渗透检测培训

1、1 无损检测培训无损检测培训渗透检测渗透检测武玉林武玉林2第一章第一章 渗透检测概论渗透检测概论 1-1 1-1 渗透检测发展简史及现状渗透检测发展简史及现状一、什么是渗透检测？一、什么是渗透检测？ 渗透检测是一种以毛细管现象为原理的检渗透检测是一种以毛细管现象为原理的检查表面开口缺陷的无损检测方法。查表面开口缺陷的无损检测方法。二、渗透检测的历史二、渗透检测的历史 起源未知；起源未知； 早期的方法是油早期的方法是油白法。白法。 19301930年前发展缓慢，年前发展缓慢，3030年后，尤其是二战年后，尤其是二战期间迅速发展。期间迅速发展。 渗透检测材料已系列化、商品化，试验方渗透检测材料已系

2、列化、商品化，试验方法已标准化，渗透检测方法已成为一种成熟表法已标准化，渗透检测方法已成为一种成熟表面无损检测方法。面无损检测方法。3三、渗透检测工作质量的控制体系三、渗透检测工作质量的控制体系 包括：包括：1 1、渗透检测设备、渗透检测设备 2 2、渗透检测材料、渗透检测材料 3 3、渗透检测工艺方法、渗透检测工艺方法 4 4、渗透检测环境条件、渗透检测环境条件 5 5、渗透检测人员技术资格、渗透检测人员技术资格四、国外渗透检测现状四、国外渗透检测现状 以美、英、法、德、日为代表的西方工业以美、英、法、德、日为代表的西方工业发达国家渗透检测发展迅速，体现在：发达国家渗透检测发展迅速，体现在：

3、 1 1、渗透检测材料和检测方法形成系列化、渗透检测材料和检测方法形成系列化标准化；标准化； 2 2、针对一些特殊问题研制的特殊材料和、针对一些特殊问题研制的特殊材料和方法如：方法如： 4 渗透自动检测系统渗透自动检测系统 闪烁荧光渗透法闪烁荧光渗透法 水基渗透液水基渗透液 低硫、氟、氯渗透探伤剂等。低硫、氟、氯渗透探伤剂等。五、国内渗透检测发展及现状五、国内渗透检测发展及现状 七十年代前，煤油七十年代前，煤油+ +滑油滑油 七十年代，研制出自乳化荧光液和后乳荧七十年代，研制出自乳化荧光液和后乳荧光液及低毒型着色液；光液及低毒型着色液； 渗透检测材料性的稳定性、氟、氯、硫渗透检测材料性的稳定性

4、、氟、氯、硫含量控制、渗透检测材料及方法的系列化、标含量控制、渗透检测材料及方法的系列化、标准化尚存在差距。准化尚存在差距。51-2 1-2 渗透检测基础知识渗透检测基础知识一、渗透检测工作原理和操作步骤一、渗透检测工作原理和操作步骤 1、工作原理和操作步骤工作原理和操作步骤 6 2 2、适用性及局限性、适用性及局限性 、适用于检测金属和非金属材料及工件适用于检测金属和非金属材料及工件的表面开口缺陷（目视检查难以发现的细微缺的表面开口缺陷（目视检查难以发现的细微缺陷）。陷）。 其优点是：其优点是： 不受材料类型的限制，即可检测金属材料，不受材料类型的限制，即可检测金属材料，也可检测非金属材料；

5、也可检测非金属材料； 不受工件形状和结构的限制，适用于锻件、不受工件形状和结构的限制，适用于锻件、铸件、焊缝各种压延件如板、棒、丝材等；铸件、焊缝各种压延件如板、棒、丝材等； 不受缺陷方向和形状的限制，可检查各种不受缺陷方向和形状的限制，可检查各种取向和形状的缺陷。取向和形状的缺陷。 、不适用于多孔性材料如粉末冶金材料不适用于多孔性材料如粉末冶金材料或工件或工件；也不适合于喷丸、喷砂处理的工件。；也不适合于喷丸、喷砂处理的工件。 7二、二、渗透检测方法分类渗透检测方法分类 1 1、按渗透液所含柒料种类分类、按渗透液所含柒料种类分类 、着色法、着色法 、荧光法、荧光法 2 2、按去除多余渗透液的

6、方法分类、按去除多余渗透液的方法分类 、水洗法、水洗法 、后乳化法、后乳化法 、溶剂去除法、溶剂去除法 3 3、按显象剂类型分类、按显象剂类型分类 、干式显象法、干式显象法 、湿式显象法、湿式显象法8四、渗透检测操作程序四、渗透检测操作程序 9五、各种渗透检测方法的优缺点五、各种渗透检测方法的优缺点 1 1、着色法：在日光或白光下观察，不需电源。、着色法：在日光或白光下观察，不需电源。 、水洗型着色法：水洗型着色法： 操作简便，成本较低，适用于表面粗糙的工操作简便，成本较低，适用于表面粗糙的工件；但灵敏度低，不易发现细微缺陷。件；但灵敏度低，不易发现细微缺陷。 、后乳化型着色法：、后乳化型着色

7、法： 灵敏度较高，适宜检测较精密的工件。灵敏度较高，适宜检测较精密的工件。 、溶剂去除型着色法：、溶剂去除型着色法： 操作方便，应用较广，适合大型工件局部检操作方便，应用较广，适合大型工件局部检测，不适合于大批量工件检测。测，不适合于大批量工件检测。10 2 2、荧光法：在黑光灯下观察，需要电源和暗室。、荧光法：在黑光灯下观察，需要电源和暗室。 、水洗型荧光法：、水洗型荧光法： 成本较低，易于水洗，检测速度快，适宜于成本较低，易于水洗，检测速度快，适宜于表面较粗糙的工件和大批量小型零件检测。表面较粗糙的工件和大批量小型零件检测。 容易过清洗，检测灵敏度较低，宽而浅的缺容易过清洗，检测灵敏度较低

8、，宽而浅的缺陷容易漏检。陷容易漏检。 、后乳化型荧光法：、后乳化型荧光法： 对细微缺陷和宽而浅的缺陷检测灵敏度高，对细微缺陷和宽而浅的缺陷检测灵敏度高，重复检测效果好。成本较高，清洗困难，不适合重复检测效果好。成本较高，清洗困难，不适合于表面粗糙的工件和有螺纹、键槽等结构的工件。于表面粗糙的工件和有螺纹、键槽等结构的工件。 、溶剂去除荧光法：、溶剂去除荧光法： 操作方便，可用于无水源场所，适用于局部操作方便，可用于无水源场所，适用于局部检测。成本较高，易燃易挥发，不适用于表面粗检测。成本较高，易燃易挥发，不适用于表面粗糙的工件。去除操作容易失误。糙的工件。去除操作容易失误。11 1-3 1-3

9、 三种表面检测方法比较三种表面检测方法比较渗透检测渗透检测磁粉检测磁粉检测涡流检测涡流检测方法原理方法原理毛细管作用毛细管作用磁力作用磁力作用电磁感应电磁感应方法应用方法应用探伤探伤探伤探伤探伤、测厚、材料探伤、测厚、材料分选分选检测对象检测对象表面开口缺陷表面开口缺陷表面及近表面缺陷表面及近表面缺陷表面及近表面缺陷表面及近表面缺陷检测工件检测工件非多孔性材料非多孔性材料铁磁性材料铁磁性材料导电材料导电材料检测速度检测速度较慢较慢快快最快最快缺陷显示缺陷显示直观直观直观直观不直观不直观缺陷显示方式缺陷显示方式渗透液回渗渗透液回渗磁粉堆积磁粉堆积检测线圈电流和相检测线圈电流和相位变化位变化检测灵

10、敏度检测灵敏度高高高高较低较低污染污染高高较高较高低低12第二章第二章 渗透检测的表面化学基础渗透检测的表面化学基础 2-2 2-2 表面张力和表面张力系数表面张力和表面张力系数 1 1、液体表面层的收缩现象、液体表面层的收缩现象 荷叶上的水滴、草叶上的露珠、落在地面荷叶上的水滴、草叶上的露珠、落在地面的水银都近似于球形形状。同体积液体，球形的水银都近似于球形形状。同体积液体，球形表面积最小，由此可以看出，表面积最小，由此可以看出，液体表面层具有液体表面层具有收缩到最小面积的趋势。收缩到最小面积的趋势。 液体表面层的收缩是液体和气体两个共存液体表面层的收缩是液体和气体两个共存相之间出现的一种界

11、面现象，是相之间出现的一种界面现象，是由于分子之间由于分子之间的相互作用的引起的。的相互作用的引起的。液体表面层分子一方面液体表面层分子一方面受液体内部分子的吸引力，另一方面又受到相受液体内部分子的吸引力，另一方面又受到相邻气体分子的吸引力，前者大于后者，因而表邻气体分子的吸引力，前者大于后者，因而表面层分子有被拉进液体内部的趋势，结果引起面层分子有被拉进液体内部的趋势，结果引起了表面收缩。了表面收缩。13 2 2、表面张力和表面张力系数、表面张力和表面张力系数 使液体表面收缩的力称为表面张力使液体表面收缩的力称为表面张力。 表面张力的大小用表面张力系数表示，它表面张力的大小用表面张力系数表示

12、，它是单位长度上的表面收缩力，单位为达因是单位长度上的表面收缩力，单位为达因/ /厘厘米（米（dyne/cm)dyne/cm)或牛顿或牛顿/ /米米(N/m)(N/m)。 一般液体的表面张力随温度升高而下降，一般液体的表面张力随温度升高而下降，易挥发液体的表面张力比不易挥发的表面张力易挥发液体的表面张力比不易挥发的表面张力小，含杂质的液体表面张力比纯净液体的表面小，含杂质的液体表面张力比纯净液体的表面张力小。张力小。142-4 2-4 润湿方程与接触角润湿方程与接触角 1 1、润湿（或不润湿）现象、润湿（或不润湿）现象 液体和固体接触时，出现两种情况：液体和固体接触时，出现两种情况： 、当水滴

13、掉在无油脂的玻璃板上，水、当水滴掉在无油脂的玻璃板上，水滴沿玻璃板面慢慢散开，即滴沿玻璃板面慢慢散开，即液体与固体表面的液体与固体表面的接触面有扩大的趋势，这是液体润湿固体表面接触面有扩大的趋势，这是液体润湿固体表面的现象。的现象。 、当水银滴在玻璃板上时收缩成球形，、当水银滴在玻璃板上时收缩成球形，即即液体与固体表面的接触面有缩小的趋势，这液体与固体表面的接触面有缩小的趋势，这是液体不润湿固体的现象。是液体不润湿固体的现象。15 、液体与固体表面接触时的润湿和不润、液体与固体表面接触时的润湿和不润湿现象，是湿现象，是由液体分子间的引力和液体与固体由液体分子间的引力和液体与固体分子间的引力决定

14、的。分子间的引力决定的。 液体分子间的引力是内聚力，液体与固体液体分子间的引力是内聚力，液体与固体分子间的引力是液体与固体间的附着力。附着分子间的引力是液体与固体间的附着力。附着力大于内聚力时，液体沿固体表面扩散开，发力大于内聚力时，液体沿固体表面扩散开，发生润湿现象；内聚力大于附着力时，液体在固生润湿现象；内聚力大于附着力时，液体在固体表面收缩成球形，发生不润湿现象。体表面收缩成球形，发生不润湿现象。 同一种液体，对不同固体可能是润湿的，同一种液体，对不同固体可能是润湿的，也可能是不润湿的。也可能是不润湿的。如水能润湿无油脂玻璃，如水能润湿无油脂玻璃，但不能润湿石蜡；水银不能润湿玻璃，但能润

15、但不能润湿石蜡；水银不能润湿玻璃，但能润湿干净的锌板。湿干净的锌板。16 2 2、润湿方程和接触角、润湿方程和接触角 、接触角：液面在接触点的切线与包括接触角：液面在接触点的切线与包括液体的固体表面之间的夹角。液体的固体表面之间的夹角。 接触角的大小可接触角的大小可 用润湿方程表示：用润湿方程表示： 式中式中: : 接触角接触角; ; r rs s固固- -气界面张力气界面张力; ; r rl l- -液体表面张力液体表面张力; ; r rslsl- -固固- -液界面张力液界面张力. . 由方程可看出由方程可看出, ,表面张力越大表面张力越大, , 越大越大. .润润湿性差。湿性差。 lls

16、srrr cos17 、接触角与润湿能力的关系、接触角与润湿能力的关系 接触角越小，润湿能力越好；反之，接触接触角越小，润湿能力越好；反之，接触角越大，润湿能力越差。角越大，润湿能力越差。 当当等于等于0 0o o时，液滴在固体表面呈薄膜形时，液滴在固体表面呈薄膜形态，称为完全润湿；态，称为完全润湿； 当当在在0 0o o与与9090o o之间时，液滴在固体表面呈之间时，液滴在固体表面呈小于半球形的球冠，称为润湿；小于半球形的球冠，称为润湿； 当当在在9090o o与与180180o o之间时，液滴在固体表面之间时，液滴在固体表面呈大于半球形的球冠，称为不润湿；呈大于半球形的球冠，称为不润湿；

17、 当当等于等于180180o o时，液滴在固体表面呈球形，时，液滴在固体表面呈球形，称为完全不润湿。称为完全不润湿。18 2-5 2-5 毛细现象毛细现象 1 1、毛细管中的毛细现象、毛细管中的毛细现象 、把一根很细的玻璃管（直径小于、把一根很细的玻璃管（直径小于1mm1mm）插入润湿液体（如水）中，水在玻璃管中上升，插入润湿液体（如水）中，水在玻璃管中上升，且水面呈凹面；若把玻璃管插入不润湿液体如水且水面呈凹面；若把玻璃管插入不润湿液体如水银中，则水银在玻璃管中下降，且水银面呈凸面。银中，则水银在玻璃管中下降，且水银面呈凸面。 这种这种润湿液体在毛细管中上升，不润湿液体润湿液体在毛细管中上升

18、，不润湿液体在毛细管中下降的现象称为毛细现象在毛细管中下降的现象称为毛细现象。19 、毛细现象产生机理、毛细现象产生机理 毛细现象是由附着层的收缩力或排斥力和毛细现象是由附着层的收缩力或排斥力和表面张力共同作用下产生的。表面张力共同作用下产生的。 对于润湿液体，附着层存在排斥力，使附对于润湿液体，附着层存在排斥力，使附着层的液体沿管壁上升引起液面弯曲下凹，表着层的液体沿管壁上升引起液面弯曲下凹，表面积增大；而表面张力的收缩作用要使表面积面积增大；而表面张力的收缩作用要使表面积变小，于是使液面上升，直至与升高的液柱重变小，于是使液面上升，直至与升高的液柱重量达到平衡为止。量达到平衡为止。 对于不

19、润湿液体，附着层存在收缩力，使对于不润湿液体，附着层存在收缩力，使液体沿管壁下降引起液面弯曲凸起，表面积增液体沿管壁下降引起液面弯曲凸起，表面积增大；而表面张力的收缩作用要使表面积变小，大；而表面张力的收缩作用要使表面积变小，于是使液面下降，直至达到平衡为止。于是使液面下降，直至达到平衡为止。20 、液体在毛细管中上升高度公式、液体在毛细管中上升高度公式 式中：式中：hh液体在毛细管中上升高度；液体在毛细管中上升高度； 液体表面张力系数；液体表面张力系数； 液体对固体表面的接触角；液体对固体表面的接触角； rr毛细管内半径；毛细管内半径； 液体的密度；液体的密度； gg重力加速度。重力加速度。

20、 由上式可知：由上式可知：液体在毛细管中的上升高度液体在毛细管中的上升高度与表面张力系数和接触角余弦成正比，与液体与表面张力系数和接触角余弦成正比，与液体的密度、毛细管半径及重力加速度成反比。的密度、毛细管半径及重力加速度成反比。grhcos221 2 2、渗透检测中的毛细现象、渗透检测中的毛细现象 、渗透过程中，可把表面开口缺陷看作、渗透过程中，可把表面开口缺陷看作是毛细管或毛细缝隙，是毛细管或毛细缝隙，渗透液正是在毛细作用渗透液正是在毛细作用下自动地渗入缺陷中去的下自动地渗入缺陷中去的，而不是靠重力作用而不是靠重力作用进入缺陷的进入缺陷的，即使缺陷开口向下，渗透液照样，即使缺陷开口向下，渗

21、透液照样能渗入缺陷。能渗入缺陷。 、显象过程中，利用显象剂在缺陷处形、显象过程中，利用显象剂在缺陷处形成的很多细小的毛细管，将缺陷中的渗透液吸成的很多细小的毛细管，将缺陷中的渗透液吸附到工件表面，形成一个放大的缺陷显示。附到工件表面，形成一个放大的缺陷显示。22 2-6 2-6 乳化现象乳化现象 1 1、分散体系、分散体系 、分散体系：一种或几种物质分散在另一种、分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质里形成所谓的分散体系。物质里形成所谓的分散体系。 被分散的物质称为分散相、内相或不连续相；被分散的物质称为分散相、内相或不连续相；分散其它物质的物质称为分散介质、外相或连续相。分散其它物质的物质

22、称为分散介质、外相或连续相。 、分散程度及分散体系、分散程度及分散体系 分散程度用分散相的尺寸来度量，分散相尺寸分散程度用分散相的尺寸来度量，分散相尺寸越小，分散程度越高。越小，分散程度越高。 依分散相尺寸由小到大，分散体系分为：依分散相尺寸由小到大，分散体系分为： 分子分散体系（溶液）、胶体分散体系（溶胶）分子分散体系（溶液）、胶体分散体系（溶胶）和粒分散体系（悬浮液）。和粒分散体系（悬浮液）。 渗透检测中水洗型和后乳化型渗透法去除表面渗透检测中水洗型和后乳化型渗透法去除表面多余渗透剂时形成的乳状液即为胶体分散体系。多余渗透剂时形成的乳状液即为胶体分散体系。 23 2 2、乳化现象和乳化剂、

23、乳化现象和乳化剂 、乳化现象、乳化现象 把油和水混在一起用力摇晃，虽能暂时混合，把油和水混在一起用力摇晃，虽能暂时混合，但稍静置后，又分成时显的两层。这是由于油水但稍静置后，又分成时显的两层。这是由于油水接触面上存在界面张力，起着相互排斥和尽量减接触面上存在界面张力，起着相互排斥和尽量减小其接触面积的作用。小其接触面积的作用。 如果在油水混合液中如果在油水混合液中 加入少量表面活性剂（如加入少量表面活性剂（如 肥皂或洗涤剂），再经摇晃，肥皂或洗涤剂），再经摇晃， 油就会变成微小的粒子分散油就会变成微小的粒子分散 在水中，呈乳状液，即使静在水中，呈乳状液，即使静 置后也不会出现分层。这种置后也不

24、会出现分层。这种 由于表面活性剂的作用使不能混合在一起的两种由于表面活性剂的作用使不能混合在一起的两种液体能够混合在一起的现象称为乳化现象。液体能够混合在一起的现象称为乳化现象。24 、乳化剂及其作用机理、乳化剂及其作用机理 具有乳化作用的表面活性剂称为乳化剂。具有乳化作用的表面活性剂称为乳化剂。 表面活性剂所以具有乳化作用，是由于表面活表面活性剂所以具有乳化作用，是由于表面活性剂的分子是由性剂的分子是由“亲水基亲水基”和和“亲油基亲油基”两部分组两部分组成的，当表面活性剂分子吸附的油、水界面形成吸成的，当表面活性剂分子吸附的油、水界面形成吸附层，以其两个基团把油粒子和水粒子连接起来，附层，以

25、其两个基团把油粒子和水粒子连接起来，降低了界面张力，且在分散相液降低了界面张力，且在分散相液 滴周围形成坚固的保护膜，阻止分散相液滴的聚结。滴周围形成坚固的保护膜，阻止分散相液滴的聚结。25 3 3、乳化方式、乳化方式 按表面活性剂乳化生成的乳状液的不同，按表面活性剂乳化生成的乳状液的不同，曲型乳化方式有两种：曲型乳化方式有两种： 、水包油（、水包油（o/wo/w）型：生成的乳状液油）型：生成的乳状液油为内相（不连续相），水为外相（连续相）。为内相（不连续相），水为外相（连续相）。 、油包水（、油包水（w/ow/o）型：生成的乳状液水）型：生成的乳状液水为内相（不连续相），油为外相（连续相）。

26、为内相（不连续相），油为外相（连续相）。 表面活性剂乳化作用生成的乳状液是何种表面活性剂乳化作用生成的乳状液是何种形式取决于其亲水（或亲油）性，即其亲僧平形式取决于其亲水（或亲油）性，即其亲僧平衡值衡值H.L.BH.L.B值。值。 H.L.B=8H.L.B=81515时，易形成时，易形成o/wo/w型乳状液；型乳状液； H.L.B=3.5H.L.B=3.56 6时，易形成时，易形成w/ow/o型乳状液。型乳状液。26 4 4、渗透检测中的乳化现象、渗透检测中的乳化现象 后乳化型渗透法，去除表面多余渗透液，后乳化型渗透法，去除表面多余渗透液，一般使用水包油（一般使用水包油（o/wo/w）型乳状液

27、进行乳化清）型乳状液进行乳化清洗，后乳化型渗透液是乳化对象。洗，后乳化型渗透液是乳化对象。H.L.B=11H.L.B=111515的乳化剂既具有乳化作用，又有洗涤作用，的乳化剂既具有乳化作用，又有洗涤作用，是比较理想的去除剂。是比较理想的去除剂。27 2-7 2-7 吸附现象吸附现象 1 1、吸附现象、吸附现象 、物质自一相内部迁移并富集于界面的物质自一相内部迁移并富集于界面的现象称为吸附现象。现象称为吸附现象。如棕色煤油和白土混合搅如棕色煤油和白土混合搅拌，静置一定时间后，上面的煤油清彻无色，拌，静置一定时间后，上面的煤油清彻无色，而下面沉淀的白土则变为黄褐色。有色物质从而下面沉淀的白土则变

28、为黄褐色。有色物质从煤油中迁移至煤油和白土的固煤油中迁移至煤油和白土的固液界面，这一液界面，这一过程即为吸附。过程即为吸附。 、起吸附作用的物质称为吸附剂，被吸起吸附作用的物质称为吸附剂，被吸附的物质称吸附质。附的物质称吸附质。如上例子中，白土为吸附如上例子中，白土为吸附剂，煤油中的有色物质为吸附质。渗透检测中剂，煤油中的有色物质为吸附质。渗透检测中缺陷中的渗透液回渗到显象剂中，显象剂为吸缺陷中的渗透液回渗到显象剂中，显象剂为吸附剂，渗透液为吸附质。附剂，渗透液为吸附质。 、吸附现象可在固吸附现象可在固液、液液、液液、液液、液气等各种界面发生。气等各种界面发生。 28 2 2、固体表面（固、固

29、体表面（固液界面和固液界面和固气界面）气界面）的吸附的吸附 、固体和液体或气体接触时，液体或气、固体和液体或气体接触时，液体或气体中的某些成份迁移并聚集到固体表面上的现体中的某些成份迁移并聚集到固体表面上的现象，就是固体表面的吸附现象。固体是吸附剂，象，就是固体表面的吸附现象。固体是吸附剂，被吸附的成份是吸附质。被吸附的成份是吸附质。 、吸附剂的吸附能力用吸附量衡量，即、吸附剂的吸附能力用吸附量衡量，即单位质量吸附剂或单位吸附剂表面积吸附的吸单位质量吸附剂或单位吸附剂表面积吸附的吸附质的质量。附质的质量。 、吸附剂的吸附能力与吸附面积和吸附、吸附剂的吸附能力与吸附面积和吸附质的性质有关。质的性

30、质有关。由于固体吸附剂有很大的吸附由于固体吸附剂有很大的吸附面积和很大的比面积（面积和很大的比面积（cmcm2 2/g),/g),所以具有很强的所以具有很强的吸附能力。吸附能力。 29 3 3、液体表面（液、液体表面（液液界面和液液界面和液气界面）气界面）的吸附的吸附 、溶液吸附中，使用最广的吸附质是能、溶液吸附中，使用最广的吸附质是能降低表面张力和界面张力的表面活性剂，如湿降低表面张力和界面张力的表面活性剂，如湿润剂、乳化剂、起泡剂等都是基于此原理。润剂、乳化剂、起泡剂等都是基于此原理。 、表面活性剂吸附于水表面，能降低水、表面活性剂吸附于水表面，能降低水表面的表面张力；表面活性剂吸附于油表

31、面的表面张力；表面活性剂吸附于油- -水界水界面能降低油面能降低油- -水界面的界面张力水界面的界面张力。30 4 4、渗透检测中的吸附现象、渗透检测中的吸附现象 、显象过程：显象剂吸附从缺陷中回渗、显象过程：显象剂吸附从缺陷中回渗的渗透液，形成缺陷显示。此过程为固体表面的渗透液，形成缺陷显示。此过程为固体表面吸附。显象剂为吸附剂，渗透液为吸附质。显吸附。显象剂为吸附剂，渗透液为吸附质。显象剂粉末越细，比表面积越大，吸附量越大，象剂粉末越细，比表面积越大，吸附量越大，缺陷显示越清晰。缺陷显示越清晰。 、自乳化和后乳化渗透法：乳化剂（表、自乳化和后乳化渗透法：乳化剂（表面活性剂）被吸附在渗透液面

32、活性剂）被吸附在渗透液- -水界面，降低了水界面，降低了界面张力，使多余渗透液得以顺利乳化清洗。界面张力，使多余渗透液得以顺利乳化清洗。此过程为液体表面吸附。此过程为液体表面吸附。 、渗透过程：工件及其中缺陷与渗透液、渗透过程：工件及其中缺陷与渗透液接触，也有吸附现象发生，提高缺陷表在对渗接触，也有吸附现象发生，提高缺陷表在对渗透液的吸附，有利于提高检测灵敏度。透液的吸附，有利于提高检测灵敏度。31 2-8 2-8 表在活性与表面活性剂表在活性与表面活性剂 1 1、表面活性、表面活性 、物质在溶液中的浓度对溶液表面张力的、物质在溶液中的浓度对溶液表面张力的影响有三种情况：影响有三种情况： 、表

33、面张力随物质浓度增大而急剧下降；、表面张力随物质浓度增大而急剧下降； 、表面张力随物质浓度增大而缓慢下降；、表面张力随物质浓度增大而缓慢下降； 、表面张力随物质浓度增大而稍有上升。、表面张力随物质浓度增大而稍有上升。 、物质能使溶液表面物质能使溶液表面 张力降低的性质称为表面活张力降低的性质称为表面活 性。性。上面第上面第、种情况的种情况的 物质具有表面活性，而第物质具有表面活性，而第 种情况的物质则无表面活性。种情况的物质则无表面活性。 32 2 2、表面活性物质和表面活性剂、表面活性物质和表面活性剂 、表面活性物质：能使溶剂表面张力降、表面活性物质：能使溶剂表面张力降低的物质称为表面活性物

34、质。如上面所述第低的物质称为表面活性物质。如上面所述第、种物质。种物质。 、表面活性剂：、表面活性剂：加入少量就能大大降低加入少量就能大大降低溶剂的表面张力或液溶剂的表面张力或液- -液界面张力的表面活性液界面张力的表面活性物质称为表面活性剂。物质称为表面活性剂。如上所述第如上所述第种物质。种物质。 3 3、表面活性剂的亲水性、表面活性剂的亲水性 、亲水性表示表面活性剂溶于水的难易、亲水性表示表面活性剂溶于水的难易程度。程度。 非离子型表面活性剂的亲水性用非离子型表面活性剂的亲水性用“亲憎平亲憎平衡值衡值”即即H.L.BH.L.B值表示。物质的值表示。物质的H.L.BH.L.B值越高，值越高，

35、亲水性越好。亲水性越好。33 几种成分的非离子型表面活性剂混合后，几种成分的非离子型表面活性剂混合后，其其H.L.BH.L.B值为：值为： 式中：式中： a a、b b 、cc组成乳化剂的各表面组成乳化剂的各表面活性剂的活性剂的H.L.BH.L.B值；值； x x、y y、zz各表面活性剂的重量。各表面活性剂的重量。51亲水基重量%5100表面活性剂的分子量亲水基部分的分子量H.L.BzyxczbyaxBLH.34 、各种、各种H.L.BH.L.B值的表面活性剂的相应用途值的表面活性剂的相应用途 35 2-9 2-9 渗透液的渗透特性渗透液的渗透特性 1 1、毛细作用、毛细作用 渗透检测中，渗

36、透液在工件开口缺陷中的渗透检测中，渗透液在工件开口缺陷中的渗透实质是渗透液的毛细作用。渗透实质是渗透液的毛细作用。它是渗透液附它是渗透液附着层的排斥力和表面张力共同作用的结果。着层的排斥力和表面张力共同作用的结果。 渗透液是润湿液体，缺陷内壁附着层存在渗透液是润湿液体，缺陷内壁附着层存在的排斥力使渗透液沿缺陷内壁上升，引起渗透的排斥力使渗透液沿缺陷内壁上升，引起渗透液液面弯曲下凹，液面表面积增大；而表面张液液面弯曲下凹，液面表面积增大；而表面张力的收缩作用使液面上升，以减小液面面积。力的收缩作用使液面上升，以减小液面面积。 缺陷尺寸宽而浅或缺陷中存在污染物都会缺陷尺寸宽而浅或缺陷中存在污染物都

37、会使毛细作用减弱。使毛细作用减弱。36 2 2、静态渗透参量、静态渗透参量 静态渗透参量表征渗透液渗入缺陷的能力：静态渗透参量表征渗透液渗入缺陷的能力： 式中：式中：SPPSPP静态渗透参量静态渗透参量 表面张力表面张力 接触角接触角 静态渗透参量的单位与表面张力相同，即静态渗透参量的单位与表面张力相同，即dyne/cmdyne/cm或或N/m.N/m. 由上式可知：由上式可知：渗透液的渗透能力与表面张渗透液的渗透能力与表面张力和接触角有关。力和接触角有关。实验证明，当实验证明，当5o5o时，渗透时，渗透性能较好，此时性能较好，此时cos1cos1，静态渗透参量等于渗，静态渗透参量等于渗透液的

38、表面张力。透液的表面张力。 cosSPP37 3 3、动态渗透参量、动态渗透参量 动态渗透参量表征渗透液的渗透速率。动态渗透参量表征渗透液的渗透速率。 式中：式中：KPPKPP动态渗透参量动态渗透参量 表面张力表面张力 接触角接触角 粘度粘度 由上式可知：由上式可知：渗透液的渗透速率除与表渗透液的渗透速率除与表面张力和接触角有关外，还与渗透液的粘度有面张力和接触角有关外，还与渗透液的粘度有关。粘度大，渗透速度慢，关。粘度大，渗透速度慢，工件在渗透液中需工件在渗透液中需停留较长时间。但粘度也不能太低，否则缺陷停留较长时间。但粘度也不能太低，否则缺陷中渗透液大量回渗，可能掩盖缺陷显示。一般中渗透液

39、大量回渗，可能掩盖缺陷显示。一般认为粘度低于认为粘度低于5 5厘沲为好。厘沲为好。cosKPP38 4 4、影响渗透液渗入开口缺陷的因素、影响渗透液渗入开口缺陷的因素 、渗透液的表面张力和接触角；渗透液、渗透液的表面张力和接触角；渗透液中的添加物和污染物；中的添加物和污染物； 、缺陷的尺寸及形状；、缺陷的尺寸及形状； 、缺陷内壁的粗糙度及污染物；、缺陷内壁的粗糙度及污染物； 、受检工件的表面涂层及污染；、受检工件的表面涂层及污染； 、受检工件表面处理如喷丸喷砂等；、受检工件表面处理如喷丸喷砂等； 、工件和渗透液的温度；、工件和渗透液的温度； 、渗透检测时的大气压。、渗透检测时的大气压。39第三

40、章第三章 渗透检测光学基础渗透检测光学基础 3-1 3-1 光的本性光的本性 1 1、光是一种电磁波、光是一种电磁波 、电磁波：电磁波是交变电场和产变磁、电磁波：电磁波是交变电场和产变磁场在空间传播。场在空间传播。 依波长或频率排列，电磁波包括依波长或频率排列，电磁波包括射线、射线、x x射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等。线电波等。 各种电磁波由于波长（或频率）不同而呈各种电磁波由于波长（或频率）不同而呈现不同性质。其中现不同性质。其中波长范围在波长范围在760nm760nm到到380nm380nm的的电磁波人眼能看到，称为可见光。它由红、橙

41、、电磁波人眼能看到，称为可见光。它由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成。黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成。40 41 、光子说和光的波粒二象性、光子说和光的波粒二象性 、光子说：光是由、光子说：光是由“光子光子”组成的粒子流。组成的粒子流。光子不是实体粒子，而是能量粒子，其能量与频光子不是实体粒子，而是能量粒子，其能量与频率成正比，即：率成正比，即： E=hE=h式中：式中：E-E-光子能量光子能量 -光子的频率光子的频率 h-h-普朗克常数（普朗克常数（=6.24=6.241010-34-34Js)Js)。 、光的波粒二象性、光的波粒二象性 光在传播时，主要体现出波动性质，如干光在

42、传播时，主要体现出波动性质，如干涉、衍射、偏振等；光在与实体物质作用时，主涉、衍射、偏振等；光在与实体物质作用时，主要体现出粒子性，如物质发光和光的吸收等。要体现出粒子性，如物质发光和光的吸收等。423-2 光度学光度学 1 1、发光、发光 、发光机理、发光机理 物质由分子组成，而分子由更小的原子组成。正物质由分子组成，而分子由更小的原子组成。正常情况下大多数原子都处于最低能量状态，即基态。常情况下大多数原子都处于最低能量状态，即基态。当原子吸收能量而跃迁到能量较高的状态时，原子处当原子吸收能量而跃迁到能量较高的状态时，原子处于激发态。处于激发态的原子是不稳定的，总是力图于激发态。处于激发态的

43、原子是不稳定的，总是力图跃迁到最低能量的基态，而将多余能量以电磁波形式跃迁到最低能量的基态，而将多余能量以电磁波形式释放出来。释放出来。 、发光方式、发光方式 、按照光的激发方式分为：、按照光的激发方式分为： 热光源热光源利用热能激发的光源；利用热能激发的光源； 冷光源冷光源利用化学能、电能或光能激发的光源。利用化学能、电能或光能激发的光源。 43 、按照激发能的来源分为：、按照激发能的来源分为： 化学发光化学发光化学反应；化学反应； 场致发光场致发光外加电场；外加电场； 光致发光光致发光电磁波。电磁波。 、按照原子跃迁方式：、按照原子跃迁方式： 自发辐射光源自发辐射光源无外界影响，如白炽无外

44、界影响，如白炽灯、日光灯、高压汞灯。灯、日光灯、高压汞灯。 受激辐射光源受激辐射光源外来光子激发，如激外来光子激发，如激光光源。光光源。 2 2、光致发光、光致发光 、光致发光、光致发光在白光下不发光的物质，在白光下不发光的物质，在紫外线或其它电磁波的作用下能够发光的现在紫外线或其它电磁波的作用下能够发光的现象称为光致发光。象称为光致发光。 44 荧光荧光有些物质的发光在外辐射源停止作有些物质的发光在外辐射源停止作用后，很快消失，这种发光称荧光；用后，很快消失，这种发光称荧光； 磷光磷光有些物质的发光在外辐射源停止作有些物质的发光在外辐射源停止作用后，经很长时间才消失，这种发光称磷光。用后，经

45、很长时间才消失，这种发光称磷光。 、渗透检测中的发光、渗透检测中的发光 荧光渗透检测方法中，荧光渗透液中的荧荧光渗透检测方法中，荧光渗透液中的荧光柒料在紫外线的照射下发出黄绿色荧光。光柒料在紫外线的照射下发出黄绿色荧光。 受紫外线照射时，处于荧光物质原子内层受紫外线照射时，处于荧光物质原子内层的电子吸收紫外线能量，跃迁到外于较高能量的电子吸收紫外线能量，跃迁到外于较高能量级的外层轨道，使原子处于激发态。外层电子级的外层轨道，使原子处于激发态。外层电子跃迁至内层，使原子恢复到基态，多余能量以跃迁至内层，使原子恢复到基态，多余能量以波长为波长为510510550nm550nm的电磁波形式释放出来，

46、为的电磁波形式释放出来，为人眼可见的黄绿光。人眼可见的黄绿光。45 3 3、光的度量、光的度量 、发光强度：是光源向某方向单位立体、发光强度：是光源向某方向单位立体角发射的光通量，单位坎德拉（角发射的光通量，单位坎德拉（cdcd）。）。 1 1坎德拉定义为：波长坎德拉定义为：波长550nm 550nm 的单色光源在的单色光源在给定方向上的辐射强度为给定方向上的辐射强度为1/683w/1/683w/球面度的发球面度的发光强度。光强度。 、光能量：是指能引起眼睛视觉强度的、光能量：是指能引起眼睛视觉强度的辐射通量，单位是流明（辐射通量，单位是流明（lmlm）。）。 1 1流明定义为：发光强度为流明

47、定义为：发光强度为1 1坎德拉的光源坎德拉的光源在一个球面角内的光能量。在一个球面角内的光能量。 、照度：是指被照物单位面积上所接受、照度：是指被照物单位面积上所接受的光能量，单位勒克萁斯（的光能量，单位勒克萁斯（lxlx）。）。 46 1 1勒克斯定义为：被均匀照射的物体勒克斯定义为：被均匀照射的物体1m21m2面面积上的光能量为积上的光能量为1 1流明时的照度。流明时的照度。1lx=1lm/m1lx=1lm/m2 2 照度与光能量的关系：照度与光能量的关系： 式中：式中：EE光通量；光通量； FF照度；照度； SS照射面积。照射面积。 着色渗透检测中，被检工件表面可见光照着色渗透检测中，被

48、检工件表面可见光照度应大于度应大于500 lx500 lx；荧光渗透检测中，被检工件；荧光渗透检测中，被检工件表面黑光照度应大于表面黑光照度应大于50 lx50 lx。SFE 47 3-3 3-3 着色（荧光）强度着色（荧光）强度 1 1、着色强度和荧光强度、着色强度和荧光强度 、着色强度和荧光强度是指缺陷中被吸、着色强度和荧光强度是指缺陷中被吸附出来的渗透液在显象后显示色泽（色相）的附出来的渗透液在显象后显示色泽（色相）的能力。同样数量的渗透液，其强度不同，有的能力。同样数量的渗透液，其强度不同，有的能看见，有的则看不见。能看见，有的则看不见。 、影响着色和荧光强度的因素、影响着色和荧光强度

49、的因素 、柒料的种类；、柒料的种类； 、渗透液的浓度；、渗透液的浓度； 、渗透液层厚度；、渗透液层厚度； 、工件表面的入射光照度。、工件表面的入射光照度。48 2 2、渗透液的溶解度和浓度、渗透液的溶解度和浓度 、溶液及相似相溶法则、溶液及相似相溶法则 、溶液：溶液是由溶剂和溶质组成的均匀、溶液：溶液是由溶剂和溶质组成的均匀混合物。溶剂是介质，一般是液体；溶质可以是混合物。溶剂是介质，一般是液体；溶质可以是固体、液体和气体，它以分子或离子形式均匀地固体、液体和气体，它以分子或离子形式均匀地分布在溶剂中。分布在溶剂中。 、溶剂的溶解作用遵循相似相溶法则，即：、溶剂的溶解作用遵循相似相溶法则，即：

50、 a a 、结构相似相溶：苏丹、结构相似相溶：苏丹分子结构中含分子结构中含有许多苯环，因而易溶于苯。有许多苯环，因而易溶于苯。 b b、极性相似相溶：水和乙醇分子都含有羟、极性相似相溶：水和乙醇分子都含有羟基，都有极性，因而能以任意比例互溶。而非极基，都有极性，因而能以任意比例互溶。而非极性物持和非极性物质也容易互溶，如苯和甲基苯。性物持和非极性物质也容易互溶，如苯和甲基苯。 49 、溶解度和浓度：、溶解度和浓度： 、溶解度是指在一定的温度下，在一定量、溶解度是指在一定的温度下，在一定量的溶剂中，柒料的溶解达到饱和状态时溶液中的溶剂中，柒料的溶解达到饱和状态时溶液中所含柒料的数量。所含柒料的数

51、量。 理想的渗透液配方，所选柒料在所选溶剂中理想的渗透液配方，所选柒料在所选溶剂中应有较高的溶解度。应有较高的溶解度。 、浓度：一定量的渗透液中所含柒料的量。、浓度：一定量的渗透液中所含柒料的量。 表示方法：表示方法： 摩尔）物质的摩尔质量（克/物质的质量（克）物质的量（摩尔）渗透液的容积（升）柒料的物质的量（摩尔b、摩尔浓度100%溶液质量（克）柒料质量（克）a、百分比浓度50 3-4 3-4 显象剂的显象特性显象剂的显象特性 1 1、显象剂的显象功能及机理、显象剂的显象功能及机理 、显象功能、显象功能 、吸附从缺陷中回渗到工件表面的渗透液；、吸附从缺陷中回渗到工件表面的渗透液； 、通过其毛

52、细作用使渗透液在工件表面横、通过其毛细作用使渗透液在工件表面横向扩散，使缺陷轮廓图形的显示扩大到足以用肉向扩散，使缺陷轮廓图形的显示扩大到足以用肉眼可见。眼可见。 、显象剂的显象机理、显象剂的显象机理 显象剂白色粉末非常细微，形成很多直径很显象剂白色粉末非常细微，形成很多直径很小且很不规则的毛细管，渗透液能润湿显象焰末，小且很不规则的毛细管，渗透液能润湿显象焰末，因此，从缺陷中回渗的渗透液容易在显象粉的毛因此，从缺陷中回渗的渗透液容易在显象粉的毛细管中上升，且在工件表面横向扩移，使缺陷痕细管中上升，且在工件表面横向扩移，使缺陷痕迹得到放大而显示出来。迹得到放大而显示出来。 51 、各种显象剂的

53、显象特性、各种显象剂的显象特性 、自显象、自显象: :渗透液在毛细管作用下回渗渗透液在毛细管作用下回渗到工件表面形成显示到工件表面形成显示. .显象灵敏度低显象灵敏度低. . 、干粉显象剂：显象剂的毛细管作用将、干粉显象剂：显象剂的毛细管作用将回渗到表面的渗透液吸附到显象剂中形成显示。回渗到表面的渗透液吸附到显象剂中形成显示。 干粉显象剂只吸附在缺陷部位，缺陷显示干粉显象剂只吸附在缺陷部位，缺陷显示轮廓在较长时间内不扩散，因而有较高的显示轮廓在较长时间内不扩散，因而有较高的显示分辨力。分辨力。52 干粉显象剂薄膜层很薄，不能提供足够的干粉显象剂薄膜层很薄，不能提供足够的白色背景，因而着色渗透检

54、测不使用干粉显象白色背景，因而着色渗透检测不使用干粉显象剂。荧光渗透检测中，渗透液在黑光下发出黄剂。荧光渗透检测中，渗透液在黑光下发出黄绿色荧光，干粉显象剂能提供足够的色彩反差，绿色荧光，干粉显象剂能提供足够的色彩反差，因而荧光渗透检测常使用干粉显象剂。因而荧光渗透检测常使用干粉显象剂。 、溶剂悬浮显象剂：溶剂悬浮显象剂显、溶剂悬浮显象剂：溶剂悬浮显象剂显象过程中能迅速挥发，从而加速渗透液的回渗象过程中能迅速挥发，从而加速渗透液的回渗和显象剂对渗透液的吸附，因而有较高的显象和显象剂对渗透液的吸附，因而有较高的显象灵敏度。灵敏度。 溶剂悬浮显象剂薄膜能形成足够的白色背溶剂悬浮显象剂薄膜能形成足够

55、的白色背景，因而着色渗透检测都使用溶剂悬浮显象剂。景，因而着色渗透检测都使用溶剂悬浮显象剂。53 、缺陷显示尺寸、缺陷显示尺寸 缺陷容积（缺陷容积（L LW WH H）越大，容纳的渗透液）越大，容纳的渗透液越多，显象剂中吸附的渗透液就越多，缺陷显越多，显象剂中吸附的渗透液就越多，缺陷显示越明显。示越明显。 缺陷容积（缺陷容积（L LW WH H）越小，容纳的渗透液）越小，容纳的渗透液越少，显象剂中吸附的渗透液就越少，缺陷越越少，显象剂中吸附的渗透液就越少，缺陷越不易显示，甚止不能发现，因而对于诸如疲劳不易显示，甚止不能发现，因而对于诸如疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹和晶间腐蚀裂纹等细小缺裂纹、应力腐蚀

56、裂纹和晶间腐蚀裂纹等细小缺陷渗透停留时间要足够长。陷渗透停留时间要足够长。 显象剂显示的缺陷显象剂显示的缺陷 图形能提供一个肉眼可图形能提供一个肉眼可 观察的实测尺寸，它比观察的实测尺寸，它比 缺陷的实际尺寸要大。缺陷的实际尺寸要大。 54 、缺陷显示的对比度、缺陷显示的对比度 、对比度：显示与其周围背景的亮度和、对比度：显示与其周围背景的亮度和颜色之差称为对比度。颜色之差称为对比度。 对比度用两者之间的反射光或发射光的相对比度用两者之间的反射光或发射光的相对量来表示，称为对比率。对量来表示，称为对比率。 、渗透液染料显示的对比率：、渗透液染料显示的对比率： 红色染料与白色显象剂背景之间的对比

57、率红色染料与白色显象剂背景之间的对比率约为约为6 6：1 1；荧光显示与不发荧光的背景之间的；荧光显示与不发荧光的背景之间的对比率可达对比率可达300300：1 1甚至无穷大。这是荧光渗透甚至无穷大。这是荧光渗透检测灵敏度较高的原因之一。检测灵敏度较高的原因之一。55 、可见度、可见度 、可见度：是在一定的背景和外部光等、可见度：是在一定的背景和外部光等条件下，肉眼可直接观察到的缺陷显示的能力。条件下，肉眼可直接观察到的缺陷显示的能力。 、相关因素：与显示的颜色、背景的颜、相关因素：与显示的颜色、背景的颜色、显示的对比度、显示本身的反射或发射光色、显示的对比度、显示本身的反射或发射光的强度、周

58、围环境光线的强度及观察者的视力的强度、周围环境光线的强度及观察者的视力等因素有关。等因素有关。 、渗透检测中缺陷显示的观察、渗透检测中缺陷显示的观察 a a、着色渗透检测中，红色渗透液在白色背、着色渗透检测中，红色渗透液在白色背景上形成显示。由于人眼在强白光下对颜色和景上形成显示。由于人眼在强白光下对颜色和对比度差别辨别能力很强，所以在此强白光下对比度差别辨别能力很强，所以在此强白光下观察。观察。 b b、荧光渗透检测中，荧光渗透液在黑光照、荧光渗透检测中，荧光渗透液在黑光照射下发出黄绿色荧光。人眼在暗处对黄绿光非射下发出黄绿色荧光。人眼在暗处对黄绿光非常敏感，所以在暗室时进行观察。常敏感，所

59、以在暗室时进行观察。 56第四章第四章 渗透液渗透液 4-1 4-1 渗透液的分类及组份渗透液的分类及组份 1 1、渗透液的分类、渗透液的分类 、按溶剂种类分：、按溶剂种类分： 、水基渗透液：水为溶剂，润湿和渗透能、水基渗透液：水为溶剂，润湿和渗透能力较差，灵敏度较低。力较差，灵敏度较低。 、油基渗透液：油类物质作溶剂，如煤油、油基渗透液：油类物质作溶剂，如煤油、汽油、机油等。渗透能力较好。灵敏度较高。汽油、机油等。渗透能力较好。灵敏度较高。 、按多余渗透液去除方法分：、按多余渗透液去除方法分： 、自乳化型渗透液：含一定量乳化剂，用、自乳化型渗透液：含一定量乳化剂，用水清洗去除。水清洗去除。5

60、7 、后乳化型渗透液：不含乳化剂，先乳、后乳化型渗透液：不含乳化剂，先乳化，后用水清洗。化，后用水清洗。 、溶剂去除型渗透液：用有机溶剂去除、溶剂去除型渗透液：用有机溶剂去除多余渗透液。多余渗透液。 、按染料种类分：、按染料种类分： 、着色渗透液：红色染料，在白光或日、着色渗透液：红色染料，在白光或日光下观察。光下观察。 、荧光渗透液：荧光染料，在紫外光照、荧光渗透液：荧光染料，在紫外光照射下发黄绿光，在暗室观察。射下发黄绿光，在暗室观察。 、着色荧光渗透液：含特殊染料，在白、着色荧光渗透液：含特殊染料，在白光或日光照射下显示红色；在黑光照射下显示光或日光照射下显示红色；在黑光照射下显示黄绿色