渗透检测原理学习教案

1、会计学1渗透检测渗透检测(jin c)原理原理第一页，共34页。渗透检测具有以下特点渗透检测具有以下特点 A) 工作原理简单，对操作者的技术要求不高工作原理简单，对操作者的技术要求不高 B) 应用面广，可用于多种材料的表面检测，而且基应用面广，可用于多种材料的表面检测，而且基本上不受工件形状和尺寸的限制本上不受工件形状和尺寸的限制 C) 显示不受缺陷方向的限制，一次检测可同时探测显示不受缺陷方向的限制，一次检测可同时探测不同方向的表面缺陷；不同方向的表面缺陷； D) 检测用设备检测用设备(shbi)简单、成本低廉、使用方便简单、成本低廉、使用方便第1页/共34页第二页，共34页。 渗透检测的局

2、限性，主要是只能检测开口的表面渗透检测的局限性，主要是只能检测开口的表面缺陷，工序比较多，探伤灵敏度受人为因素的影响缺陷，工序比较多，探伤灵敏度受人为因素的影响比较多。比较多。 渗透检测对各种材料的开口式缺陷渗透检测对各种材料的开口式缺陷(如裂纹、气孔如裂纹、气孔、分层、夹杂物、折叠、分层、夹杂物、折叠(zhdi)、熔合不良、泄漏、熔合不良、泄漏等等)都能进行检查。都能进行检查。第2页/共34页第三页，共34页。 特别是某些表面特别是某些表面(biomin)无损检测方法难以无损检测方法难以工作的非铁磁性金属材料和非金属材料工件。工作的非铁磁性金属材料和非金属材料工件。 但对工件表面但对工件表面

3、(biomin)粗糙度有一定要求，粗糙度有一定要求，因为表面因为表面(biomin)过于粗糙及多孔的材料和工过于粗糙及多孔的材料和工件上的剩余渗透液很难完全清除，以致使真假缺件上的剩余渗透液很难完全清除，以致使真假缺陷难以判断。陷难以判断。第3页/共34页第四页，共34页。(1) 渗透渗透 渗透检测用的渗透剂绝大部分为液体，渗透检测用的渗透剂绝大部分为液体，故必须故必须(bx)研究渗透过程中的毛细管现研究渗透过程中的毛细管现象、清洗剩余渗透液过程中的乳化现象、象、清洗剩余渗透液过程中的乳化现象、显象过程中的毛细吸附。显象过程中的毛细吸附。 渗透检测中不同液体向固体孔隙中的渗渗透检测中不同液体向

4、固体孔隙中的渗透能力不同，称为液体的渗透力，其强度透能力不同，称为液体的渗透力，其强度将明显影响发现缺陷的能力。将明显影响发现缺陷的能力。 第4页/共34页第五页，共34页。 液体的渗透力取决于液体的表面张力、液体与液体的渗透力取决于液体的表面张力、液体与固体表面间的润湿角的大小、缺陷的形状和大小固体表面间的润湿角的大小、缺陷的形状和大小以及渗透液的粘度等因素。以及渗透液的粘度等因素。 液体的表面张力决定液体的表面张力决定(judng)于液体的性质，于液体的性质，同一种液体，其表面张力大小与温度有关。同一种液体，其表面张力大小与温度有关。 第5页/共34页第六页，共34页。液体和固体表面间的润

5、湿角，就是液体和固体表面间的润湿角，就是(jish)液固体间液固体间的界面与通过气体、液体、固体交点，向液体表面的界面与通过气体、液体、固体交点，向液体表面所所作切线之间的夹角作切线之间的夹角(含液体部分含液体部分)，如图所示。，如图所示。第6页/共34页第七页，共34页。图中图中A点处于液、固、气三相交界处，有三种界面张点处于液、固、气三相交界处，有三种界面张力作力作(l zu)用于该点，即固体与气体之间用于该点，即固体与气体之间FS、气体、气体与液体之间与液体之间FL以及固体与液体之间以及固体与液体之间FSL第7页/共34页第八页，共34页。 当液滴处于平衡当液滴处于平衡(pnghng)时

6、，则时，则 可见，可见，FS-FSL=FL时，则时，则 cos =1，=0o，此时液，此时液体在固体界面上完全润湿体在固体界面上完全润湿 当当FS-FSLFL时，则时，则0 cos0o，液体，液体对固体的润湿程度随对固体的润湿程度随 的增大而减小的增大而减小 当当 90o 时，液体在固体表面润湿不良时，液体在固体表面润湿不良cosLSLSFFF第8页/共34页第九页，共34页。式中式中FL是液体表面张力，故润湿作用与液体的表面是液体表面张力，故润湿作用与液体的表面张力有关，表面张力愈小则张力有关，表面张力愈小则 cos愈大即润湿角愈大即润湿角减减小，液体对固体的润湿程度增加。小，液体对固体的润

7、湿程度增加。 可以采用在液体中加入表面活性剂来降低表面张可以采用在液体中加入表面活性剂来降低表面张力，以达到提高润湿能力的效果。力，以达到提高润湿能力的效果。 当然液体在固体表面的润湿程度不仅与液体本身当然液体在固体表面的润湿程度不仅与液体本身(bnshn)有关，而且与被润湿的固体表面性质有有关，而且与被润湿的固体表面性质有关。关。cosLSLSFFF第9页/共34页第十页，共34页。细管中液面的高度和形状随液体对管壁的润湿情况不细管中液面的高度和形状随液体对管壁的润湿情况不同而变化同而变化(binhu)的观象称为液体的毛细观象的观象称为液体的毛细观象 第10页/共34页第十一页，共34页。若

8、液体与毛细管壁若液体与毛细管壁(un b)之间接触角之间接触角小于小于90o，液体润湿管壁液体润湿管壁(un b)，管中液面为凹面，液体上，管中液面为凹面，液体上升，如图升，如图a 第11页/共34页第十二页，共34页。如果如果=90o，不发生毛细上升或下降，不发生毛细上升或下降(图图b)。90o ，液体，液体(yt)被压低，不润湿，液面为凸面被压低，不润湿，液面为凸面(图图c)第12页/共34页第十三页，共34页。 在毛细上升在毛细上升(shngshng)的情况下，液体沿管手上升的情况下，液体沿管手上升(shngshng)是靠凹面上表是靠凹面上表面张力的分布使紧靠弯液面下面张力的分布使紧靠弯

9、液面下的静压力下降，毛细管外部自的静压力下降，毛细管外部自由表面上的大气压力通过液体由表面上的大气压力通过液体传递而把毛细管内的液体上升传递而把毛细管内的液体上升(shngshng)。 图中清楚地显示出了引起液图中清楚地显示出了引起液体 在 毛 细 管 内 上 升体 在 毛 细 管 内 上 升(shngshng)的几种力的情的几种力的情况况 。第13页/共34页第十四页，共34页。液面在细管中的上升高度正比于液体的表面张液面在细管中的上升高度正比于液体的表面张力和接触角的余弦，而与液体的密度和毛细管力和接触角的余弦，而与液体的密度和毛细管的直径的直径(zhjng)成反比，可用下式计算成反比，可

10、用下式计算式中式中 -液体表面张力系数，液体表面张力系数，-液体润湿角，液体润湿角， d-细管直径细管直径(zhjng)，-液体密度，液体密度，g-重重力加速度力加速度gdhcos4第14页/共34页第十五页，共34页。 如果毛细管是封闭的，有润湿力的液体在管如果毛细管是封闭的，有润湿力的液体在管内仍然是会上升的。内仍然是会上升的。 但由于被压缩在封闭端中的空气和蒸汽会产但由于被压缩在封闭端中的空气和蒸汽会产生附加压力，所以液面的上升高度生附加压力，所以液面的上升高度(god)(god)相对相对比较低。比较低。 润湿液体在间隔距离很小的两块平行板之间润湿液体在间隔距离很小的两块平行板之间也会产

11、生毛细观象，液体表面的上升高度也会产生毛细观象，液体表面的上升高度(god)(god)为为式中式中 d - d -两块平行板之间的距离两块平行板之间的距离 gdhcos2第15页/共34页第十六页，共34页。由此可见，在间距由此可见，在间距(jin j)(jin j)为为d d 的平行板的平行板之间，其润湿液体的上升高度恰为直径为之间，其润湿液体的上升高度恰为直径为d d 的的细管内同样液体上升高度的细管内同样液体上升高度的1/21/2gdhcos2第16页/共34页第十七页，共34页。 实际检测实际检测(jin c)(jin c)中，渗透液对材料或工件中，渗透液对材料或工件表面的渗透作用本质

12、上就是液体的毛细作用。表面的渗透作用本质上就是液体的毛细作用。 对开口于表面的点状缺陷的渗透就相当子渗对开口于表面的点状缺陷的渗透就相当子渗透液在细管内的毛细作用。透液在细管内的毛细作用。 对于表面条状缺陷的渗透就相当于渗透液在对于表面条状缺陷的渗透就相当于渗透液在间距很小的两块平板间的毛细作用。间距很小的两块平板间的毛细作用。第17页/共34页第十八页，共34页。 对固体对固体(gt)(gt)窄间隙内液体薄层的研究表明，窄间隙内液体薄层的研究表明，固体固体(gt)(gt)表面附近的液体分子表现出一定方位表面附近的液体分子表现出一定方位的倾向性，具有固体的倾向性，具有固体(gt)(gt)分子的

13、性质，能承受分子的性质，能承受剪力和拉力。剪力和拉力。 液体层具有类似结晶物质的性质，边界层厚度液体层具有类似结晶物质的性质，边界层厚度为为0.1m0.1m时，液体层不能视为连续均匀的。时，液体层不能视为连续均匀的。 第18页/共34页第十九页，共34页。 毛细现象毛细现象(mo x xin xing)随孔径变窄而增强有两随孔径变窄而增强有两个前提个前提 A) 由附加压强产生的毛细现象由附加压强产生的毛细现象(mo x xin xing)是一种连续介质的流体动力学现象是一种连续介质的流体动力学现象 B) 孔隙内固孔隙内固-气、固气、固-液、气液、气-液三个界面张力必须与液三个界面张力必须与孔隙

14、宽度无关孔隙宽度无关 因此，当固体窄间隙的宽度小于因此，当固体窄间隙的宽度小于0.1m时，毛细作用时，毛细作用大大减弱。大大减弱。 第19页/共34页第二十页，共34页。 由于固体分子表面与液体由于固体分子表面与液体(yt)的相互作用，液的相互作用，液体体(yt)流经固体表面时存在着静止不动层，液体流经固体表面时存在着静止不动层，液体(yt)吸附在固体表面上，其厚度约为吸附在固体表面上，其厚度约为510-7cm，使液体，使液体(yt)渗透受到妨碍。渗透受到妨碍。 可以认为可以认为0.1m是渗透检测中渗透液的最小渗透是渗透检测中渗透液的最小渗透宽度，是渗透检测所能达到的最高灵敏度。宽度，是渗透检

15、测所能达到的最高灵敏度。第20页/共34页第二十一页，共34页。 渗透渗透(shntu)(shntu)液的粘度大小对渗透液的粘度大小对渗透(shntu)(shntu)能能力影响不大，但对渗透力影响不大，但对渗透(shntu)(shntu)速度有直接影响，速度有直接影响，粘度愈大、渗透粘度愈大、渗透(shntu)(shntu)速度愈、渗透速度愈、渗透(shntu)(shntu)时间愈长。时间愈长。 同时、粘度大的渗透同时、粘度大的渗透(shntu)(shntu)液也将使工件或材液也将使工件或材料表面上剩余渗透料表面上剩余渗透(shntu)(shntu)液的清洗增加困难液的清洗增加困难, ,所所以

16、非常粘的液体不宜用作渗透以非常粘的液体不宜用作渗透(shntu)(shntu)液。液。 但粘度过小，则在清洗时容易把缺陷中的渗透但粘度过小，则在清洗时容易把缺陷中的渗透(shntu)(shntu)液洗掉。因此，一般渗透液洗掉。因此，一般渗透(shntu)(shntu)液常液常用的粘度范范围是用的粘度范范围是(4(410) 10) 10-7m2 /s (3810-7m2 /s (38时时) )。第21页/共34页第二十二页，共34页。(2) 清洗清洗 完成完成(wn chng)渗透过程后，紧接着就是除渗透过程后，紧接着就是除液清洗过程，因为材料或工件被检表面剩余渗液清洗过程，因为材料或工件被检表

17、面剩余渗透液的除净与否将直接影响到判仿的正确性。透液的除净与否将直接影响到判仿的正确性。 一般用水清洗最方便。但由于渗透液的主要成一般用水清洗最方便。但由于渗透液的主要成分为油液，因此，单纯用水清除被检工件表面分为油液，因此，单纯用水清除被检工件表面上的渗透液很困难。上的渗透液很困难。 第22页/共34页第二十三页，共34页。 在水中加入一些乳化剂，清洗就比较在水中加入一些乳化剂，清洗就比较(bjio)容易，容易，因为油水之间互不相溶，加入乳化剂后，乳化剂吸附因为油水之间互不相溶，加入乳化剂后，乳化剂吸附在油水两相界面上，亲油基与油相连，从而防止了它在油水两相界面上，亲油基与油相连，从而防止了

18、它们的相互排斥作用。们的相互排斥作用。 表面活性剂具有乳化油水的作用，水中表面活性剂表面活性剂具有乳化油水的作用，水中表面活性剂的浓度不必过大，在的浓度不必过大，在0.020.4%左右。左右。第23页/共34页第二十四页，共34页。 在渗透检测的除液清洗过程中，主要利用非在渗透检测的除液清洗过程中，主要利用非离子型或阴离子型表面活性剂，这种表面活性剂离子型或阴离子型表面活性剂，这种表面活性剂又称乳化剂，其中最常用的是水包油型乳化剂。又称乳化剂，其中最常用的是水包油型乳化剂。 在清洗被检工件表面剩余渗透液的同时。如在清洗被检工件表面剩余渗透液的同时。如果连同已渗入缺陷内的渗透液也被清洗，就会影果

19、连同已渗入缺陷内的渗透液也被清洗，就会影响检测缺陷的能力，降低检测灵敏度和可靠性。响检测缺陷的能力，降低检测灵敏度和可靠性。 因此因此(ync)，渗透液在缺陷中不致被清洗掉的，渗透液在缺陷中不致被清洗掉的能力愈强，则检测灵敏度和可靠性愈高。这种能能力愈强，则检测灵敏度和可靠性愈高。这种能力称为渗透液在缺陷中的残留性能。力称为渗透液在缺陷中的残留性能。 第24页/共34页第二十五页，共34页。对于水洗型渗透对于水洗型渗透(shntu)液采用具有凝胶现象的非液采用具有凝胶现象的非离子型乳化剂就能提高这一性能。因为非离子型乳离子型乳化剂就能提高这一性能。因为非离子型乳化剂与水混合时，其粘度随含水量的

20、大小而变化。化剂与水混合时，其粘度随含水量的大小而变化。第25页/共34页第二十六页，共34页。从图可以看出从图可以看出(kn ch)，在一定范围内，水和乳，在一定范围内，水和乳化剂混合液的粘度可以变得极大。化剂混合液的粘度可以变得极大。第26页/共34页第二十七页，共34页。 当实际检测中用水清洗时，由于缺陷当实际检测中用水清洗时，由于缺陷(特别是裂纹特别是裂纹)的的开口处与水的接触面有限，混合液含水量容易处在形开口处与水的接触面有限，混合液含水量容易处在形成凝胶的范围内，封住了裂纹开口处，使已渗入缺陷成凝胶的范围内，封住了裂纹开口处，使已渗入缺陷的渗透液不被水冲掉。的渗透液不被水冲掉。 而

21、被检工件表面上的剩余渗透液因接触的水量大，因而被检工件表面上的剩余渗透液因接触的水量大，因此此(ync)，其粘度很小，很容易被水冲洗掉。，其粘度很小，很容易被水冲洗掉。第27页/共34页第二十八页，共34页。 在 配 制 渗 透 液 时 ， 应 在 其 组 成 中 适 当在 配 制 渗 透 液 时 ， 应 在 其 组 成 中 适 当(shdng)添加这些物质，如煤油、汽油、二甲添加这些物质，如煤油、汽油、二甲苯、二甲基萘等。苯、二甲基萘等。 当然，在配制显象液时应与此相反，应适当当然，在配制显象液时应与此相反，应适当(shdng)添加破胶能力大的物质，以使缺陷中添加破胶能力大的物质，以使缺陷中

22、的渗透液容易被显象膜吸附出来并扩展成象，常的渗透液容易被显象膜吸附出来并扩展成象，常用的破胶物质有丙酮、乙醇等。用的破胶物质有丙酮、乙醇等。第28页/共34页第二十九页，共34页。(3) 显象显象 显象过程利用的也是渗透作用，当工件显象过程利用的也是渗透作用，当工件表面的一层渗透液被清除以后，缺陷中的表面的一层渗透液被清除以后，缺陷中的剩余渗透液将回渗到工件表面，这看起来剩余渗透液将回渗到工件表面，这看起来似乎与前面讲到的渗透浓渗入缺陷右矛盾似乎与前面讲到的渗透浓渗入缺陷右矛盾。 实际上是当表面多余的渗透液被去除后实际上是当表面多余的渗透液被去除后，缺陷内剩余的渗透液失去平衡，其中一，缺陷内剩

23、余的渗透液失去平衡，其中一部分会被吸到工件表面上来部分会被吸到工件表面上来(shngli)，利用的还是固体与液体间的附着力的作用利用的还是固体与液体间的附着力的作用，直至达到新的平衡。，直至达到新的平衡。 第29页/共34页第三十页，共34页。 在平衡状态下，表面渗透液中渗透液含量已足在平衡状态下，表面渗透液中渗透液含量已足以被检测到，但为了提高检测的灵敏度，一般都以被检测到，但为了提高检测的灵敏度，一般都要采用显象剂。要采用显象剂。 显象剂一般都是由白色粉末和一些容易挥发显象剂一般都是由白色粉末和一些容易挥发(huf)的溶剂所组成，白色粉末的颗粒度在几个的溶剂所组成，白色粉末的颗粒度在几个微米或更小的数量级范围，例如微米或更小的数量级范围，例如 0.250.70m，它比缺陷缝隙的开口宽度要小得多。它比缺陷缝隙的开口宽度要小得多。第30页/共34页第三十一页，共34页。 当这些粉末