材料无损检测

材料无损检测 胡连海 E-mail: sjzhulianhai@163.com Mobile: 15931065283 中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

第一篇常规无损检测技术 • 第一章射线检测技术 • 第二章超声波检测技术 • 第三章涡流检测技术 • 第四章渗透检测技术 • 第五章磁粉检测技术中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

本章学习要求： 第四章渗透检测技术 1.掌握渗透检测的基本原理 2.掌握渗透检测方法中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

概述 1、水渗裂纹－铁锈 2、油－白垩法重油和煤油－酒精白粉有色金属和非铁磁性材料的应用。 3、淘汰？加入染料－清晰加入荧光染料－灵敏度提高 4、发展中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

渗透检测是以毛细作用原理为基础，检测非疏孔性的金属或非金属表面或近表面开口缺陷的无损检测技术。 4.1 渗透检测的基本原理 4.1.1 渗透检测的基本原理 ①将溶有荧光染料或着色染料的渗透液施加到被检对象的表面，由于毛细作用，渗透液渗入到细小的表面开口缺陷中； ②清除附着在工件表面的多余渗透液；中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

③经干燥后再施加显像剂，缺陷中的渗透液在毛细现象的作用下被重新吸附到零件表面上；③经干燥后再施加显像剂，缺陷中的渗透液在毛细现象的作用下被重新吸附到零件表面上； ④在一定的光源下（黑光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示，形成放大了的缺陷显示，检查出缺陷的形貌和分布状态。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

渗透检测操作步骤 中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.1.2 渗透探伤的分类 • 1 根据染料分类：荧光法、着色法和荧光着色法 • 2 根据去除方式分类：水洗型、后乳化型和溶剂去除型 • 3 根据显象方式分类：干式、湿式、速干式、自显象中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4 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。水洗型渗透适于检查表面较粗糙的零件成本较低，特别适合批量零件的渗透检测,检查不能接触油类的特殊零件（液氧容器）中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4 各种渗透探伤方法的优缺点 后乳化型渗透适于表面光洁，灵敏度要求高的零件。溶剂去除型着色法由于可以使用在没有水和电的场合，适用于大型零件的局部检测,该法成本较高，不适于大批量零件的渗透检测中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.1.3 渗透检测的特点 1.不受材料组织结构和化学成分的限制。有色金属、黑色金属、塑料、陶瓷及玻璃等。 2.灵敏度高。可清晰地显示宽0.5μm、深10μm、长1mm的裂纹。 3.设备简单、携带方便、检测费用低、适于野外工作。 4.不适于检查多孔性或疏松材料制成的工件或表面粗糙的工件。 5.只能检测表面开口缺陷。 6.只能检出缺陷表面分布，难以确定缺陷的实际深度，不能定量评价。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2 渗透检测的物理基础 4.2.1表面张力和表面张力系数 4.2.1.1表面张力由于表层分子受到内部分子的吸引，都趋向于挤入液体内部，以使液体表面层尽量缩小，结果在表面的切线方向上便有一种缩小表面积的力，称为表面张力。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

表面张力产生的机理 液体表面分子受内部液体分子的吸引力大于气体对其的吸引力，使其合力为向下的力，此合力即表面张力，力图使液体表面积收缩到尽可能达到的最小程度液体表面层分子和内部分子互相作用示意图中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.1.2 表面张力系数 表面张力与液面的长度l成正比 f＝σl， σ＝f/l，称为表面张力系数，单位N/m。因此，表面张力是施于液体表面单位长度上的力。或单位表面所具有的表面自由能（J/m2）表面张力系数与液体的种类和温度以及有无杂质有关。一般，易挥发液体的表面张力系数小；同种液体，温度越高，表面张力系数越小；当液体中含有杂质时，会使表面张力系数降低。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.2 润湿现象 能被水润湿的物质叫亲水物质，如玻璃、石英、方解石、长石等；不能被水润湿的物质叫做疏水物质，如石蜡、石墨、硅黄等。 4.2.2.1 润湿和不润湿中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.2.2 接触角和润湿方程 1.接触角θ 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（从三相交点向液体表面做切线，与固液界面之间的夹角即为接触角。） 2.润湿方程:cosθ=(FS-FSL )/FL （FS= FLcosθ+FSL ）中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

θ<90度时称为润湿， θ越小润湿性越好 θ>90度，称为不润湿渗透液对工件表面的良好润湿是进行渗透检测的先决条件。当渗透液能充分润湿工件表面时，才能向狭窄的缝隙内渗透。渗透液还必须能润湿显像剂。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.3 毛细现象 4.2.3.1 毛细管和毛细现象润湿的液体在毛细管中呈凹面并且上升，不润湿的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。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

弯曲液面的附加压强 由于液体表面张力的存在，弯曲的液面会产生附加的压强。液体的表面张力系数越大，弯曲液面的曲率半径越小，则产生的附加压强越大。任意形状的弯曲液面下的附加压强的拉普拉斯公式：中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.3.2 毛细现象中的液面高度 1.毛细管内的液面高度管内液体形成凹面，产生拉应力使管内液面上升：FU=2σπr2/R =2σπrcosθ 管内液体自重： FD=ρπr2hg 中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

2.两平行板间的液面高度 润湿的液体在间距很小的两平行板间也会产生毛细现象。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

缺陷内液面高度 以长a，宽d，深b的狭长细槽作裂纹模型，为开口于零件表面的裂纹，但不穿透。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。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

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，不计液体自重，平衡时有：提高检测灵敏度：1、真空渗透检测 2、超声波渗透检测中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.4 表面活性和表面活性剂 4.2.4.1 定义能使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性。具有表面活性的物质称为表面活性物质。当在溶剂中加入少量的表面活性物质时，能明显的降低溶剂的表面张力，改变溶剂的表面状态，产生润湿、乳化、起泡及增溶等一系列作用，称为表面活性剂。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

曲线1和2为表面 活性物质，曲线1 为表面活性剂，曲线3为非表面活性物质。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.4.2 表面活性剂的种类和特点 1.离子型 2.非离子型水溶液中不电离，稳定性高，具有较好的溶解性能，在一般固体表面上也不发生强烈吸附。渗透检测中常用的是非离子型表面活性剂。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.4.3 表面活性剂在溶液中的特性 1.胶团化作用表面活性剂在溶液中的浓度超过一定值时，会从单体缔合形成胶态聚集物，形成胶团。形成胶团时，亲油基聚集于胶团之内，亲水基朝外。临界浓度越低，表面活性剂的表面活性越强。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

2.吸附作用 表面活性剂在两相界面上发生的相对聚集的现象。例：可以使不相溶的油和水混溶，吸附使表面活性剂分子在油水界面上形成定向排列，极性的亲水基朝向水或水溶液，亲油基朝外，形成稳定的乳状液。油基渗透液用水去除。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

3.增溶作用 能使原来不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增加。在未达到临界胶团浓度以前，并没有增溶作用。表面活性剂在溶液中的浓度越大，胶团形成越多，增溶作用越显著。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.亲水性 表面活性剂是否溶于水是衡量表面活性剂的一项重要指标。亲水性用亲憎平衡值表示： H.L.B＝（亲水基部分的分子量/表面活性剂的分子量）×20 H.L.B值越高，亲水性越强中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

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的效果更好，溶液的物化性质变化明显。几种成分的非离子型表面活性剂混合后，其H.L.B值： a、b、c－组成混合乳化剂的各表面活性剂的H.L.B值； x、y、z－各表面活性剂的重量。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.5 乳化作用 由于表面活性剂的作用，使本来不能混合到一起的两种液体能够混合在一起的现象称为乳化现象。具有乳化作用的表面活性剂称为乳化剂。 4.2.5.1 乳化现象和乳化剂中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.5.2 乳化作用的机理 1.改变界面的性质和状态，降低界面张力，使油滴的表面能不会急剧增加； 2.在分散的液滴表面形成一种具有一定强度的保护膜，防止液滴重新聚集。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.5.3 乳化形式 1.水包油型（O/W） H.L.B在8－18之间的表面活性剂的乳化剂，又称为亲水性乳化剂，如牛奶。 2.油包水型（W/O） H.L.B在3.6－6之间的表面活性剂的乳化剂，又称为亲油性乳化剂，如原油。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

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11~15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。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.6 渗透检测中的光学知识 4.2.6.1 可见光和紫外线 1.可见光（白色光）着色渗透检测时，白光下可观察到缺陷的显示。白色光波长400－760nm，日光、白炽灯或高压水银灯均可发出白色光。 2.紫外线（黑光）荧光渗透检测时，在紫外线照射下，缺陷发出明亮的荧光，在暗场才可以观察到。紫外线波长330－390mm。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.2.6.2 光致发光 被紫外线激发而发光的现象，称为光致发光。光致发光物质分为磷光物质和荧光物质。前者在外界光源停止照射后，仍可持续发光，后者则立刻停止发光。光致发光现象是原子从高能级轨道跃迁到低能级轨道时产生的。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

荧光显示与不发荧光的背景之间的对比率却有300:1，甚至更大到1000:1。探伤灵敏度较高荧光显示与不发荧光的背景之间的对比率却有300:1，甚至更大到1000:1。探伤灵敏度较高 4.2.7 可见度和对比度黑色染料显示与白色显象剂背景之间的对比率约为9:1，红色染料显示与白色显象剂背景之间的对比率约为6:1 1.可见度可见度是观察者相对于背景、外部条件下能看到显示的一种特征，是用来衡量缺陷能否被观察到的指标。 2.对比度某一个显示和围绕这个显示周围的表面背景之间的亮度或颜色之差。对比度可用某个显示和显示的表面背景之间的反射光或发射光的相对量来表示，这个相对量称为对比率。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.3 渗透探伤试剂、试块和装置 渗透检测试剂主要有渗透液、显像剂和去除剂三大类组成。试块主要有铝合金淬火裂纹试块、不锈钢镀铬裂纹试块、黄铜镀铬裂纹试块以及其它灵敏度试块。渗透探伤装置分为携带式和固定式两大类。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.3.1 渗透液 4.3.1.1 理想渗透液应具有的性能 1.润湿显像剂性能好； 2.渗透能力强，渗透速度快； 3.色泽好，对比度高； 4.化学稳定性好； 5.闪点燃点高，安全性好； 6.不易挥发，容易清除； 7.对工件无腐蚀，对人体无害，价格合理。加热油品所逸出的蒸气和空气组成的混合物与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度称为闪点。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

4.3.1.2 渗透液的分类与组成 1.着色渗透液（1）水洗型着色渗透液 a 水基型着色渗透液以水作为渗透溶剂，在水中溶解染料，可直接用水清洗。价格便宜、易清洗、安全无毒、不可燃、不污染环境。渗透能力差，检测灵敏度低，检测对灵敏度要求不高、渗透液与工件发生反应而破坏工件及同油类接触易爆炸的部件。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

b 自乳化型着色渗透液 由油基溶剂、互溶剂、红色染料、乳化剂等组成。渗透能力强，灵敏度比水基着色渗透液高，成本低，本身含有乳化剂，可以直接用水清洗。易吸收空气中的水分产生浑浊、沉淀。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

（2）后乳化型着色渗透液 基本成分为油基渗透溶剂、互溶剂、染料、增光剂、润湿剂等。渗透能力强，灵敏度高，毒性低，不含乳化剂，需经过乳化工序后才能用水清洗。不适于检测表面粗糙、有盲孔或带螺纹的工件检验，适于检查浅而细微的表面缺陷。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

（3）溶剂去除型着色渗透液 基本成分是红色染料、油性溶剂、互溶剂润湿剂等。着色渗透能力强，用丙酮等有机溶剂直接清洗，灵敏度较高。适于大型工件的局部检测和无电无水的野外作业，但检查成本高，效率低，有毒性。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

2.荧光渗透液 （1）水洗型荧光渗透液 a 水基型荧光渗透液基本成分是荧光染料和水，但灵敏度高。 b 自乳化型荧光渗透液基本成分是荧光染料、油性溶剂、渗透溶剂、乳化剂等。渗透能力强，可直接用水冲洗，成本低，检测灵敏度高。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

（2）后乳化型荧光渗透液 基本成分为荧光染料、油性溶剂、渗透溶剂、互溶剂、润湿剂等。检测灵敏度高，特别适于检测浅而细微的表面缺陷，适用于要求较高的工件检测，要求工件表面光洁、无盲孔和螺纹等。中国工业检验检测网　http://www.industryinspection.com

材料无损检测

材料无损检测

Presentation Transcript