渗透检测(相关知识)课件

渗透检测渗透检测1 渗透检测基础知识渗透检测基础知识1.1 渗透探伤定义渗透探伤定义Penetrant Testing 简称简称PT 渗透探伤是以毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺陷的一种无损检测方法。1.2 渗透探伤的工作原理和操作步骤渗透探伤的工作原理和操作步骤工作原理工作原理：零件表面被施加含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间的渗透，渗透液可以渗进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液和干燥后；再在零件表面施加显象剂；同样，在毛细管作用下，显象剂将吸引缺陷中的渗透液，即渗透液回渗到显象剂中；在一定的光源下（黑光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示（黄绿色荧光或红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。操作步骤操作步骤 见图1-11 渗透：应根据零件大小、形状、数量和检查部位选择喷涂，刷涂，浇涂，浸涂将渗透剂施加到工件表面。所选方法应保证被检部位完全被渗透液覆盖，并在整个渗透时间内保持润湿。2 去除 将多余的渗透剂从零件表面去除。3 显像 显象的过程是把显象剂施加到工件表面，将缺陷处的渗透液吸附到零件表面，产生清晰可见的缺陷图像。4 观察显像后在一定的光照条件下就可以就可以看到缺陷的痕迹显示，称为观察。1.3 渗透探伤的分类渗透探伤的分类1 根据渗透液所含染料成分分类根据渗透液所含染料成分，可分为荧光法、着色法、着色荧光法三大类。渗透液内含有荧光物质，缺陷图像在紫外线下能激发荧光的为荧光法。渗透液内含有有色染料，缺陷图像在白光或日光下显色的为着色法。此外，还有一类渗透剂使用特殊的染料，缺陷图像既可以在可见光下显色，又可以在紫外线下又激发出荧光。2 根据渗透液去除方法分类根据渗透液去除方法，可分为水洗型、后乳化型和溶剂去除型。水洗型渗透法所用渗透液内含有一定量的乳化剂，零件表面多水洗型渗透法所用渗透液内含有一定量的乳化剂，零件表面多余的渗透液可直接用水铣掉。有的渗透液虽不含乳化剂，但溶余的渗透液可直接用水铣掉。有的渗透液虽不含乳化剂，但溶剂是水，即水基渗透液，零件表面多余的渗透液也可直接用水剂是水，即水基渗透液，零件表面多余的渗透液也可直接用水洗掉，洗掉，它也属于水洗型渗透法。后乳化型渗透法所用渗透液它也属于水洗型渗透法。后乳化型渗透法所用渗透液不能直接用水从零件表面洗掉，必须增加一道乳化工序，即零不能直接用水从零件表面洗掉，必须增加一道乳化工序，即零件表面上多余的渗透液要用乳化剂件表面上多余的渗透液要用乳化剂“乳化乳化”后方能用水洗掉。后方能用水洗掉。在溶剂去除型渗透法中，要用有机溶剂去除零件表面多余的渗在溶剂去除型渗透法中，要用有机溶剂去除零件表面多余的渗透液。透液。按以上两种分类方法，可组合成六种渗透探伤方法，即：按以上两种分类方法，可组合成六种渗透探伤方法，即：(1）水洗型荧光渗透探伤法。）水洗型荧光渗透探伤法。(2）后乳化型荧光渗透探伤法。）后乳化型荧光渗透探伤法。(3）溶剂去除型荧光渗透探伤法。）溶剂去除型荧光渗透探伤法。(4）水洗型着色渗透探伤法。）水洗型着色渗透探伤法。(5）后乳化型着色渗透探伤法。）后乳化型着色渗透探伤法。(6）溶剂去除型着色渗透探伤法。）溶剂去除型着色渗透探伤法。3 根据显像的种类分类在渗透探伤中，显像的方法主要有有湿式显像、快干式显像、在渗透探伤中，显像的方法主要有有湿式显像、快干式显像、干式显像和自显像显像四种。干式显像和自显像显像四种。（1）湿式显像法湿式显像法包括水溶式，水悬浮式，溶剂悬浮式（速干式），薄膜式（干包括水溶式，水悬浮式，溶剂悬浮式（速干式），薄膜式（干粉悬浮于树脂清漆中）。将湿式显像剂施加到工件表面，干燥粉悬浮于树脂清漆中）。将湿式显像剂施加到工件表面，干燥后在工件表面就形成一层白色显像薄膜，由白色显像薄膜吸出后在工件表面就形成一层白色显像薄膜，由白色显像薄膜吸出缺陷中的渗透液而形成显示痕迹。这种方法适合于大批量工件缺陷中的渗透液而形成显示痕迹。这种方法适合于大批量工件的探伤，其中水洗型荧光渗透探伤法用得最多。但必须注意，的探伤，其中水洗型荧光渗透探伤法用得最多。但必须注意，缺陷显示痕迹是会扩散的，所以随着时间的推移，痕迹大小和缺陷显示痕迹是会扩散的，所以随着时间的推移，痕迹大小和形状会发生变化。形状会发生变化。（2）干式显像法）干式显像法干显像法是直接使用干燥的白色显像粉末（干粉显象剂为白色干显像法是直接使用干燥的白色显像粉末（干粉显象剂为白色无机粉末，如氧化镁、氧化锌、碳酸钙、氧化钛粉末等）。无机粉末，如氧化镁、氧化锌、碳酸钙、氧化钛粉末等）。一般与荧光液配合使用。一般与荧光液配合使用。作为显像剂的一种方法。显像时，直接把白色显像粉末喷洒到作为显像剂的一种方法。显像时，直接把白色显像粉末喷洒到试件表面，显像剂附着在试件表面上并从缺陷中吸出渗透液形试件表面，显像剂附着在试件表面上并从缺陷中吸出渗透液形成显示痕迹。用这种方法，缺陷部位附着的显像剂粒子全部附成显示痕迹。用这种方法，缺陷部位附着的显像剂粒子全部附在渗透剂上，而没有渗透剂的部分就不附着显像剂。因此，显在渗透剂上，而没有渗透剂的部分就不附着显像剂。因此，显像痕迹不会随着时间的推移发生扩散而能显示出鲜明的图像。像痕迹不会随着时间的推移发生扩散而能显示出鲜明的图像。这种显像方法在后乳化型荧光渗透探伤和水洗型荧光渗透探伤这种显像方法在后乳化型荧光渗透探伤和水洗型荧光渗透探伤中用得较多。而着色渗透探伤法，其显示痕迹的识别性能很差，中用得较多。而着色渗透探伤法，其显示痕迹的识别性能很差，所以不适于干式显像法。所以不适于干式显像法。(3）自显像法）自显像法是在清洗处理之后，不使用显像剂来形成缺陷显示痕迹的一种是在清洗处理之后，不使用显像剂来形成缺陷显示痕迹的一种方法。它在用高辉度荧光渗透液水洗型荧光渗透探伤法中，或方法。它在用高辉度荧光渗透液水洗型荧光渗透探伤法中，或者在把试件加交变应力的同时作渗透检测的方法中使用。这种者在把试件加交变应力的同时作渗透检测的方法中使用。这种方法与干式显像法一样，其缺陷显示痕迹是不会扩散的。方法与干式显像法一样，其缺陷显示痕迹是不会扩散的。4 各种渗透探伤方法的优缺点各种渗透探伤方法的优缺点 着色法只需在白光或日光下进行，在没有电源的场合下也能着色法只需在白光或日光下进行，在没有电源的场合下也能工作，荧光法需要配备黑光灯和暗室，无法在没电的场合下工作，荧光法需要配备黑光灯和暗室，无法在没电的场合下工作。工作。水洗型渗透适于检查表面较粗糙的零件（铸造件、螺拴、齿水洗型渗透适于检查表面较粗糙的零件（铸造件、螺拴、齿轮、键槽等），操作简便，成本较低，特别适合批量零件的轮、键槽等），操作简便，成本较低，特别适合批量零件的渗透检测。而对于水基渗透液可以检查不能接触油类的特殊渗透检测。而对于水基渗透液可以检查不能接触油类的特殊零件（液氧容器）零件（液氧容器）后乳化型渗透适于表面光洁，灵敏度要后乳化型渗透适于表面光洁，灵敏度要求高的零件，例如发动机涡轮片，涡轮盘等，特别是后乳化求高的零件，例如发动机涡轮片，涡轮盘等，特别是后乳化型荧光法配合溶剂悬浮式显象被认为是灵敏度最高的一种渗型荧光法配合溶剂悬浮式显象被认为是灵敏度最高的一种渗透方法。透方法。溶剂去除型着色法由于可以使用在没有水和电的场合，因而溶剂去除型着色法由于可以使用在没有水和电的场合，因而应用非常广泛，特别是喷罐使用，可简化操作，适用于大型应用非常广泛，特别是喷罐使用，可简化操作，适用于大型零件的局部检测（如锅炉、压力容器的焊缝检测等），该法零件的局部检测（如锅炉、压力容器的焊缝检测等），该法成本较高，不适于大批量零件的渗透检测。成本较高，不适于大批量零件的渗透检测。2 渗透探伤的物理化学基础渗透探伤的物理化学基础2.1 表面张力和表面张力系数表面张力和表面张力系数 体积一定的几何形体中，球体的表面积最小。因此，一定量的液体从其它形状变为球形时，就伴随着表面积的减小。另外，液膜也有自动收缩的现象。这些都说明液体表面有收缩到最小面积的趋势。这是液体表面最基本的特性。根据力学知识，液体能够从其它形状变为球形是由于有力的作用。把这种存在于液体表面，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力。表面张力一般用表面张力系数表示。表面张力系数为任一单位长度上的收缩表面的力，也常称为表面张力。它和液体表面相切且垂直于液体边界。它是液体的基本性质之一，以牛顿/米（N/m）为单位。一定成分的液体，在一定的温度下有一定的表面张力系数 值。不同的液体，值是不同的。一般液体的 值随温度上升而下降；少数金属熔融液体（铜、镉）的表面张力系数随温度上升而增高。容易挥发的液体，表面张力系数更小，含有杂质的 值也小。表面张力的产生机理 液体分子间的作用力 液体表面层分子和内部分子互相作用示意图如图2-1。图2-1 液体表面层和内部分子的互相作用分子作用半径r：分子作用力所能达到的最大距离，图2-1分子作用球：半径为r的球形作用范围。在图2-1中，MN为液体与气体的分界面，A、B及C为液体中处于不同位置的分子。分子A处于液体内部，分子B靠近液体表面，分子C处于液体表面。分子B距液体表面MN的距离小于分子作用半径r，分子C距表面MN的距离为0，即分子作用球只有一半部分在液体内部，而另一半部分在液体之外。在液体之外，分子作用力就是液面上的气体分子对分子B和C的作用力，其大小与液体内分子作用力相比可以忽略不计。在液体内部，分子B、C的分子作用球内的分子，对分子B、C的作用力较大，不能忽略。因此，分子B、C的合力不为零。合力R的方向指向液体内部。分子距离液面MN距离越小，合力R就越大。分子A处于液体内部，在液体中有大量的其它分子处于分子A的分子作用球内，这些分子作用于分子A上的引力指向各个不同方向，总体上这些引力是互相抵消的，其合力为零。所以，在图2-1中，R1R2R3 综上所述，每一个到液体表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。液体表面越小，受到这种力作用的分子数目越少，系统的能量相应越低，系统就越稳定。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，表面分子间存在互相吸引的力，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产生的机理。因此，液体分子间的互相作用力是表面张力产生的根本原因。2.2 润湿现象润湿现象1 润湿（或不润湿）现象 润湿作用是一种表面及界面过程。普遍而言，表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程就是润湿。因此，润湿作用必然涉及三相，而其中至少两相为流体。一般情况下，润湿是指固体表面上的气体被液体取代，有时是一种液体被另一种液体所取代。润湿现象是固体表面结构与性质，固液两相分子间相互作用等微观特性的宏观表现。润湿液体装在容器里，靠近容器壁处的液面呈凹面，不润湿液体装在容器里，靠近容器壁处的液面呈凸面，容器的内径越小，这种现象越显著。见图2-2所示。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。2 润湿方程与接触角图2-3，将一滴液体滴在固体平面上，可有三种界面，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L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S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SL表示。接触角：接触角：液固界面经过液体内部到液气表面之间的夹角，用 表示。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：此式是润湿的基本公式，常称为润湿方程。经变换，公式可变为：3 润湿的三种方式和四个等级 沾湿润湿、浸湿润湿、铺展润湿 当180时，发生沾湿润湿；当90，发生浸湿润湿；当0，发生铺展润湿。当接触角为0，即cos1时，液滴在固体表面接近于薄膜的形态，此情况称为完全润湿。当接触角在0和90 之间，即 0cos1 时，液滴在固体表面上成为小于半球形的球冠，这种情况称为润湿。当接触角在90和180 之间，即 1cos0 时，液滴在固体表面上成为大于半球形的球冠，这种情况称为不润湿。当接触角为180，即 cos1 时，液滴在固体表面上成为球形，它与固体之间仅有一个接触点，这种情况称为完全不润湿。同一种液体，对不同的固体而言，它可能是润湿的，也可能是不润湿的。在液体中加入表面活性剂，则液体的表面张力变小，接触角变小，润湿性能提高。润湿现象所反映的润湿性能综合反映了液体的表面张力和接触角两种物理性能指标。2.3 毛细现象 1 毛细现象 润湿液体在毛细管中呈凹面并且上升，不润湿液体在毛细管中呈凸面并且下降的现象，称为毛细现象。毛细现象并不局限于一般意义上的毛细管，例如两平行板间的夹缝，各种各样的棒、纤维、颗粒堆积物的空隙都是特殊形式的毛细管。2 毛细现象中的液面高度毛细现象中的液面高度 毛细管在润湿液体中，由于润湿作用，靠近管壁的液面就会上升，形成表面凹下，在弯曲液面的附加压强下，液体表面向上收缩，而形成平面；随后，润湿作用又起主导作用，靠近管壁的液面又上升，重新形成表面凹下的弯曲液面，弯曲液面在附加压强的作用下又上升。如此循环，使毛细管的液面逐渐上升，一直到向上的弯曲液面附加压强的作用力与毛细管内升高的液柱重量相等时，达到平衡，才停止上升。毛细管中上升力F上，为毛细管内壁弯曲液面的附加压强产生的压力：F上cos2r 液体的表面张力系数，接触角，r毛细管内壁半径。毛细管中下降力F下，等于液柱的重量：F下r2d g h g重力加速度，d液体密度，h液体在管中上升的高度。液面停止上升时，上升力与下降力平衡，F上F下，即 cos2r r2d g h 整理，得 从上式可以看出，毛细管曲率半径越小，管子越细，则上升高度越高。如果液体不润湿管壁，则管内液面是下降的凸液面，该弯曲液面 对液体的附加压强是指向液体内部，使管内液面将低于管外液面，所下降的高度同样可用该公式计算。缺陷内液面高度缺陷内液面高度 以长a，宽C，深b的狭长细槽作零件上的裂纹模型来分析讨论渗透探伤时渗透液渗入裂纹的毛细现象。裂纹模型如下图，为开口于零件表面的裂纹，但不穿透。当渗透液施加于有表面开口裂纹的零件表面时，具有足够润湿性能的渗透液将润湿裂纹内表面，裂纹内将形成向液体内凹陷的弯曲液面，并在弯曲凹面上产生指向液体外部（裂纹）的附加压强P。裂纹宽度越小，附加压强越大。这个附加压强迫使渗透液向裂纹内渗透的同时，就压缩裂纹内已被渗透液封闭的气体。随着渗透液的不断渗透，裂纹内气体体积将越来越小，而气体的反压强P气将越来越大，直到气体的反压强与液面上的附加压强完全平衡为止。如果考虑零件外部大气压强P0，平衡时有：P P0 P气 要使渗透液完全占有裂纹空间，就必须将裂纹内气体完全排除。3 渗透探伤中的毛细现象渗透探伤中的毛细现象1.渗透与毛细作用渗透与毛细作用 渗透过程中，渗透液对受检表面开口缺陷的渗透作用；实质上是液体的毛细作用。例如，渗透液对表面点状缺陷（如气孔、砂眼等）的渗透，就类似于渗透液在毛细管内的毛细作用；渗透液对表面条状缺陷（如裂纹、夹渣和分层等）的渗透，就类似于渗透液在间距很小的两平行板间的毛细作用。2.2.显像与毛细作用显像与毛细作用 显象过程中，渗透液从缺陷中回渗到显象剂中形成缺陷显示痕迹，也是由于毛细作用。显像剂通常有两个基本功能：吸附足量的从缺陷中回渗到工件表面的渗透剂 通过毛细作用将渗透剂在工件表面横向扩展，放大缺陷显示 提供一个可观察的背景。2.4 吸附现象1.固体表面的吸附（固液界面和固气界面）吸附：物质自一相内部富集于界面的现象即为吸附现象。吸附现象在各种界面上都可发生。当固体和液体或气体接触时，凡能把液体或气体中的某些成分聚集到固体表面上来的现象，就是固体的吸附现象。能起吸附作用的固体称为吸附剂，例如显象剂粉末、活性碳、硅胶、分子筛等；被吸附在固体表面上的液体或气体称为吸附质。例如显象过程中，显象剂粉末吸附缺陷中回渗的渗透液，显象剂粉末是吸附剂，渗透液是吸附质。用吸附量衡量吸附剂的吸附能力，是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质质量，有时也指吸附剂单位表面积上所吸附质量。吸附量数值越大，吸附剂吸附能力越强。固体被用作吸附剂，是因为固体吸附剂有很大的表面积和很大的比表面。2.液体表面的吸附液体表面的吸附 吸附现象不仅发生在固体表面，还可发生在液体表面（液液界面和液气界面）。在溶液吸附中（溶液是吸附剂），作为吸附质使用最广的是能降低表面张力和界面张力的表面活性剂。表面活性剂吸附在水表面上（液气界面）上，能降低水表面的表面张力；表面活性剂吸附在油水界面上，能降低油水界面的界面张力。3.物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附 按照吸附现象的本质，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。按照吸附现象的本质，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。4 渗透探伤中的吸附现象渗透探伤中的吸附现象 显象过程中显象剂粉末吸附从缺陷中回渗的渗透液，从而形成缺陷显示。此吸附现象属于固体表面（固液界面）的吸附，显象剂粉末是吸附剂，回渗的渗透液是吸附质。显象剂粉末越细，比表面越大，吸附量越多，缺陷显示越清晰。另外，由于吸附为放热过程，如果显象剂中含有常温下易挥发的溶剂，当溶剂在显象表面迅速挥发时，能大量吸热，从而促进了显象剂粉末对缺陷中回渗的渗透液的吸附，加快并加剧了吸附显象，可提高显象灵敏度。自乳化渗透法或后乳化渗透法，表面活性剂被当作乳化剂使用，吸附在渗透液水界面，降低了界面张力，使零件表面多余的渗透液得以顺利乳化清洗。表面活性剂分子的“两亲”性质，使其能吸附在油水界面上，降低油水界面的界面张力，使乳化清洗顺利进行。2.5 溶解现象2.5.1 溶解现象及溶解度一种物质均匀的分散到另一种物质中的过程称为溶解。组成的均匀物质称为溶液。大部分渗透探伤剂都是溶液。一定条件下，溶液达到饱和时溶解的溶质的量称为溶解度。2.5.2 渗透剂的浓度渗透剂的浓度是指一定量渗透剂中所含染料的量。表示浓度的方法：质量分数和物质的量浓度。2.5.3 渗透检测与溶解度、浓度着色（荧光）强度的概念 显象剂中的白色粉末构成毛细管，产生毛细作用，吸附渗透液。但是，吸附上来同样数量的渗透液，有的看得见，有的看不见，这是由于渗透液的着色强度或荧光强度不同所致。所谓着色强度或荧光强度，实际上是缺陷内被吸附出来的一定数量的渗透液在显象后显示色泽的能力。它与渗透液中着色染料或荧光染料的种类有关，与染料在渗透液中溶解度有关。着色（荧光）强度用两种方法来度量，一种是用渗透液的消光值K来度量（着色），另一种是用渗透液的临界厚度来度量。渗透液的消光值越大，着色强度就越大，缺陷显示就越清晰。提高渗透液的浓度，就可增大消光值K。（对着色液而言）渗透液的临界厚度，是指被显象剂吸附上来的渗透液，厚度到达某一值时，在增加其厚度，该渗透液的着色（荧光）强度不再增加，此时的液层厚度叫做渗透液的临界厚度。可见，临界厚度越小，着色（荧光）强度就越大，越有利于缺陷的显示。2.6 表面活性与表面活性剂表面活性与表面活性剂 1 表面活性：表面活性：凡能使溶剂的表面张力降低的性质。凡能使溶剂的表面张力降低的性质。2 表面活性剂：表面活性剂：是这样一种物质，它在加入量很少时，是这样一种物质，它在加入量很少时，能大大将低溶剂（一般为水）表面张力或液液界面张力，能大大将低溶剂（一般为水）表面张力或液液界面张力，改变体系界面状态，产生润湿、乳化、起泡及加溶等一系列作用，改变体系界面状态，产生润湿、乳化、起泡及加溶等一系列作用，从而达到实际使用的要求。从而达到实际使用的要求。在右图中，曲线在右图中，曲线1和和2为表面活性物质，曲线为表面活性物质，曲线1为表面活性剂，为表面活性剂，3为非为非表面活性物质。表面活性物质。表面活性剂的分子结构表面活性剂的分子结构 表面活性剂分子一般总是由非极性的亲油疏水的碳氢链表面活性剂分子一般总是由非极性的亲油疏水的碳氢链部分和极性的亲水疏油的基团共同组成的，而且这两部分部分和极性的亲水疏油的基团共同组成的，而且这两部分分处两端，形成不分处两端，形成不 对称的结构。因此，表面活性剂分子是对称的结构。因此，表面活性剂分子是一种两亲分子，具有既亲水又亲油的两亲性质。这种两亲分子能吸一种两亲分子，具有既亲水又亲油的两亲性质。这种两亲分子能吸附在油水界面上，降低油水界面的界面张力；能吸附在水溶液表面附在油水界面上，降低油水界面的界面张力；能吸附在水溶液表面上，降低水溶液的表面张力。上，降低水溶液的表面张力。表面活性剂的亲水性表面活性剂的亲水性 亲水性大小是表面活性剂的一项非常重要的指标。亲水性大小是表面活性剂的一项非常重要的指标。非离子型表面活性剂的亲水性，可用亲水基的分子量大小来表非离子型表面活性剂的亲水性，可用亲水基的分子量大小来表示，称为亲憎平衡值，即示，称为亲憎平衡值，即H.L.B值：值：亲水基部分的分子量亲水基部分的分子量 100H.L.B=表面活性剂的分子量表面活性剂的分子量 5 H.L.B值越高，亲水性越强。值越高，亲水性越强。由于经济上及其它一些方面的原因，工业生产的表面活性由于经济上及其它一些方面的原因，工业生产的表面活性剂从来就不可能制备得很纯，其实也没有必要制备得很纯；剂从来就不可能制备得很纯，其实也没有必要制备得很纯；恰恰相反，表面活性剂中加入另外一种表面活性剂或其它恰恰相反，表面活性剂中加入另外一种表面活性剂或其它添加剂后，比单一的表面活性剂有更好的效果，而且溶液的物理化添加剂后，比单一的表面活性剂有更好的效果，而且溶液的物理化学性质也有明显的变化。学性质也有明显的变化。几种成分的非离子型表面活性剂混合后，其几种成分的非离子型表面活性剂混合后，其H.L.B值为：值为：a、b、c组成混合乳化剂的各表面活性剂的组成混合乳化剂的各表面活性剂的H.L.B值；值；x、y、z各表面活性剂的重量。各表面活性剂的重量。3 表面活性剂的作用表面活性剂的作用 表面活性剂的乳化作用1 乳化现象和乳化剂 由于表面活性剂的作用使本来不能混合到一块的两种液体（油水）能够混合到一起的现象称为乳化现象。具有乳化作用的表面活性剂称乳化剂。2 乳化形式 乳状液是一种液体分散于另一种不相溶的液体中形成的胶体分散体系，外观常呈乳白色不透明液状。乳状液中以液滴形式存在的那一相称为分散相（也称内相、不连续相），另一相是连成一片的，称为分散介质（也称外相、连续相）。常见的乳状液，一般都有一相是水或水溶液，通常称为“水”相；另一相是与水不相溶的有机相，常称为“油”相。外相为水内相为油的乳状液叫做水包油型乳状液（牛奶），以O/W表示；外相为油，内相为水的乳状液叫做油包水型乳状液（原油），以W/O表示。3 渗透探伤中的乳化现象 渗透探伤时，使用后乳化型渗透液，去除零件表面多余的渗透液时，一般使用水包油型乳化剂进行乳化清洗。此时，渗透液是乳化的对象，由于乳化的目的是要将零件表面多余的渗透液清洗掉，故乳化剂还应有良好的洗涤作用。H.L.B值在1115范围内的乳化剂，既具有乳化作用，又有洗涤作用，是比较理想的去除剂。3 渗透检测剂渗透检测剂3.1 渗透液的分类及组分1 渗透液的分类几种特殊类型的渗透液 着色荧光渗透液、过滤性微粒渗透液、化学反应型渗透液、高温下使用的渗透液。2 渗透液的组成成分 渗透液一般由染料、溶剂、乳化剂和多种改善渗透液性能的附加成分所组成。在实际的渗透液配方中，一种化学试剂往往同时起几种作用。（1）红色染料 着色液中所用染料多为红色染料，因为红色染料能与显象剂的白色背景形成鲜明的对比，产生良好的反差。着色液中的染料应满足色泽鲜艳，易溶解、易清洗、杂质少、无腐蚀、对人体无害等。染料有油溶型、醇溶型和油醇混合型等。一般着色液中多使用油溶型偶氮染料。常用的染料有苏丹红、128烛红、223号烛红、荧光桃红、刚果红和丙基红等。其中以苏丹IV使用最为广泛，它的化学名称为偶氮苯。（2）荧光染料 荧光染料是荧光液的关键材料之一。荧光染料应具有很强的荧光，发出的荧光应为黄绿色。同时应耐黑光、耐热和对金属无腐蚀等。荧光染料的荧光强度和波长与所用的溶剂及其浓度有关。荧光液的荧光强度随着浓度的增加而增加，但浓度达到某一数值后，就不再继续增加，甚至会减弱。（3）溶剂 溶剂有两个主要作用：一 溶解染料；二 起到渗透作用。因此，渗透液中所用溶剂应具有渗透能力强，对染料溶解性能好，挥发性小、毒性小、对金属无腐蚀等性能，且经济易得。多数情况下，渗透液都是将几种溶剂组合使用，使各成分的特性达到平衡。溶剂可分为基本溶剂和起稀释作用的溶剂两类。基本溶剂应充分溶剂染料，使渗透液着色（荧光）强度大。稀释剂除具有适当调节粘度与流动性目的外，还起到降低材料费用的作用。基本溶剂与稀释溶剂能否平衡地配合，就直接影响渗透液特性（粘度、表面张力、润湿性能等），是决定渗透性能好坏的重要因素。煤油是最常用的溶剂。它具有表面张力小，润湿能力强等优点，但它对染料的溶解度小。加入邻苯二甲酸二丁酯不仅提高了对染料 的溶解度，又可在较低温度下，使染料不致沉淀出来，此外还可调整渗透液的粘度和沸点，减少溶剂的挥发，使渗透液具有优良的综合性能。乙二醇单丁醚、二乙二酸丁醚常用作偶合溶剂。使渗透液具有较好的乳化性、清洗性和互溶性。染料在溶剂中的溶解度与温度有关，为使染料在低温下不从溶剂中分离出来，还需在渗透液中加入一定量的稳定剂。3 渗透剂的性能渗透剂的性能 渗透剂的综合性能 a 渗透力强，容易渗入零件的表面缺陷中。b 荧光液应具有鲜明的荧光，着色液应具有鲜艳的色泽。c 清洗性好，容易从零件表面清洗掉。d 润湿显象剂的性能好，容易从缺陷中被吸附到显象剂表面，而将缺陷显示出来。e 无腐蚀，对零件和设备无腐蚀性。f 稳定性好，在光与热的作用下，材料成份和荧光亮度或色泽能维持较长时间。g 毒性小，或无毒。h 其它：检查钛合金与奥氏体不锈钢材料时，要求渗透液低氟低氯，检查镍合金材料时，要求渗透液低硫；检查与氧、液氧接触的工件时，要求渗透液与氧不发生反应。渗透液的物理性能 粘度 表面张力和接触角 密度 挥发性 闪点和燃点 电导性 闪点：可燃性液体在温度上升过程中，液面上方挥发出大量可燃性蒸气，这些可燃性蒸气和空气混合，接触火焰时，会出现爆炸闪光现象。刚刚出现闪光现象时，液体的最低温度称为闪点。燃点：指液体加热到能被接触的火焰点燃并能继续燃烧时的液体的最低温度。渗透液的化学性能 a a 化学惰性化学惰性 要求渗透液对被检材料和盛装容器不腐蚀，呈化学惰性。要求渗透液对被检材料和盛装容器不腐蚀，呈化学惰性。注意：水洗型渗透液中乳化剂可能呈弱碱性，可能腐蚀铝镁合注意：水洗型渗透液中乳化剂可能呈弱碱性，可能腐蚀铝镁合金。金。渗透液中硫、钠等元素的存在，在高温下会对镍基合金零件产渗透液中硫、钠等元素的存在，在高温下会对镍基合金零件产生热腐蚀（热脆），渗透液中的卤族元素很容易与钛合金及奥氏生热腐蚀（热脆），渗透液中的卤族元素很容易与钛合金及奥氏体不锈钢材料作用，在应力的作用下，产生应力腐蚀裂纹。体不锈钢材料作用，在应力的作用下，产生应力腐蚀裂纹。b b 清洗性清洗性 c 含水量和容水量含水量和容水量 渗透液总的水含量与渗透液总量之比的百分数称含水量。渗透液渗透液总的水含量与渗透液总量之比的百分数称含水量。渗透液中含水量超过某一极限时，渗透液出现分离、混浊、凝胶或灵敏度中含水量超过某一极限时，渗透液出现分离、混浊、凝胶或灵敏度下降等现象，这一极限值称为渗透液的容水量。下降等现象，这一极限值称为渗透液的容水量。渗透液含水量越小越好，渗透液容水量指标越高，抗水污染能力渗透液含水量越小越好，渗透液容水量指标越高，抗水污染能力越强。越强。d 毒性毒性 e 溶解性溶解性 f 腐蚀性能腐蚀性能 综上所述，粘度、表面张力、接触角与清洗性能等影响渗透液的灵敏度；闪点、燃点、电导性与化学惰性，毒性等涉及操作者的安全及零件和设备的腐蚀。任何一种渗透液，不可能具备一切优良性能，也不能只任何一种渗透液，不可能具备一切优良性能，也不能只用某一项性能来评价渗透液的优劣。用某一项性能来评价渗透液的优劣。4 着色渗透剂着色渗透剂 水洗型着色液水洗型着色液 灵敏度太低，用在极少场合。灵敏度太低，用在极少场合。一种是水基的，另一种是自乳化的。一种是水基的，另一种是自乳化的。后乳化型着色液后乳化型着色液 溶剂去除型着色液溶剂去除型着色液 与速干式显象配合使用，灵敏度与速干式显象配合使用，灵敏度较高。较高。着色渗透液灵敏度较低，不能用于探测临界疲劳裂纹、着色渗透液灵敏度较低，不能用于探测临界疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹或晶间腐蚀裂纹等非常微小的裂纹。应力腐蚀裂纹或晶间腐蚀裂纹等非常微小的裂纹。5 荧光渗透液荧光渗透液 水洗型荧光液水洗型荧光液 （自乳化型荧光液）（自乳化型荧光液）分低、中、高灵敏度。分低、中、高灵敏度。常用水洗型低灵敏度检查铝镁合金铸造件，批量螺拴、键槽、齿常用水洗型低灵敏度检查铝镁合金铸造件，批量螺拴、键槽、齿轮等零件。轮等零件。容易受到水污染。容易受到水污染。后乳化型荧光液后乳化型荧光液 分标准灵敏度、高灵敏度、超高灵敏度。分标准灵敏度、高灵敏度、超高灵敏度。用于表面光洁的，灵敏度要求较高的零件检查。用于表面光洁的，灵敏度要求较高的零件检查。抗水污染能力强，也不易受酸或铬酸的影响。抗水污染能力强，也不易受酸或铬酸的影响。溶剂去除型荧光液溶剂去除型荧光液3.2 去除剂去除剂 水、乳化剂和水、溶剂水、乳化剂和水、溶剂3.2.1 乳化剂乳化剂 分亲水和亲油两大类。分亲水和亲油两大类。若乳化剂的浓度高，乳化能力强，乳化速度快，乳化时间难以控若乳化剂的浓度高，乳化能力强，乳化速度快，乳化时间难以控制且乳化剂拖带损耗大；制且乳化剂拖带损耗大；若浓度低，乳化能力弱，乳化速度慢，乳若浓度低，乳化能力弱，乳化速度慢，乳化时间常。应根据被检零件的大小、数量、表面光洁度等情况，通化时间常。应根据被检零件的大小、数量、表面光洁度等情况，通过试验来选择最佳浓度和时间。过试验来选择最佳浓度和时间。乳化剂的性能乳化剂的性能1 综合性能综合性能 外观能与渗透液明显区别；受少量水或渗透液污染不降低性能；外观能与渗透液明显区别；受少量水或渗透液污染不降低性能；乳化性能适中，乳化时间合理，容易操作；存储保管中，温度稳定乳化性能适中，乳化时间合理，容易操作；存储保管中，温度稳定性好，性能不变；对操作者的健康无害，无毒及无不良气味；性好，性能不变；对操作者的健康无害，无毒及无不良气味；闪点高，挥发性低，废液及去除污水的处理简便等。2 物理性能 粘度：影响乳化时间，最短的乳化时间大于等于30s。闪点：不低于50C。挥发性：应低。3 化学性能 毒性：无毒。容水性：应能允许混入5%的水含量。与渗透液的相容性：应允许混入20%的渗透液而不变质。特殊性能：水洗性，荧光，槽液寿命，温度稳定性，停留时间。特殊性能：水洗性，荧光，槽液寿命，温度稳定性，停留时间。3.2.2 溶剂去除剂溶剂去除剂 分类：分类：卤化型、非卤化型、特殊用途卤化型、非卤化型、特殊用途 性能要求：性能要求：溶解渗透液适度，去除时挥发适度，存储保管中稳溶解渗透液适度，去除时挥发适度，存储保管中稳定，不使金属腐蚀与变色，无不良气味，毒性小等。定，不使金属腐蚀与变色，无不良气味，毒性小等。一般多使用丙酮、乙醇、汽油或三氯乙烯等有机溶一般多使用丙酮、乙醇、汽油或三氯乙烯等有机溶剂。剂。3.3 显象剂显象剂3.3.1 显象剂的种类、组分及特点显象剂的种类、组分及特点显象剂的种类：显象剂的种类：干式显象剂干式显象剂 湿式显象剂湿式显象剂湿式显象剂包括：水溶式，水悬浮式，溶剂悬浮式（速干式），湿式显象剂包括：水溶式，水悬浮式，溶剂悬浮式（速干式），塑料薄膜式（干粉悬浮于树脂清漆中）。塑料薄膜式（干粉悬浮于树脂清漆中）。1 干式显象剂干粉显象剂干式显象剂干粉显象剂 适用于螺纹及粗糙表面零件的荧光检验。干粉显象剂为白色无机适用于螺纹及粗糙表面零件的荧光检验。干粉显象剂为白色无机粉末，如氧化镁、氧化锌、碳酸钙、氧化钛粉末等。一般与荧光液粉末，如氧化镁、氧化锌、碳酸钙、氧化钛粉末等。一般与荧光液配合使用。配合使用。2 湿式显象剂湿式显象剂（1）水悬浮式显象剂）水悬浮式显象剂：干粉悬浮于水中，加入润湿剂、分散剂、：干粉悬浮于水中，加入润湿剂、分散剂、限制剂和防锈剂。限制剂和防锈剂。呈弱碱性，常时间停留会腐蚀铝镁合金。呈弱碱性，常时间停留会腐蚀铝镁合金。要求零件表面有较高的光洁度。要求零件表面有较高的光洁度。（2）水溶性湿式显象剂 显象粉溶解在水中，也加有润湿剂、分散剂、防锈剂和限制剂等。（3）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。常用丙酮、煤油等，该类显象剂中也加有限制剂和稀释剂等。该类显象剂通常装在喷罐中使用，并且常与着色液配合使用。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。3.3.2 显象剂的性能显象剂的性能 1 综合性能 吸湿能力强，吸湿速度快，容易被缺陷处的渗透液所润湿并吸出足量渗透液。显象剂粉末颗粒细微，对零件表面有一定的粘附力，能在零件表面形成均匀的薄覆盖层，将缺陷显示的宽度扩展到足以用肉眼看到2 物理性能颗粒度：应足够细，不大于3m干粉密度：松散时0.075kg/l，包装状态0.130kg/l。悬浮性：足够3 化学性能毒性、腐蚀性（F、Cl、S等）、温度稳定性、污染。3.4 渗透探伤剂系统渗透探伤剂系统3.4.1 渗透探伤剂系统的定义及同族组渗透探伤剂系统的定义及同族组1 渗透探伤剂系统渗透探伤剂系统 主要由渗透液、乳化剂、去除剂和显象剂所构成的特定组合系统。主要由渗透液、乳化剂、去除剂和显象剂所构成的特定组合系统。既要满足各自的要求，又要互容，达到检测缺陷的目的。既要满足各自的要求，又要互容，达到检测缺陷的目的。2 渗透探伤系统同族组渗透探伤系统同族组 同族组：指完成一个特定的渗透探伤全部检验过程所必须的一系同族组：指完成一个特定的渗透探伤全部检验过程所必须的一系列材料，含渗透液、乳化剂、去除剂和显象剂。列材料，含渗透液、乳化剂、去除剂和显象剂。渗透探伤时，必须采用同一厂家提供的同族组的产品，不同族组渗透探伤时，必须采用同一厂家提供的同族组的产品，不同族组的产品不能混用。的产品不能混用。3 渗透探伤剂系统的选择原则渗透探伤剂系统的选择原则 （1）同族组要求：）同族组要求：（2）灵敏度要求）灵敏度要求 （3）根据被检工件状态进行选择）根据被检工件状态进行选择 （4）价格、毒性、清洗性）价格、毒性、清洗性 （5）特殊性等）特殊性等4 渗透检测工艺特点渗透检测工艺特点 4.1不同渗透检测方法的操作程序不同渗透检测方法的操作程序（1）水洗型渗透检测法操作程序）水洗型渗透检测法操作程序（2）后乳化型渗透检测法操作程序）后乳化型渗透检测法操作程序（3）溶剂去除型渗透检测法操作程序）溶剂去除型渗透检测法操作程序4.2 各种渗透检测方法的优缺点和应用选择各种渗透检测方法的优缺点和应用选择着色法只需在白光或日光下进行，在没有电源的场合下也能使用。荧光法孺要配备黑光灯和暗室，无法在没有电源及暗室的场合下使用。水洗着色法适于检查表面较粗糙的零件，操作简便，成本较低。该法灵敏度较低，不易发现细微缺陷。水基渗透液着色法适用于检查不能接触油类的特殊零件，但灵敏度很低。后乳化型着色法具有较高灵敏度，适宜检查较精密零件，但对螺栓，有孔、槽零件，以及表面粗糙零件不适用。溶剂去除型着色法应用较广，特别是使用喷罐，可简化操作，适宜于大型零件的局部检验。水洗型荧光法成本较低，有明亮的荧光，易于水洗，检查速度快，适用于表面较粗糙零件，带有螺纹、键槽的零件及大批量小零件的检查。但灵敏度较低，宽而浅的缺陷容易漏检，光洁度高的零件重复检查效果差，水洗操作时容易过洗，荧光液容易被水污染。后乳化型荧光法具有极明亮的荧光，对细小缺陷检验灵敏度高，能检出宽而浅的缺陷，重复检验效果好，但成本较高，因清洗困难，不适用有螺纹、键槽及盲孔零件的检查，也不适用于表面粗糙零件的检验。溶剂去除型荧光法轻便，适用于局部检查，重复检查效果好，可用于无水源场所，灵敏度较高，成本亦较高。4.3渗透检测操作注意事项渗透检测操作注意事项(l）预处理时，要在试件表面上造成充分的湿润条件，以便形成渗透液的薄膜。要充分除去试件表面油脂、涂料、锈蚀和水等影响渗透液渗透的障阻物。(2）根据渗透液的种类，试件的材质、预计缺陷种类和大小以及渗透时的温度等来考虑确定适当的渗透时间。正常的渗透温度范围为1550 ，渗透时间不得少于10 min。(3）去除时，只需除去附着在试件表面的渗透液，不要过度清洗，不要使缺陷中的渗透液流出。采用溶剂清洗时，只能用蘸有溶剂的布或纸擦洗，且应沿一个方向擦拭，不得往复擦拭，不得用清洗剂直接冲洗。(4）干式显像前进行干燥时，要有合适的下燥温度，在尽可能短的时间里有效地完成干燥。4.4渗透检测的安全管理渗透检测的安全管理渗透检测所用的检测剂，几乎都是油类可燃性物质。喷罐式检测剂有时是用强燃性的丙烷气充装的，使用这种检测剂时，要特别注意防火。它属于消防法规所规定的危险品。因此，必须遵守有关法规规定的贮存和使用要求。渗透检测所用的检测剂一般是无毒或低毒的，但是如果人体直接接触和吸收渗透液、清洗剂等，有时会感到不舒服，会出现头痛和恶心尤其是在密封的容器内或室内检测时，容易聚集挥发性的气体和有毒气体，所以必须充分地进行通风。使用有机溶剂，应根据有机溶剂预防中毒的规则，限定工作场所空气有机溶剂的含量。荧光法检测时，规定波长范围内的紫外线对眼睛和皮肤是无害的，但必须注意，如果长时间地直接照射眼睛和皮肤，有时会使眼睛疲劳和灼红皮肤。在探伤操作中，必须注意保护眼睛和皮肤。5渗透检测的特点渗透检测的特点 渗透检测的优点和局限性概括如下：渗透检测的优点和局限性概括如下：1 渗透检测可以用于除了疏松多孔性材料外任何种类的材料。工程材料中，疏松多孔性材料很少。绝大部分材料，工程材料中，疏松多孔性材料很少。绝大部分材料，包括钢铁材料、有色金属、陶瓷材料和塑料等都是非多孔包括钢铁材料、有色金属、陶瓷材料和塑料等都是非多孔性材料。所以渗透检测对承压类特种设备材料的适应性是性材料。所以渗透检测对承压类特种设备材料的适应性是最厂的。但考虑到方法特性、成本、效率等各种因素，一最厂的。但考虑到方法特性、成本、效率等各种因素，一般对铁磁材料工件首选磁粉探伤，渗透探伤只是作为替代般对铁磁材料工件首选磁粉探伤，渗透探伤只是作为替代方法。但对非铁磁材料，渗透探伤是表面缺陷检测的首选方法。但对非铁磁材料，渗透探伤是表面缺陷检测的首选方法。方法。2 形状复杂的部件也可用渗透检测，并且一次操作就可大致做到全面检测。工件几何形状对磁粉探伤影响较大，工件几何形状对磁粉探伤影响较大，但对渗透探伤的影响很小。对因结构、形状、尺寸不利于但对渗透探伤的影响很小。对因结构、形状、尺寸不利于实施磁化的工件，可考虑用渗透检测代替磁粉检测。实施磁化的工件，可考虑用渗透检测代替磁粉检测。3.同时存在儿个方向的缺陷，用一次检测操作就可完成检测。4.一般不需要大型的设备，可不用水、电。对无水源、电源、或高空作业的现场，使用携带式喷罐着色渗透探伤剂十分方便。5.试件表面粗糙度影响大，检测结果往往容易受操作人员水平的影响。工件表面粗糙度值高会导致本底很高，影工件表面粗糙度值高会导致本底很高，影响缺陷识别，所以表面粗糙度值越低，渗透检测效果越好。响缺陷识别，所以表面粗糙度值越低，渗透检测效果越好。由于渗透检测是手工操作，过程工序多，如果操作不当，由于渗透检测是手工操作，过程工序多，如果操作不当，就会造成缺陷漏检。就会造成缺陷漏检。6 只能检测表面开口缺陷。由渗透检测原理可知，渗透由渗透检测原理可知，渗透液渗入缺陷并在清洗后能保留下来，才能产生缺陷显示，液渗入缺陷并在清洗后能保留下来，才能产生缺陷显示，缺陷空间越大，保留的渗透液越多，检出率越高。对于闭缺陷空间越大，保留的渗透液越多，检出率越高。对于闭合型的缺陷渗透液无法渗入，所以无法检出。合型的缺陷渗透液无法渗入，所以无法检出。7 检侧工序多，速度慢。渗透检测至少包括以下步骤：渗透检测至少包括以下步骤：预清洗、渗透、去除、显像、观察。即使很小的工件，完预清洗、渗透、去除、显像、观察。即使很小的工件，完成全部工序也要成全部工序也要20 一一30 min。大型工件大面积渗透检测。大型工件大面积渗透检测是非常麻烦的工作。每一道工序，包括预清洗、渗透、去是非常麻烦的工作。每一道工序，包括预清洗、渗透、去除、显像，都很费时间。除、显像，都很费时间。8 检测灵敏度比磁粉探伤低。从实际应用的效果评价，从实际应用的效果评价，渗透探伤的灵敏度比磁粉检测要低很多，可检出缺陷尺寸渗透探伤的灵敏度比磁粉检测要低很多，可检出缺陷尺寸大约要大大约要大3 一一5 倍。倍。9 材料较贵、成本较高。最常用的携带式喷罐着色渗透最常用的携带式喷罐着色渗透探伤剂，每套可探测的焊缝长度约为十多米。由于检测工探伤剂，每套可探测的焊缝长度约为十多米。由于检测工序多，速度慢，人工成本也是很高的。序多，速度慢，人工成本也是很高的。1 0 渗透检测所用的检测剂大多易燃有毒，必须采取有效措施保证安全。为确保操作安全，必须充分注意工作场为确保操作安全，必须充分注意工作场所通风，以及对眼睛和皮肤的保护。所通风，以及对眼睛和皮肤的保护。