2011年初级渗透检测讲义(1)

1、渗透检测（原齐鲁石化机械厂检测中心）山东省考委会表面组成员RT、MT、PT III级；UT、ET级联系电话： 1第一章 概论1.1 渗透检测的定义和适用性1.1.1渗透检测的定义 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。与射线检测、超声检测、磁粉检测和涡流检测一起，并称为五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。 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之一。 2 实际检测中，首先将一种含有染料的渗透液

2、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。然后去除工件表面多余的渗透液。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。1.1.2渗透检测的适用性 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。 可检测的缺陷：裂纹、折叠、气孔、疏松、冷隔等表面开口缺陷。 与其它检测方法相比具有方法简单、操作方便、价格便宜、适用范围广泛等优点。 发展史：十九世纪末的“油-白法”是公认的最早渗3透检测方法，1930-1940年代：美国的工程技术人员斯威策 将有色染料作为渗透剂，是的渗透检测有了质的飞跃，从而大大的提高了

3、渗透检测的灵敏度和可靠性。1.2渗透检测基本知识1.2.1渗透检测的工作原理： 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）。1.2.2渗透检测的基本操作步骤 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4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：在黑光灯下（荧光法）或白光下（着色法）观察缺陷显示。 除了以

4、上基本步骤外，在制定工艺时还应考虑安排一些其它辅助步骤，乳化、干燥等。渗透渗透剂去除剂去除显像检查显像剂51.2.3渗透检测方法分类 方法分类的依据：渗透液种类、清洗方式、显象方式、灵敏度1.2.3.1 按染料成份分类 荧光型、着色型、荧光着色型1.2.3.2 按多余渗透液的去除方法分类 水洗型（自乳化）型渗透液，后乳化型渗透液，溶剂去除型渗透液。1.2.3.3 按显像剂类型分类 按显像方法分显像剂显像和自显像；按显像剂类型分类渗透检测分为：1）干式显象剂干粉显象剂适用于螺栓、表面粗糙的工件荧光检查；干粉应轻质、松散、微粒（1-3微米）氧化镁等。有良好的吸水和吸油性能，容易润湿，在黑光下不应发

5、荧6光，无腐蚀性和无毒。缺点：粉尘污染2）湿式显象剂包括： 水悬浮湿式显象剂：在水中加入一定的干显像粉和分散剂、润湿剂、限制剂和防锈剂，水显弱碱性，有一定的腐蚀性，要求工件光洁度高。水溶解湿式显像剂：是由显像剂结晶粉溶解于水中，由润湿剂、分散剂、防锈剂、及互溶剂。 溶剂悬浮式湿式显象剂：显象剂粉末加在挥发性的有机溶剂中配制而成。常用有机溶剂为丙酮、苯和二甲苯等，该类显象剂中也加有稳定剂和互溶剂等。该类显象剂通常装在喷罐中使用，并且常与着色渗透液配合使用。单就显象方法而言，该类显象剂灵敏度较高，因为7显象剂中的有机溶剂有较强的渗透能力，能渗入到缺陷中，挥发过程中把缺陷中的渗透液带回到零件表面，故

6、显象灵敏度高。 塑料薄膜式（干粉悬浮于树脂清漆中）：可作永久纪录。1.2.4渗透检测方法的优缺点与方法选择渗透剂分类渗透剂的去除方法显像方法分类名称分类名称分类名称荧光渗透检测着色渗透检测荧光、着色渗透检测ABCD水洗型渗透检测亲油型后乳化渗透检测溶剂去除型渗透检测亲水型后乳化渗透检测ABCDe干粉显像剂水溶解显像剂水悬浮显像剂溶剂悬浮显像剂自显像89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

7、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。10第二章 渗透检测的物理基础2.1物质的界面状态自然界的三种物质形态气态：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11一定的体积，但没有一定的形状。 汽、液、固

8、三态，可有四种界面：即气-液、液-液固-气、固-液界面。任何与气相接触的“界面” 都称为“表面” 。 作为液体渗透检测剂而言，渗透剂与工件表面的充分结合可用液体的润湿作用描述。渗透液与工件表面的润湿状态将直接影响检测灵敏度。 润湿作用简单的说就是一种流体取代另一种流体的难易程度。2.2表面张力和接触角2.2.1表面张力 当液体表面积增加时，该表面产生收缩趋势，使表12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。铂丝试验 :EMNF是金属框，AB是活动边，活动边与金属框的摩擦力忽略不计，将液体做成液膜，框在EMNF内，为保持液膜平衡不收缩，就必须施加一个适当的与液面相切的力f在宽度

9、为L的液面上。当平衡时，有一个与力f大小相等方向相反的力即表面张力存在，L越大MAELfNBF表面张力示意图13则f值越大，即f与L成反比。表面张力f可按下式计算： f = L 式中f表面张力 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。 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；14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。2.2.2接触角 将一滴液体洒在固体的平面上，可有三种

10、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L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S表示。固-液界面上存在固L气体固体液体SLS15体与液体的界面张力，它也力图使液滴表面收缩，用SL表示。 在液-固界面与界面处液体表面的切线所夹的角，称为接触角，用表示。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： s- sL= Lcos 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。 s ：固体与气体

11、的界面张力 sL：固体与液体的界面张力16 L ：液体的表面张力 ：接触角 s-sL cos= L当固体一定时，与液体表面张力L和液固的界面张力sL有关。 17讨论： cos=1 =0 完全润湿 也叫铺展润湿 1cos0 90润湿 cos0 90不润湿 cos= -1 =180 完全不润湿由此可见，越小润湿性能越好。但同一种液体，对于不同固体可以有不同的润湿效果完全润湿完全不润湿不润湿润湿四种不同润湿现象示意图182.3 毛细管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

12、。毛细管上升高度的计算: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RrF上F下h19曲面表面张力的作用下，液体表面向下收缩而形成平面，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。上升高度公式 （又称爬高公式）式中：h液体在毛细管中的上升高度 液体的表面张力系数 接触角 r毛细管内壁半径 液体密度 g重力加速度g2rcosh20习惯上将上升高度公式中的rcos称为静态渗透参量SPP，它

13、表征渗透液渗入缺陷的能力；将rcos/(为粘度）称作动态渗透参量KPP,他表征渗透液渗透速率。 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： SPPL。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。 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。 21在实际渗透检测中，渗透液对工件表面开口缺陷的渗透和显像剂吸附渗透液都是毛细作用，当工件在施加渗透液时，工件表面的开口缺陷就相当于

14、插在液体中的毛细管，如图：L0hr渗透剂在缺陷内的毛细渗透现象显像粉对渗透剂的毛细现象222.4荧光物质的发光现象2.4.1原子和分子的受激状态 在正常状态下，大多数原子是处于能量的最低状态称作基态，原子在受到外界能量激发，如辐射照射，原子接收到一定能量后，则原子就会由基态向能量较高的某一状态跃迁，此时为激发态，激发态的原子总是不稳定的，它总是力图回到基态，应为基态是最稳定状态，因此由激发态回到基态时，原子就要射出光子。分子的受激过程与原子类似。2.4.2荧光物质的发光状态发光类型自发发光：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

15、光体发光，如荧光、磷光23受激发光：激励态原子再受激发光，如激光 荧光渗透检测正是利用紫外线照射荧光染料而激发产生的荧光现象为基础。 紫外线（紫外光）其实质是电磁波，波谱位于X射线和可见光之间。紫外线可分为三种范围：第一种波长320400nm的紫外线称为UV-A，或称为黑光紫外线或长波紫外线。适于荧光渗透探伤。第二种波长280320nm的紫外线称为UV-B，或称为中波紫外线或红斑紫外线。 UV-B能使皮肤变红，引起晒斑和雪盲，故不能用于渗透探伤。第三种波长100280nm的紫外线称为UV-C，或称为光化、杀菌紫外线或短波紫外线。能引起猛烈的燃烧，伤害眼睛。24 黑光灯发出的光包括不可见的紫外光

16、和可见光。不可见的紫外光波长峰值在365nm附近。这正是激发荧光渗透液发出荧光（所发荧光波长范围为510550nm，黄绿色）所需的波长。不需要的可见光、红外线和短波紫外线可通过深紫色玻璃罩滤掉，仅让波长320400nm的紫外线通过。2.4.3溶液荧光强度及影响因素 影响渗透液荧光强度的因素很多，浓度、温度、溶剂等。在实际检测中应考虑这些因素的影响。2.5表面活性剂的定义、结构、分类和特点2.5.1表面活性剂的定义概念：使溶液的表面张力降低的性质称为表面活性。 25 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

17、，消泡及加溶等一系列的作用。2.5.2表面活性剂的结构和分类 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，渗透检测中，通常采用非离子型的表面活性剂。26 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

18、水变得可以互相混合。 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（1）（2）（3）c）吸附近于饱和时b）中等浓度时a）浓度很稀时吸附分子在表面上的状态27是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。渗透检测中表面活性剂的应用1）润湿作用：改善溶液的表面张力，改变接触角，从而改变溶液对固体表面的润湿作用。2）渗透作用：由爬高公式可知，当接触角小于90时，在毛细管中产生爬高。因此，减小接触角，可以改善渗透剂在缺陷中的渗透作用。283）乳化作用：油和水混在一起，用力摇晃或搅拌后，可暂时混合成乳状液，（一种液体以细小的液珠形式稳定地分散