渗透检测理论解析与质量保证

第第页渗透检测理论解析与质量保证渗透检测与磁粉检测相比，两者都是检测表面缺陷的方法，都是把缺陷图像扩大，以目视观察判别及确定缺陷的性质、尺寸及形貌等;但两者的方法原理完全不同，适用范围也相差很大。渗透检测与磁粉检测均可用于铁磁性材料表面细微裂纹的检测(检测灵敏度均明显高于射线检测和超声检测)，但就可靠性而言，磁粉检测明显高于渗透检测。渗透检测可用于对非铁磁性材料及有色金属材料表面细微裂纹的检测，而磁粉检测是无能为力的。一、渗透检测理论解析（一）贯穿型缺陷模式渗透检测中，渗透液对受检试件表面开口缺陷的渗透，实质是渗透液的毛细作用。渗透液对表面点状缺陷(如气孔、砂眼等)的渗透，就类似于渗透液在毛细管内的毛细作用;渗透液对表面条状缺陷(例如裂纹、夹渣和分层断面上的缝隙等)的渗透，就类似于渗透液在间距很小的两平行板间的毛细作用。渗透检测时，产生毛细作用的不规则“渗漏缺陷”，就与贯穿型缺陷类似。（二）非贯穿型缺陷模式在实际渗透检测中，受检试件中的贯穿型缺陷是不常见的;常见的是非贯穿型缺陷，而非贯穿型缺陷的一端是封闭的。受检试件中的缺陷类型不同，缺陷形状也不同，缺陷内液体形成的弯曲液面也不同。例如表面气孔常为圆柱形，其液面为球形液面;表面裂纹可认为是两平行板间的毛细现象，其液面为柱形液面。以表面裂纹为例，渗透液渗入受检试件表面裂纹的先决条件是渗透液对其良好润湿。只有当渗透液能充分地润湿受检试件表面裂纹时，渗透液才能向狭窄的表面开口裂纹内渗透，渗透检测才有可能进行。渗透液的润湿性能是渗透液的重要指标，是表面张力和接触角两种物理性能的综合反映。渗透检测时，要求渗透液的接触角不大于5°。常用渗透检测系统的检测灵敏度为1μm数量级。AMS-2644《检验材料渗透液》、ISO3452《无损检测渗透检测》、GB/T18851《无损检测渗透检测》等标准要求：超高灵敏度的渗透检测材料应清晰地显示宽0.5μm、深10μm、长1mm左右的细微裂纹;有关资料介绍：渗透检测的最高灵敏度可达0.1μm。（三）开口缺陷与相通缺陷常规渗透检测方法只能检出非多孔性零件和材料的表面开口缺陷。缺陷虽未开口，但与表面相通，例如疲劳裂纹、晶间腐蚀裂纹，也可使用渗透检测方法检测。但必须彻底清洗好被检表面及延长渗透时间(某些渗透检测工艺要求渗透时间长达4小时)等。（四）多孔性材料与非多孔性材料被检对象为多孔性材料时，例如陶类制品、粉末冶金制品、碳素纤维制品等，需要使用过滤性微粒渗透液的特殊渗透检测方法。①被检对象为陶瓷类制品时，要注意制品是否上釉;上釉者为瓷，可以使用常规渗透检测方法进行检测。②被检对象为石墨类制品时，要注意制品是否经过浸铜等工艺处理;经过浸铜等工艺处理后，石墨类制品中的细微孔洞被填充，就可以使用常规渗透检测方法进行检测。③被检对象为粉末冶金类制品时，要注意区分是松孔类制品，还是致密类制品;如果是致密类制品，就可以使用常规渗透检测方法进行检测。（五）截留与去除渗透检测过程时，渗透液在表面裂纹(或其它表面开口缺陷)中形成截留。理想状态下，用乳化剂或清洗去除剂去除受检试件表面多余渗透液时，虽然截留的渗透液存在扩散和急剧挥发现象，但仍然会没有损失地截留在适当位置。在乳化和清洗去除过程中，截留的渗透液被去除的趋势取决于渗透液的溶解及清洗去除特性。下图为使用油质荧光渗透液进行裂纹检测的横截面图，在渗透液截留中，至少可辨别出以下5种扩散范围：缺陷截留渗透液所呈现的扩散区①进入裂纹而接近表面的可洗范围;②在裂纹中延伸较深的溶解范围;③在裂纹中最深的不溶解范围;④水扩散范围;⑤乳化扩散范围。上面所列的范围对渗透过程的缺陷截流效率至关重要。（六）其他1、酸对水洗型渗透液的影响酸的污染将影响渗透检测灵敏度，尤其是铬酸和铬酸盐的影响很大。其原因是酸和铬盐在没有水存在的情况下，不易与渗透液的染料发生化学反应;但当水存在时，易与渗透液中的染料发生化学反应，影响染料的荧光发光/着色颜色。而水基水洗型渗透液本身就含有水;油基水洗型渗透液含有乳化剂，也易与水相溶混;故酸和铬酸盐对水洗型渗透液(不论水基或油基)影响较大。2、后乳化型渗透液重复检验的重现性后乳化型渗透液重复检验的重现性好。这是因为后乳化型渗透液不含乳化剂，第一次检验后，残留在缺陷中的后乳化型渗透液可以用溶剂或三氯乙烯蒸气清洗掉;因而在第二次检验时，不影响渗透液的渗入，故缺陷能重复显示。水洗型渗透液中含有乳化剂，第一次检验后，只能清洗去除渗透液中的油基部分，乳化剂将残留在缺陷中，妨碍渗透液的第二次渗入，这也是水洗型渗透检测系统重现性差的主要原因。二、渗透检测质量保证（一）新购进与使用中材料的检验校验1、渗透检测材料检验校验新购进的渗透检测材料在使用前，必须按标准规定进行检验和控制，以确保其检测灵敏度符合相关质量验收要求。使用中的渗透检测材料受污染、材料本身氧化等因素影响，其检测灵敏度也可能发生变化。为保证每次渗透检测检验的可靠性，必须对使用中的渗透检测材料进行定期校验。2、试验用标准参照试样的制备将公认的“合格渗透检测材料”作为标准参照试样。如果有可供使用的化学实验室，并且有与美国宇航材料规范AMS2644所要求相同的、非常严格的验收试验方法，则自行制备标准参照试样也是可行的。3、试验用试块的选用评定检测灵敏度等级，可以采用ISO3452-3或GB/T18851.3中I型参考试块，即黄铜板镀镍铬层裂纹试块(C型试块)。4、灵敏度等级试验程序详见AMS2644，ISO3452-3，GB/T18851.3等标准要求。（二）检测灵敏度、分辨力与可靠性1、检测灵敏度渗透检测灵敏度水平分级均以荧光/着色渗透液为主分级，主要有两种分类方法。①以AMS2644、GJB2367A为代表，将荧光渗透液的灵敏度分为1/2级(最低)、1级(低)、2级(中)、3级(高)、4级(超高);着色渗透液的灵敏度不分等级。②以ISO3452、GB18851为代表，将荧光渗透液的灵敏度分为1/2级(最低)、1级(低)、2级(中)、3级(高)、4级(超高)。着色产品族灵敏度分为两级：1级灵敏度(普通)和2级灵敏度(高)。两用产品(即荧光着色)族灵敏度未规定等级，可按着色产品族进行分类。2、检测分辨力可能观察到的最小缺陷通常以一个或一组数据表达。例如某焊缝着色渗透检测技术标准要求，拒收任何长度大于2mm的线性迹痕显示;那么，所使用的着色渗透检测技术就必须具有分辨长度为2mm的线性迹痕显示的能力。在按“缺陷”来确定被检对象是否合格或拒收时，相关技术规范经常使用3个几何特性尺寸(尺寸、形状及位置)来描述。因此，所用无损检测方法必须具有揭示缺陷几何特性的能力。需注意的是：渗透检测时，缺陷迹痕的宽度会随着显像时间的延长而变宽;缺陷迹痕的形貌会随着显像时间延长而发生变化。3、检测可靠性可靠性是表征渗透检测检出的缺陷迹痕与被检对象的真实缺陷之间的对应性，是反映灵敏度与分辨力两者综合性能的质量判据。前已叙述，渗透检测时，随着显像时间的延长，缺陷迹痕的长度会变长，宽度会变宽很多，形貌也会发生变化。不同的渗透检测人员、不同的渗透检测工艺，可靠性也不尽相同。三、结语有人曾经断言，渗透检测将被涡流检测所替代。但是，很多年过去了，渗透检测不仅没有被涡流检测