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1无损检测培训渗透检测武玉林2第一章渗透检测概论§1-1渗透检测发展简史及现状一、什么是渗透检测？渗透检测是一种以毛细管现象为原理的检查表面开口缺陷的无损检测方法。二、渗透检测的历史起源未知；早期的方法是油—白法。1930年前发展缓慢，30年后，尤其是二战期间迅速发展。渗透检测材料已系列化、商品化，试验方法已标准化，渗透检测方法已成为一种成熟表面无损检测方法。3三、渗透检测工作质量的控制体系包括：1、渗透检测设备2、渗透检测材料3、渗透检测工艺方法4、渗透检测环境条件5、渗透检测人员技术资格四、国外渗透检测现状以美、英、法、德、日为代表的西方工业发达国家渗透检测发展迅速，体现在：1、渗透检测材料和检测方法形成系列化标准化；2、针对一些特殊问题研制的特殊材料和方法如：4渗透自动检测系统闪烁荧光渗透法水基渗透液低硫、氟、氯渗透探伤剂等。五、国内渗透检测发展及现状七十年代前，煤油+滑油七十年代，研制出自乳化荧光液和后乳荧光液及低毒型着色液；渗透检测材料性的稳定性、氟、氯、硫含量控制、渗透检测材料及方法的系列化、标准化尚存在差距。5§1-2渗透检测基础知识一、渗透检测工作原理和操作步骤1、工作原理和操作步骤62、适用性及局限性⑴、适用于检测金属和非金属材料及工件的表面开口缺陷（目视检查难以发现的细微缺陷）。其优点是：不受材料类型的限制，即可检测金属材料，也可检测非金属材料；不受工件形状和结构的限制，适用于锻件、铸件、焊缝各种压延件如板、棒、丝材等；不受缺陷方向和形状的限制，可检查各种取向和形状的缺陷。⑵、不适用于多孔性材料如粉末冶金材料或工件；也不适合于喷丸、喷砂处理的工件。7二、渗透检测方法分类1、按渗透液所含柒料种类分类⑴、着色法⑵、荧光法2、按去除多余渗透液的方法分类⑴、水洗法⑵、后乳化法⑶、溶剂去除法3、按显象剂类型分类⑴、干式显象法⑵、湿式显象法8四、渗透检测操作程序9五、各种渗透检测方法的优缺点1、着色法：在日光或白光下观察，不需电源。⑴、水洗型着色法：操作简便，成本较低，适用于表面粗糙的工件；但灵敏度低，不易发现细微缺陷。⑵、后乳化型着色法：灵敏度较高，适宜检测较精密的工件。⑶、溶剂去除型着色法：操作方便，应用较广，适合大型工件局部检测，不适合于大批量工件检测。102、荧光法：在黑光灯下观察，需要电源和暗室。⑴、水洗型荧光法：成本较低，易于水洗，检测速度快，适宜于表面较粗糙的工件和大批量小型零件检测。容易过清洗，检测灵敏度较低，宽而浅的缺陷容易漏检。⑵、后乳化型荧光法：对细微缺陷和宽而浅的缺陷检测灵敏度高，重复检测效果好。成本较高，清洗困难，不适合于表面粗糙的工件和有螺纹、键槽等结构的工件。⑶、溶剂去除荧光法：操作方便，可用于无水源场所，适用于局部检测。成本较高，易燃易挥发，不适用于表面粗糙的工件。去除操作容易失误。11§1-3三种表面检测方法比较渗透检测磁粉检测涡流检测方法原理毛细管作用磁力作用电磁感应方法应用探伤探伤探伤、测厚、材料分选检测对象表面开口缺陷表面及近表面缺陷表面及近表面缺陷检测工件非多孔性材料铁磁性材料导电材料检测速度较慢快最快缺陷显示直观直观不直观缺陷显示方式渗透液回渗磁粉堆积检测线圈电流和相位变化检测灵敏度高高较低污染高较高低12第二章渗透检测的表面化学基础§2-2表面张力和表面张力系数1、液体表面层的收缩现象荷叶上的水滴、草叶上的露珠、落在地面的水银都近似于球形形状。同体积液体，球形表面积最小，由此可以看出，液体表面层具有收缩到最小面积的趋势。液体表面层的收缩是液体和气体两个共存相之间出现的一种界面现象，是由于分子之间的相互作用的引起的。液体表面层分子一方面受液体内部分子的吸引力，另一方面又受到相邻气体分子的吸引力，前者大于后者，因而表面层分子有被拉进液体内部的趋势，结果引起了表面收缩。132、表面张力和表面张力系数使液体表面收缩的力称为表面张力。表面张力的大小用表面张力系数表示，它是单位长度上的表面收缩力，单位为达因/厘米（dyne/cm)或牛顿/米(N/m)。一般液体的表面张力随温度升高而下降，易挥发液体的表面张力比不易挥发的表面张力小，含杂质的液体表面张力比纯净液体的表面张力小。14§2-4润湿方程与接触角1、润湿（或不润湿）现象液体和固体接触时，出现两种情况：⑴、当水滴掉在无油脂的玻璃板上，水滴沿玻璃板面慢慢散开，即液体与固体表面的接触面有扩大的趋势，这是液体润湿固体表面的现象。⑵、当水银滴在玻璃板上时收缩成球形，即液体与固体表面的接触面有缩小的趋势，这是液体不润湿固体的现象。15⑶、液体与固体表面接触时的润湿和不润湿现象，是由液体分子间的引力和液体与固体分子间的引力决定的。液体分子间的引力是内聚力，液体与固体分子间的引力是液体与固体间的附着力。附着力大于内聚力时，液体沿固体表面扩散开，发生润湿现象；内聚力大于附着力时，液体在固体表面收缩成球形，发生不润湿现象。同一种液体，对不同固体可能是润湿的，也可能是不润湿的。如水能润湿无油脂玻璃，但不能润湿石蜡；水银不能润湿玻璃，但能润湿干净的锌板。162、润湿方程和接触角⑴、接触角：液面在接触点的切线与包括液体的固体表面之间的夹角。接触角的大小可用润湿方程表示：式中:θ—接触角;rs—固-气界面张力;rl-液体表面张力;rsl-固-液界面张力.由方程可看出,表面张力越大,θ越大.润湿性差。llssrrrcos17⑵、接触角与润湿能力的关系接触角越小，润湿能力越好；反之，接触角越大，润湿能力越差。当θ等于0o时，液滴在固体表面呈薄膜形态，称为完全润湿；当θ在0o与90o之间时，液滴在固体表面呈小于半球形的球冠，称为润湿；当θ在90o与180o之间时，液滴在固体表面呈大于半球形的球冠，称为不润湿；当θ等于180o时，液滴在固体表面呈球形，称为完全不润湿。18§2-5毛细现象1、毛细管中的毛细现象⑴、把一根很细的玻璃管（直径小于1mm）插入润湿液体（如水）中，水在玻璃管中上升，且水面呈凹面；若把玻璃管插入不润湿液体如水银中，则水银在玻璃管中下降，且水银面呈凸面。这种润湿液体在毛细管中上升，不润湿液体在毛细管中下降的现象称为毛细现象。19⑵、毛细现象产生机理毛细现象是由附着层的收缩力或排斥力和表面张力共同作用下产生的。对于润湿液体，附着层存在排斥力，使附着层的液体沿管壁上升引起液面弯曲下凹，表面积增大；而表面张力的收缩作用要使表面积变小，于是使液面上升，直至与升高的液柱重量达到平衡为止。对于不润湿液体，附着层存在收缩力，使液体沿管壁下降引起液面弯曲凸起，表面积增大；而表面张力的收缩作用要使表面积变小，于是使液面下降，直至达到平衡为止。20⑶、液体在毛细管中上升高度公式式中：h—液体在毛细管中上升高度；σ—液体表面张力系数；θ—液体对固体表面的接触角；r—毛细管内半径；ρ—液体的密度；g—重力加速度。由上式可知：液体在毛细管中的上升高度与表面张力系数和接触角余弦成正比，与液体的密度、毛细管半径及重力加速度成反比。grhcos2212、渗透检测中的毛细现象⑴、渗透过程中，可把表面开口缺陷看作是毛细管或毛细缝隙，渗透液正是在毛细作用下自动地渗入缺陷中去的，而不是靠重力作用进入缺陷的，即使缺陷开口向下，渗透液照样能渗入缺陷。⑵、显象过程中，利用显象剂在缺陷处形成的很多细小的毛细管，将缺陷中的渗透液吸附到工件表面，形成一个放大的缺陷显示。22§2-6乳化现象1、分散体系⑴、分散体系：一种或几种物质分散在另一种物质里形成所谓的分散体系。被分散的物质称为分散相、内相或不连续相；分散其它物质的物质称为分散介质、外相或连续相。⑵、分散程度及分散体系分散程度用分散相的尺寸来度量，分散相尺寸越小，分散程度越高。依分散相尺寸由小到大，分散体系分为：分子分散体系（溶液）、胶体分散体系（溶胶）和粒分散体系（悬浮液）。渗透检测中水洗型和后乳化型渗透法去除表面多余渗透剂时形成的乳状液即为胶体分散体系。232、乳化现象和乳化剂⑴、乳化现象把油和水混在一起用力摇晃，虽能暂时混合，但稍静置后，又分成时显的两层。这是由于油水接触面上存在界面张力，起着相互排斥和尽量减小其接触面积的作用。如果在油水混合液中加入少量表面活性剂（如肥皂或洗涤剂），再经摇晃，油就会变成微小的粒子分散在水中，呈乳状液，即使静置后也不会出现分层。这种由于表面活性剂的作用使不能混合在一起的两种液体能够混合在一起的现象称为乳化现象。24⑵、乳化剂及其作用机理具有乳化作用的表面活性剂称为乳化剂。表面活性剂所以具有乳化作用，是由于表面活性剂的分子是由“亲水基”和“亲油基”两部分组成的，当表面活性剂分子吸附的油、水界面形成吸附层，以其两个基团把油粒子和水粒子连接起来，降低了界面张力，且在分散相液滴周围形成坚固的保护膜，阻止分散相液滴的聚结。253、乳化方式按表面活性剂乳化生成的乳状液的不同，曲型乳化方式有两种：⑴、水包油（o/w）型：生成的乳状液油为内相（不连续相），水为外相（连续相）。⑵、油包水（w/o）型：生成的乳状液水为内相（不连续相），油为外相（连续相）。表面活性剂乳化作用生成的乳状液是何种形式取决于其亲水（或亲油）性，即其亲僧平衡值H.L.B值。H.L.B=8～15时，易形成o/w型乳状液；H.L.B=3.5～6时，易形成w/o型乳状液。264、渗透检测中的乳化现象后乳化型渗透法，去除表面多余渗透液，一般使用水包油（o/w）型乳状液进行乳化清洗，后乳化型渗透液是乳化对象。H.L.B=11～15的乳化剂既具有乳化作用，又有洗涤作用，是比较理想的去除剂。27§2-7吸附现象1、吸附现象⑴、物质自一相内部迁移并富集于界面的现象称为吸附现象。如棕色煤油和白土混合搅拌，静置一定时间后，上面的煤油清彻无色，而下面沉淀的白土则变为黄褐色。有色物质从煤油中迁移至煤油和白土的固—液界面，这一过程即为吸附。⑵、起吸附作用的物质称为吸附剂，被吸附的物质称吸附质。如上例子中，白土为吸附剂，煤油中的有色物质为吸附质。渗透检测中缺陷中的渗透液回渗到显象剂中，显象剂为吸附剂，渗透液为吸附质。⑶、吸附现象可在固—液、液—液、液—气等各种界面发生。282、固体表面（固—液界面和固—气界面）的吸附⑴、固体和液体或气体接触时，液体或气体中的某些成份迁移并聚集到固体表面上的现象，就是固体表面的吸附现象。固体是吸附剂，被吸附的成份是吸附质。⑵、吸附剂的吸附能力用吸附量衡量，即单位质量吸附剂或单位吸附剂表面积吸附的吸附质的质量。⑶、吸附剂的吸附能力与吸附面积和吸附质的性质有关。由于固体吸附剂有很大的吸附面积和很大的比面积（cm2/g),所以具有很强的吸附能力。293、液体表面（液—液界面和液—气界面）的吸附⑴、溶液吸附中，使用最广的吸附质是能降低表面张力和界面张力的表面活性剂，如湿润剂、乳化剂、起泡剂等都是基于此原理。⑵、表面活性剂吸附于水表面，能降低水表面的表面张力；表面活性剂吸附于油-水界面能降低油-水界面的界面张力。304、渗透检测中的吸附现象⑴、显象过程：显象剂吸附从缺陷中回渗的渗透液，形成缺陷显示。此过程为固体表面吸附。显象剂为吸附剂，渗透液为吸附质。显象剂粉末越细，比表面积越大，吸附量越大，缺陷显示越清晰。⑵、自乳化和后乳化渗透法：乳化剂（表面活性剂）被吸附在渗透液-水界面，降低了界面张力，使多余渗透液得以顺利乳化清洗。此过程为液体表面吸附。⑶、渗透过程：工件及其中缺陷与渗透液接触，也有吸附现象发生，提高缺陷表在对渗透液的吸附，有利于提高检测灵敏度。31§2-8表在活性与表面活性剂1、表面活性⑴、物质在溶液中的浓度对溶液表面张力的影响有三种情况：①、表面张力随物质浓度增大而急剧下降；②、表面张力随物质浓度增大而缓慢下降；③、表面张力随物质浓度增大而稍有上升。⑵、物质能使溶液表面张力降低的性质称为表面活性。上面第①、②种情况的物质具有表面活性，而第③种情况的物质则无表面活性。322、表面活性物质和表面活性剂⑴、表面活性物质：能使溶剂表面张力降低的物质称为表面活性物质。如上面所述第①、②种物质。⑵、表面活性剂：加入少量就能大大降