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1承压类特种设备渗透检测技术屠耀元上海斯耐特无损检测技术培训中心2010.7§1-1渗透检测发展简史及现状一、渗透检测是一种无损检测方法•五大常规方法之一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。它与射线检测、超声检测、磁粉检测和涡流检测一起，并称为5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。•有效的表面检查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。二、渗透探伤简史•1930-1940年代：煤油、“油-白法”、有色染料作为渗透剂如美国的“斯威策”•1941-荧光染料的应用，紫外线显示，吸收剂应用•1950-煤油与滑油的混合物作为荧光液•1990-飞点扫描、自动线三、渗透探伤工作质量及体系•渗透探伤体系•仪器设备：渗透装置；乳化装置；显象装置；紫外灯．•渗透探伤剂：渗透剂；乳化剂；显象剂；去除剂．•工艺方法：渗透－去除－显象－检查．•环境条件：水源；电源；气源；暗室；光源．•人员资格：具有与职能相对应的等级．•渗透探伤质量保证体系•工艺程序•设备检定•人员认证•质量手册四、国外渗透探伤的现状•50年前代后美国推出军方规范MIL-I-6866《渗透探伤方法》MIL-I-25135《渗透探伤试验材料》•60年代后•自动生产线开始出现•水基渗透液和水洗法技术的出现•对氟、氯、硫的控制•专职渗透剂公司的出现（Ardrox公司等）五、我国渗透探伤技术的现状2•50年代：煤油、滑油的使用•60年代：荧光黄的采用•70年代以后：荧光染料YJP-15出现自乳化型和后熔化型荧光液的生产§1-2渗透检测基础知识一、工作原理和操作步骤1．基本操作步骤①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。②去除（清洗）：去除工件表面多余的渗透液。③显像：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。④观察：在黑光灯下（荧光法）或白光下（着色法）观察缺陷显示。2.渗透探伤工作原理: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）。3.渗透探伤的特点：①渗透检测的优点⑴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、轧制等加工方式；⑵具有较高的灵敏度（可发现：0.1μm宽缺陷）；⑶显示直观、操作方便、检测费用低。②渗透检测的局限性⑴它只能检出表面开口的缺陷；⑵不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件；⑶渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价。检出结果受操作者的影响也较大。二、渗透探伤的分类1.方法分类的依据：渗透液种类、清洗方式、显象方式、灵敏度2.分类①根据渗透液种类（染料）和清洗方法的分类：水洗型荧光法（FA）水洗型着色法（VA）后乳化型荧光法（FB）后乳化型着色法（VB）溶剂清洗型荧光法（FC）溶剂清洗型着色法（VC)F：荧光法V：着色法A：水洗型B：后乳化型C：溶剂清洗型②根据显像剂类型的方类：干式显像法：（用于荧光法）D水基湿显像法：水溶液显像：A;水悬浮液显像：W非水基湿显像法：（溶剂悬浮、速干式）S特殊显象法：E自显象法：N③根据渗透探伤灵敏度的分类：很低级、低级、中级、高级、超高级（二段录像：）三、各种方法的优缺点（一）3探伤方法优点缺点1.着色法只需白光下工作，不需电源水洗型着色法适用于表面粗糙、不允许接触油的零件，操作简单、成本低。灵敏度低，不易发现细微缺陷。浅而宽的缺陷容易漏检。后乳化型着色法适用于精密零件，灵敏度高。操作复杂。溶剂去除型着色法适用于大型零件的局部探伤，用喷灌，操作方便。成本高，不适用于大批量零件检测。各种方法的优缺点（二）探伤方法优点缺点2.荧光法灵敏度高需要紫外灯在暗室观察水洗型荧光法易水洗、速度快。适用于表面粗糙零件，成本低、亮度高。灵敏度低，易过洗，易污染。后乳化型荧光法亮度高、细微缺陷灵敏度高。能检测浅而宽的缺陷。成本高、清洗困难。不适用于表面粗糙零件。溶剂去除型荧光法操作简单，适用于大型零件的局部探伤和无水场合的探伤。易燃、易挥发。不适用于表面粗糙零件。§1-3渗透检测与磁粉、涡流检测的比较（一）渗透检测磁粉检测涡流检测工作原理毛细管作用磁力作用电磁感应作用应用范围探伤探伤探伤、测厚、材质分选检测对象表面开口缺陷表面及近表面缺陷表面及表层缺陷检测材料任何非多孔材料铁磁性材料导电材料检测制件铸、焊、锻、压铸、焊、锻、压、机加、管棒管、线材检测速度较慢快最快§1-3渗透检测与磁粉、涡流检测的比较（二）渗透检测磁粉检测涡流检测检测缺陷类别裂纹裂纹、发纹、夹渣裂纹、材质、厚度缺陷显示直观直观不直观缺陷显示方式渗透液、显象剂痕迹磁粉痕迹电平变化缺陷显示器材渗透液、显象剂磁粉电压表、示波器检测灵敏度高高较低污染高高低4第二章渗透探伤的表面化学基础§2-1分子运动论与物体的内能一、分子运动论1.物质的构成：物质是由分子构成的。•分子的大小：直径为10-10m，水：4×10-10m。•分子的质量：每种分子不同。水：3×10-26千克。•分子质量单位：摩尔。1摩尔含6.02×1023个分子。2.分子的运动状态：与温度有关的无规则运动3.分子间的相互作用力：•引力：拉伸物体时存在•斥力：压缩物体时存在•分子力与分子间的距离有关二、物体的内能•分子动能1/2mv2•∵V不同，∴动能也不同；•平均动能：分子动能的平均值称为“平均动能”•分子势能相对位置决定势能；•势能与分子间距r0有关。3.物体的内能=动能+势能•内能是变量，随着分子运动状态的改变而改变分子力、势能与分子间距离的关系•分子力与分子间距的关系距离变小，合力表现为斥力；距离变大，合力表现为引力；•分子势能与分子间距的关系•距离变小，势能增加；•距离变大，势能减弱；•§2-2表面张力与表面过剩自由能一、自然界的三种物质形态1.物质的三态物质分子具有动能，相邻分子之间还存在相互作用的吸引力当分子的距离超过他们分子直径的10倍以上时，相互作用力变得十分微弱，可以近似地认为等于零。作用力能达到的最大距离叫做分子作用半径，用r0表示。•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。2.界面：•三态接触面形成“界面”，界面上有作用力。•“态”又称为“相”，三态又可称为三相。•任何与气相接触的“界面”都称为“表面”。5•但在习惯上“界面”与“表面”并不严格区分。3.某些界面现象：•固-气：气体吸附；刚体分解成固-气；•固-液：电解液中的电极与电解液；润湿；•固-固：金属与陶瓷；•液-气：蒸发；•液-液：乳状液；水包油；油包水；•注意：二相界面层，分子受力不对称。•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。2.界面：•三态接触面形成“界面”，界面上有作用力。•“态”又称为“相”，三态又可称为三相。•任何与气相接触的“界面”都称为“表面”。•但在习惯上“界面”与“表面”并不严格区分。3.某些界面现象：•固-气：气体吸附；刚体分解成固-气；•固-液：电解液中的电极与电解液；润湿；•固-固：金属与陶瓷；•液-气：蒸发；•液-液：乳状液；水包油；油包水；•注意：二相界面层，分子受力不对称。二、分子压强（一）如图：R为分子作用力的合力。分子A在液体内部，其他分子对某一分子的作用力，其合力为零。分子B靠近液体表面，分子C处于液体表面。所以R3＜R2＜R1。分子压强（二）定义：表面层上单位面积所受的分子合作用力称为分子压强。•分子压强的本质：就是液体内部分子对表面层分子的吸引力（即内聚力）。•分子压强的作用：使液体表面有自由收缩使其表面积减小（收缩到最小表面）的趋势（肥皂泡试验）。•液面所受的作用力：就是表面张力。三、表面张力（表面张力系数）1.液体表面分子受力状态的进一步分析:当液面受拉力作用使其面积扩大时,表面层分子分布稀疏,分子间距离r大于r0,故分子相互间存在吸引力,使分子间距趋于平衡，面积恢复到正常状态，此时表面具有收缩趋势。分析结论：当液体表面积增加时，该表面产生收缩趋势，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。2.表面张力定义：沿表面切线方向垂直作用于任意长度分界线，使液面紧缩的作用力称为表面张力。3.表面张力系数定义：沿表面切线方向垂直作用于任意单位长度分界线，使液面紧缩的作用力称为表面张力系数。4.表面张力的数学表达从物理学上可知，表面张力f可按下式计算：f=αL铂丝试验式中：L—液面边界线长度；α—表面张力系数。表面张力系数α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6物理性质之一。通常以牛顿／米（N／m）或毫牛顿／米（mN／m）为单位。5.表面张力的属性•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α值；•不同液体α值不同；•同一液体，表面张力系数α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。§2-3润湿方程与接触角一、润湿及润湿剂1润湿和不润湿液体在固体表面不呈球形，且能覆盖固体表面，此现象称润湿现象，表明液体能润湿这种固体。液体在固体表面呈球形，不能覆盖固体表面，此现象称为不润湿现象，表明液体不能润湿这种固体。能增强水或水溶液取代固体表面空气的物质称为润湿剂2.接触角和润湿方程如图所示，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fL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fS表示。固-液界面上存在固体与液体的界面张力，它也力图使液滴表面收缩，用fSL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θ表示。二、润湿方程1.定义：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：fs-fsL=fLcosθ此式是润湿的基本公式，常称为润湿方程。接触角θ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。fs：固体与气体的界面张力fsL：固体与液体的界面张力fL：液体的表面张力θ：接触角fs-fsLcosθ=————fL2.讨论：①fs-fsL＞01＞cosθ＞0θ＜90°润湿②fs-fsL＜0cosθ＜0θ＞90°不润湿③fs-fsL=fLcosθ=1θ=0°完全润湿④fs-fsL=-fLcosθ=-1θ=180°完全不润湿⑤fs-fsL＞fLcosθ＞1数学上不成立即润湿方程适用范围：fs-fsL-fL≤03.控制润湿的方法：改变表面张力，即添加合适的表面活性剂。例如：雨布：涂布非润湿剂，使其对水不润湿；渗透剂：增强其对固体的润湿作用。三、润湿机理1.液体-固体接触时，在界面上形成附着层；2.附着层内分子作用力不同，产生润湿或不润湿现象。7如果：f固＞f液液体分子密，相互排斥而铺开，呈润湿状态如果：f液＞f固液体分子产生收缩力，减少了与固体的接触面，呈不润湿状态§2-4弯曲液面的附加压强与毛细现象一、弯曲液面下的附加压强1.附加压强①吹泡试验：吹气气泡逐渐变大试验过程：吹气后堵住管口保持内部大气压力（气泡稳定）管口放开管内气压减弱（气泡缩