液在缺陷中的渗入高度，如图所示。渗透液在非贯穿性缺陷中的渗入高度h可根据附加压力Ps 、大气压P0 、被压缩气体Pk的反压力之间的平衡关系计算： Ps + P0 = Pk渗透液在非贯穿性缺陷中的渗入高度的计

24、算根据玻意尔-马略特定律，整理：当 Ld时， h =2H/2 +dP0/cos §2- 5 表面活性和表面活性剂一、表面活性1.溶质浓度与溶液表面张力的关系把不同的物质溶于水中，会使表面张力发生变化，其浓度与表面张力的关系如图所示。 曲线表示：表面张力随溶液浓度的增加而缓慢上升，如氯化钠，硝酸等物质的水溶液。 曲线表示：表面张力随溶液浓度的增加而下降，如乙醇、醋酸等物质的水溶液 曲线表示：在浓度较稀时，表面张力随浓度的增加而急剧下降，但降至一定程度后（此时溶液的浓度仍然很低），下降减慢或不再下降，有的溶液还会出现表面张力最低值的·情况（如图中下坠曲线所示）。肥皂、洗涤剂等物

25、质的水溶液就具有这样的特性。 2.概念：使溶液的表面张力降低的性质称为表面活性。二、表面活性剂 具有表面活性的物质称为表面活性剂。 因此，表面活性剂就是这样的一种物质，它在加入量很少时即能改变溶液的表面状态，从而产生润湿，乳化，消泡及加溶等一系列的作用。三、表面活性剂的种类和结构特点 表面活性剂溶于水时，凡能电离生成离子的叫离子型表面活性剂； 凡不能电离生成离子的称为非离子型表面活性剂。 由于非离子型表面活性剂在水溶液中不电离，所以稳定性高，不易受强电解质的无机盐所影响，也不易受酸和碱的影响，与其他类型的表面活性剂的相溶性好，能很好地混合使用，在水和有机溶剂中，均具有较好的溶解性能，所以，渗透

26、检测中，通常采用非离子型的表面活性剂。 不论何种类型的表面活性剂，表面活性剂分子一般总是由非极性的亲油疏水的碳氢链部分和极性的亲水疏油的基团共同构成的，而且两部分分处两端，形成不对称的结构。表面活性剂分子是一种两亲分子，具有亲油和亲水的两亲性质。这种两亲分子既能吸附在油水的界面上，降低油水界面的张力，又能吸附在水溶液的表面上，降低水溶液的表面张力，从而使不混合在一起的油和水变得可以互相混合。四、表面活性剂的亲水性 表面活性剂的亲水性用亲憎平衡值（H.L.B）来表示。非离子型表面活性剂的H.L.B 值可以用下式计算：亲水基部分的分子量 100 H.L.B=-×- 表面活性剂的分子量 5

27、例：辛基酚聚氧乙稀的HLB，其分子结构：-C-C-C-C-C-C-C-C-（H11C6H10）-（OCH2CH2）10-OH 亲油基 亲水基亲水基部分的分子量： 20C+41H+11O=20×12+41 ×1+11 ×16=457亲油基部分的分子量： 14C+21H=14×12+21 ×1=189总的分子量：457+189=646 457 100因此： H.L.B=-×-=14.1 646 5表面活性剂的H.L.B 值和其作用的大概关系如图所示，从图可知：表面活性剂具有润湿、洗涤、乳化、增溶、消泡等作用。从图中还可以看出： H.L.B

28、值越高，亲水性愈好； H.L.B值越低，亲油性愈好。表面活性剂的H.L.B的估计值见书表2-7。§2- 6 吸附现象一、固体表面（固-液界面和固-气界面）的吸附1.概念：二种物质的混合物澄清后形成的一相物质迁移到界面并富集于界面的现象称为固体表面的吸附现象。2.吸附剂和吸附质 吸附剂：起吸附作用的固体称吸附剂 吸附质：被吸附的液体或气体中的某种成分称为吸附质3.例： 白土煤油白土能够吸附煤油中的棕黄色物质 白土吸附剂；棕黄色物质吸附质 显象剂渗透液显象剂能够吸附缺陷中的渗透液显象剂吸附剂 渗透液吸附质二、液体表面（液-液界面和液-气界面）的吸附1.概念：一种液体与另一种液体（或气体）

29、接触时，能够将被接触的液体或气体中的某些成分吸附到该液体表面的现象称为液体表面的吸附现象。2.例： 水-油界面+表面活性剂,降低水-油界面的界面张力;三、吸附机理（两亲分子的存在）由于表面活性剂具有“两亲”分子的特殊结构，使它具有自溶液中“逃离”的趋势，故容易吸附并富集于溶液的表面，且形成定向的排列，非极性的亲油基朝外，如图所示。当表面活性剂分子在溶液表面的吸附近于饱和时，水的极性表面在很大程度上已被“两亲”分子所覆盖，于形成一层由碳氢链形成的表面层，这就大大地改变了表面的性质，与产生润湿、乳化、消泡及洗涤等作用都有极大的关系。例如水不能润湿石腊，但在水中加入适当的表面活性剂以后，水就能润湿石

30、腊。又如使用活性剂，就可以使本来不相溶混的油和水溶混在一起，形成稳定的乳状液。四、渗透探伤中的吸附作用1.乳化过程中的吸附:渗透液+乳化剂，便于清洗2.渗透过程中的吸附:工件吸附渗透剂3.显象过程中的吸附:显象剂吸附渗透液§2- 7 乳化现象一、分散体系1.概念：一种或几种物质分散存在于另一种物质之中，所形成的物质体系称为分散体系。 被分散物质：称为分散相、内相、不连续相 分散物质：称为分散介质2.分散程度：分散相在分散介质内的分散程度取决于分散相的尺寸，分散相尺寸愈小，分散程度愈高。 （书P22 表2-4）3.分散体系的分类（书P22 表2-5 分为八类）二、乳化现象和乳化剂1.乳

31、化现象 使一种物质（分散相）稳定地分散在另一种物质（分散介质）中的现象称为乳化现象。例：油和水不相溶，加入某种物质后油珠能很好的分散在 水中即乳化现象。 2.乳状液 概念：一种液体以细小的液珠形式稳定地分散在另一种与它互不相溶的液体之中所形成的体系，称为乳状液。 类型：分散相/分散介质 分散相大小：10-510-3 水包油型（O/W型）：油分散在水中，如牛奶 油包水型（W/型O）：水分散在油中，如含水的原油 乳状液的不稳定性：由于油和水接触界面很大，所以其表面很高而形成不稳定状态，相互碰撞、自动凝聚而减少其界面使油水分层。 使乳状液稳定的办法：克服分散相液珠的碰撞集聚，加入乳化剂。3.乳化剂：

32、 概念：具有乳化作用的物质称为乳化剂。 乳化剂材料：表面活性剂（肥皂、洗涤剂等） 具有亲水性的大分子化合物（明胶、蛋白质、树脂等）4.乳化方法：将少量乳化剂加入到两种互不相溶的液体之中，经剧烈搅拌或超声振荡便成乳状液。 判断乳状液类型的办法：在显微镜下滴一滴“水”或“油” 滴“水”：若水与分散介质混合，则是O/W型。 滴“油”：若油与分散介质混合，则是W/O型。5.乳化现象的产生机理 降低水油界面张力 分散相（油）液滴周围产生保护膜6.渗透探伤中的乳化现象 后乳化型渗透液 + 水包油（O/W）型乳化剂：乳化后，渗透液液滴被水包围，可与水一起冲走达到清洗目的。§2- 8 渗透液的渗透特

33、性一、毛细作用二、静态渗透参量 渗透检测中常用静态渗透参量（SPP）来表征渗透液的渗透能力。静态渗透参量SPP用下式表示： SPP = fLcos 式中：fL 表面张力； 接触角。 SPP值越大，渗透液的渗透能力越强。当接触角小于5°时，cos1。因此： SPPfL。从这个意义上讲，静态渗透参量是当接触角小于5 °时的表面张力。使用此类渗透液进行渗透检测时，一般可得到为满意的检验结果。三、动态渗透参量 渗透液的渗透速度常用动态渗透参量（KPP）来表征，粘度是影响渗透液渗透速度的主要因素，它影响受检工件浸入渗透液所需的相对停留时间， KPP常用下式表示： fLcos 式中：f

34、L 表面张力； KPP=- 接触角； 粘度。 从上式可知，粘度与动态渗透参量成反比。粘度越高，动态渗透参量越小，渗透液渗入表面开口缺陷所需的时间就越长。 粘度对渗透液的运动性能有很大的影响，因而粘度是衡量渗透液性能的一项重要指标。四、渗透液的缺陷截流1.概念：渗透液渗入缺陷后，保留在缺陷内的现象称为截流。保留渗透液在缺陷中的能力称为截流能力。2.影响渗透液渗入开口缺陷的主要因素：表面张力；开口缺陷的尺寸及形状；表面状态（涂层、污染物等）；机械障碍物；工件和渗透物的温度；缺陷壁的粗糙程度；操作时的大气压。 第三章 渗透检测光学基础§3-1 光的本性一、光的本质-电磁波 可见光是电磁波中

35、的一个特定波段（3800-7600A）二、量子理论 E=h 爱因斯坦三、波粒二象性§3-2 光度学 光的基本性质：光速、反射、折射、干涉、衍射一、 发光理论原子发光：外层电子跃迁发出荧光分子发光：分子能级跃迁发出可见光渗透检测中的光源： 白 光-40007600A 紫外光-33003900A二、发光类型 自发发光：物体自身发光，如太阳光 化学发光：化学能激励发光，如磷的氧化发光 场致发光：电极引弧发光 光致发光：紫外照射荧光体发光，如荧光、磷光 受激发光：激励态原子再受激发光，如激光三、光度学基础知识和单位1发光强度：光源在单位立体角内通过的光通量，单位坎得拉（cd）;2光通量：又称

36、“光流”，人的视觉所能感觉的光辐射功率。通常等于单位时间的光辐射能量和相对视觉率的乘积。单位“流明”3视见率：又称“视见函数”，人眼对不同波长的光的视觉灵敏度。通常以人眼对5550A的黄绿光视见率最大设定为1，其他光均小于1；紫外光（3800A）和红外光（7600A）视见率为0。在书 P41 表3-2中，5550A为1。4 照度：被照射物体单位面积上所接受的光通量，单位为lux.5 烛光：发光强度单位,表示发光的强弱。 标准规定：直径2.2cm的鲸油蜡烛，质量为75.5克，火焰高4.5cm，每小时燃烧7.78克，沿水平方向的发光强度为1烛光。（cd）6. 流明：光通量单位，表示单位时间内通过某

37、一面积的光能。如果从一烛光的点光源为中心，作半径为1m的球面，那么通过球面上每一平方米面积的光通量就是1流明。（lm）7. 勒克司：照度单位，表示物体被照亮的程度。被均匀照射的物体，1平方米面积上所得到的光通量为1流明时，它的照度就是1勒克司。（lux）8. 坎德拉：国际单位制的发光强度单位，记以cd，又名新烛光。1cd是指某给定单色光源（频率为540×1012Hz，波长为0.550m）在给定在给定方向上（该方向上辐射强度为（1/683）瓦特/球面度）的发光强度。 发光强度为1cd的光源在1个球面度内的光通量为1流明。9.照度、流明和勒克司的关系 关系：E=F/S E：照度 S：面积

38、 F：光通量 渗透检测要求较高的照度。四、渗透检测对照度的要求1着色：探测面上可见光照度500lux2荧光：探测面上可见光照度50lux。 §3-3 着色（荧光）强度一、着色（荧光）强度1 概念：从缺陷中被吸附出来的着色（荧光）渗透液，在显象时所具有的发光强度。2影响着色（荧光）强度的因素： 渗透液中染料的种类； 渗透液中染料的溶解度。二、着色（荧光）强度的度量1 消光值（K）度量法 概念：光线通过某溶液时被吸收的程度，与溶质的浓度和液层厚度的乘积成正比，可用下式计算： K = lg（I0/IL）=cL 式中 I0：入射光强度； IL：光穿透渗透液层L后的强度； C：渗透液浓度； L

39、：渗透液层厚度；：比例常数 规律：K大，着色（荧光）强度愈大，缺陷显示愈清晰。2.临界厚度度量法 临界厚度概念：着色（荧光）强度随吸附厚度而变化，达到一定厚度时开始发光，并随厚度增加而增加。当达到某一值时，再增加其厚度，其强度不再增加，开始发光的厚度称为临界厚度； 规律：临界厚度愈小，着色（荧光）强度就愈大，愈有利于缺陷的显示。三、荧光发光效率 1.概念：荧光染料吸收紫外线后转换成可见荧光强度与紫外强度之比，称为荧光发光效率，记为 If/I0 2.计算 If/I0 =（1-e-kcx） c- 染料含量 k- 消光值 x- 液层厚度3. 发光效率与各参数之间的关系 由式可知：k、c、x值增大时，

40、发光效率提高即荧光增大。但X值增加到一定厚度时，由于自熄作用，荧光强度不再增加。四、相似相溶经验法则1.溶液的构成： 溶 质 + 溶 剂 = 溶液 （染料）+（煤油、苯、二甲苯）= 着色（荧光）渗透液2. 相似相溶原理 化学结构相似，相互容易溶解：苏丹红、烛红； 极性相似的物质，相互容易溶解：水和乙醇。 五、溶解度1在一定温度下，溶液中的溶质达到饱和状态时，溶质的含量称为溶解度；2液中染料的溶解度愈高，发光强度愈高，对探伤愈有利。六、浓度1概念：溶质在溶液中的含量，称为溶质的浓度；2在溶解度的范围内，溶质浓度的变化引起溶液性能的变化。3浓度的表示方法： 百分比浓度（）=溶质（染料）的质量（克）

41、/溶液（染料+溶剂）的质量（克）×100（ ） 摩尔浓度（M）= 溶质（染料）的量（摩尔）/溶液的体积（升）* 摩尔是表示物质的量的一个单位，一摩尔表示 6.02×1023个微粒（通常为分子），如：一摩尔苯含有 6.02×1023个苯分子。因此，某种物质的量用摩尔表示时，可用下式计算：物质的量（摩尔）=物质的质量（克）/物质的摩尔质量（克/摩尔）一摩尔任何分子的摩尔质量，单位为克数值等于该分子的分子量例：一摩尔水应为18克，摩尔质量为 18克/摩尔 则180克水恰好为180/18=10摩尔 5摩尔水为90克。§3-4 显象剂的显象特征一、显象剂的显象功能

42、 从缺陷中吸附渗透剂； 将吸附出的渗透剂向零件表面的横向扩展。二、显象剂的显象过程1.干粉显象2.湿式显象3.自显象三、缺陷显示尺寸1.显示尺寸：宽度×长度2.难以显示的缺陷：浅而宽四、对比度1. 概念：缺陷显示亮度（强度）与背景亮度（强度）之比（或差）称为对比度。2. 对比度可用缺陷显示和缺陷周围的表面背景之间反射光或发射光的相对量来表示。这个相对量称对比率。白色反射率：98% 黑色反射率：3% 红色反射率： 16%白黑对比率：98：3=33：1 白红对比率：98：16=6：1 实际上黑白对比率要达到33比1是极不容易的。黑色染料显示与白色显像剂背景之间的对比率为90比10，即9比

43、1，这已是很高的比率了。红色染料显示与白色显像剂背景之间的对比率只有6比1。荧光显示与不发光的背景之间的对比率高达： 300：1 - 1000：1五、裂纹检出能力1.在一定条件下（背景、光照等），裂纹缺陷内的渗透液能形成可用肉眼直接观察裂纹缺陷显示的能力，称为裂纹检出能力；2.裂纹检出能力与人眼敏感特性的关系3.不同渗透液的裂纹检出能力 染料种类不同，裂纹检出能力； 染料浓度不同，裂纹检出能力。4. 其他条件的影响： 光照影响，光照时间太长影响裂纹检出能力； 环境污染影响裂纹检出能力。第四章 渗透检测剂（液）§4-1 渗透液的分类及组份一、渗透液的分类1.按溶剂分类 水基渗透液： 油

44、基渗透液：2.去除方法分类 自乳化型渗透液 后乳化型渗透液 溶剂去除型渗透液3.染料成分分类 荧光液 着色液 荧光着色液4.按灵敏度水平分类 低、中、高、超高四类 水洗型有低、中、高三类 后乳化型有 标准（中等）、高、超高三类 着色液有低、中二类二、特殊类型的渗透液1.水基渗透液：是一种以水作为渗透溶剂，在水中溶解染料的一种的渗透液。众所周知，水的渗透能力是较差的，但如果在水中加进适量的表面活性剂以降低水的表面张力，增加水对固体的润湿能力，水是可以变成一种好的渗透溶剂的。2 .着色荧光渗透液：3.化学反应型着色渗透液：4.高温下使用的渗透液：5.过滤性微粒渗透液： 荧光染料的种类很多，在黑光的

45、照射下从发蓝光到发红色荧光的染料均有，荧光渗透液应选择在黑光的照射下发出黄绿色荧光大的染料，这是因为人眼对黄绿色荧光最敏感，从而可以提高检测灵敏度，我国常用的荧光染料有YJI-43、YJP-15、香豆素化合物MDAC和YJN-68等。3.溶剂 溶剂是用于溶解染料的，根据化学结构“相似相溶”的原则，应尽量选择分子结构与染料相似的溶剂，但“相似相溶”仅是经验法则，有一定的局限性，有一些物质，结构虽相似，如氯乙烷与聚氯乙稀，但却并不相溶。因此，在实际应用中，应以实验加以验证。4 . 表面活性剂增加染料在溶剂中的溶解度和增强渗透液对固体表面的润湿能力;表面活性剂作为乳化剂添加到渗透液中，使渗透液容易被

46、水洗掉;乳化剂还能促进染料的溶解，起增溶的作用;选择两种以上的表面活性剂组合使用。§4-2 渗透液的性能一、渗透液的综合性能渗透力；荧光亮度和色泽；清洗性；吸附性能；无腐蚀；稳定性；毒性；其他：如对氟、氯、硫的要求二、物理性能1.粘度：流体分子间存在内摩擦力而互相牵制的表现为粘度。ü 粘度影响渗透剂渗入缺陷的速度；ü 粘度大小影响渗透剂在缺陷中的保留性能、重复显示；ü 粘度不宜太高、也不宜太低。2.表面张力与接触角3.密度（比重）ü 比重愈小，渗透力愈好；ü 渗透液比重水的比重，缺陷中渗透液在水面上；ü 温度不同，渗透液的比

47、重不同。4.挥发性：不宜挥发较好，不会很快干燥；5.闪点和燃点 渗透液温度升高时，能产生火花时的最低温度称闪点； 渗透液能够用火焰点燃的温度称为燃点； 闪点：开口闪点 闭口闪点6.化学稳定性和对光、热的稳定性 对材料和容器的腐蚀作用：PH、F、Cl、S值控制； 在光照和受热情况下保持起其稳定性。7.含水量：水的含量/渗透剂的含量； 含水量太多会使渗透液分离，通常含水量控制5%；8.容水量:对含水量的限制值，即当水的增加使渗透液开始变浑浊时的含量称为容水量。三、理想渗透液应具备的主要性能1. 易渗入零件表面的缺陷中去；2. 能很好的保留在缺陷中，即使是浅而宽的缺陷也不会从缺陷中被清洗掉；3. 不

48、宜挥发，不会很快干在工件表面上。§4-3 渗透液的质量检查一、外观检查1. 外观：清晰、透明、色泽鲜艳、无污染；2. 光照下检查：ü 着色（白光照）：红色鲜艳；ü 荧光（紫外光照）：黄绿色清晰；ü 着色荧光：白光下红色、橙色或紫色；紫外下黄绿色；二、润湿性能检查脱脂棉球沾少量渗透液 涂在光洁铝板表面 停留10分钟 观察：无收缩、无小泡，则润湿状态好。三、含水量、容水量测定1.水洗型荧光液含水量测定： 蒸馏法 含水量 = （管中水的含量（毫升）/渗透剂100（毫升）100%ü 在500毫升烧瓶中，放样品渗透剂100毫升和无水溶剂100毫升，酒精灯

49、加热，观察集水管中水量。2、渗透液容水量测定容水量 =加入水的体积/渗透液体积+水的体积×100%在100毫升量筒中，放50毫升渗透液，以0.5毫升的增量逐次往渗透液中加水，并摇动。当渗透液出现浑浊、凝胶、分层等现象时，记下加水总量。四、腐蚀性试验1.中温腐蚀试验工艺ü 放入50±1的恒温水槽中，三小时后取出、清洗、干燥；ü 观察：不应有失光、变色、腐蚀现象2.钛合金热盐应力腐蚀性试验 试样制备（图4-3、图4-4） 分别放入 40%HNO3+3.5%HF中轻度腐蚀； 施加应力：6mm螺栓固定，如图（4-5） 分别处理 流滴12小时 538±4

50、烘箱内烘4.5小时 观察： a. 在加应力的情况下，观察试样是否有明显的裂纹； b. 当用3.5%NaCl溶液浸涂的试块无裂纹时，取下螺栓，在138±4温度下NaOH的水溶液中浸泡30分钟，随后冲洗涂层表面，在 40%HNO3+3.5%HF的水溶液中腐蚀试样34分钟，用10倍放大镜观察腐 蚀面； c. 对仍在夹具中的没有浸涂试样的看得见部分进行观察，如果没有观察到裂纹，则应用类似b的方法清洗、腐蚀和检查，看是否符合要求；d.如果NaCl溶液浸涂的试块没有凹坑或裂纹（材料太好，所以不用这个试样，重做），或如果没有浸涂的试样有裂纹，则试验是无效的，须重做（材料太差，也不用）；e. 对用渗透液浸涂的试样，用10倍放大镜目视检查，试样应无明显凹坑、腐蚀、裂纹或表面变色情况。3.高温腐蚀试验