NDT渗透检测

第2章渗透检测表面物理基础
• 一般地说，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 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； 但有少数的熔融液体的表面张力系数α随温度的上 升而增高，例如铜、镉等金属的熔融液体。 • 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α更小。 • 含有杂质的液体比纯净的液体的表面张力系数要小。 • 正如液体的自由表面有表面张力一样，液—液界面
•
F=mg= f =αL ………………………………（2-1）
第2章渗透检测表面物理基础
• 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 基本物理性质之一，它的法定单位是N/m（牛顿/ 米）。 • 液体表面张力系数小，液体表面能小，液体容易 挥发。
第一章 绪论
1.1 渗透检测的发展简史和现状 1.1.1渗透检测的定义和作用
• 渗透检测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。 • 五种常规无损检测方法 射线检测（RT）检测内部缺陷 超声检测（UT）检测内部缺陷 磁粉检测（MT）检测表面及近表面缺陷 渗透检测（PT）检测表面开口缺陷 涡流检测（ET）检测表面及表层缺陷
在液-固界面与界面处液体表面的切线所夹的角叫接触角，
常用θ表示。 接触角也可定义为液-固界面经过液体内部到液气界面之 间的夹角。
第2章渗透检测表面物理基础
• 2.3.2接触角和润湿方程
• 当液滴停留在固体平面上时，三种界面张力相 平衡，它们之间的关系为：
γS-γSL=γLcosθ
式中，γS ─ 固体与气体的界面张力 γL ─ 液体的表面张力 γSL ─ 固体与液体的界面张力 θ ─ 接触角
相应的介质是气体、液体和固体。不同的物质介 质相接触时，出现界面。一般存在如下几种界面： 液—气界面、固—气界面、液—液界面和液—固 界面。人们习惯把有气体参与的相界面叫表面，
第2章渗透检测表面物理基础
• • • • 2.2 表面张力和表面张力系数 2.2.1表面张力与表面张力系数的概念 液体表面有收缩到最小的趋势 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。
第2章渗透检测表面物理基础
• 2.1.2物体的内能 • 1.分子动能 运动着的分子都有不同的动能。把物 体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能。 • 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。 • 3.分子内能 物体里所有分子的动能和势能的总和 叫做物体的内能。物体的内能随温度、体积、形状和 物态的改变而变化。 • 2.1.3自然界的三种状态 • 自然界有三种物质形态，即气态、液态和固态，
与液固界面等两相之间的界面也有类似的界面张力。 两项之间的化学特点越接近，它们之间的界面张力
第2章渗透检测表面物理基础
• 2.3 润湿现象 • 2.3.1 润湿现象
• 表面上一种流体被另一种流体所取代的过程就是润 湿。 • 润湿作用必然涉及三相，而至少其中两项为流体。 • 润湿现象是固体表面上的气体被液体取代的表面及 界面现象，有时是一种液体被另一种液体所取代的 表面及界面过程。 • 因为水或水溶液是特别常见的取代气体的液体，所 以，一般就把能增强水或水溶液取代固体表面空气 的物质称为润湿剂。
• 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
第1章 绪论
• 1.2 渗透检测的基础知识 • 1.2.1 渗透检测的基本原理 • 渗透检测是基于液体的毛细作用（或毛细现
象）和固体染料在一定条件下的发光现象。 • 渗透检测的工作原理是：工件表面被施涂含 有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细作 用下，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
第2章渗透检测表面物理基础
将一滴液体滴在固体平面上，可有三种界面， • 2.3.2接触角和润湿方程 即液－气，固－气及固－液界面。与该三种 界面一一对应，存在三种界面张力。液－气 界面张力实际上是液体的表面张力，它力图 使液体表面收缩，用γL表示，固－气界面存 在固体与气体的界面张力，它力图使液滴表 面铺开，用γS表示，固－液界面存在固体与 液体的界面张力，它力图使液滴表面收缩， 用γSL表示。
第1章 绪论
• 1.2.4 渗透检测工作质量及体系
• 渗透检测体系包括：使用的设备仪器(渗透装 置、乳化装置、显像装置、黑光灯）、渗透检 测剂（渗透剂、乳化剂、显像剂、去除剂）、 工艺方法（渗透、去除、显像与水洗法、后乳 化法、溶剂去除法）、环境条件（水源、电源、 气源、暗室、光源）及操作人员的技术资格水 平。
检测工件
检测速度 检测缺陷类别 缺陷显示 缺陷显示方式
铸件、焊接件、锻件、压延件
较慢
锻件、压延件、铸件、焊接件、机加工件、 管材、线材、使用中工件 管材、棒材 快 最快 裂纹、材质变化、厚度变化 不直观 检测线圈电压、相位变化 电压表、示波器、记录仪 较低 轻
裂纹、疏松、针孔、夹渣、折 裂纹、发纹、白点、折叠、夹渣 叠、冷隔 直观 渗透剂的回渗 直观 磁粉附着 磁粉 高 较轻
第1章 绪论
• 3、根据显像剂类型的分类： • a 干粉显像剂 • b 水溶解显像剂 • c 水悬浮显像剂 • d 溶剂悬浮显像剂 • e 自显像
另外，根据渗透检测灵敏度的分类： • 很低级、低级、中级、高级、超高级
第1章 绪论
• 1.2.3 渗透检测操作的基本步骤
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 渗透检测的时机 • 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。
第2章渗透检测表面物理基础
• 常用液体材料的表面张力系数（20℃）
液体名称 水 表面张力系数/(103N/m) 73.2 液体名称 乙酸乙酯 表面张力系数/(103N/m) 27.9
乙醇
苯 煤油 松节油 硝基苯
23
28.9 23 28.8 43.9
甲苯
乙醚 苯杨酸甲酸 丙酮 四氯乙烯
28.4
17 41.5 23.7 35.6
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
– 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）
第1章 绪论
• 1、根据渗透剂所含染料成分分类： • Ⅰ 荧光渗透检测 • Ⅱ 着色渗透检测 • Ⅲ 荧光着色渗透检测 • 2、根据渗透剂去除方法分类： • A：水洗型 • B：亲油型后乳化型 • C：溶剂去除型 • D：亲水型后乳化型
第1章 绪论
渗透检测 磁粉检测 • 1.3 表面缺陷无损检测方法的比较 项目 方法 涡流检测
工作原理
应用范围 检测对象 检测材料
毛细管作用
无损检测 表面开口缺陷 任何非多孔性材料
磁力作用
无损检测 表面及近表面缺陷 铁磁性材料
电磁感应作用
无损检测、测厚、材质分选、 导电率 表面及表层缺陷（物理量） 导电材料
第2章渗透检测表面物理基础
• • • • 3.表面张力系数 表面张力系数可定义为单位长度上的表面张力。 表面张力一般可以表面张力系数表示。 表面张力试验如图2-2示意图。
第2章渗透检测表面物理基础
EMNF是金属框，AB是活动边，假设AB边同连 接的两边的摩擦力忽略不计。把液体做成液膜， 框在AMNB内，为保持平衡不收缩，由于液体表 面存在表面张力，而表面张力的方向总是与液面 相切指向使液面缩小的方向，因此，AB边就会 在表面张力作用下向液面缩小的方向移动。若液 面的宽度为L，L越大，则表面张力f也越大，为 保持平衡，就必须施加一适当的与液面相切的力 F于宽度为L的液面上，平衡时，这两个力大小相 等方向相反，令AB为L，则有：
第1章 绪论
• 渗透检测的基本操作步骤
第1章 绪论
• 1.2.2 渗透检测方法的分类
渗透剂 分类 名称 荧光渗透检测 着色渗透检测 荧光、着色渗透检 测 分类 A B C D 渗透剂的去除 名称 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 分 类 a b c d e 显像剂 名称 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
• 50年前代后美国推出军方规范 MIL-I-6866 《渗透检测方法》 MILI-25135 《渗透检测试验材料》 • 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）
第1章 绪论
• 1.1.4 国内渗透检测的现状
• 基本步骤
• 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
第1章 绪论
第1章 绪论
• 1.2.4 渗透检测工作质量及体系
• 渗透检测的工作质量取决于渗透检测体系的灵 敏度、分辨力及可靠性。 • 渗透检测体系的灵敏度：渗透检测体系发现缺 陷大小的能力。缺陷尺寸：长度、宽度。显示 痕迹大于实际缺陷。 • 渗透检测体系的分辨力：渗透检测体系探测缺 陷几何特性(尺寸、形状、位置）的能力。 • 渗透检测体系的可靠性：渗透检测体系检出缺 陷与受检工件真是缺陷之间的对应性。
第1章 绪论
1.2.5 渗透检测的优点和局限性 • 渗透检测的优点 • 不受被检工件化学成分限制。可检测磁性 材料、非磁性材料、黑色金属、有色金属、 非金属。 • 不受工件结构限制。可检测焊接件或铸件， 也可检查压延件和锻件、机加工件。 • 不受缺陷形状（线性缺陷或体积型缺陷）、 尺寸和方向的限制。 • 渗透检测的局限性
缺陷显示用器 渗透剂、显像剂 材 检测灵敏度 污染 较高 较重
第2章渗透检测的物理化学基础
2.1 分子运动论与物体的内能 2.1.1分子运动论 分子是具有物质化学性质的最小粒子 分子在永不停息地运动着 分子之间存在相互作用力 运用分子运动和分子的相互作用来 论述物质的某些性质（如液体的表面张力、润 湿与不润湿、毛细作用）的理论叫分子运动论。
• 液体分子间的互相作用力是表面张力产生的根本
原因。
第2章渗透检测表面物理基础
• 2.表面张力的产生机理
以右图所示，液体内部和表面层分 子的受力状况。A代表内部分子，B代表 近表面层分子，C代表表面层分子。 那么分子A受分子作用球内的所有分子各个方向力的作用，这些力是互相 抵消的，合力为零。B分子靠近表面，其分子作用球已有一小部分进入气相， 气相分子之间的作用力小于液相，因此，分子B就受到一种垂直指向液体内部 的吸引力，叫做内聚力。而C分子在液体的表面，其作用球已有大半个超出液 体表面，它所受的内聚力更大。 在气液界面，存在一个液体的表面层，它是由一个距液面的距离小于分子作 用半径的分子组成的。所有液体表面层的分子都受到内聚力的作用，这种作用 力就是表面层对整个液体施加的压力，方向总是指向液体内部，垂直于液面， 在该力的作用下，有如在液体表面形成一层紧缩的弹性薄膜，这层弹性薄膜总 是使液面自由收缩，有使其表面积减小的趋势，这就是表面张力产生的原因。
第一章 绪论
• 1.1.2 渗透检测的发展简史
• 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
第一章 绪论
• 1.1.3 国外渗透检测的现状
第一章 绪论
• 渗透检测是一种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。渗透检测是产品制造中实现质 量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生 产率的重要手段，也是设备维护中不可缺少的 手段。 • 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。