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渗透检测(40学时)课程类别：技术类编制人：马文进审核人：杨志鹏批准人：张宏凯编制日期：2015年10月版本：V1.0内部资料，严禁外传课程大纲一、绪论1、渗透检测简介2、渗透检测发展与现状3、渗透检测材料和渗透检测方法分类4、渗透检测工作质量及体系5、渗透检测的优点及局限性6、渗透检测与其他方法的比较二、渗透检测的物理化学基础1、表面张力和表面张力系数2、润湿现象3、毛细现象三、渗透检测系统1、渗透剂2、显像剂3、去除剂内部资料，严禁外传四、渗透检测设备、仪器和试块五、渗透检测方法六、渗透检测工艺七、渗透检测记录和报告八、质量控制与安全防护九、渗透检测应用内部资料，严禁外传一、绪论定义：渗透检测是一种以液体毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法.1.1、检测原理：将含有荧光染料或着色染料的渗透剂施加到工件表面上。由于毛细管作用，经过一定时间，渗透剂可以渗入表面开口缺陷中;去除工件表面多余的渗透剂，经干燥后，再在工件表面施涂吸附介质—显像剂;同样在毛细作用下，显像剂将吸引缺陷中的渗透剂，即渗透剂回渗到显像剂中;在一定的光源下(黑光或白光)，缺陷处的渗透剂痕迹被显示(黄绿色荧光或鲜艳红色)，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。内部资料，严禁外传1.2、检测步骤：20世纪30年代20世纪60、70年代当今•煤油-白粉检测法•美国研究人员将荧光染料加入渗透剂中，提高灵敏度，形成三大无损检测方法之一；•发展高峰，研制出可检测微米级宽度的表面裂纹，且基本无毒害；•渗透检测应用成熟、大型规模化设备运用于检测中，形成自动化或半自动化检测线；2、渗透检测的发展与现状PT规模化标准化环保化无毒型、无刺激性的PT环保检测器材检测设备和器材自动化、规模化新材料、新工艺和方法的检测标准制定与修订渗透检测发展方向3、渗透检测方法的分类问题：请解释IIIBB渗透法；注：该分类来源于ISO3452-2:2006（E）标准；3.1、根据渗透剂所含染料成分分类•根据渗透剂所含染料成分，渗透检测分为荧光渗透检测法、着色渗透检测法和荧光着色渗透检测法，简称为荧光法、着色法和荧光着色法三大类。着色法荧光法3.2、根据渗透剂去除方法方类•根据渗透剂去除方法，渗透检测分为水洗型、后乳化型和溶剂去除型三大类。水洗型渗透法是渗透剂内含有一定量的乳化剂，工件表面多余的渗透剂可直接用水洗掉。有的渗透剂虽不含乳化剂，但溶剂是水，即水基渗透剂，工件表面多余的渗透剂也可直接用水洗掉，它也属于水洗型渗透法。后乳化型渗透法的渗透剂不能直接用水从工件表面洗掉，必须增加一道乳化工序，即工件表面上多余的渗透剂要用乳化剂“乳化”后方能用水洗掉。溶剂去除型渗透法是用有机榕剂去除工件表面多余的渗透剂。3.3、根据显像剂类型分类•根据显像剂类型，渗透检测分为干式显像法、湿式显像法两大类。干式显像法是以白色微细粉末作为显像剂，施涂在清洗并干燥后的工件表面上。湿式显像法是将显像粉末悬浮于水中(水悬浮显像剂)或溶剂中(溶剂悬浮显像剂)，也可将显像粉末溶解于水中(水溶性显像剂)。此外，还有塑料薄膜显像法;也有不使用显像剂，实现自显像的。着色渗透检测法常用器材：3.4.各分类方法渗透检测操作的基本步骤•渗透检测一般应在冷热加工之后，表面处理之前以及工件制成之后进行。基本步骤见图1-2。后乳化型渗透检测分为亲油型后乳化渗透检测及亲水型后乳化渗透检测两种：4、渗透检测工作质量及体系灵敏度分辨力PT可靠性仪器方法环境人员•渗透检测体系的灵敏度:指渗透检测体系发现缺陷大小的能力。渗透检测时，缺陷可供测量的尺寸是:缺陷长度;渗透检测显示的缺陷迹痕宽度比缺陷实际宽度大很多倍;渗透检测质量验收标准中，用于评定的是缺陷迹痕长度，它大于缺陷的实际长度。•渗透检测体系的分辨力:指渗透检测体系探测缺陷几何特性(尺寸、形状、位置)的能力。众所周知，缺陷迹痕宽度直接影响分辨力。渗透检测时，缺陷迹痕宽度随着显像时间的延长，会变宽，使分辨力下降。5、渗透检测的优点和局限性优点：•渗透检测可以检查金属(钢、耐热合金、铝合金、镁合金、铜合金)和非金属(陶瓷，塑料)工件的表面开口缺陷，例如，裂纹、疏松、气孔、夹渣、冷隔、折叠和氧化斑疤等。这些表面开口缺陷，特别是细微的表面开口缺陷，一般情况下，直接目视检查是难以发现的。•渗透检测不受被检工件材质的限制。渗透检测可以检查磁性材料，也可以检查非磁性材料，可以检查黑色金属，也可以检查有色金属，还可以检查非金属。•渗透检测不受被检工件结构限制。渗透检测可以检查焊接件或铸件，也可以检查压延件和锻件，还可以检查机械加工件。•渗透检测不受缺陷形状(线性缺陷或体积型缺陷)、尺寸和方向的限制。只需一次渗透检测，即可同时检查开口于表面的所有缺陷。局限性•1）渗透检测无法或难以检查多孔的材料，例如粉末冶金工件;2）不适用于检查因外来因素造成开口被堵塞的缺陷，例如工件经喷丸处理或喷砂，则可能堵塞表面缺陷的“开口”，见图1-3。•3）难以定量的控制检测操作质量，多凭检测人员的经验、认真程度和视力的敏锐程度。6、表面缺陷无损检测方法的比较•渗透检测、磁粉检测和涡流检测都属于表面缺陷无损检测方法，但其方法原理和适用范围区别很大，并且有各自独特的优点和局限性。所以无损检测人员应熟悉掌握这三种检测方法，并能根据工件材料、状态和检测要求，选择合理的方法进行检测。如磁粉检测对铁磁性材料工件的表面和近表面缺陷具有很高的检测灵敏度，可发现微米级宽度的小缺陷，所以承压设备对铁磁性材料工件表面和近表面缺陷的检测宜优先选择磁粉检测，确因工件结构形状等原因不能使用磁粉检测时，方可使用渗透检测或涡流检测。什么是渗透检测？原理，应用范围？渗透剂和显像剂及其方法的分类？优缺点？局限性？小结：123第二章、渗透检测的物理化学基础•2.1分子论•2.2表面张力与表面张力系数•2.3润湿现象•2.4毛细现象•2.5吸附现象•2.6溶解现象•2.7表面活性与表面活性剂•2.8渗透检测中的光学基础知识2.1分子论2.1.1、分子运动论•分子是能独立存在并具有本物质化学性质的最小粒子。除一些有机物质的大分子外，一般分子很小。我们在研究分子的时候。通常把分子假定是球形的，用直径来表示它的大小。一般分子的直径约为10-10m数量级。例如，水分子的直径约为4×10-10m，质量约为3×10-26kg。•运用分子运动和分子的相互作用来论述物质的某些性质〔例如液体表面张力、润湿，毛细作用)的理论叫分子运动论。•1）宏观物体由大量分子组成•2）分子在永不停息地运动•3）分子间存在相互作用力2.1.2.最小能量理论1）分子动能•运动着的分子具有动能。分子的运动是杂乱的。在同一时刻，物体内各个分子的运动方向不同，运动的速率也不同，每个分子的动能自然也不同。在研究热现象时，有意义的不是单个分子的动能，而是物质内所有分子的动能的平均值。我们把物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能。•从分子运动论的观点看，分子热运动越激烈，分子的平均动能就越大，物体的温度也就越高。所以，温度是物体分子平均动能的标志。2）分子势能•由于分子间存在相互作用力，因此分子具有由它们的相对位置所决定的势能，这就是分子势能。•如果分子间的距离大于r0。它们间的相互作用是引力，分子势能随着分子间的距离增大而增加;如果分子间的距离小于r0，它们间的相互作用是斥力，分子势能随着分子间的距离减小而增加。3）物体的内能•物体里所有分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。任何物体都是由永不停息运动着而且互相作用着的分子构成，所以，任何物体都有内能。•物体的内能是可以改变的。例如温度改变时，因为物体分子无规则运动的动能改变了，所以内能也随着改变。又例如体积、形状或物态改变时，因为物体分子的相对位置改变了，分子的势能改变了，所以内能也随着改变。•若干物体的内能越低(小)，由若干物体所构成的系统的能量相应就越低(小)，系统就越稳定。•自然界各物体都有使其能量最小，从而使各系统变得最稳定的趋势，这就是最小能量理论。2.1.2、自然界的三种物质形态•气体分子间的平均距离很大，分子间的自由程比分子本身大许多倍，分子的热运动平均动能可轻易克服分子间的吸引力。因此，气体分子极易向各方向扩散并充满所给的容器。•固体中每一个质点(原子、离子)在自己的乎衡位置附近振动，互相之间有很大的吸引力。因此，在固体内，分子不容易扩散。•液体中分子排列比气体紧密得多，分子间的相互作用力较大，但分子热运动的平均动能不足以克服分子间的作用力，因而液体具有一定的体积。同时，液体内部存在着分子可移动的空“位置”。因此，液体结构形状可变，若置于不同形状的容器中，在液体自身重量的作用下，它就取与该容器相同的外形。2.2表面张力与表面张力系数2.2.1.概念•存在于液体表而，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力；表面张力实验示意图见图2-2：LfmgF式中，f----表面张力;m----所挂物体的质量;g----重力加速度;L----活动边AB(液面边界线)长度;----表面张力系数。由上式可知，表面张力一般以表面张力系数表示，表面张力系数可定义为单位长度上的表面张力。它的作用方向与液体表面相切。表面张力系数是液体的基本物理性质之一，通常以毫牛顿/米或牛顿/米为单位。•一般而言，表面张力系数与液体的种类和温度有关。一定成分的液体，在一定的温度和压力下有一定的表面张力系数a值。不同液体，a值不同;同一液体，表面张力系数a随温度上升而下降;但有少数金属熔融液体的表面张力系数值随温度上升而增高，例如铜、锡等金属的熔融液体。容易挥发的液体与不容易挥发的液体相比，其表面张力系数a更小。含有杂质的液体比纯净的液体的表面张力系数a要小。2.2.2.表面张力的产生机理1）液体的表面层•液体的表面层是指在液-气界面上与气体接触的液体薄层，它是由液体表面分子和液体近表面分子组成的。液体表面层分子和内部分子相互作用示意图见图2}3。相临分子间，分子作用力所能达到的最大距离叫分子作用半径，在图2-3中用r表示。半径为r的球形作用范围叫分子作用球。•每一个到液面的距离小于分子作用半径r的分子，都受到一个指向液体内部的力的作用，而这些分子组成的表面层，即由表面分子及近表面分子组成的液体表面层，都受到垂直于液面而且指向液体内部的力的作用。这种作用力就是液体表面层对整个液体施加的压力，其实质是液体分子间的作用力。根据最小能量理论，液体表面越小，则受到这种力作用的分子数目越少.系统的能量相应就越低，系统就越稳定。于是液体表面有自行收缩的趋势。2）液体表面层对液体整体施加的压力3）液体表面分子间表现为相互吸引力•液体里的分子是在不停地振动着。在液体内部，每一个分子的周围都有许多别的分子，所以当一个分子从平衡位置向某一方向运动的时候，它就受到它所离开的那方向的分子的拉引，同时还受到它所靠拢的那方向的分子的推斥。可是，在液体表面的分子，当它从平衡位置向外运动的时候，只受到液体内部分子的拉引(气体分子对它的作用力很小，可以略去不计);因此，它所受的使它回到平衡位置的力就比在液体内部小些，这就使液体表面层的分子振动的振幅比起液体内部大些，分子间的距离也就大些。以此可知，液体表面层分子的分布要比液体内部稀疏些。•液体的表面张力是跟液面相切的。知果液面是平面，表面张力就在这个平面上，如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。作用到任何一部分液面上的表面张力，总是跟这部分液面的分界线垂直的。4）液体分子间的相互作用力是表面张力产生的原因•综上所述，处于液体表面的分子受到一种垂直指向液体内部的压力，液体的表面越小，则受到这种压力的分子的数目就越少，系统的能量相应地就越低，于是液体表面有自行收缩的趋势;另外，处于液体表面的分子，分布比较稀疏.表面分子间存在相互吸引的力。这样，就使得液体表面能够实现自行收缩。这些就是液体表面张力的产生机理。液体分子间的相互作用力(内聚力)是表面张力产生的根本原因。2.2.3.表面过剩自由能•所谓“能”是物体做“功”的本领的物理量。“功”的概念是由两个因