《无损检测》课件8 渗透检测

,*,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,第八讲 渗透检测,对应教材内容：,5.1,渗透检测的基本原理,5.2,渗透检测技术,渗透检测概述,渗透检测是一种检测材料,(,或零件,),表面和近表面开口缺陷的无损检测技术。它几乎不受被检部件的形状、大小、组织结构、化学成分和缺陷方位的限制，可广泛适用于制造铸件、焊接件等各种加工工艺的质量检验，以及金属、陶瓷、玻璃、塑料、粉末冶金等各种材料制造的零件的质量检测。渗透检测不需要特别复杂的设备，操作简单，缺陷显示直观，检测灵敏度高检测费用低，对复杂零件可一次检测出各个方向的缺陷。,但是，渗透检测受被检物体表面粗糙度影响较大。不适用于多孔材料及制品的检测。同时，该技术也是受检测人员技术水平的影响较大的无损检测技术之一。而且，只能检测表面开口缺陷，对内部缺陷无能为力。,液体渗透检测的基本原理是由于渗透液的润湿作用和毛细现象而进人表面开口的缺陷，随后被吸附和显像。渗透作用的深度和速度与渗透液的表面张力、粘附力、内聚力、渗透时间、材料的表面状况、缺陷的大小及类型等因素有关。,表面张力,液体的表面张力是两个共存相之间出现的一种界面象是液体表面层收缩趋势的表现，可以用液面对单位长度边界线的作用力来表示，即用表面张力系数来表示，其单位为,N,m,。液体表面层中的分子一方面受到液体内部的吸引力，称为内聚力；另,方面受到其相邻气体分子的吸引力。后一种力比内聚力小，因而液体表面层中的分子有被拉进液体内部的趋势。,渗透检测的基本原理,一般来说,容易挥发的液体,(,如丙酮、酒精等,),的表面张力系数比不易挥发的液体,(,如水银等,),的表面张力系数小，同一种液体在高温时比在低温时的表面张力系数小含有杂质的液体比纯净的液体的表面张力系数要小。,液体的润湿作用,液体与固体交界处有两种现象,:,第一种现象是液体之间的相互作用力大于液体分子与固体分子之间的作用力，称为固体不被液体润湿，如水银在玻璃板上收缩成水银珠、水滴在有油脂的玻璃板上形成水珠那样。第二种现象是液体各个分子之间的相互作用力小于液体分子与固体分子之间的相互作用力，被称为固体被液体润湿，如水滴在洁净的玻璃板上，水滴会慢慢散开那样。,固体被液体润湿的程度可以用液体对固体表面的接触角来表示。接触角,是液面在接触点的切线与包括该液体的固体表面之间的夹角。一种液体对某种固体的接触角小于,90,，我们称该液体对这种固体表面是润湿的。接触角愈小，说明液体对固体表面的润湿能力愈好；当接触角大干,90,时，称液体对该固体表面是不润湿的。,将一根很细的管子插入盛有液体的容器中，如果液体能润湿管子，那么液体会在管子内上升，使管内的液面高于容器里的液面。如果液体不能润湿管子，管内的液面就会低于容器的液面。通常将这种润湿管壁的液体在细管中上升，而不润湿管壁的液体在细管中下降的现象称为毛细现象。,液体的毛细现象,液体在毛细管中上升或下降的高度可用下式计算：,式中，,h,液体在毛细管中上升或下降的高度，,液体的表面张力系数，,液体对固体表面的接触角，,液体的密度，,r,毛细管的内半径，,g,重力加速度。,由上式可知，液体在毛细管中上升的高度与表而张力系数和接触角余弦的乘积成正比，与毛细管的内径、液体的密度和重力加速度成反比,。,液体的毛细现象,液体渗透检测的基本原理,可将零件表而的开口缺陷看作是毛细管或毛细缝隙。由于所采用的渗透液都是能润湿零件的，因此渗透液在毛细作用下能渗入表面缺陷中去。此时在不进行显像的情况下可直接进行观察，如果使用显像剂进行显像，灵敏度会大大提高。,显像过程也是利用渗透的作用原理，显像剂是一种细微粉末，显像剂微粉之间可形成很多半径很小的毛细管，这种粉末又能被渗透液所润湿，所以当清洗完零件表面多余的渗透液后，给零件的表面敷散一层显像别，根据上述的毛细现象，缺陷中的渗透液就容易被吸出，形成一个放大的缺陷。如图所示,.,液体渗透检测的基本原理,渗透剂是渗透检测中最为关键的材料，直接影响检测的精度。渗透剂应具有以下性能,:,(1),渗透性能好，容易渗入缺陷之中。,(2),易被清洗、容易从零件表面清洗干净。,(3),对于荧光渗透液，要求其荧光辉度高；对于着色渗透剂，则要求色彩艳丽。,(4),其酸碱度应呈中性,这样可对被检部件无腐蚀,毒性小,对人无伤害,对环境污染亦小。,(5),闪点高，不易着火。,(6),制造原料来源方便,价格低廉,.,渗透剂按其显示方式可分为荧光渗透剂和着色渗透剂两种。按其清洗方法可分为水洗型渗透剂、后乳化型渗透别和溶剂去除型渗透剂三种,.,渗透剂,水洗型即在渗透剂中加入了乳化剂，可直接用水来清洗。乳化剂含量高时，渗透剂容易清洗,(,在清洗时容易将宽而浅的缺陷中的渗透剂消洗出来，造成漏检,),，但检测灵敏度低。乳化剂含量低时，难于清洗，但检测灵敏度较高。,后乳化型渗透剂不含有乳化剂，只是在渗透完成后，再给零件的表面渗透剂上加乳化剂。所以使用后乳化型渗透剂进行着色检测时，渗透液保留在缺陷中而不被清洗出来的能力强。,溶剂去除型渗透剂不用乳化剂，而是利用有机溶剂,(,如汽油、酒精、丙酮等,),来清洗零件表面多余的渗透剂，进而达到清洗的目的。,渗透剂,把油和水一起倒进容器中，静置后会山现分层现象，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，由于体系的表面积增加，虽能暂时混合，但稍加静置，又会分成明显的两层。,如果在容器中加入少量的表面活性剂，如加入肥皂或洗涤剂，再经搅拌混合后，可形成稳定的乳浊液。表面活性剂的分子具有亲水基,(,亲水憎油,),和亲油基,(,亲油憎水,),的两个基团。这两个基团不仅具有防止油和水两相互相排斥的功能，而且还具有把油和水两相连接起来不使其分离的特殊功能。,因此，在使用了表面活性剂后，表面活性剂吸附在油水的边界上，以其两个基团把细微的油粒子和水粒子连接起来，使油以微小的粒子稳定地分散在水中。这种使不相容的液体混合成稳定乳化液的表面活性剂叫作乳化剂。,乳化作用,液体渗透检测中，使用的乳化剂将零件表面的后乳化型渗透剂与水形成乳化液，以便能用水洗去。要求乳化剂具有良好的洗涤作用，高闪点和低的蒸发速率，无毒、无腐蚀作用、抗沾染能力强。一般乳化剂都是渗透剂生产厂家根据渗透剂的特点配套生产的，可根据渗透剂的类型合理选用。, 渗透检测技术,渗透检测的基本步骤,渗透检测一般分为六个基本步骤：预清洗、渗透、清洗、干燥、显像、检验、彻底清洗。,预清洗,零件在使用渗透液之前必须进行预清洗，用来去除零件表面的油脂、铁屑铁锈，以及各种涂料、氧化皮等，防止这些污物堵塞缺陷，阻塞渗透液的渗入也防止油污污染渗透液，同时还可防止渗透液存留在这些污物上产生虚假显示通过预清洗将这些污物去除，以便使渗透液容易渗入缺陷中去。,由于被检零件的材质、表面状态以及污染物的种类不同，去除方法各不相同。去除方法可分为：,(1),机械方法，包括吹砂、抛光、钢刷及超声波清洗等。,(2),化学方法，包括酸洗和碱洗等。,(3),溶剂去除法，利用三氯乙烯等化学溶剂来进行蒸气去油或利用酒精丙酮进行液体清洗。但预清洗后的零件必须进行充分的干燥。,渗透是将渗透液覆盖被测零件的表面，覆盖的方法有涂、刷涂、流涂、静电喷涂或浸涂等多种方法。实际工作中，应根据零件的数量、大小、形状以及渗透液的种类来选择具体的覆盖方法。,一般情况下，渗透剂的使用温度为,1540,。根据零件的不同、要求发现的缺陷种类不同、表面状态的不同和渗透剂的种类不同选择不同的渗透时间，一般渗透时间为,520min,，渗透时间包括浸涂的时间和滴落的时间。,对于有些零件在渗透的同时可给零件加载荷，使细小的裂缝张开，有利于渗透剂的渗入，以便可检测到细微的裂纹。,渗透,在涂覆渗透剂并经适当的时间保持之后，则应从零件表面去除多余的渗透剂，但又不能将已渗入缺陷中的渗透剂清洗出来，以保证取得最高的检验灵敏度。,水洗型渗透剂可用水直接去除。水洗的方法有搅拌水浸洗、喷枪水冲洗和多喷头集中喷洗几种，应注意控制水洗的温度、时间和水洗的压力大小。后乳化型渗透剂在乳化后，用水去除，要注意乳化的时间适当，时间太长，细小缺陷内部的渗透剂易被乳化而清洗掉；时间太短，零件表面的渗透剂乳化不良，表面清洗不干净。乳化时间应根据乳化剂和渗透剂的性能以及零件的表面粗糙度来决定。,溶剂去除型渗透剂用溶剂予以擦除。,清洗多余的渗透剂,干燥的目的是去除零件表面的水分。溶剂型渗透剂的去除不必进行专门的干燥过程。用水洗的零件，若采用干粉显示或非水湿型显像工艺，在显像前必须进行干燥，若采用含水湿型显像剂，水洗后可直接显像，然后进行干燥处理。,干燥的方法分别有；干净的布擦干、压缩空气吹干、热风吹干、热空气循环烘干等方法。干燥的温度不能太高，以防止将缺陷中的渗透剂也同时烘干，致使在显像时渗透剂不能被吸附到零件表面上来，并且应尽量缩短干燥时间。在干燥过程中如果操作者手上有油污，或零件筐和吊具上有残存的渗透剂等，会对零件表面造成污染，而产生虚假的缺陷显示。凡此等等实际操作过程中都应予以避免。,干燥,显像就是用显像剂将零件表面缺陷内渗透剂吸附至零件表面，形成清晰可见缺陷图像。,根据显像剂的不同，显像方式可分为：干式、水型和非水型，也有不加显像剂的自显法。零件表面涂敷的显像剂要施加均匀，且一次涂覆完毕，一个部位也不分件反复涂覆。,在着色检验时，显像后的零件可在自然光或白光下观察，不需要特别的观察装置。在荧光检验时，则应将显像后的零件放在暗室内，在紫外线的照射下进行观察。对于某些虚假显示，可用干净的布或棉球沾少许酒精擦拭显示部位，擦拭后显示部位仍能显示的为真实缺陷显示，不能再现的为虚假显示。检验时可根据缺陷中渗出渗透剂的多少来粗略估计缺陷的深度。,显像,观察,常见缺陷的显像特征,在渗透检测中，检出的缺陷种类繁多，造成的原因也是多方面的。目前，对于缺陷的分类方法尚待统一。,常见的缺陷有：缩裂、热裂、冷裂、锻造裂纹、焊接裂纹、热影响区裂纹，弧坑裂纹、磨削裂纹、淬火裂纹、应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹、冷隔、折叠、分层、气孔、夹杂、氧化夹杂、疏松等。,气孔是零件浇铸时，钢液中,(,或铁液、铝液等,),进入了气体，在铸件凝固时，气泡没能排出来，而在零件内部形成呈球形的缺陷。这种气孔在机加工后露出表面时，利用渗透检验可以予以发现。至于那些在铸件表面上经常发现的气孔，这是因为在透气性不好的砂型中浇铸时，由于砂型里所含的水分高温时形成了蒸汽，是被迫进入金属液中，在金属表面便形成了梨形的表面气孔 。在焊件的表面，也会因基体金属或焊料潮湿等原因，当清洗不干净时，在焊缝处形成气孔。,气孔,疏松,疏松是铸件在凝固结晶过程中，补缩不足而形成的不连续、形状不规则孔洞。这些孔洞多存在于零件的内部，经抛光或机加丁后便露出零件表面。渗透检测时，零件表面的疏松能轻易地被显示出来。疏松又可进一步细分为：点状显微疏松、条状显微疏松和聚集块状显微疏松几种形式。条状和聚集块状疏松是由无数个靠得很近的小点状疏松孔洞连成一片而形成的，因而荧光显示比较明亮。在聚集的疏松孔洞之中，通常存有较大的疏松孔洞，擦去荧光显示后，有的在白光下目视检查便可发现。,非金属夹杂铸件中,在浇铸钢锭或铸件时，要在熔炉浇包或锭模中加进易氧化的金属,(,如铝、镁硅等,),作氧化剂，这些材料的氧化物或硫化物一般都比熔液轻，大部分可浮到钢液的顶部或铸件的冒口处。但也有少量氧化物存留在钢液,(,或铸件,),中，形成了材料中的夹杂。分散的夹杂通常不会对零件产个危害，但有时这些夹杂在零件中聚集成大块，大块夹杂对零件是有害的。铸件中的夹杂在机加工后露出表面时，才能通过渗透检验发现。材料中的分层、发纹等缺陷就是由钢锭中聚集的夹杂形成的。,铸造时，由于模子原因，常常在铸件的表面产生夹灰、夹沙或模料等外来物夹渣，在对铸件进行吹沙、腐蚀或其他机加工的过程中，可以全部或部分地清除掉，但往往在零件表面留下不规则的孔洞，并在孔洞中可发现或多或少的残留夹杂物。,非金属夹杂铸件表面,当在非真空条件下浇铸零件时，由于金属液表面与空气接触而氧化，这样便产生了金属氧化皮。如果金属氧化皮被卷进金属液中，且在零件凝固后保留在铸件中或裸露在铸件的表面，露出表面的夹杂往往呈条状或絮丝状。由于它们在显像时多呈疤块状，所以又称其为氧化斑疤。氧化斑疤与铸件颜色相同，一般较难通过目测观察出来，但渗透检测则能够很容易地发现这种缺陷。,非金属夹杂铸件表面氧化皮夹杂,铸件裂纹,铸件裂纹是当金属熔液接近凝固温度时，如果相邻区域由于冷却速度不同而产生了内应力，在凝固收缩过程中，由于内应力的作用，便可在铸件中产生裂纹。,按产生裂纹的温度不同，铸造裂纹分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹是在高温下形成的，出现在热应力集中区，且一般比较浅。冷裂纹是在低温时产生的，通常产生在厚薄截面的交界处。渗透检测时，裂纹显示具有呈锯齿状和端部尖细的特点，较容易识别。对于较深的裂纹由于吸出的渗透剂较多，有时呈圆形显示。,铸件的冷隔,冷隔是一种线性铸造缺陷。在浇铸时，若两股金属液流到一起而没有真正融合时，当这种冷隔能延伸至铸件的表面时，则会呈现出紧密、断续或连续的线状表面缺陷。冷隔常出现在远离浇口的薄截面处，如果浇铸模内壁上某处在金属液流到该处之前，已经沾上了飞溅的金属，金属液流到此处时，遇到已经冷却的飞溅金属时，它们也不能融合在一起而出现冷隔。,在进行焚光检测时，冷隔表现为光滑的线状。,折叠,折叠是铸造和轧制零件的过程中，由于模具太大，材料在模子中放置位置不正确或坯料太大等原因，而产生的一些金属重叠在零件表面上的缺陷。折叠通常与零件表面结合紧密，渗透剂渗入比较困难，但由于缺陷显露于表面，采用高灵敏度的渗透剂和较长的渗透时间，是可以发现的。,缝隙,在辊轧、拉制棒材时，若棒材的表面上出现一种纵向且很直的表面缺陷，尤如棒材上有,条裂缝一样，则称之为缝隙型缺陷。坯料上的裂纹是产生缝隙型缺陷的原因之一，但大部分缝隙型缺陷是由辊轧和拉制工艺造成的。图示为辊轧工艺造成缝隙型缺陷的示意图，上图表示当辊轧金属表面上存在金属凸耳时，辊轧后在棒材,上产生折叠,这种折叠沿棒材纵向,呈现为一条长而直的缺陷外形。,下图表示当辊轧的金属不能,充满轧模时，在以后的辊轧过,程中，将挤出金属而形成缝隙，,这种缝隙往往贯穿整棍棒材,。,焊接缺陷,焊缝上最常见的缺陷为根部未焊透,(,或根部未熔合,),和裂纹。这二种缺陷对焊接结构的使用影响很大，未焊透是指焊缝背面由于没达到溶化温度而残留有未焊合的基体金属缝隙。焊缝上的裂纹是指由于焊缝处的金属在凝固过程中，受组织应力和热应力的共同作用而造成了金属的开裂。末焊透和裂纹均可以用渗透检测法进行检测。,磨削裂纹,疲劳裂纹,零件在磨削加工过程中，山于砂轮的粒度不当或砂轮太纯、磨削进刀量过大、冷却条件不好或零件上碳化物偏析等原因，可能引起表面局部过热。在热应力和加工应力的共同影响下，将产生磨削裂纹。磨削裂纹一般比较浅且非常细微，其方向基本与磨削方向相垂直，并沿晶界分布或呈网状,。,零件在使用过程中，若长期受交变应力的作用，可能在应力集中区域产个疲劳裂纹。疲劳裂纹住往从零件表面的划伤、刻槽、截面突变的拐角处及表面缺陷处开始，一般都开口于零件表面，且都能用渗透检测予以检测。,缺陷显像的判别真实缺陷的显示,零件表面的真实缺陷大致可分为四类：,连续线状缺陷：,包括裂纹、冷隔、铸造折叠等缺陷；,断续线状缺陷：,这类缺陷的显像可能是排列在一条直线或曲线上，或是由相近的单个曲线组成。当零件进行磨削、喷丸、吹沙、锻造或机加工时，零件表面的线性缺陷有可能被部分地堵住，渗透检验缺陷的显像表显为断续的线状。,圆形显像：,通常为铸件表面的气孔、针孔、铁豆或疏松等缺陷形成，较深的表面裂纹显像时，由于能吸出较多的渗透刘，也可能显示出圆形的影像。,小点状显像：,是由针孔、显微疏松等产生的影像。,由于渗透剂污染和清洗不干净而产生的显像称为虚假显像，产生虚假显像的原因有：操作者手上的渗透剂对被检部件的污染；检验工作台上的渗透剂对被检部件的污染；显像剂受到渗透剂的污染；清洗时，渗透剂飞溅到干净的零件表面上；擦布或棉纱纤维上的渗透剂污染；零件筐、吊具上残存的渗透剂与清洗干净的零件接触而造成的污染；已清洗干净的零件上又有渗透剂渗出，污染了相邻的零件表面。,虚假显像从显像特征分析也很容易辨别：用蘸有酒精的棉球擦拭，虚假的显像容易被擦掉，且不再重新显像。在进行渗透检测时，应尽量避免产生虚假的显像。为此，首先操纵者自己要保持干净,(,无渗透剂和其它污染物,),，零件筐、吊具和工作台要始终保持干净，要使用无绒的布擦洗零件。,缺陷显像的判别虚假的显像,渗透剂有何性能要求,?,分为几类,?,渗透检测的六个主要步骤是什么,?,虚假显像产生的原因是什么？如何避免？,复习思考题,