《无损检测概论》课件-第6章渗透检测

第六章渗透检测天津海运职业学院胡春亮机械工业出版社2020版无损检测概论1Copyright©2020/渗透检测原理两次毛细现象01渗透检测系统渗透检测剂系统02渗透检测方法溶剂去除型、水洗型、后乳化型；着色、荧光检测03典型应用渗透检测的显示04目录2Copyright©2020/渗透检测(PenetrantTesting，缩写符号为PT），又称渗透探伤，是一种以毛细作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。这种方法是五种常规无损检测方法中的一种，是一门综合性科学技术。3Copyright©2020/渗透检测含义把这种存在于液体表面，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力。表面张力一般用表面张力系数表示，表面张力系数α为任一单位长度上的收缩表面的力，也常称为表面张力，一般来说，容易挥发的液体比不易挥发的液体的表面张力系数要小；同一种液体高温时比低温时的表面张力系数要小；含有杂质的液体比纯净的液体的表面张力系数值要小。6.1渗透检测原理4Copyright©2020/表面张力根据接触角的大小，润湿分为四个等级：接触角θ小于90°时，我们称固体被液体润湿接触角θ大于90°时，我们称固体不被液体润湿抵触角等于0°时，固体被液体完全润湿接触角等于180°时，固体完全不被液体润湿。6.1渗透检测原理5Copyright©2020/润湿作用θ——接触角；G——气相；L——液相；S——固相润湿现象弯曲液面下附加压强与曲面面积无关，与液体表面张力系数成正比，与曲面的曲率半径成反比。液体的表面张力系数越大，曲面的曲率半径越小，则弯曲液面的附加压强越大。如图所示，凸膜对液体的附加压强指向液体内部；凹膜对液面的附加压强指向液体外部；平面液膜对液体的附加压强为零。6.1渗透检测原理6Copyright©2020/润湿作用（a）凸液面（b）凹液面弯曲液面的附加压强具有降低溶剂表面张力特性的物质称为表面活性物质随其浓度增加可使溶剂表面张力急剧下降的表面活性物质称为表面活性剂。表面活性剂可分为离子型和非离子型，渗透检测中常用的为非离子型。表面活性剂是否溶于水，即亲水性大小是一项非常重要的指标，非离子型表面活性剂的亲水性可用亲水基的分子量大小来表示，称为亲憎平衡值（H.L.B值）：H.L.B=亲水基部分的分子量/表面活性剂的分子量*100/5H.L.B值在11~15范围内的乳化剂，既有乳化作用又有洗涤作用，是比较理想的去除剂。6.1渗透检测原理7Copyright©2020/表面活性与表面活性剂固体被液体润湿，液体在毛细管中呈凹形并上升，固体不被液体润湿，液体在毛细管中呈凸形并下降，这种现象称为毛细现象。能够显示毛细现象的管子称为毛细管。6.1渗透检测原理8Copyright©2020/毛细作用（a）水在毛细管中上升的现象b）水银在毛细管中下降的现象毛细管现象h——毛细管中液面上升或下降高度9Copyright©2020/毛细作用渗透与毛细现象渗透过程中的毛细管现象10Copyright©2020/毛细作用显像过程中的毛细管现象显像与毛细现象吸附现象是指固体表面上的原子或分子的力场不饱和而吸引其它分子的现象。被吸附的物质称为吸附质；能吸附别的物质的物质称为吸附剂。吸附质可以是气体或液体。渗透检测中的吸附现象主要包括：显像剂粉末将缺陷中的渗透剂吸附出来。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。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。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。渗透检测全过程所发生的吸附现象，主要是物理吸附。6.1渗透检测原理11Copyright©2020/吸附现象一种物质（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。着色（荧光）强度一般随渗透液浓度提高而变大，着色（荧光）强度越强越易于发现细小缺陷。6.1渗透检测原理12Copyright©2020/溶解现象渗透检测系统主要包括：渗透检测剂、标准试片、检测光源、测量设备、辅助器材等。渗透检测剂系统是渗透剂、清洗剂和显像剂的总称。6.2渗透检测系统13Copyright©2020/6.2渗透检测系统14Copyright©2020/渗透剂按显示方式，渗透剂分为荧光渗透剂和着色渗透剂，荧光渗透剂的视觉敏感度更高，但是着色渗透剂不需要黑光灯及暗室环境。按去除方式，渗透剂分为：水洗型渗透剂（A型）：其中含有乳化剂，仅用水即可去除多余的渗透剂，亦称为自乳化型。亲脂后乳化型渗透剂（B型）：可与油基乳化剂结合而得以去除。溶剂去除型渗透剂（C型）：用专用清洗剂去除。亲水后乳化型渗透剂（D型）：可与亲水性乳化剂结合而得以去除。按检测灵敏度，（美国空军材料实验室，军用标准MIL-I-25135和航天材料标准2644）：Level½-超低灵敏度渗透剂，Level1-

低灵敏度渗透剂，Level2-中灵敏度渗透剂，Level3-高灵敏度渗透剂，Level4-超高灵敏度渗透剂正如前述，按去除方式渗透剂分为：水洗型渗透剂（A型）、亲脂后乳化型渗透剂（B型）、溶剂去除型渗透剂（C型）和亲水后乳化型渗透剂（D型）。A型渗透剂中含有乳化剂，只需简单地用水冲洗即可，C型渗透剂用专用清洗剂进行清洗。而B型和D型需要增加一个“乳化”的检测环节，而且需要专用的乳化剂以便用水冲洗。B型用油基乳化剂，可以直接使用；D型用亲水型乳化剂，应用水稀释后使用。6.2渗透检测系统乳化剂15Copyright©2020/6.2渗透检测系统显像剂对于着色探伤而言，显像剂可以提供一个高对比度的观察背景；对于荧光探伤而言，细的显像剂粉末可以反射和折射紫外线，使荧光效果更佳，便于检测者观察。AMS2644和Mil-I-25135标准将显像剂分为6类：干粉类、水溶液类、水悬液类、荧光类（非水溶剂）、颜料类（非水溶剂）及专用类。显像剂的作用是将渗透剂从缺陷中吸出并使其铺散在表面供检测人员观察。干粉类：灵敏度低但容易施加、成本低，一般为白色且主要采用喷枪施加于干燥表面。水溶液和水悬液类：当水蒸发后形成显像薄膜。常用喷射方法施加，检测表面可干可湿；浸、浇、刷等方法也偶为之。快速干燥可使用70～75℉的热空气。水悬液仅需要不停地搅动使其均匀，施加方式及干燥方法与水溶液同。非水溶类：一般用挥发性溶剂而且用喷罐，非常便携。不必强制干燥，通常需要干燥的检测表面。塑料或油漆等专用显像剂一般用于需要永久记录的场合。16Copyright©2020/渗透检测剂系统是渗透剂、清洗剂和显像剂的总称，原则上必须采用同一厂家提供的、同族组的产品，不同族组的产品不能混用。渗透检测剂系统的选择原则同族组要求。渗透检测剂系统应同族组。灵敏度应满足检测要求。根据被检工件状态进行选择。在灵敏度满足检测要求的条件下，应尽量选用价格低、毒性小、易清洗的渗透检测材料组合系统。渗透检测材料组合系统对被检工件应无腐蚀。如铝、镁合金不宜选用碱性渗透检测材料，奥氏体不锈钢、钛合金等不宜选用含氟、氯等卤族元素的渗透检测材料。化学稳定性好，能长期使用，受到阳光或遇高温时不易分解和变质。使用安全，不易着火。6.2渗透检测系统渗透检测剂系统17Copyright©2020/铝合金淬火裂纹试块铝合金淬火裂纹试块也称A型试块，A型试块分为分体式和一体式两种，其形状和尺寸如图6-8所示，可用于渗透检测剂的性能测试与探伤灵敏度比较。如图6-8所示，测试过程中，将标准检测方法用于A区，将拟定的检测方法用于B区，比较两区的裂纹显示，从而对拟定的检测方法进行评价。6.2渗透检测系统渗透检测试块18Copyright©2020/6.3渗透检测方法渗透检测方法分类渗透剂渗透剂的去除显像剂分类名称方法名称分类名称ⅠⅡⅢ荧光渗透检测着色渗透检测荧光、着色渗透检测ABCD水洗型渗透检测亲油型后乳化渗透检测溶剂去除型渗透检测亲水型后乳化渗透检测abcde干粉显像剂水溶解显像剂水悬浮显像剂溶剂悬浮显像剂自显像注：渗透检测方法代号示例，ⅡC-d为溶剂去除型着色渗透检测（溶剂悬浮显像剂）19Copyright©2020/6.3渗透检测方法渗透检测工艺过程渗透检测的主要步骤渗透检测一般分为六个基本步骤：预清洗、渗透、去除多余的渗透剂、干燥、显像和观察及评定、后处理20Copyright©2020/6.3渗透检测方法水洗型渗透检测方法水洗型渗透检测法包括水洗型着色渗透检测法和水洗型荧光渗透检测法。水洗型渗透检测法主要范围包括：灵敏度要求不高；检验大体积或大面积的工件；验开口窄而深的缺陷；检验表面很粗糙的工件，如砂型铸件等；检验螺纹和带有键槽的工件。21Copyright©2020/6.3渗透检测方法后乳化型渗透检测方法后乳化型渗透检测法主要包括后乳化型着色渗透检测法和后乳化型荧光渗透检测法两种。后乳化型渗透检测法主要范围包括：表面阳极化工件，镀铬工件及复查工件；有更高检测灵敏度要求的工件；被酸或其他化学试剂污染的工件，而这些物质会有害于水洗型渗透检测剂；检验开口浅而宽的缺陷；被检工件可能存在使用过程中被污染物所污染的缺陷；应力或晶界腐蚀裂纹类缺陷；磨削裂纹缺陷；灵敏度可控，以便在检测出有害缺陷的同时，非有害缺陷不连续能够被放过。22Copyright©2020/6.3渗透检测方法溶剂去除型渗透检测方法溶剂去除型渗透检测方法主要包括溶剂去除型着色渗透检测法及溶剂去除型荧光渗透检测法两种。溶剂去除型渗透检测法应用范围包括：焊接件等表面光洁的工件；适用于大工件的局部检测；适用于非批量工件和现场检测。23Copyright©2020/6.4渗透检测典型应用渗透检测的基本步骤清理表面去除表面的油脂及水等阻碍渗透的物质。可用化学法和机械法。喷洒渗透剂待清洁干燥后，将渗透剂以喷、刷、泡等方式施于检测表面。渗透剂渗入保持足够的渗透时间以便缺陷中渗入足够的渗透剂。渗透时间取决于渗透性能、渗透剂、零件材料、渗透剂的施加方式及缺陷类型等。喷洒清洗剂将表面多余的渗透剂尽量清除干净而又尽量减少缺陷中的渗透剂被清除。痕迹扩大一般至少需要10min，对于贴紧的裂纹需要更长的时间。观察缺陷在合适光强下观察是否有缺陷痕迹显示。清洁表面清除显像剂直至可接受的表面清洁度。喷洒显像剂喷洒一薄层显像剂以便将缺陷中的渗透剂吸出而显示缺陷。24Copyright©2020/渗透检测时非常关键的一步是清除检测表面的覆盖物，保证缺陷露出在表面。如果在检测前进行过机加工、喷砂或喷丸等操作则将有一层污染薄膜覆盖了缺陷，需清除。污物的存在不仅阻止渗透剂渗入缺陷，而且还增加了去除渗透剂的难度。种类包括：油漆、灰尘、焊剂、水垢、清漆、油、蚀刻剂、镀层、油脂、氧化物、腊、及铁锈等。一般用化学法清除，但有研究结果证明：碱性溶液往往容易形成薄膜阻碍渗透剂的渗入，对检测过程不利。6.4渗透检测典型应用表面清理25Copyright©2020/渗透剂可以喷、刷、泡的方式施加，检测灵敏度差别不大，但有报道静电喷射法灵敏度稍好。主要有两种驻留方式：a、喷涂渗透剂后使其渗透；b、在渗透过程中一直浸泡。b法灵敏度更高但因使用渗透剂和乳化剂较多因而不经济。但也有报道a法灵敏度更高，这是因为挥发造成颜料浓度增大因而渗透效果更好的缘故。驻留时间是十分关键的检测参数，因其决定在零件表面渗透剂停留多长时间。一般由渗透剂厂家推荐，最理想的是应该通过实验确定。也有标准中规定的，如AMS2647A要求对飞机和发动机零件至少20min；ASTME1209要求钛和耐热合金零件仅需5min。通常情况下，只要渗透剂不干结，则驻留时间越长越好。其影响因素有：渗透剂的表面张力、接触角、密度、动力粘度、在缺陷开口处的毛细作用力、缺陷半径或开口尺寸等。6.4渗透检测典型应用施加渗透剂26Copyright©2020/根据渗透剂的分类，溶剂去除型需要使用棉球等蘸取专用溶剂进行表面擦除，劳动量大而且要求有一定的技巧。水洗型渗透剂中有自乳化剂使其容易被水清洗，灵敏度较高、成本最低。如果担心缺陷中的渗透剂被过度清洗而出，则可选择后乳化型渗透剂。单独的乳化剂中断渗透过程并可用水清洗。一般是将零件浸入乳化剂中乳化而不采用喷涂方法。尤其是亲油脂型渗透剂容易造成不均匀乳化。不推荐使用刷涂的方法，因其容易使刷毛刺入缺陷中使其中的渗透剂乳化。乳化时间非常重要：乳化时间过短，则背景残留渗透剂太多造成对比度下降；乳化时间过长，则乳化出缺陷中的渗透剂，不易形成放大效果的缺陷显示。清除渗透剂最关键的技术是尽量清除干净多余的渗透剂而尽量保留缺陷中的渗透剂。如果过度清除将降低缺陷显示的比例；如果清除不净则降低缺陷显示和基底的对比度。6.4渗透检测典型应用清除渗透剂27Copyright©2020/施加显像剂几乎总是有利的。有研究显示，荧光渗透剂情况下使用合适的显像剂可以增加7倍的视觉效果。有时甚至有戏剧化的结果：在一平板试件中有低周疲劳裂纹，不用显像剂时没有一次达到检测概率90％，而且裂纹长度为19mm，操作者仅检出284个缺陷中的86个，而且还有70个误检；使用显像剂时，缺陷长度为2mm情况