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1、渗透检测,淄博齐瑞无损检测有限公司 （原齐鲁石化机械厂检测中心） 荣博军 山东省考委会表面组成员 RT、MT、PT III级；UT、ET级 联系电话：0533-7582747 13806487496,第一章 概论 1.1 渗透检测的定义和适用性 1.1.1渗透检测的定义 渗透检测俗称渗透探伤，是一种以毛细管作用原 理为基础用于检查表面开口缺陷的无损检测方法。与 射线检测、超声检测、磁粉检测和涡流检测一起，并 称为五种常规的无损检测方法，渗透检测始于本世纪 初，是目视检查以外最早应用的无损检测方法。 由于渗透检测的独特优点，其应用遍及现代工业 的各个领域。国外研究表明：渗透检测对表面点状和 线状
2、缺陷的检出概率高于磁粉检测，是一种最有效的 表面检查方法之一。,实际检测中，首先将一种含有染料的渗透液涂覆在 工件表面上，在毛细作用下，渗透液渗人表面开口缺陷 中去。然后去除工件表面多余的渗透液。再在工件表面 涂上一层显像剂，缺陷中的渗透液在毛细作用下重新被 吸附到工件表面上来，从而形成放大的缺陷。 1.1.2渗透检测的适用性 可检测各种材料：金属、非金属材料；磁性、非磁 性材料；焊接、锻造、轧制等。 可检测的缺陷：裂纹、折叠、气孔、疏松、冷隔等 表面开口缺陷。 与其它检测方法相比具有方法简单、操作方便、价 格便宜、适用范围广泛等优点。 发展史：十九世纪末的“油-白法”是公认的最早渗,透检测方
3、法，1930-1940年代：美国的工程技术人员斯 威策 将有色染料作为渗透剂，是的渗透检测有了质的 飞跃，从而大大的提高了渗透检测的灵敏度和可靠性。 1.2渗透检测基本知识 1.2.1渗透检测的工作原理： 渗透剂在毛细管作用下,渗入表面开口缺陷内;在去 除工件表面多余的渗透剂后,通过显象剂的毛细管作用 将缺陷内的渗透剂吸附到工件表面形成痕迹而显示缺陷 的存在,这种探伤方法称为渗透探伤（检测）。 1.2.2渗透检测的基本操作步骤 渗透：将一种含有染料的渗透液涂覆在工件表面上， 在毛细作用下，渗透液渗人表面开口缺陷中去。 去除（清洗）：去除工件表面多余的渗透液。 显像：再在工件表面涂上一层显像剂，
4、缺陷中的渗透,液在毛细作用下重新被吸附到工件表面上来，从而形成 放大的缺陷。 观察：在黑光灯下（荧光法）或白光下（着色法）观 察缺陷显示。 除了以上基本步骤外，在制定工艺时还应考虑安排 一些其它辅助步骤，乳化、干燥等。,渗透,渗透剂,去除剂,去除,显像,检查,显像剂,1.2.3渗透检测方法分类 方法分类的依据：渗透液种类、清洗方式、显象方 式、灵敏度 1.2.3.1 按染料成份分类 荧光型、着色型、荧光着色型 1.2.3.2 按多余渗透液的去除方法分类 水洗型（自乳化）型渗透液，后乳化型渗透液，溶 剂去除型渗透液。 1.2.3.3 按显像剂类型分类 按显像方法分显像剂显像和自显像；按显像剂类型
5、 分类渗透检测分为： 1）干式显象剂干粉显象剂 适用于螺栓、表面粗糙的工件荧光检查； 干粉应轻质、松散、微粒（1-3微米）氧化镁等。有良 好的吸水和吸油性能，容易润湿，在黑光下不应发荧,光，无腐蚀性和无毒。 缺点：粉尘污染 2）湿式显象剂包括： 水悬浮湿式显象剂：在水中加入一定的干显像粉和分 散剂、润湿剂、限制剂和防锈剂，水显弱碱性，有一定 的腐蚀性，要求工件光洁度高。 水溶解湿式显像剂：是由显像剂结晶粉溶解于水中， 由润湿剂、分散剂、防锈剂、及互溶剂。 溶剂悬浮式湿式显象剂：显象剂粉末加在挥发性的 有机溶剂中配制而成。常用有机溶剂为丙酮、苯和二甲 苯等，该类显象剂中也加有稳定剂和互溶剂等。该
6、类显 象剂通常装在喷罐中使用，并且常与着色渗透液配合使 用。单就显象方法而言，该类显象剂灵敏度较高，因为,显象剂中的有机溶剂有较强的渗透能力，能渗入到缺 陷中，挥发过程中把缺陷中的渗透液带回到零件表 面，故显象灵敏度高。 塑料薄膜式（干粉悬浮于树脂清漆中）：可作永久 纪录。 1.2.4渗透检测方法的优缺点与方法选择,第二章 渗透检测的物理基础 2.1物质的界面状态 自然界的三种物质形态 气态：气体分子间的平均距离较大，分子间的相互吸引 力小，分子的动能足以克服分子之间的引力，所以，气 体分子能向各个方向扩散并充满整个容积，气体没有一 定的形状和体积。 固态：固体分子的平均距离小，分子间的引力很
7、大，所 以它们只能在平衡位置附近振动，因此，固体有一定的 形状和体积，分子不易扩散。 液态：液体分子间的平均距离比气体小，但比固体大， 分子的动能不足以克服分子之间的引力，因此，液体有,一定的体积，但没有一定的形状。 汽、液、固三态，可有四种界面：即气-液、液-液 固-气、固-液界面。任何与气相接触的“界面” 都称为 “表面” 。 作为液体渗透检测剂而言，渗透剂与工件表面的充 分结合可用液体的润湿作用描述。渗透液与工件表面的 润湿状态将直接影响检测灵敏度。 润湿作用简单的说就是一种流体取代另一种流体的 难易程度。 2.2表面张力和接触角 2.2.1表面张力 当液体表面积增加时，该表面产生收缩趋
8、势，使表,面积收缩到平衡状态（最小面积），使其收缩的力称为 表面张力。 铂丝试验 :EMNF是金属框，AB是活动边，活动边与金属 框的摩擦力忽略不计，将液体做成液膜，框在EMNF内， 为保持液膜平衡不收缩，就必须施加一个适当的与液面 相切的力f在宽 度为L的液面上。 当平衡时，有 一个与力f大小 相等方向相反 的力即表面张 力存在，L越大,M,A,E,L,f,N,B,F,表面张力示意图,则f值越大，即f与L成反比。 表面张力f可按下式计算： f = L 式中f表面张力 L液面边界线长度； 表面张力系数。 表面张力系数可定义为任一单位长度上的表面张力。 它的作用方向与液体表面相切。它是液体的基本
9、物理性 质之一。通常以牛顿米（Nm）或毫牛顿米（mN m）为单位。 一般他说，一定成分的液体，在一定的温度和压力下有 一定的值； 不同液体值不同；,同一液体，表面张力系数值随温度上升而下降； 含有杂质的液体比纯净的液体的表面张力系数要小。 2.2.2接触角 将一滴液体洒在固体的平面上，可有三种界面： 即液-气、固-气、固-液 界面。与三种界面一一 对应，存在三种界面张 力。也就是液-气界面上 的液体表面张力，它使 液滴表面收缩，用L表 示。固-气界面上存在 固体与气体的界面张力， 它力图使液滴表面铺开用S表示。固-液界面上存在固,L,气体,固体,液体,SL,S,体与液体的界面张力，它也力图使液
10、滴表面收缩，用 SL表示。 在液-固界面与界面处液体表面的切线所夹的角，称为接触角，用表示。 当液滴停留在固体平面并处于平衡状态时，三种界面张 力相平衡，各界面张力与接触角以关系是： s- sL= Lcos 此式是润湿的基本公式，常称为润湿方程。接触角 可用于表示液体的润湿性能，即可用于判定润湿以何 种方式进行。 s ：固体与气体的界面张力 sL：固体与液体的界面张力,L ：液体的表面张力 ：接触角 s-sL cos= L 当固体一定时，与液体表面张力L和液固的界面 张力sL有关。,讨论： cos=1 =0 完全润湿 也叫铺展润湿 1cos0 90润湿 cos0 90不润湿 cos= -1 =
11、180 完全不润湿 由此可见，越小润湿性能越好。但同一种液体，对于 不同固体可以有不同的润湿效果,完全润湿,完全不润湿,不润湿,润湿,四种不同润湿现象示意图,2.3 毛细管现象 如果把内径小于1mm的玻璃管（称毛细管），插入盛有 水的容器中，水会沿着管内壁自动地上升，使玻璃管内 的液面高出容器的液面，管子的内径越小，它里面上升 的水面也越高，如图。 毛细管上升高度的计算: 毛细管中受力状态的分 析:如图，毛细管插在 润湿的液体中，由于润 湿作用，靠内壁的液面 上升而形成凹面，从而 扩大液体的表面，在弯,R,r,F上,F下,h,曲面表面张力的作用下，液体表面向下收缩而形成平 面，随后，润湿又起主
12、导作用，重新形成凹面，而表面 张力又使其收缩成平面，如此循环，使毛细管内的液面 逐渐上升，直至表面张力沿管壁方向的上升分力与管内 液体重量相等时，达到平衡，液面不再升高。 上升高度公式 （又称爬高公式） 式中：h液体在毛细管中的上升高度 液体的表面张力系数 接触角 r毛细管内壁半径 液体密度 g重力加速度,习惯上将上升高度公式中的rcos称为静态渗透参量 SPP，它表征渗透液渗入缺陷的能力；将rcos/( 为粘度）称作动态渗透参量KPP,他表征渗透液渗透速率。 SPP值越大，渗透液的渗透能力越强。当接触角 小于5时，cos1。因此： SPPL。从这个意义 上讲，静态渗透参量是当接触角小于5时的
13、表面张力 。使用此类渗透液进行渗透检测时，一般可得到为满意 的检验结果。 粘度与动态渗透参量成反比。粘度越高，动态渗透 参量越小，渗透液渗入表面开口缺陷所需的时间就越长 。粘度对渗透液的运动性能有很大的影响，因而粘度是 衡量渗透液性能的一项重要指标。,在实际渗透检测中，渗透液对工件表面开口缺陷的渗透 和显像剂吸附渗透液都是毛细作用，当工件在施加渗透 液时，工件表面的开口缺陷就相当于插在液体中的毛细 管，如图：,渗透剂在缺陷内的毛细渗透现象,显像粉对渗透剂的毛细现象,2.4荧光物质的发光现象 2.4.1原子和分子的受激状态 在正常状态下，大多数原子是处于能量的最低状态 称作基态，原子在受到外界能
14、量激发，如辐射照射，原 子接收到一定能量后，则原子就会由基态向能量较高的 某一状态跃迁，此时为激发态，激发态的原子总是不稳 定的，它总是力图回到基态，应为基态是最稳定状态， 因此由激发态回到基态时，原子就要射出光子。分子的 受激过程与原子类似。 2.4.2荧光物质的发光状态 发光类型 自发发光：物体自身发光，如太阳光 化学发光：化学能激励发光，如磷的氧化发光 场致发光：电极引弧发光 光致发光：紫外照射荧光体发光，如荧光、磷光,受激发光：激励态原子再受激发光，如激光 荧光渗透检测正是利用紫外线照射荧光染料而激发 产生的荧光现象为基础。 紫外线（紫外光）其实质是电磁波，波谱位于X射 线和可见光之间
15、。紫外线可分为三种范围：第一种波长 320400nm的紫外线称为UV-A，或称为黑光紫外线或长 波紫外线。适于荧光渗透探伤。第二种波长280320nm 的紫外线称为UV-B，或称为中波紫外线或红斑紫外线。 UV-B能使皮肤变红，引起晒斑和雪盲，故不能用于渗 透探伤。第三种波长100280nm的紫外线称为UV-C，或 称为光化、杀菌紫外线或短波紫外线。能引起猛烈的燃 烧，伤害眼睛。,黑光灯发出的光包括不可见的紫外光和可见光。不 可见的紫外光波长峰值在365nm附近。这正是激发荧光 渗透液发出荧光（所发荧光波长范围为510550nm，黄 绿色）所需的波长。不需要的可见光、红外线和短波紫 外线可通过
16、深紫色玻璃罩滤掉，仅让波长320400nm的 紫外线通过。 2.4.3溶液荧光强度及影响因素 影响渗透液荧光强度的因素很多，浓度、温度、溶 剂等。在实际检测中应考虑这些因素的影响。 2.5表面活性剂的定义、结构、分类和特点 2.5.1表面活性剂的定义 概念：使溶液的表面张力降低的性质称为表面活性。,具有表面活性的物质称为表面活性剂。 因此，表 面活性剂就是这样的一种物质，它在加入量很少时即能 改变溶液的表面状态，从而产生润湿，乳化，消泡及加 溶等一系列的作用。 2.5.2表面活性剂的结构和分类 表面活性剂溶于水时，凡能电离生成离子的叫离子 型表面活性剂；凡不能电离生成离子的称为非离子型表 面活
17、性剂。由于非离子型表面活性剂在水溶液中不电 离，所以稳定性高，不易受强电解质的无机盐所影响 ，也不易受酸和碱的影响，与其他类型的表面活性剂的 相溶性好，能很好地混合使用，在水和有机溶剂中，均 具有较好的溶解性能，所以，渗透检测中，通常采用非 离子型的表面活性剂。,表面活性剂分子是一种两亲分子，具有亲油和亲水 的两亲性质。这种两亲分子既能吸附在油水的界面上， 降低油水界面的张力，又能吸附在水溶液的表面上，降 低水溶液的表面张力，从而使不混合在一起的油和水变 得可以互相混合。 当表面活性剂分子在溶液表面的吸附近于饱和时， 水的极性表面在很大程度上已被“两亲”分子所覆盖，于,（1）,（2）,（3）,
18、c）吸附近于饱和时,b）中等浓度时,a）浓度很稀时,吸附分子在表面上的状态,是形成一层由碳氢链形成的表面层，这就大大地改变了 表面的性质，与产生润湿、乳化、消泡及洗涤等作用都 有极大的关系。例如水不能润湿石腊，但在水中加入适 当的表面活性剂以后，水就能润湿石腊。又如使用活性 剂，就可以使本来不相溶混的油和水溶混在一起，形成 稳定的乳状液。 渗透检测中表面活性剂的应用 1）润湿作用：改善溶液的表面张力，改变接触角，从而 改变溶液对固体表面的润湿作用。 2）渗透作用：由爬高公式可知，当接触角小于90时， 在毛细管中产生爬高。因此，减小接触角，可以改善渗 透剂在缺陷中的渗透作用。,3）乳化作用：油和
19、水混在一起，用力摇晃或搅拌后， 可暂时混合成乳状液，（一种液体以细小的液珠形式稳 定地分散在另一种与它互不相溶的液体之中所形成的体 系，称为乳状液。）这时的乳状液很不稳定，静置后又 会分成两层，这是因为油水接触面上存在界面张力，由 于油和水接触界面很大，所以其表面张力很大而形成不 稳定状态，油、水分子相互碰撞、自动凝聚而减少其界 面使油水分层。 使一种物质（分散相）稳定地分散在另一种物质 （分散介质）中的现象称为乳化现象。 具有乳化作用的物质称为乳化剂。,4）加溶作用：使原来不溶或微溶的化学剂溶解度显著增加，即为表面活性剂的加溶作用。只有当浓度达到一定程度时，加溶作用才会显著。,油,水,油,乳化剂,水,乳化作用示意图,谢谢大家,