2液体渗透检测课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2016/4/26,#,第二章 液体渗透检测,2.0,概述,一、定义,渗透检测(penetrant testingPT，又称渗透探伤，是一种以毛细作用原理为根底的检查外表开口缺陷的无损检测方法。,用带有荧光染料荧光法或红色染料着色法后来的着色荧光渗透渗透剂的渗透作用，来显示放大缺陷图像的痕迹，从而能够用肉眼检查试件外表开口缺陷的方法，并给予评价。,2.0,概述,二、开展简史,很早以前，人们就掌握了把水置于容器内检查容器是否有泄漏这类探伤技术。,也有人利用工件外表铁锈的来检查缺陷，为在室外存放的钢板，由于水分渗入裂纹、而形成氧化物，使裂纹处的铁锈比邻近区域要多。,2.0,概述,历史,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,2.0,概述,现状,50年前代后美国推出军方标准,MIL-I-6866 ?渗透检测方法? MIL-I-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,2.0,概述,国内渗透检测的现状,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,渗透检测是最早被人们采用的一种无损检测方法。它广泛地应用于钢铁零件的外表质量检验，特别是在铁道系统应用极广。但自MT、ET问世后，PT开展稍有停滞。由于MT只能检验铁磁性材料，对于非铁磁材料如有色金属、塑料、陶瓷等那么无能为力，而ET只适于检测导电材料，因此，PT以其操作简单，使用方便，在NDT技术中逐渐受到重视。,2.0,概述,四、特点,优点续,不受试件形状，大小，化学成分，组织结构，缺陷方向限制，一次可简便地探出任何方位的缺陷,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。,2.0,概述,四、特点,优点,原理简明易懂，便于掌握。对于训练有素的检验人员来说，发生无关显示的机率比其他方法少,检测设备及工艺过程简单，检测费用低，既不需要特殊设备，又不受场地限制，适于野外及无电源地区。,2.0,概述,局限性,只能检测外表开口缺陷,对多孔性或疏松材料检测困难，外表过于粗糙工件也不适应,一般检验温度范围不得低于5或高于50,不适用于因外界因素造成开口被堵的工件，如：喷砂或喷丸过的工件,渗透液易被污染失效,重复性差，污染较严重,2.0,概述,五、应用,随着化学工业的开展，渗透检测技术已日益完善，已被广泛应用于机械、航空、宇航、造船、仪表、压力容器和化工工业等各个领域。,一般着色渗透检测在特种设备行业及机械行业里应用较为广泛。特种设备行业包括锅炉，压力容器，压力管道等承压设备，以及电梯，起重机械，客运索道，大型游乐设施等机电设备。荧光渗透检测在航空，航天，兵器，船艇，原子能等国防工业领域中应用最为广泛。,2.1,液体的一些物理化学现象,预备知识：分子论,一、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外表张力、润湿与不润湿、毛细作用的理论叫分子运动论。,2.1,液体的一些物理化学现象,预备知识：分子论,二、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,液体的一些物理化学现象,预备知识：分子论,三、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，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。,人们习惯于把有气相参与组成的相界面叫外表，其他的相界面称,界面。因此常称液气界面为液体外表，固气界面为固体外表。,2.1,液体的一些物理化学现象,预备知识：分子论,三、自然界的三种状态,在液气外表，把跟气体接触的液体薄层称为外表层。,在液固界面，把跟固体接触的液体薄层称附着层。,外表层的分子，一方面受到液体内局部子的作用，另一方面受,到气体分子的作用。附着层的分子，一方面受到液体内局部子的,作用，另一方面，受到固体分子的作用。,2.1.1 液体的外表张力,1. 定义,体积一定的几何形体中，球体的外表积最小。因此，一定量的液体从其它形状变为球形时，就伴随着外表积的减小。另外，液膜也有自动收缩的现象。这些都说明液体外表有收缩到最小面积的趋势。这是液体外表最根本的特性。,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。把这种存在于液体外表，使液体外表收缩的力称为液体的外表张力。,2.1.1 液体的外表张力,液体的外表张力决定于液体的性质，同一种液体，其外表张力大小与温度有关。,式中：液体单位长度的外表张力；,l为液面的长度。,2.1.1 液体的外表张力,2. 外表张力产生的原因,2.1.1 液体的外表张力,液体内部和外表层分子的受力状况。,A代表内局部子,B代表近外表层分子,C代表外表层分子,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分子靠近外表，其分子作用球已有一小局部进入气相，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分子在液体的外表，其作用球已有大半个超出液体外表，它所受的内聚力更大。,在气液界面，存在一个液体的外表层，由一个距液面的距离小于分子作用半径的分子组成的。所有液体外表层的分子都受到内聚力的作用，这种作用力就是外表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，有如在液体外表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，有使其外表积减小的趋势，这就是外表张力产生的原因。,2.1.1 液体的外表张力,实质是液体分子间的作用力,液体外表越小，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。于是液体外表有自行收缩的趋势。,另外，处于液体外表的分子，分布比较稀疏，外表分子间存在互相吸引的力，这样，就使得液体外表能够实现自行收缩。这些就是液体外表张力产生的机理。因此，液体分子间的互相作用力是外表张力产生的根本原因。,2.1.1 液体的外表张力,3. 外表张力系数及与有关的因素,外表过剩自由能是单位面积外表分子的自由能与单位面积内局部子的自由能的差值。,外表张力系数是单位液体方面的过剩自由能，常称为外表过剩自由能，它是将液体外表扩大缩小单位面积，外表张力所作的功。,外表张力系数可定义为单位长度上的外表张力。,外表张力一般可以外表张力系数表示。,2.1.1 液体的外表张力,外表张力系数与液体的种类、接触面的性质和温度以及有无杂质有关。,一般，易挥发液体的外表张力系数比不易挥发的液体的外表张力系数小，已熔化的金属外表张力系数那么很大；,同种液体，温度越高，外表张力系数越小，外表张力也越小；,参加杂质可促使液体外表张力系数增大或减小。一般说来醇、酸、醛、酮等有机物质大都是外表活性物质，比水的外表张力系数小得多。例如，在钢液结晶时，参加少量的硼，就是为了促使液态金属加快结晶的速度。,2.1.2,液体的润湿作用,润湿现象,外表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，而其中至少两项为流体。,润湿现象是固体外表上的气体被液体取代的外表及界面现象，有时是一种液体被另一种液体所取代的外表及界面过程。,渗透液润湿金属外表或其他固体材料外表的能力，是判定其是否具有高的渗透能力的另一个最重要的性能。,2.1.2,液体的润湿作用,液体对固体的润湿程度，可以用它们的接触角的大小来表示。把两种互不相溶的物质间的交界面称为界面，那么接触角就是指液固界面与液气界面处液体外表的切线所夹的角度。,越大，液体对固体工件的润湿能力越小。,=0，完全润湿； 90，润湿；90180，不润湿；=180，完全不润湿,2.1.2,液体的润湿作用,2.1.2,液体的润湿作用,当液体与固体相接触时，有两种现象：,当液滴成球形，与固体接触有收缩趋势,不润湿,当液滴沿固体外表散开与固体接触有扩散趋势 润湿,润湿时，内聚力附着力，润湿角90,2.1.3,液体的毛细现象,通常把内径、宽度,1mm,的管子或两平行板，称为,毛细管,润湿,时液体在毛细管中,上升,和,不润湿,液体在毛细管中,下降,的,现象叫做,毛细现象,2.1.3,液体的毛细现象,2.1.3,液体的毛细现象,毛细机理：,润湿管壁,凹弯月形,不润湿管壁,凸弯月形,凹弯月面下液体压强水平液面压强,凸弯月面下液体压强水平液面压强,液面不断上升,液面不断下降,直至与水平液面压强相等,2.1.3,液体的毛细现象,液体在间距很小的两平行板之间也会发生毛细现象，此时，液面,形状为柱面，液面上身或下降的高度,h,可用下式计算：,式中,r,为两板之间间距的一半,在渗透检测中，可将零件外表的开口缺陷看作毛细管或毛细缝隙， 渗透液在毛细作用下进入外表缺陷，显像过程也是利用显像剂微粉之间形成很小的毛细作用，将渗透剂吸收出来，在试件外表形成一个放大的缺陷显示。,2.1.4,溶液的吸光性能,溶解有色物质的溶液的颜色，同溶液的浓度有关。浓度越高，颜色越深，即溶液对光的吸收能力越强。表示这一能力大小的物理量是,吸光度,溶液吸光度,与溶液中的有色物质浓度及液层厚度的乘积成正比,2.1.5,溶解作用,溶解度 在一定温度下，100 g 溶液里所能含溶质的量,溶剂溶解规律 根本遵循“相似相溶规律，即极性和化学结构相似的物质可以互溶，但不绝对，如硝基甲烷和硝化纤维相似，但不互溶,溶解过程 通过物质分子间的极性吸力，或形成共价键，或互相扩散与渗透,2.1.5,溶解作用,物质在水中的溶解规律 1. 偶极矩越大的物质，在水,中的溶解度越高,2. 同时能与水形成氢键的物,质在水中的溶解度也高,例如水能与醇、醛、酮、胺等含氧含氮的化合物形成“氢键，所以这些物质也都溶解于水,2.1.6,乳化作用,乳化作用,在乳化剂的作用下，把原来不相溶的物质变为可溶性的。,所用这种物质叫,乳化剂,2.1.6.1,液体的不溶性,以油和水为例。,实验说明，假设：1cm3 的油混在1cm3 水中，经过摇动，油被分散成许多具有 0.01 m 直径的小球时，油粒的总面积大为增加,可达 600 m2 ，增加外表积，必然使外表能相应增加,外表积能的增加量,式中 单位面积的外表能,S 面积的增加量,2.1.6.1,液体的不溶性,因为1 cm3 外表与600 m2 相比是微缺乏道的，计算时可以忽略不计，所以,矿物油的,那么,能量增加不稳定小颗粒聚集油重新浮出水面不相溶,2.1.6.2,乳化剂及乳化作用,乳化处理 改善油性渗透液和水的不溶性,乳化作用 乳化剂与不溶于水的渗透液结合后，使渗透液具有可溶性,乳化的目的是要将零件外表多余的渗透液清洗掉,乳化剂还应有良好的洗涤作用,2.1.6.3,乳化作用是如何进行的,例如，把水和油一起倒进容器中，静置后就会出现分层现象，形成明显的界面。如果加以搅拌，使油分散在水中，形成乳浊液， 但稍静置，又会分成明显的两层。如果在容器中参加适宜的乳化剂， 经搅拌混合后，可形成稳定的乳浊液。这一类乳化剂是由具有亲水基和亲油基(又叫憎水基)的两亲分子构成的，它能吸附在水和油的界面上，起一种搭桥的作用，不仅防止了水和油的互相排斥，而且把两者紧紧地连接在自己的两端，使油和水不相别离。这样就把渗透液变成可溶性的了，经这样处理后的渗透液在检测清洗时，很容易被水洗掉，保证了检测工作的顺利进行。,2.1.6.4,乳化剂的分类,分类,亲水性的乳化形式是油包水型，水分散在油里乳化液微滴内部是水，外部是油；,亲油性的乳化形式是水包油型，油分散在水里乳化液微滴内部是油，外部是水。,假设乳化剂的浓度高，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； 假设浓度低，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、外表光洁度等情况，通过试验来选择最正确浓度和时间。,在渗透探伤中，常常要用水冲洗多余的渗透液，所以常常采用水包油型的乳化液,2.1.6.4,乳化剂的分类,选择,根据值及工件的材质、检验要求、渗透液种类进行选择。,乳化剂 (外表活性剂) 的亲水性HLB值可用下式计算：,渗透探伤中， HLB = (115),2.2,液体渗透探伤原理和影响探伤灵敏度的主要因素,2.2.1 名词解释,探伤剂 探伤所用液体，是渗透剂、清洗剂、显像剂的总称,渗透剂 含有着色染料或荧光物质又具有极强渗透能力的液体,清洗剂 用来清洗外表多余渗透液的液体,显像剂 为把渗透到缺陷中的液体吸出来而显示缺陷图像所施加的液体,2.2.1,名词解释,使用材料,渗透剂,乳化剂,显象剂,清洗剂,2.2.2,液体渗透探伤原理,液体渗透探伤法根本原理 液体对固体的润湿能力毛细现象,被探工件浸涂渗透液,渗透液渗入工件外表缺陷中,清洗缺陷以外的多余渗透液,刷涂白色显像剂，将渗入裂缝中的渗透液吸出,缺陷显示在白色涂层上,2. 2.3,操作程序,(1) 被探工件清洁,(2) 烘干，尤其注意,缺陷内部的烘干,(3) 工件外表渗透液施加,(4) 多余渗透液去除,(5) 显像剂施加,(6) 判伤检查,2.2.4,影响探伤灵敏度的主要因素,2.2.4.1 渗透液性能的影响,(1)渗透能力,渗透性能又取决于： 润湿作用 外表张力 渗透液的粘度,一般液体外表张力越小，润湿能力就越强，所以要求液体粘度不能过高。粘度过高液体渗透能力减弱，且会给清洗工作带来困难，但有利于渗液在缺陷中的保存,低粘度液体虽易于渗入，但清洗时也易被洗掉,结论：粘度稍高些为好，但要适当加大渗透的时间，以保证探伤灵敏度,2.2.4.1,渗透液性能的影响,( 2),着色强度和荧光强度,着色渗透液浓度越高，其颜色越深，越易于于发现极小缺陷,荧光渗透液发光强度越强，灵敏度越高，越易于发现缺陷,注意：荧光物质浓度大于某一值时，由于存在荧光自熄灭和内滤现象，荧光强度不仅不随浓度增加而增强，反而随浓度增加而下降,提高荧光液荧光强度的方法：,a.,提高荧光物质浓度,b.,提高紫外线光源功率,2.2.4.1,渗透液性能的影响,3在缺陷中的保存性能,指在去除外表多余渗透液时，在缺陷中的渗液不致被去除掉的能力。显然这一性能越好，灵敏度就越高。,影响保存性能的两个因素：a.渗液的粘度 越大越好,b.水洗型渗透液采用具有凝胶现象的非离子型乳化剂时，当用水洗时在缺陷处形成一个凝胶层，封住了裂纹开口处，保护缺陷中的渗液不会被水冲走，从而提高了探伤灵敏度,2.2.4.1,渗透液性能的影响,凝胶现象的形成 主要是因为非离子型乳化剂与水混合时，其粘度随含水量而变化，即在一定含水量范围内混合物的粘度变得极大，而含水量低于或高于这一范围时粘度均小，尤其是含水量大于这一范围时粘度迅速下降。如工件外表因接触大量的水，乳化剂的含水量远远超过了凝胶区，其粘度变小，而被水洗掉。缺陷处因接触水面有限，含水量在凝胶区内，故有凝胶保护现象,2.2.4,影响探伤灵敏度的主要因素,2.2.4.2 乳化剂的乳化效果,乳化效果不好便冲洗不净 从而使判伤困难 降低灵敏度,2.2.4.3 显像剂性能的影响,主要是指显像剂的挥发性能和对缺陷内渗液的吸附能力，这一性能越强，显像效果就越好,2.2.4.4 操作方法的影响,如渗透时间缺乏，清洗不干净，乳化清洗时间过长，显像涂层不及时、不均匀或太厚等，都会降低探伤灵敏度,2.2.4.5,缺陷本身性质的影响,缺陷有线状缺陷和点状缺陷等，如裂纹、折叠、未焊透及气孔、砂眼、点状夹渣等。缺陷的性质不同，被显示的难易程度也不一样。如宽裂纹比窄裂纹对渗液的保存能力差，但比凹坑形缺陷又好得多；对于贯穿形缺陷，因气体易排出，阻力小，渗液就易于渗入,实际经验：渗透探伤灵敏度同缺陷的宽深比 K b/ d 密切相关。K 值越小，对缺陷内的渗液保存能力就越强；反之对缺陷内渗液的保存能力就很差,2.2.4.5,缺陷本身性质的影响,渗透深度 h 与宽深比 K 具有如下关系：,式中： 渗液的外表张力, 渗液与缺陷的接触角,p0 外界压力,2.2.4.6,外界条件的影响,温度、压力和振动, 温度的影响,由于液体外表张力和粘度随温度的升高而减小，使渗透性能得到改善,另外也可以把工件加热到渗液允许的温度 (即不致使渗液变质)而后放在渗液中，由于温度的下降，缺陷内气体收缩，产生负压，使渗液容易渗入缺陷，这也可使灵敏度提高,2.2.4.6,外界条件的影响,外界压力的影响,外界压力,p,0,越小，渗透的深度就越大。如果施加渗透液后，迅速减小外界压力,p,0,，缺陷中气体的反压强就会大于渗液的附加压强，气体易于排出，有利于渗透继续进行,液体真空渗透法,将外界压力,p,0,减小到零，进一步提高,渗液体透法检测灵敏度,例：使用着色剂的常规操作法只能,发现,0.01 mm,宽的缺陷；,而采用真空法可发现,0.005 mm,宽的缺陷,2.3,液体渗透探伤法的分类和检测方法,2.3.1 液体渗透探伤的分类,按缺陷的显示方法：着色法和荧光法；,按渗透液的清洗方法：自乳化型、后乳化型和溶剂清洗型；,按显像剂或显像方法：干式显像，湿式显像，快干式显像和无显像剂式；,按缺陷的性质：检查外表缺陷的外表检测法和检查穿透型缺陷的检漏法；,按施加检测剂的方式：浸泡法、刷涂法、喷涂法、流涂法和静电喷涂法等。,2.3.2,液体渗透检测方法,根本要点,确保渗透液能充分进入缺陷内,外表清洗时，只把附在外表的渗透液去除干净，不使渗入缺陷的渗透液流出，确保其留在缺陷内,为形成明显的缺陷图像，必须选取最正确显像条件并在整个处理过程中保持相对稳定,缺陷检测能力,渗透剂的性能,检测方法,操作方法,2.3.2,液体渗透检测方法,渗透检测一般分为七个根本步骤,被检工件的预处理,渗透处理,乳化处理,清洗处理,显像处理,显像观察,探伤后处理,液体渗透检测的根本步骤,1 预清洗：去除不洁物锈蚀、污垢、氧化皮等，以防止这些污物堵塞缺陷，阻塞渗透液的渗入,去除方法, 机械方法：吹沙、抛光、超声波清洗等, 化学方法：酸洗、碱洗, 溶剂去除法,液体渗透检测的根本步骤,经预清洗后剩余的溶剂清洗剂和水分应充分枯燥，并尽快进行下一步操作。如探伤工作量大，那么可清洗一段，探伤一段，以防止间隔时间太长造成二次污染。,液体渗透检测的根本步骤,2 渗透,然后就可以进行渗透，就是将渗透液覆盖在被测零件的外表。,常用方法：喷涂，浇涂，刷涂，浸涂。,液体渗透检测的根本步骤,2 渗透,渗透剂使用温度为1540，距外表2030喷，渗透时间为520min，渗透时间包括渗涂时间和滴落时间。当给零件加载时，细小裂缝张开，有利于渗透剂渗入，可检测微裂纹,液体渗透检测的根本步骤,液体渗透检测的根本步骤,3 去除多余渗透剂,可采用水洗、乳化后水洗和溶剂清洗,4 枯燥,去除外表水分，可采用干布、,压缩空气吹干，热风吹干等。,主要用于水洗型、后乳化型,应注意 温度不要太高；,时间不要过长,液体渗透检测的根本步骤,去除多余渗透剂,液体渗透检测的根本步骤,5,显像,显像剂厚度为,0.05,0.07mm,，保持,10,15min,，施加显像剂要均匀，且一次涂覆,液体渗透检测的根本步骤,液体渗透检测的根本步骤,6,观察,可见光下用肉眼或放大镜观察，此法适用于,着色法,紫外线灯适用于,荧光法,7,评定,根据,JB/T4730-2005,8,后处理,清洗残留渗透剂和显像,剂,液体渗透检测的根本步骤,钢包吊耳处因受力而裂纹,液体渗透检测的根本步骤,2.4 渗透检测的开展自学,1.,气泡产生缺陷暴露法,在缺陷中渗入低沸点渗透剂，然后置于盛有氟化物溶液的器皿中加热，当加热到渗透剂沸点时，缺陷内渗透剂沸腾，在缺陷部位生成气泡，缺陷自然显示,2.,适用于自动生产线的荧光渗透技术,采用静电喷涂渗透及显像处理；用光导摄像管扫描和电子计算机进行数据处理，检判效率及检判准确性和重现性得到提高,3.,应力荧光探伤方法,在渗透处理阶段加负载，使渗透液易于渗入缺陷，其余操作按正常工序进行,4.,闪烁荧光探伤法,在渗透处理及显示图像观察时加负荷，当存在缺陷时其显示图像闪烁发亮，适用于无显像剂法荧光渗透探伤,