PT第一章～第三章

1、渗 透 检 测第一章第三章第一章 绪 论一、渗透检测的定义 渗透检测是一种以毛细管作用原理为基础，（通过显色对比或发光对比）检出工件表面开口缺陷的无损检测方法。什么是无损检测 在不破坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。其目的是评价试件的完整性、连续性及可靠性，是实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率、维护设备的重要手段。 渗透检测的理论基础是毛细管作用原理，检测对象是表面开口缺陷，方法是显色对比或发光对比。 检验前的表面制备需要注意什么？二、渗透检测的发展简史1、铁锈现踪迹；2、“油白”法，公认

2、的最早的渗透检测应用；3、20世纪30年代起，航空工业发展、非铁磁性材料的大量应用，促进了渗透检测的快速发展； 着色染料添加至渗透剂中，增加缺陷显示的颜色对比度； 荧光染料添加至渗透剂中，进一步提高了检测灵敏度； 用更精细颗粒的显像粉显像，显著提高了检测灵敏度。三、国内外PT发展的现状（略）四、渗透的基本原理 零件表面喷涂含荧光染料或着色染料的渗透剂后，表面开口缺陷在毛细管作用下吸附渗透剂；除去表面多余渗透剂后再喷涂显像剂，同样在毛细管作用下，表面开口缺陷中残留的渗透剂会被吸附出来，在一定光源下（黑光或白光）缺陷处渗透剂的痕迹显示出来（黄绿荧光或鲜红颜色），从而探测出缺陷的形貌和分布。基本步骤

3、：（表面制备、清洗）渗透清洗去除显像检查五、渗透检测的分类5.1 按渗透剂所含的染料成分分类 荧光渗透检测（） 着色渗透检测（） 荧光着色渗透检测（）5.2 按渗透剂去除方法分类 水洗型渗透检测（A） 后乳化型 亲油型后乳化渗透检测（B） 亲水型后乳化渗透检测（D） 溶剂去除型渗透检测（C）5.3 按显像剂分类 干式显像法 干粉显像（a） 用于荧光法 湿式显像法 水溶解显像（b） 水悬浮显像（c） 溶剂悬浮显像（d）用于着色法 还有其它显像方法如自显像（e）等 根据JB/T4730.5-2005的规定：渗透检测方法代码的由渗透剂分类代码、渗透剂去除方法代码及显像方法代码组成。如C-d、D-a等

4、。 应根据不同工件、不同灵敏度的要求来选择检测方法。六、渗透检测操作的基本步骤（略，以第六章为准）七、渗透检测工作质量及体系 渗透检测体系由检测所用设备仪器、渗透检测剂、工艺方法、环境条件和检测人员的技术资格水平构成（人、机、物、法、环）。 渗透检测工作质量取决于渗透检测体系的灵敏度、分辨力和可靠性。渗透检测体系的灵敏度 ：渗透检测体系发现缺陷大小的能力。 检测所显示的缺陷宽度、评定缺陷痕迹的长度均大于缺陷的实际长度和宽度，有放大作用。渗透检测体系的分辨力：渗透检测体系探测缺陷几何特性（尺寸、形状、位置）的能力。 检测过程中，缺陷痕迹的宽度随着显像时间的延长而变宽、变模糊，使分辨力下降。相邻缺

5、陷显示相互覆盖，影响检测判断。渗透检测体系的可靠性：检测体系检出缺陷与受检件真实缺陷的对应性。 漏检（无法发现开口缺陷，复检时开口被堵） 误检（把虚假显示当做缺陷显示） 显像时间过长使缺陷显像形貌发生改变。八、渗透检测的优缺点8.1 优点 1、可检测除疏松多孔性材料外的任何材料（金属、非金属、磁性、非磁性）； 2、不受工件的结构形状限制； 3、现场可以无需水、电、不需配备大型设备； 4、对工件表面粗糙度要求不高； 5、缺陷的尺寸、形状、方向对检测结果影响不大（前提是开口）。8.2 渗透检测的缺点 1、检出缺陷仅限于 表面 开口 缺陷； 2、检测灵敏度较低（整体而言，不针对个别缺陷）； 3、对人

6、体有害（渗透、有毒），对环境有污染； 4、成本昂贵； 5、操作工序多、检测周期长； 6、检测重复性较差。（检测后的处理很重要）。九、与其它表面检测方法的比较（看书） 缺陷的显示形式、性质判断、灵敏度、检测速度第 二 章 渗透检测的物理化学基础一、自然界中的三种物质形态及界面的定义1、自然界中有三种形态 气态、液态和固态（或气相、液相、固相）； 对应的介质分别是气体、液体和固体； 介质内的分子间距决定介质的形态； 气体分子间距最大，分子可以克服彼此的引力，因此气体分子可以自由地扩散（在无外力作用下，无形状、无体积）； 固体分子间距最小，分子间的引力最大，分子只能在自己的平衡位置附近震动而不易扩散

7、（在无外力作用下，有形状、有体积）； 液体分子间距介于固体和气体之间，分子可以在介质内移动，但无法克服介质总体的作用力，因此，液体可以流动但保持一定体积。（在无外力作用下，无形状、有体积） 2、各相之间的界面 物质的相与相之间的分界面称为界面。一般而言把有气体参与的界面称为表面，无气体参与的界面称为界面。但其本质并无差别。二、物体的内能及最小能量理论 物体内所有分子的动能和势能总和叫做物体的内能。 物体的内能越低（小），该物体的系统能量就相应越低（小），系统就越稳定。 自然界各物体都有使其能量最小，从而达到最稳定的趋势，这就是最小能量理论。三、液体表面张力（气液相表面）及表面张力系数3.1 表

8、面张力产生的机理1、液体整体对液体表面层施加吸引力 液体内部对表面层的吸引力要大于气体对表面层分子的吸引力，体现为液体体积有缩小的趋势（但体积不变）。2、液体表面分子间为相互吸引力 液体表面分子的间距大于内部分子的间距，所以液体表面分子间为相互吸引力（引力大于斥力）。体现为液体表面有收缩的趋势。3、液体分子间的作用力是表面张力产生的原因，其结果是使液体系统的能量趋于最小，使液体最稳定。 3.2 表面张力的定义 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。其方向与表面相切。 相同体积下，什么样的形状有最小表面积？球形 什么样的表面形状可以使表面分子间的作用力最为均衡？球形 在其它外力如

9、重力作用下，可能其它形状，如椭球形 3.3 表面张力系数 定义：单位长度上的表面张力 公式： 表面张力系数 L活动边AB（液面边界线）长度 f表面张力 度量单位：N/m（牛顿/米） mN/m（毫牛顿/米） 1N/m=1000mN/mLf 表面张力系数与液体的种类及温度有关。 一般而言，同一液体的表面张力系数随温度的上升而下降。但少数金属熔融液体的表面张力系数随温度上升而上升，如铜、镉等。 液体的挥发性越强，则表面张力系数越小。 水甘油醋酸乙醇乙醚 含杂质的液体比纯液体的表面张力系数小。(为什么矿泉水的表面张力更大？无机盐，无极性。）3.4 界面张力 存在于同相或异相之间的界面，使界面收缩或铺张

10、的力称为界面张力。 表面张力是界面张力的一种。四、润湿4.1 润湿现象 润湿作用是一种表面及界面过程，从最普遍的意义而言，表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程就是润湿过程。前一种流体即取代流体可以是气体或者液体，后一种流体即被取代流体一般是液体。 润湿作用必然涉及三相，而至少有两相为流体。一般而言，润湿是指固体表面的气体被液体取代，有时是一种液体被另一种液体取代。 一般把能增强水或水溶液取代固体表面空气的能力的物质称为润湿剂。4.2 润湿方程及接触角 如图所示，液滴在固体平面上，形成三种界面，每种界面存在对应的界面张力。 L 液气界面张力（表面张力）使液体表面有收缩的趋势。 SL 液固界面

11、张力使液体表面有收缩的趋势。 S 气固界面张力使液体表面有铺张的趋势。 三个界面张力平衡时，液固界面与界面处液体表面的切线所形成的夹角，称为接触角。各张力与接触角的关系是（杨氏方程）： cosLSLS4.3 润湿的四个等级 当90时，表面粗化将使变小，当90时，表面粗化将使变大。 同一种液体对于不同的固体而言，其润湿角是不同的。 渗透检测中，渗透剂既要对被检工件表面有良好的润湿（进入缺陷中），同时也要能润湿显像剂（被吸附显像）时，完全不润湿。，即时，不润湿。，即时，润湿。，即完全润湿。时，即1cos 1800cos 1-801901cos 0900 1cos 0五、毛细现象5.1 定义 将小直

12、径的玻璃管（毛细管）插入盛有液体的容器内，液体会随着管内壁自动上升或自动下降，使玻璃管内的液面高出或低于容器内的液面，这种现象称为毛细现象。 毛细现象不限于一般意义上的毛细管，两平板间的夹缝、各种形状的棒、纤维、颗粒堆积物的空隙都是特殊形式的毛细管。5.2 毛细现象中的液面高度1、液面上升（下降）的原因 （不）润湿作用使液面成凹（凸）形，扩大了液体表面，为使液面有最小面积（趋于稳定），则液面中心部位上升（下降），直到达到平衡。2、润湿液体在毛细管中上升高度公式 由图分析，达到平衡后，有F上=F下 F上为毛细管内壁弯曲液面附加压强： 为毛细管内高出部分的液柱的重量： 由上面三个式子可推导出液面高

13、度h： 请同学们注意上述公式的各物理量的度量单位。 cos2rF上ghrF2下grhcos23、真实缺陷中的液面高度（讨论） 在渗透检测中，存在贯穿型缺陷和非贯穿型缺陷。另外检测表面的方位不同时，液面高度也不同。贯穿型上表面检测贯穿型下表面检测非贯穿型上表面检测非贯穿型下表面检测 通过振动，可以使缺陷内封闭的气体空间中的气体溢出，降低封闭空间的气压，从而促进液面高度的上升。这是提高渗透作用的有效途径。5.3、渗透检测中的毛细现象 渗透过程、显像过程均存在毛细现象。1、渗透与毛细作用 在毛细作用下，渗透剂进入表面开口缺缺陷内部，而渗透剂进入细小清洁的裂纹的速度比进入宽裂纹的深度要大（书中原文为速

14、度更快，但渗透速度取决于渗透剂的表面张力系数、接触角及粘度，相见第四章57页）。原因是根据毛细管内液面高度公式可以知道毛细管直径越小则高度越大，渗透剂对于缺陷是润湿液体，其接触角90，当90时，表面粗化将使变小，则COS变大，渗透剂渗入的深度越大。如果缺陷中有杂物，会使渗透渗透剂的表面张力系数下降，则渗透剂渗入的深度越小。1、显像与毛细作用 显像剂的两个基本功能 （1）吸附足量的从缺陷中回渗到工件表面的渗透剂； （2）通过毛细作用将渗透剂在工件表面横向扩展，使缺陷的轮廓凸形的显示扩大到足以用肉眼看见。因此缺陷显示的宽度尺寸比真实缺陷的尺寸要大，有时可高达250倍。六、吸附现象 定义：物质自一相

15、内部富集于界面的现象即为吸附现象。能起吸附作用的固体称为吸附剂，被吸附在界面上的液体或气体称为吸附质。 吸附属于一种传质过程，物质内部的分子和周围分子有互相吸引的引力，但物质表面的分子，其中相对物质外部的作用力没有充分发挥，所以液体或固体物质的表面可以吸附其他的液体或气体，尤其是表面面积很大的情况下，这种吸附力能产生很大的作用。 吸附也指物质（主要是固体物质）表面吸住周围介质（液体或气体）中的分子或离子的现象。 当一种液体与另一种液体（或气体）接触时，凡能把被接触的另一种液体（或气体）中的某些成分吸附到这一种液体上来的现象，就是液体表面的吸附现象。渗透检测中的吸附现象：1、显像剂粉末将缺陷中的

16、渗透剂吸附出来。吸附属于放热过程，因此，如果显像剂中含有易挥发的溶剂，将促进吸附渗透剂，可提高显像灵敏度。2、自乳化或后乳化渗透法，表面活性剂吸附在渗透剂水界面，降低了界面张力，使工件表面多余的渗透剂得以顺利清洗。3、渗透剂在渗透过程中与工件及其中的缺陷的表面接触，也有吸附现象。因此提高工件及其中的缺陷对渗透剂的吸附，有利于提高检测灵敏度。4、渗透检测全过程所发生的吸附现象，主要是物理吸附。七、溶解现象7.1 溶解现象及溶解度 一种物质（溶质）均匀地分散于另一种物质（溶剂）中的过程叫溶解，所组成的均匀物质叫溶液。大部分渗透剂是溶液，其中的着色（荧光）染料是溶质，煤油、苯、二甲苯是溶剂。溶解现象

17、包括溶解和结晶两个过程，当渗透剂中溶质的浓度增加打一定程度时，结晶的速度等于溶解的速度，渗透剂中建立动态平衡：溶解速度=结晶速度。 在一定温度、压力条件下，渗透剂中的染料的浓度达到最大值，渗透剂达到饱和状态，饱和渗透剂中所含的染料的量就是该染料在一定温度、压力条件下的溶解度。7.2 渗透剂的浓度 浓度的表示方法主要是质量分数浓度和物质的量浓度两种。 质量分数浓度指渗透剂中染料的质量占全部渗透剂质量的百分比。 物质的量浓度是指1升渗透剂中，染料的物质的量。 1mol（摩尔）表示含有6.021023个微粒，摩尔质量是指1mol的分子的质量，数值上等于分子量。%100）溶剂）质量（渗透剂（染料）染料

18、质量（）质量分数（ggwB）渗透剂的体积（）染料的物质的量（）物质的量浓度（LmolcB溶解度对于渗透检测的意义溶解度越高，则同样体积的溶剂中，含有的染料越多；在同样的照度下，染料吸收的能量越多，则发射出来的荧光越强，就越易于发现缺陷。结论：在研制渗透液配方时，选择理想的着色（荧光）染料及溶解该染料的理想的溶剂，使其染料在溶剂中溶解度较高，对提高渗透探伤灵敏度有重要的意义。八、着色（荧光）强度 着色（荧光）强度是指缺陷内被吸附出一定数量的渗透剂，在显像后能显示色泽（色相）的能力，它与渗透剂中着色（荧光）染料的种类有关，与染料在渗透剂中的溶解度有关。九、表面活性及表面活性剂 9.1 表面活性的定

19、义 右图表示三类不同物质水溶液的表面张力与浓度的关系曲线。 曲线1随浓度的增加而表面张力急剧下降，但降到一定程度（此时的溶解度仍很小），便下降很慢或不在下降。如肥皂、洗涤剂的水溶液曲线； 曲线-2表面张随浓度增加而逐渐下降，如乙醇、醋酸的水溶液； 曲线-3表面张力随浓度增加稍有上升，如氯化钠、硝酸钾、盐酸等物质的水溶液。 定义：凡是能使溶剂的表面张力降低的性质称为表面活性。曲线1，2的性质就称为具有表面活性，而曲线-3的性质则无表面活性。9.2 表面活性剂的定义 具有曲线-1，曲线-2性质的物质称为表面活性物质，具有曲线-3性质的物质称为非表面活性物质，而具有曲线1性质（使表面活性陡降）的物质

20、称为表面活性剂，这与曲线-2性质的物质是有所区别的。 定义：表面活性剂是随其浓度增加可使溶剂表面张力比较急剧下降的表面活性物质。9.3 表面活性剂的H.L.B值 表面活性剂是否易溶于水，及亲水性大小是一项很重要的指标。非离子型表面活性剂的亲水性可用亲水基的相对分子质量大小来表示，称为亲憎平衡值，即H.L.B值。 H.L.B值越高，亲水性越强。 几种非离子型表面活性剂混合后，其H.L.B值可按下式求出： a，b，c组成混合乳化剂的各表面活性剂的H.L.B值； x，y，z各表面活性剂的质量。51%20L.B.H亲水基质量质量表面活性剂的相对分子质量亲水基部分的相对分子zyxczbyaxL.B.H9

21、.4 表面活性剂的作用 表面活性剂的H.L.B值与其作用的对应关系如下图。9.5 乳化作用1、乳化现象及乳化剂 油和水为什么会分层？油无法溶于水，混合搅拌后，油和水接触的表面积增加，使表面过剩自由能增加，系统不稳定，水中油滴只能通过聚结降低接触表面积使系统趋于稳定，即分层。 如何使油（水）分散于水（油）中添加乳化剂（表面活性剂的一种），即可使油（水）“溶解”于水（油）中。由于表面活性剂的作用使本来不能混合到一块的两种液体能够混合在一起的现象称为乳化现象，具有乳化中用的表面活性剂称为乳化剂。2、乳化形式 以连续相包裹分散相来确定乳化形式。 分散相：乳状液中的液珠形式存在的那一相，也叫内相，不连续

22、相。 连续相：包裹分散相，连成一片的那一相，也称外相、分散物质。 水包油O/W（oil in water，油在水中，牛奶） 油包水W/O（water in oil，水在油中，石油） 还有O/W/O、W/O/W等形式。3 乳作用的机理 乳化剂是两亲分子，即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组成，且两部分分处两端，这种两亲分子能吸附在油水界面上降低界面张力，而且能在分散相液滴的周围形成不易破坏的坚固的保护膜，且即便保护膜受损也能自动修复。第三章 渗透检测的光学基础一、光的波粒二象性1.1 光是一种电磁波 光能产生反射、折射、干涉、衍射等波传播的现象（机械波也有这样的现象，如超

23、声波等），是能量的传动，机械振动的传递构成机械波 ，电磁场振动的传递构成电磁波，温度变化的传递构成温度波。 光的传播具有周期性，即具有一定的频率（f=1/T），一定的波长。可见光中不同颜色的光是因为它们的波长及频率不同。光速=波长频率，光速是不变的，约30万公里/秒。1.2 光又具有粒子性 光是由光子组成，光子是具有能量的粒子，在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光电效应。 总之，光具有波粒二象性。二、光源2.1 定义：发光的物体称为光源。又称发光体。2.2 光源的分类（1）按光的激发方法分为： 利用热能激发的光源称为热光源，如恒星、白炽灯等。 利用电能、化学能、光能

24、激发的光源称为冷光源如荧光、磷光、日光灯等。 （2）按激发能源的方式来分类 用化学反应来激发能源，称为化学发光； 当化学反应发生在有生命的机体时，称为生物发光； 激发能来自外加电场，称为场致发光； 激发能来自紫外线、可见光、红外线，称为光致发光，荧光渗透剂中的荧光染料就是通过外加紫外线照射后发光的。如果外辐射源停止作用后，荧光染料将停止发光。而磷光物质在外辐射源停止作用后，仍将持续一段时间继续发光； 激发能来自射线，称为辐射致发光。三、渗透检测用光 着色渗透检测的背景显示为白色，缺陷痕迹显示则为红色，上述颜色是在使用白光的条件下显示出来的。白光波长为400760nm，可有日光、白炽灯或日光灯等

25、光源得到。 荧光渗透检测则需要用到紫外线，又称黑光，荧光渗透检测所用紫外线波长范围为330390nm，中心波长为365nm，是长波紫外线（UVA）。一般用高压黑光水银灯产生紫外线来检测。紫外线能是荧光染料产生荧光，其波长为510550nm，呈黄绿色。四、荧光发光的机理 荧光物质受紫外线辐射后，较低能级离原子核较近的轨道上的电子受激发跃迁至叫高能级离原子核较远的轨道上，使原子处于不稳定状态，高能级的电子要自发跳跃至失去电子的较低能级的轨道上，并发出光子，光子的能量就等于高低能级的能量差。五、光度学 光度学是一门研究、计算、测量发光体的发光强度、光能量、照度的学科。 发光强度：指光源向某方向单位立体角发射的光通量，单位是坎德拉（cd）。 光通量：能引起眼睛视觉强度的辐射通量，单位是流明（lm）。 辐射通量：辐射源（例如光源）单位时间内向给定方向所发射的光能量，又称辐射功率，单位是瓦特（W）。 辐射强度：单位面积上的辐射通量，单位瓦特/平方米（W/m2） 照度：指被照射物单位面