第4章 渗透检测技术

1、机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业 1) 预清洗及干燥预清洗及干燥5) 施加显影剂施加显影剂 2) 施加渗透液施加渗透液 3) 延时延时6) 观察和评价观察和评价7) 最后清洁工件最后清洁工件 4) 去除表面渗透液去除表面渗透液机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业 The technique is based

2、 on the ability of a liquid to be drawn into a clean surface breaking flaw by capillary action. Liquid Penetrant Testing Fluorescent penetrant on surface seeps into the crack.PenetrantPenetration机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业Emulsifies is applied to the penetrant. Emulsifier mixes with penetrant on the surfac

3、e, but penetrant in the crack is not emulsified. Emulsifier makes the mixture washable .Liquid Penetrant TestingPenetrant onlyEmulsifier and penetrantEmulsification机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业Water spray removes the emulsified penetrant. Water removes the surface film as well.Liquid Penetrant TestingPenetra

4、nt onlywaterRinse机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业Developer draws the penetrant out of the crack.Liquid Penetrant TestingPenetrantDevelopmentdeveloper机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业Black light causes the penetrant to glow in dark.Liquid Penetrant TestingPenetrantInspectionDeveloperBlack Light机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机

5、械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业PenetrantType (how it is seen)I FluorescentII VisibleMethod (how it is removed)A Water WashableB Postemulsifiable - LipophilicC Solvent RemovableD Postemulsifiable - HydrophilicDeveloper Forma Dry Powderb Wet, Water Solublec Wet, Water Suspendabled Wet, Non-Aqueous机械工程及自

6、动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业 表面张力系数表面张力系数为任一单位长度上的收缩表为任一单位长度上的收缩表面的力，也常称为表面张力。它和液体表面相切面的力，也常称为

7、表面张力。它和液体表面相切且垂直于液体边界。它是液体的基本性质之一，且垂直于液体边界。它是液体的基本性质之一，以牛顿以牛顿/ /米（米（N/mN/m）为单位。）为单位。 一定成分的液体，在一定的温度下有一定的一定成分的液体，在一定的温度下有一定的表面张力系数表面张力系数 值。不同的液体，值。不同的液体， 值是不同值是不同的。一般液体的的。一般液体的 值随温度上升而下降；少数值随温度上升而下降；少数金属熔融液体（铜、镉）的表面张力系数随温度金属熔融液体（铜、镉）的表面张力系数随温度上升而增高。容易挥发的液体，表面张力系数更上升而增高。容易挥发的液体，表面张力系数更小，含有杂质的液体小，含有杂质的

8、液体 值也小。值也小。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业n表面张力系数表面张力系数a a也是单位表面所具有的表面自由能，所以也称也是单位表面所具有的表面自由能，所以也称其为比表面自由能。其为比表面自由能。n液体表面张力系数越小，液体表面能越小，液体越容易挥发。液体表面张力系数越小，液体表面能越小，液体越容易挥发。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业

9、 毛细管在润湿液体中，由于润湿作毛细管在润湿液体中，由于润湿作用，靠近管壁的液面就会上升，形成表用，靠近管壁的液面就会上升，形成表面凹下，在弯曲液面的附加压强下，液面凹下，在弯曲液面的附加压强下，液体表面向上收缩，而形成平面；随后，体表面向上收缩，而形成平面；随后，润湿作用又起主导作用，靠近管壁的液润湿作用又起主导作用，靠近管壁的液面又上升，重新形成表面凹下的弯曲液，面又上升，重新形成表面凹下的弯曲液，弯曲液面在附加压强的作用下又上升。弯曲液面在附加压强的作用下又上升。如此循环，使毛细管的液面逐渐上升，如此循环，使毛细管的液面逐渐上升，一直到向上的弯曲液面附加压强的作用一直到向上的弯曲液面附加

10、压强的作用力与毛细管内升高的液柱重量相等，达力与毛细管内升高的液柱重量相等，达到平衡时，才停止上升。到平衡时，才停止上升。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业2 coshr ga a 机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业n吸附现象：物质自一相内部富集于界面的现象即为吸附现象。吸附现象：物质自一相内部富集于界面的现象即为吸附现象。n吸附现象在各种界面上都可发生。当固体和液体或气体接触时，凡能

11、把液吸附现象在各种界面上都可发生。当固体和液体或气体接触时，凡能把液体或气体中的某些成分聚集到固体表面上来的现象，就是固体的吸附现象。体或气体中的某些成分聚集到固体表面上来的现象，就是固体的吸附现象。n能起吸附作用的固体称为能起吸附作用的固体称为吸附剂吸附剂，例如显象剂粉末、活性碳、硅胶、分子，例如显象剂粉末、活性碳、硅胶、分子筛等；被吸附在固体表面上的液体或气体称为筛等；被吸附在固体表面上的液体或气体称为吸附质吸附质。例如显象过程中，。例如显象过程中，显象剂粉末吸附缺陷中回渗的渗透液，显象剂粉末是吸附剂，渗透液是吸显象剂粉末吸附缺陷中回渗的渗透液，显象剂粉末是吸附剂，渗透液是吸附质。附质。n

12、用吸附量衡量吸附剂的吸附能力，是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质用吸附量衡量吸附剂的吸附能力，是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量，有时也指吸附剂单位表面积上所吸附的质量。吸附量数值越大，的质量，有时也指吸附剂单位表面积上所吸附的质量。吸附量数值越大，吸附剂吸附能力越强。固体被用作吸附剂，是因为固体吸附剂有很大的表吸附剂吸附能力越强。固体被用作吸附剂，是因为固体吸附剂有很大的表面积和很大的比表面。面积和很大的比表面。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业 吸附现象不仅发生在固体表面，还可发生在液体表面（液液界面吸附现象不仅发生在固体表面，还可发生在液体表面（液液界面和液气界面）。在溶液吸

13、附中（溶液是吸附剂），作为吸附质使用和液气界面）。在溶液吸附中（溶液是吸附剂），作为吸附质使用最广的是能降低表面张力和界面张力的表面活性剂。最广的是能降低表面张力和界面张力的表面活性剂。 表面活性剂吸附在水表面上（液气界面）上，能降低水表面的表表面活性剂吸附在水表面上（液气界面）上，能降低水表面的表面张力；表面活性剂吸附在油水界面上，能降低油水界面的界面面张力；表面活性剂吸附在油水界面上，能降低油水界面的界面张力。张力。 按照吸附现象的本质，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。按照吸附现象的本质，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业 显象过程中显象剂粉末吸附从缺

14、陷中回渗的渗透液，从而形成缺显象过程中显象剂粉末吸附从缺陷中回渗的渗透液，从而形成缺陷显示。此吸附现象属于固体表面（固液界面）的吸附，显象剂粉陷显示。此吸附现象属于固体表面（固液界面）的吸附，显象剂粉末是吸附剂，回渗的渗透液是吸附质。显象剂粉末越细，比表面越大，末是吸附剂，回渗的渗透液是吸附质。显象剂粉末越细，比表面越大，吸附量越多，缺陷显示越清晰。另外，由于吸附为放热过程如果显象吸附量越多，缺陷显示越清晰。另外，由于吸附为放热过程如果显象剂中含有常温下易挥发的溶剂，当溶剂在显象表面迅速挥发时，能大剂中含有常温下易挥发的溶剂，当溶剂在显象表面迅速挥发时，能大量吸热，从而促进了显象剂粉末对缺陷中

15、回渗的渗透液的吸附，加快量吸热，从而促进了显象剂粉末对缺陷中回渗的渗透液的吸附，加快并加剧了吸附显象，可提高显象灵敏度。并加剧了吸附显象，可提高显象灵敏度。 自乳化渗透法或后乳化渗透法，表面活性剂被当作乳化剂使用，自乳化渗透法或后乳化渗透法，表面活性剂被当作乳化剂使用，吸附在渗透液水界面，降低了界面张力，使零件表面多余的渗透液吸附在渗透液水界面，降低了界面张力，使零件表面多余的渗透液得以顺利乳化清洗。表面活性剂分子的得以顺利乳化清洗。表面活性剂分子的“两亲两亲”性质，使其能吸附在性质，使其能吸附在油水界面上，降低油水界面的界面张力，使乳化清洗顺利进行。油水界面上，降低油水界面的界面张力，使乳化

16、清洗顺利进行。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业1 乳化现象：乳化现象：由于表面活性剂的作用，使本来不能混合到一起的两种由于表面活性剂的作用，使本来不能混合到一起的两种液体能够混合在一起的现象。具有乳化作用的表面活性液体能够混合在一起的现象。具有乳化作用的表面活性剂称为乳化剂。剂称为乳化剂。3 乳化形式乳化形式 常见的乳状液，一般都有一相是水或水溶液，通常称为常见的乳状液，一般都有一相是水或水溶液，通常称为“水水”相；另相；另一相是与水不相溶的有机相，常称为一相是与水不相溶的有机相，常称为“油油”相。外相为水内相为油的相。外相为水内相为油的乳状液叫

17、做水包油型乳状液（牛奶），以乳状液叫做水包油型乳状液（牛奶），以O/W表示；外相为油，内相表示；外相为油，内相为水的乳状液叫做油包水型乳状液（原油），以为水的乳状液叫做油包水型乳状液（原油），以W/O表示。表示。2 乳化机理：乳化机理：亲水基和亲油基分子分别与水、油相连，搭桥，乳浊液。亲水基和亲油基分子分别与水、油相连，搭桥，乳浊液。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业n着色渗透检测用白光着色渗透检测用白光n着色检测，观察时使用白光着色检测，观察时使用白光。n白色光也称可见光，其波长范围为白色光也称可见光，其波长范围为(400(400760)nm760)nm。n由日光灯、白炽灯或高压水银灯

18、等产生由日光灯、白炽灯或高压水银灯等产生n荧光渗透检测用黑光荧光渗透检测用黑光n荧光检测，观察时使用黑光。荧光检测，观察时使用黑光。n黑光即紫外线，波长为黑光即紫外线，波长为(330(330390)nm390)nmn黑光灯：荧光渗透检测时所用的紫外线灯黑光灯：荧光渗透检测时所用的紫外线灯机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业n光致发光：光致发光：n许多原来在白光下不发光的物质在紫外线照射下却能够发光，许多原来在白光下不发光的物质在紫外线照射下却能够发光，即被紫外线激发而发光的现象。即被紫外线激发而发光的现象。n光致发光物质：能产生光致发光现象的物质。光致发光物质：能产生光致发光现象的物质。n

19、磷光物质：在外界光源停止照射后，仍能持续发光的物质磷光物质：在外界光源停止照射后，仍能持续发光的物质n荧光物质。在外界光源停止照射后，立刻停止发光物质。荧光物质。在外界光源停止照射后，立刻停止发光物质。n无损检测中使用的荧光渗透液的荧光波长约为无损检测中使用的荧光渗透液的荧光波长约为510-550 nm，其中心波长为其中心波长为550nm，呈黄绿色。，呈黄绿色。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业n着色强度或荧光强度，是缺陷内被吸附出来的一定数量的渗透液，在显着色强度或荧光强度，是缺陷内被吸附出来的一定数量的渗透液，在显像后能显示色泽像后能显示色泽( (色相色相) )的能力。的能力。n与渗

20、透液中着色染料的种类有关与渗透液中着色染料的种类有关n与染料在渗透液中的溶解度有关与染料在渗透液中的溶解度有关n与入射的紫外线的强度有关与入射的紫外线的强度有关n着色着色( (荧光荧光) )强度常用吸光度和临界厚度来度量。强度常用吸光度和临界厚度来度量。n吸光度：吸光度：也称消光度用于表征光线通过有色溶液后部分光线被溶也称消光度用于表征光线通过有色溶液后部分光线被溶液吸收使透射强度减弱的程度。渗透液的吸光度越大，着色强度液吸收使透射强度减弱的程度。渗透液的吸光度越大，着色强度就越大，缺陷显示就越清晰。就越大，缺陷显示就越清晰。n临界厚度：临界厚度：被显像剂所吸附上来的渗透液，厚度达到某一定值时

21、，被显像剂所吸附上来的渗透液，厚度达到某一定值时，即使再继续增加其厚度，该渗透液的着色即使再继续增加其厚度，该渗透液的着色( (荧光荧光) )强度也不再增加强度也不再增加时的液层厚度。临界厚度越小，着色（荧光）强度就越大，越有时的液层厚度。临界厚度越小，着色（荧光）强度就越大，越有利于缺陷的显示。利于缺陷的显示。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业n光通量：光通量：能引起眼睛视觉强度感觉的光辐射通量。能引起眼睛视觉强度感觉的光辐射通量。n单位：流明单位：流明(lm)(lm)。1lm1lm：光强度为：光强度为lcdlcd的光源在一个球面度内的光的光源在一个球面度内的光通量。通量。n发光强度：

22、发光强度：光源向某方向的单位立体角发射的光通量。光源向某方向的单位立体角发射的光通量。n单位：坎德拉单位：坎德拉(cd)(cd)。lcd: lcd: 某给定的单色光源某给定的单色光源( (频率为频率为540 x10540 x101212HzHz，波长波长0.5500.550m)m)在给定方向上在给定方向上( (该方向上的辐射强度为该方向上的辐射强度为1/683W/sr)1/683W/sr)的发光强度。的发光强度。n照度：照度：物体被照明的程度，被照射物体单位面积上所接受物体被照明的程度，被照射物体单位面积上所接受 的光通量。的光通量。n单位：勒克司单位：勒克司(lx)(lx)。1 lx=1lm

23、/m1 lx=1lm/m2 2。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业n一般要求，着色探伤时，被检物表面上可见光照度一般要求，着色探伤时，被检物表面上可见光照度应在应在500lx以上。以上。n 黑光灯强度为黑光灯强度为1000uw/cm2机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业n可见度可见度n可见度是观察者相对于背景、外部光等条件下能看到可见度是观察者相对于背景、外部光等条件下能看到显示的一种特征。显示的一种特征。n可见度与显示的对比度密切相关。可见度与显示的对比度密切相关。n对比度：对比度：n某一个显示和围绕这个显示周围的表面背景之间的亮某一个显示和围绕这个显示周围的表面背景之间的亮度或颜

24、色之差。度或颜色之差。n对比率：对比率：n显示和显示的表面背景之间反射光或发射光的相对量。显示和显示的表面背景之间反射光或发射光的相对量。n黑白之间最大对比率为黑白之间最大对比率为3333比比1 1。n黑色染料显示与白色显像剂背景之间的对比率为黑色染料显示与白色显像剂背景之间的对比率为9 9比比1 1n红色染料显示与白色显像剂背景之间的对比率为红色染料显示与白色显像剂背景之间的对比率为6 6比比1 1。n荧光显示与不发光的背景之间的对比率为不小于荧光显示与不发光的背景之间的对比率为不小于300300比比1 1。n在完全暗的理想情况下，对比率可达无穷大。在完全暗的理想情况下，对比率可达无穷大。机

25、械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业着色渗透液着色渗透液水洗型着色液：水洗型着色液： 灵敏度太低，用在极少场合。灵敏度太低，用在极少场合。 一种是水基的，另一一种是水基的，另一种是自乳化的。种是自乳化的。后乳化型着色液后乳化型着色液溶剂去除型着色液：溶剂去除型着色液： 与速干式显象配合使用，灵敏度较高。与速干式显象配合使用，灵敏度较高。 着色渗透液灵敏度较低，不能用于探测临界疲劳裂纹、应力腐蚀着色渗透液灵敏度较低，不能用于探测临界疲劳

26、裂纹、应力腐蚀裂纹或晶间腐蚀裂纹等非常微小的裂纹。裂纹或晶间腐蚀裂纹等非常微小的裂纹。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业荧光渗透液荧光渗透液水洗型荧光液水洗型荧光液 （自乳化型荧光液）（自乳化型荧光液） 分低、中、高灵敏度。常用水洗型低灵敏度检查铝镁合金分低、中、高灵敏度。常用水洗型低灵敏度检查铝镁合金铸造件，批量螺拴、键槽、齿轮等零件。容易受到水污染。铸造件，批量螺拴、键槽、齿轮等零件。容易受到水污染。后乳化型荧光液后乳化型荧光液 分标准灵敏度、高灵敏度、超高灵敏度。用于表面光洁的，分标准灵敏度、高灵敏度、超高灵敏度。用于表面光洁的，灵敏度要求较高的零件检查。抗水污染能力强，也不易受灵

27、敏度要求较高的零件检查。抗水污染能力强，也不易受酸或铬酸的影响。酸或铬酸的影响。溶剂去除型荧光液溶剂去除型荧光液机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业nAdvantages:nShows shallow and open discontinuities wellnSensitive to fine defectsnShorter penetration timenDisadvantages:n2 step processnKeyways and threads difficult to rinsenNot good on rough surfaces机

28、械工程及自动化专业机械工程及自动化专业nAdvantages:nNo water needed (wont freeze)nPortable can be contained in 3 aerosol cansnGood for spot checkingnDisadvantages:nRemoving penetrant can be time consumingnDifficult to use on rough surfacesnDifficult to use on complex parts (hard to clean out of threads, keyways etc.)机械

29、工程及自动化专业机械工程及自动化专业n去除剂：去除剂：用来除去被检工件表面多余渗透液的溶剂。用来除去被检工件表面多余渗透液的溶剂。n水洗型水洗型渗透液的去除剂：水渗透液的去除剂：水n后乳化型后乳化型渗透液的除剂：乳化剂水渗透液的除剂：乳化剂水n溶剂型溶剂型渗透液的去除剂：有机溶剂渗透液的去除剂：有机溶剂 煤油、酒精、丙酮、三氯乙烯等煤油、酒精、丙酮、三氯乙烯等n要求要求n对渗透液中的染料对渗透液中的染料( (红色染料或荧光染料红色染料或荧光染料) )有较大有较大的溶解度。的溶解度。n对渗透液有良好的互溶性，且不与渗透液起化学对渗透液有良好的互溶性，且不与渗透液起化学反应。反应。n不应猝灭荧光染

30、料的荧光。不应猝灭荧光染料的荧光。机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业n作用：作用：乳化不溶于水的渗透液，使其便于用水清洗。乳化不溶于水的渗透液，使其便于用水清洗。n自乳化型渗透液自身含有乳化剂，可直接用水清洗；自乳化型渗透液自身含有乳化剂，可直接用水清洗；n后乳化型渗透液需经过专门乳化工序后，才能用水清洗。后乳化型渗透液需经过专门乳化工序后，才能用水清洗。n组成：组成：表面活性剂和添加溶剂表面活性剂和添加溶剂n分类分类 ：亲水型、亲油型亲水型、亲油型(1)(1)乳化效果好，便于清洗；乳化效果好，便于清洗；(2)(2)抗污染能力强，受少量水或渗透抗污染能力强，受少量水或渗透液污染时，不降低

31、其乳化性能；液污染时，不降低其乳化性能；(3)(3)黏度和浓度适中黏度和浓度适中( (使乳化时间合使乳化时间合理，不致造成乳化操作困难理，不致造成乳化操作困难) )；(4)(4)具备良好的化学惰性，不腐蚀被具备良好的化学惰性，不腐蚀被检工件或盛装的容器、不变色；检工件或盛装的容器、不变色；(5)(5)稳定性好，在贮存或保管中，不受稳定性好，在贮存或保管中，不受热和温度的影响；热和温度的影响；(6)(6)闪点高，挥发性低；闪点高，挥发性低； (7)(7)颜色与渗透液有明显区别；颜色与渗透液有明显区别；(8)(8)凝胶作用强；凝胶作用强；(9)(9)对人体无害，无毒及无不良气味；对人体无害，无毒及无不良气味；(10)(10)废液及污水的处理简便。废液及污水的处理简便。n综合性能要求综合性能要求机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及自动化专业机械工程及