2液体渗透检测课件

第二章液体渗透检测2.0概述一、定义渗透检测(penetranttesting——PT），又称渗透探伤，是一种以毛细作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。用带有荧光染料（荧光法）或红色染料（着色法）后来的着色荧光渗透渗透剂的渗透作用，来显示放大缺陷图像的痕迹，从而能够用肉眼检查试件表面开口缺陷的方法，并给予评价。2.0概述2.0概述历史1930-1940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2.0概述2.0概述2.0概述四、特点优点（续）不受试件形状，大小，化学成分，组织结构，缺陷方向限制，一次可简便地探出任何方位的缺陷不受被检工件化学成分限制。可检测磁性材料、非磁性材料、黑色金属、有色金属、非金属。不受工件结构限制。可检测焊接件或铸件，也可检查压延件和锻件、机加工件。不受缺陷形状（线性缺陷或体积型缺陷）、尺寸和方向的限制。2.0概述四、特点优点原理简明易懂，便于掌握。对于训练有素的检验人员来说，发生无关显示的机率比其他方法少检测设备及工艺过程简单，检测费用低，既不需要特殊设备，又不受场地限制，适于野外及无电源地区。2.0概述局限性只能检测表面开口缺陷对多孔性或疏松材料检测困难，表面过于粗糙工件也不适应一般检验温度范围不得低于5℃或高于50℃

不适用于因外界因素造成开口被堵的工件，如：喷砂或喷丸过的工件渗透液易被污染失效重复性差，污染较严重2.0概述2.1液体的一些物理化学现象预备知识：分子论一、分子运动论分子是具有物质化学性质的最小粒子分子在永不停息地运动着分子之间存在相互作用力运用分子运动和分子的相互作用来论述物质的某些性质（如液体的表面张力、润湿与不润湿、毛细作用）的理论叫分子运动论。2.1液体的一些物理化学现象预备知识：分子论二、物体的内能1.分子动能运动着的分子都有不同的动能。把物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能。2.分子势能由于分子间存在相互作用力，因此分子具有由它们的相对位置所决定的势能，这就是分子势能。3.分子内能物体里所有分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。物体的内能随温度、体积、形状和物态的改变而变化。2.1液体的一些物理化学现象预备知识：分子论三、自然界的三种状态自然界有三种物质形态，即气态、液态和固态，相应的介质是气体、液体和固体。不同的物质介质相接触时，出现界面。一般存在如下几种界面：液—气界面、固—气界面、液—液界面和液—固界面。人们习惯于把有气相参与组成的相界面叫表面，其他的相界面称界面。因此常称液—气界面为液体表面，固—气界面为固体表面。2.1液体的一些物理化学现象预备知识：分子论三、自然界的三种状态在液—气表面，把跟气体接触的液体薄层称为表面层。在液—固界面，把跟固体接触的液体薄层称附着层。表面层的分子，一方面受到液体内部分子的作用，另一方面受到气体分子的作用。附着层的分子，一方面受到液体内部分子的作用，另一方面，受到固体分子的作用。2.1.1液体的表面张力1.定义体积一定的几何形体中，球体的表面积最小。因此，一定量的液体从其它形状变为球形时，就伴随着表面积的减小。另外，液膜也有自动收缩的现象。这些都说明液体表面有收缩到最小面积的趋势。这是液体表面最基本的特性。根据力学知识，液体能够从其它形状变为球形是由于有力的作用。把这种存在于液体表面，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力。2.1.1液体的表面张力液体的表面张力决定于液体的性质，同一种液体，其表面张力大小与温度有关。式中：σ——液体单位长度的表面张力；

l——为液面的长度。2.1.1液体的表面张力2.表面张力产生的原因2.1.1液体的表面张力液体内部和表面层分子的受力状况。A代表内部分子B代表近表面层分子C代表表面层分子分子A受分子作用球内的所有分子各个方向力的作用，这些力是互相抵消的，合力为零。B分子靠近表面，其分子作用球已有一小部分进入气相，气相分子之间的作用力小于液相，因此，分子B就受到一种垂直指向液体内部的吸引力，叫做内聚力。而C分子在液体的表面，其作用球已有大半个超出液体表面，它所受的内聚力更大。在气液界面，存在一个液体的表面层，由一个距液面的距离小于分子作用半径的分子组成的。所有液体表面层的分子都受到内聚力的作用，这种作用力就是表面层对整个液体施加的压力，方向总是指向液体内部，垂直于液面，在该力的作用下，有如在液体表面形成一层紧缩的弹性薄膜，这层弹性薄膜总是使液面自由收缩，有使其表面积减小的趋势，这就是表面张力产生的原因。2.1.1液体的表面张力实质是液体分子间的作用力液体表面越小，受到这种力作用的分子数目越少，系统的能量相应越低，系统就越稳定。于是液体表面有自行收缩的趋势。另外，处于液体表面的分子，分布比较稀疏，表面分子间存在互相吸引的力，这样，就使得液体表面能够实现自行收缩。这些就是液体表面张力产生的机理。因此，液体分子间的互相作用力是表面张力产生的根本原因。2.1.1液体的表面张力3.表面张力系数σ及与σ有关的因素表面过剩自由能是单位面积表面分子的自由能与单位面积内部分子的自由能的差值。表面张力系数是单位液体方面的过剩自由能，常称为表面过剩自由能，它是将液体表面扩大（缩小）单位面积，表面张力所作的功。表面张力系数可定义为单位长度上的表面张力。表面张力一般可以表面张力系数表示。2.1.1液体的表面张力表面张力系数与液体的种类、接触面的性质和温度以及有无杂质有关。一般，易挥发液体的表面张力系数比不易挥发的液体的表面张力系数小，已熔化的金属表面张力系数则很大；同种液体，温度越高，表面张力系数越小，表面张力也越小；加入杂质可促使液体表面张力系数增大或减小。一般说来醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性物质，比水的表面张力系数小得多。例如，在钢液结晶时，加入少量的硼，就是为了促使液态金属加快结晶的速度。2.1.2液体的润湿作用润湿现象表面上一种流体被另一种流体所取代的过程就是润湿。润湿作用必然涉及三相，而其中至少两项为流体。润湿现象是固体表面上的气体被液体取代的表面及界面现象，有时是一种液体被另一种液体所取代的表面及界面过程。渗透液润湿金属表面或其他固体材料表面的能力，是判定其是否具有高的渗透能力的另一个最重要的性能。2.1.2液体的润湿作用液体对固体的润湿程度，可以用它们的接触角的大小来表示。把两种互不相溶的物质间的交界面称为界面，则接触角θ就是指液固界面与液气界面处液体表面的切线所夹的角度。θ越大，液体对固体工件的润湿能力越小。θ=0°，完全润湿；θ＜90°，润湿；90°＜θ＜180°，不润湿；θ=180°，完全不润湿

2.1.2液体的润湿作用2.1.2液体的润湿作用当液体与固体相接触时，有两种现象：当液滴成球形，与固体接触有收缩趋势—不润湿当液滴沿固体表面散开与固体接触有扩散趋势—润湿润湿时，内聚力＜附着力，润湿角θ≤902.1.3液体的毛细现象通常把内径、宽度≤1mm的管子或两平行板，称为毛细管

润湿时液体在毛细管中上升和不润湿液体在毛细管中下降的现象叫做毛细现象2.1.3液体的毛细现象2.1.3液体的毛细现象毛细机理：润湿管壁—凹弯月形

不润湿管壁—凸弯月形

凹弯月面下液体压强＜水平液面压强凸弯月面下液体压强＞水平液面压强液面不断上升液面不断下降直至与水平液面压强相等

2.1.3液体的毛细现象液体在间距很小的两平行板之间也会发生毛细现象，此时，液面形状为柱面，液面上身或下降的高度h可用下式计算：

式中r为两板之间间距的一半

在渗透检测中，可将零件表面的开口缺陷看作毛细管或毛细缝隙，渗透液在毛细作用下进入表面缺陷，显像过程也是利用显像剂微粉之间形成很小的毛细作用，将渗透剂吸收出来，在试件表面形成一个放大的缺陷显示。2.1.4溶液的吸光性能溶解有色物质的溶液的颜色，同溶液的浓度有关。浓度越高，颜色越深，即溶液对光的吸收能力越强。表示这一能力大小的物理量是吸光度溶液吸光度——与溶液中的有色物质浓度及液层厚度的乘积成正比2.1.5溶解作用溶解度——在一定温度下，100g溶液里所能含溶质的量溶剂溶解规律——基本遵循“相似相溶”规律，即极性和化学结构相似的物质可以互溶，但不绝对，如硝基甲烷和硝化纤维相似，但不互溶溶解过程——通过物质分子间的极性吸力，或形成共价键，或互相扩散与渗透2.1.5溶解作用2.1.6乳化作用乳化作用——在乳化剂的作用下，把原来不相溶的物质变为可溶性的。所用这种物质叫乳化剂2.1.6.1液体的不溶性以油和水为例。实验表明，假如：1cm3

的油混在1cm3水中，经过摇动，油被分散成许多具有0.01μm直径的小球时，油粒的总面积大为增加,可达600m2

，增加表面积，必然使表面能相应增加表面积能的增加量式中α

——单位面积的表面能

ΔS

——面积的增加量2.1.6.1液体的不溶性因为1cm3表面与600m2

相比是微不足道的，计算时可以忽略不计，所以已知矿物油的则能量增加

不稳定

小颗粒聚集

油重新浮出水面

不相溶2.1.6.2乳化剂及乳化作用乳化处理——改善油性渗透液和水的不溶性乳化作用——乳化剂与不溶于水的渗透液结合后，使渗透液具有可溶性乳化的目的是要将零件表面多余的渗透液清洗掉乳化剂还应有良好的洗涤作用2.1.6.3乳化作用是如何进行的例如，把水和油一起倒进容器中，静置后就会出现分层现象，形成明显的界面。如果加以搅拌，使油分散在水中，形成乳浊液，但稍静置，又会分成明显的两层。如果在容器中加入合适的乳化剂，经搅拌混合后，可形成稳定的乳浊液。这一类乳化剂是由具有亲水基和亲油基(又叫憎水基)的两亲分子构成的，它能吸附在水和油的界面上，起一种搭桥的作用，不仅防止了水和油的互相排斥，而且把两者紧紧地连接在自己的两端，使油和水不相分离。这样就把渗透液变成可溶性的了，经这样处理后的渗透液在检测清洗时，很容易被水洗掉，保证了检测工作的顺利进行。2.1.6.4乳化剂的分类分类亲水性的乳化形式是油包水型，水分散在油里——乳化液微滴内部是水，外部是油；亲油性的乳化形式是水包油型，油分散在水里——乳化液微滴内部是油，外部是水。若乳化剂的浓度高，乳化能力强，乳化速度快，乳化时间难以控制且乳化剂拖带损耗大；若浓度低，乳化能力弱，乳化速度慢，乳化时间常。应根据被检零件的大小、数量、表面光洁度等情况，通过试验来选择最佳浓度和时间。在渗透探伤中，常常要用水冲洗多余的渗透液，所以常常采用水包油型的乳化液2.1.6.4乳化剂的分类选择根据值及工件的材质、检验要求、渗透液种类进行选择。乳化剂(表面活性剂)的亲水性HLB值可用下式计算：渗透探伤中，HLB=(11～5)2.2液体渗透探伤原理和影响探伤灵敏度的主要因素2.2.1名词解释探伤剂——探伤所用液体，是渗透剂、清洗剂、显像剂的总称渗透剂——含有着色染料或荧光物质又具有极强渗透能力的液体清洗剂——用来清洗表面多余渗透液的液体显像剂——为把渗透到缺陷中的液体吸出来而显示缺陷图像所施加的液体2.2.1名词解释使用材料渗透剂

乳化剂

显象剂

清洗剂

2.2.2液体渗透探伤原理液体渗透探伤法基本原理——液体对固体的润湿能力＋毛细现象被探工件浸涂渗透液渗透液渗入工件表面缺陷中清洗缺陷以外的多余渗透液刷涂白色显像剂，将渗入裂缝中的渗透液吸出缺陷显示（在白色涂层上）

2.2.3操作程序(1)被探工件清洁

(2)烘干，尤其注意缺陷内部的烘干

(3)工件表面渗透液施加

(4)多余渗透液去除

(5)显像剂施加

(6)判伤检查2.2.4影响探伤灵敏度的主要因素2.2.4.1渗透液性能的影响(1)渗透能力渗透性能又取决于：①润湿作用②表面张力③渗透液的粘度一般液体表面张力越小，润湿能力就越强，所以要求液体粘度不能过高。粘度过高液体渗透能力减弱，且会给清洗工作带来困难，但有利于渗液在缺陷中的保留低粘度液体虽易于渗入，但清洗时也易被洗掉结论：粘度稍高些为好，但要适当加大渗透的时间，以保证探伤灵敏度2.2.4.1渗透液性能的影响(2)着色强度和荧光强度着色渗透液浓度越高，其颜色越深，越易于于发现极小缺陷荧光渗透液发光强度越强，灵敏度越高，越易于发现缺陷注意：荧光物质浓度大于某一值时，由于存在荧光自熄灭和内滤现象，荧光强度不仅不随浓度增加而增强，反而随浓度增加而下降

提高荧光液荧光强度的方法：a.提高荧光物质浓度

b.提高紫外线光源功率2.2.4.1渗透液性能的影响（3）在缺陷中的保留性能指在清除表面多余渗透液时，在缺陷中的渗液不致被清除掉的能力。显然这一性能越好，灵敏度就越高。影响保留性能的两个因素：a.渗液的粘度——越大越好

b.水洗型渗透液采用具有凝胶现象的非离子型乳化剂时，当用水洗时在缺陷处形成一个凝胶层，封住了裂纹开口处，保护缺陷中的渗液不会被水冲走，从而提高了探伤灵敏度2.2.4.1渗透液性能的影响凝胶现象的形成——主要是因为非离子型乳化剂与水混合时，其粘度随含水量而变化，即在一定含水量范围内混合物的粘度变得极大，而含水量低于或高于这一范围时粘度均小，尤其是含水量大于这一范围时粘度迅速下降。如工件表面因接触大量的水，乳化剂的含水量远远超过了凝胶区，其粘度变小，而被水洗掉。缺陷处因接触水面有限，含水量在凝胶区内，故有凝胶保护现象2.2.4影响探伤灵敏度的主要因素2.2.4.2乳化剂的乳化效果乳化效果不好→便冲洗不净→从而使判伤困难→降低灵敏度2.2.4.3显像剂性能的影响主要是指显像剂的挥发性能和对缺陷内渗液的吸附能力，这一性能越强，显像效果就越好2.2.4.4操作方法的影响如渗透时间不足，清洗不干净，乳化清洗时间过长，显像涂层不及时、不均匀或太厚等，都会降低探伤灵敏度2.2.4.5缺陷本身性质的影响缺陷有线状缺陷和点状缺陷等，如裂纹、折叠、未焊透及气孔、砂眼、点状夹渣等。缺陷的性质不同，被显示的难易程度也不一样。如宽裂纹比窄裂纹对渗液的保留能力差，但比凹坑形缺陷又好得多；对于贯穿形缺陷，因气体易排出，阻力小，渗液就易于渗入实际经验：渗透探伤灵敏度同缺陷的宽深比K＝b/d

密切相关。K值越小，对缺陷内的渗液保留能力就越强；反之对缺陷内渗液的保留能力就很差2.2.4.5缺陷本身性质的影响渗透深度h与宽深比K具有如下关系：式中：σ——渗液的表面张力

θ——渗液与缺陷的接触角

p0——外界压力2.2.4.6外界条件的影响温度、压力和振动

⑴温度的影响由于液体表面张力和粘度随温度的升高而减小，使渗透性能得到改善另外也可以把工件加热到渗液允许的温度(即不致使渗液变质)而后放在渗液中，由于温度的下降，缺陷内气体收缩，产生负压，使渗液容易渗入缺陷，这也可使灵敏度提高2.2.4.6外界条件的影响⑵外界压力的影响外界压力p0越小，渗透的深度就越大。如果施加渗透液后，迅速减小外界压力p0，缺陷中气体的反压强就会大于渗液的附加压强，气体易于排出，有利于渗透继续进行液体真空渗透法——将外界压力p0减小到零，进一步提高渗液体透法检测灵敏度例：使用着色剂的常规操作法只能发现0.01mm宽的缺陷；而采用真空法可发现0.005mm宽的缺陷2.3液体渗透探伤法的分类和检测方法2.3.1液体渗透探伤的分类按缺陷的显示方法：着色法和荧光法；按渗透液的清洗方法：自乳化型、后乳化型和溶剂清洗型；按显像剂或显像方法：干式显像，湿式显像，快干式显像和无显像剂式；按缺陷的性质：检查表面缺陷的表面检测法和检查穿透型缺陷的检漏法；按施加检测剂的方式：浸泡法、刷涂法、喷涂法、流涂法和静电喷涂法等。2.3.2液体渗透检测方法基本要点确保渗透液能充分进入缺陷内表面清洗时，只把附在表面的渗透液清除干净，不使渗入缺陷的渗透液流出，确保其留在缺陷内为形成明显的缺陷图像，必须选取最佳显像条件并在整个处理过程中保持相对稳定缺陷检测能力渗透剂的性能检测方法操作方法2.3.2