《渗透检测》PPT课件.ppt

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1、第五章 渗透检测,渗透检测是一种检测材料（或零件）表面或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，可广泛适用于锻件、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。渗透检测受被检物体表面粗糙度的影响较大，不适用于多孔材料及其制品的检测。,5.1 渗透检测的基本原理,渗透检测的基本原理 是一种以毛细作用原理为基础的检测技术，主要用于检测非疏孔性的金属或非金属零部件的表面开口缺陷。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，清除

2、附着在工件表面的多余渗透液，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，就形成放大了的缺陷显示，即可检查出缺陷的形貌和分布状态。,5.1.2 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0.5m、深10m、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，不能定量,5.2渗透检测的物理基础,表面张力和表面张力系数表面张力 由于表层分子受到内部分子的吸引，都趋向于挤入

3、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。表面张力产生的原因：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，方向指向液体内部，力图使液体表面积收缩到尽可能达到的最小程度。,表面张力系数,表面张力与液面的长度l成正比 fl，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。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比不易挥发的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，表面张力也越小；当液体中含有杂质时，会使表面张

4、力系数降低。,润湿现象5.2.2.1 润湿和不润湿,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。,5.2.2.2 接触角和润湿方程,1.接触角 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:cos=(FS-FSL)/FL（这是因为FS=FL cos+FSL）,90度，称为不润湿 渗透检测中，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。只有当渗透液能充分润湿工件表面时，渗透液才能向狭窄的缝隙内渗透。此外，渗透液还必须能润湿显像剂。,5.2.

5、3 毛细现象 5.2.3.1 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。,5.2.3.2 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=2r2/R=2rcos管内液体自重：FD=r2hg则 h=2cos/rg,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。同样有：h=cos/rg。柱形液面上升的高度与球形液面上升的高度。,表面活性和表面活性剂,5.2.4.1 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

6、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，这种表面活性物质称为表面活性剂。,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。,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。,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。吸附使表面活性剂分子形成定向排列，极性的亲水基朝向水或水溶

7、液，亲油基朝外。,3.增溶作用,指水溶液中表面活性剂的存在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。,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：（亲水基部分的分子量/表面活性剂的分子量）20,5.2.5 乳化作用乳化现象和乳化剂,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。,5.2.5.2 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

8、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。,乳化形式1.水包油型（O/W）在818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）在3.66之间的表面活性剂的乳化剂，又称为亲油性乳化剂，如原油。,5.2.6 渗透检测中的光学知识可见光和紫外线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400760nm，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330390mm。,光致发光 被紫外线激发而发光的现象，称为光

9、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。,5.2.7 可见度和对比度,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。,5.3 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

10、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。,5.3.1 渗透液,5.3.1.1 理想渗透液应具有的性能1.润湿性能好；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。,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。,b 自乳化型

11、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，也因此称为水洗型着色渗透液。易吸收空气中的水分产生浑浊、沉淀。,（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，不含乳化剂因而不能直接用水清洗，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，渗透液中乙酸已酯有难闻的刺激性气味。适于检查浅而细微的表面缺陷。,（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

12、，灵敏度较高。常装在喷灌中，与清洗剂、显像剂配套出售。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。,2.荧光渗透液（1）水洗型荧光渗透液 a水基型荧光渗透液 基本成分是荧关染料和水，特点及适用范围与水基型着色渗透液基本相同，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。,（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。缺陷中的渗透液不易清洗，所含溶剂的比例比自乳化型荧光渗透液高，目的在于溶解更多的染料。密度比水小，抗水污染能力强，不受酸或碱的

13、影像。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，同样要求工件表面光洁、无盲孔和螺纹等。,3.溶剂去除型荧光渗透液,基本成分为荧光染料、油性溶剂、渗透剂、增光剂等。直接用有机溶剂清洗，灵敏度较高，可用于无水的地方检验。,4.其它渗透液（1）着色荧光渗透液 在灯光下或日光下呈暗红色，在紫外灯下发出明亮的荧光。它是由特殊的染料、溶剂、渗透剂及某些附加成分组成，并不是着色染料与荧光染料混在一起。,（2）化学反应渗透液 将无色或淡黄色的染料溶解在无色的溶剂中形成。这种渗透液在与配套的无色显像剂接触时会发生化学反应，产生鲜艳的颜色，在紫外灯照射下发出明亮的荧光，从而形成清晰的

14、缺陷显示。化学反应型渗透液缺陷显示清晰，不污染操作者的衣服及皮肤，也不会污染零件和工作场地，冲洗出的废水也是无色的，避免了颜色污染。,（3）过滤性微粒渗透液,是一种悬浮液，将粒度大于裂纹宽度的染料悬浮在溶剂中配制而成。当渗透液流进裂纹时，染料微粒不能流进裂纹，微粒就会聚集在开口的裂纹处，提供裂纹显示的信息。微粒可根据实际需要进行选择着色或荧光的。不需显像剂。染料微粒必须适当。,5.渗透液的选择原则（1）灵敏度满足探伤要求；（2）渗透液对被检工件无腐蚀；（3）价格低，毒性小，易清洗；（4）化学稳定性好，能长期使用；（5）使用安全，不易着火；,5.3.2 清洗液、乳化剂与显像液,5.3.2.1 清

15、洗液（去除剂）用来去除被检工件表面多余渗透液组成的溶剂。水、乳化剂和水、有机溶剂。去除剂应对渗透溶液中的染料有较大的溶解度，对渗透溶剂有良好的互溶性，且不与渗透液起化学反应，不应猝灭荧光染料的荧光。,5.3.2.2 乳化剂,1.作用 用于乳化不溶于水的渗透液，使其便于用水清洗。2.性能要求 乳化效果好，化学性质稳定，对工件无腐蚀，对人体无害，颜色与渗透液有明显区别，凝胶作用强，便于清洗。3.乳化剂的选择 根据值及工件的材质、检验要求、渗透液种类进行选择。,5.3.2.3 显像剂1.作用 将缺陷内的渗透液吸附出来，形成清晰的缺陷图像，显示缺陷。2.组成 吸附剂：白色的无机粉末，能吸附在工件表面上

16、，如钛白、锌白、镁白等；溶剂：悬浮吸附剂，如丙酮、二甲苯、水等；限制剂：限制缺陷图像扩大，提高分辨力；附加成分：润湿剂、防绣剂、分散剂、稀释剂。,3.对显像剂的要求（1）能被渗透液润湿，悬浮性强，分散性好，能均匀的覆盖在工件表面；（2）粒度细小，吸附力强，显像膜不易剥落，能形成细小的毛细管；（3）能与缺陷处吸出的渗透液形成较大的对比度；（4）化学稳定性好，挥发性强，对工件无腐蚀，对人体无害；（5）成本低，易清洗。,4.显像剂的分类,根据显像剂的使用方式不同将其分为干式、湿式和速干式显像剂三种。干式显像剂只含有吸附剂，是一种白色的显像粉末，常与荧光渗透液配合作用。速干式显像剂由吸附剂、悬浮剂、限

17、制剂等组成，要求悬浮剂挥发性好，以缩短显像时间。湿式显像剂由吸附剂、悬浮剂、限制剂、润湿剂、防绣剂等组成。清洗方便，不可燃，使用安全，成本低，灵敏度比干式高。此外，还有塑料薄膜显像剂和化学反应显像剂。,试块试块的作用 也称灵敏度试块，是带有人工缺陷或自然缺陷的试件，用于衡量渗透检测灵敏度的器材。主要作用由：1.灵敏度试验；2.工艺性试验，鉴别各种探伤试剂的性能，确定渗透检测的工艺参数；3.比较不同工艺操作的灵敏度。常用到的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。,5.3.3.2 铝合金淬火裂纹试块（A型）1.制作 805010mm的毛坯磨光加热保温

18、水冷开槽1.51.5。2.优点及缺点 制作简单，缺陷天然，不可控制，重现性较差。3.清洗 丙酮沸水0.5h干燥15m浸泡。,5.3.3.3 不锈钢镀铬裂纹试块（B型）,1.制作 100254单面镀铬不锈钢退火打三点布氏硬度；2.用途 主要用于校验操作方法与工艺系统的灵敏度，只能与标准工艺的照片或塑件复制品对照使用。3.优缺点 制作简单，重复性好，裂纹深度可控，不便于比较。4.清洗,1.制作：100704mm毛坯磨光镀镍镀铬反复弯曲平行分布的疲劳裂纹开槽。2.裂纹等级：0.52微米宽，250微米深的不同的裂纹。3.作用：系统性能检测和确定灵敏度的有效工具。4.优缺点5.清洗和保存,5.3.3.4

19、 黄铜板镀镍铬层裂纹试块（C型）,5.3.3.5 其它灵敏度试块,1.吹砂钢试块 1005010mm的退火不锈钢制成，一面用100目的砂子进行吹打成毛面状态，主要用于校验去除工件表面对于渗透液的工艺方法是否妥当。2.陶器试块 不上釉的陶器圆盘片，主要用于比较两种过滤性微粒渗透液的性能。3.自然缺陷试块,渗透探伤装置,5.3.4.1 携带式探伤装置1.组成 渗透液喷灌、清洗剂喷灌、显像剂喷灌、灯、毛刷、金属刷组成。渗透液喷灌内还装有气雾剂。2.使用要求 必须远离火源、热源、不能暴晒；喷嘴应与工件表面保持一定距离；遗弃空罐时必须破坏其密封性。,5.3.4.2 固定式渗透检测装置,1.组成 预清洗装

20、置、渗透装置、乳化装置、显像装置、干燥装置和后处理装置登。2.使用要求（1）预清洗装置所使用的液体对人体有害，禁止烟火；（2）采用荧光法检测时，必须有暗室，备有便携式黑光灯。,5.3.4.3 黑光灯,也称水银石英灯，是荧光检测的必备装置，它由高压水银蒸汽弧光灯、紫外线滤光片和镇流器组成。,5.4渗透检测技术,5.4.1 渗透探伤方法分类1.根据渗透液中染料分类着色探伤法和荧光探伤法2.根据清洗方法分类水洗型渗透探伤方法；后乳化型探伤方法；溶剂清洗型探伤方法3.根据显像方式分类干式显像、速干式显像、湿式显像和自显像渗透探伤。,5.4.2 渗透探伤的一般工艺过程,渗透探伤的一般工艺过程是预清理、渗

21、透、乳化、清洗、干燥、显像、观察、后处理、记录与报告。,预清理,工件表面的油污、铁锈、氧化皮、油漆、飞溅物、腐蚀物等等会妨碍渗透液进入缺陷，必须进行预清理。1.机械清理：打磨、吹砂2.化学清理：酸洗、碱洗3.溶剂清洗：三氯乙烯蒸汽除油4.其它清除方法：如去漆剂，超声波方法等5.工件表面预清理范围：外扩25mm,5.4.2.2 渗透1.作用2.方法（1）喷涂法（2）刷涂法（3）浸涂法（4）浇涂法3.渗透时间及温度控制 温度一般在1540摄氏度。渗透时间是指渗透液充分渗入缺陷所需的时间，包括施加渗透液的时间和滴落时间，它与渗透液的种类、缺陷性质、渗透液温度有关，一般为520min。,5.4.2.3

22、 乳化,1.作用 对于后乳化型渗透液，乳化处理使多余的油性渗透液表面张力降低，遇水形成水包油型乳化液便于被水清洗，而使缺陷出的渗透液由于凝胶作用而保留完好。2.方法 喷涂法、浸涂法3.乳化时间 乳化时间与乳化液性能、渗透液多少、表面光洁度等因素有关，一般为5min。,5.4.2.4 清洗,1.目的 在达到规定的渗透时间以后用水或有机溶剂将工件表面多余的渗透液去除干净。2.水洗型渗透液和后乳化型渗透液的去除3.溶剂清洗型渗透液,5.4.2.5 干燥,1.目的和时机 干式显像、速干式显像时，工件在清洗后要进行干燥，再施加显像剂；湿式显像时，工件清洗后直接施加显像剂，然后进行干燥。2.常用的干燥方法

23、3.干燥的时间和温度 干燥温度与工件材料和所用的渗透液有关，应通过试验确定，金属不超过80度，塑料在40度以下。干燥时间原则上越短越好，不宜超过10min。,5.4.2.6 显像,显像是指在工件表面施加特定显像剂，利用毛细管作用将缺陷内残留的渗透液吸附出来，形成清晰的缺陷图像。渗透检测中，常用的显像方式有干式显像、速干式显像、湿式显像和自显像等几种。,1.干式显像 在清洗并干燥后的工件表面上施加干粉显像剂，该方法灵敏度低，一般只用于荧光探伤。2.速干式显像 在干燥的工件表面施加易挥发的显像剂，使用前应充分摇晃。3.湿式显像 在清洗后的工件表面施加水基显像剂。4.自显像 不用显像剂，停留1012

24、0min，等待缺陷中的渗透液 重新蔓延到工件表面后再进行检查。一般用于荧光探伤。,5.显像时间 是指利用显像剂将缺陷内残留的渗透液吸附出来显示缺陷所需要的时间，一般为730min。显像时间的长短取决于显像剂和渗透液的种类。6.显像剂覆盖层的控制 显像剂应在被检工件表面上形成均匀、圆滑的薄层，并应覆盖掉工件底色，薄厚应当适中。7.显像剂的选择 荧光渗透优先选用溶剂悬浮显像剂，然后是干式显像剂，最后是水悬浮显像剂。着色探伤，对于任何表面状态，都优先选用溶剂悬浮显像剂，然后是水悬浮显像剂。,5.4.2.7 观察检查,1.时间：应在施加显像剂之后1030min内进行。2.着色探伤 应在白光下进行，显示

25、为红色图像3.荧光检测 应在暗室内进行，缺陷为明亮的黄绿色图像4.伪缺陷的判别,5.4.2.8 后处理,1.记录 草图法；黏贴复制技术；拍相2.内容（1）被检工件情况（2）检验方法与条件（3）探伤结果（4）探伤人员及日期,记录与报告,5.5 缺陷的评定,常见缺陷及其显示特征5.5.1.1 裂纹 裂纹不但能降低工件的强度，还会引起较高的应力集中，导致结构破坏。常见的裂纹有焊接裂纹、铸造裂纹、淬火裂纹、磨削裂纹以及疲劳裂纹等,1.焊接裂纹,（1）热裂纹 渗透检测时，热裂纹一般呈曲折的波浪状或锯齿状的红色，或者是明亮的黄绿色线条；火口裂纹呈星状，较深的火口裂纹有时会显示成圆形。（2）冷裂纹：延迟裂纹

26、 渗透检测时，冷裂纹的显示一般呈直线状红色或明亮的黄绿色线条，中部稍宽，两端尖细，颜色（亮度）逐渐减淡，直到最后消失。,2.铸造裂纹（1）热裂纹 出现在应力集中的区域，一般比较浅，其渗透检测时的显示特征和焊接热裂纹相同。（2）冷裂纹 出现在界面突变的区域，其渗透检测时的显示特征和焊接冷裂纹相同。若铸造裂纹过深，往往会显示呈圆形。,3.淬火裂纹 一般产生于热处理过程中，起源于应力集中的区域，渗透检测中呈红色或明亮黄绿色的细线条显示，呈线状、树枝状或网状，裂纹起源处宽度较宽，随延伸方向逐渐变细。4.疲劳裂纹 长期受交变应力的作用，往往从工件上的划伤、刻槽及表面缺陷处开始。渗透检测时，呈线状、曲线状

27、显示，随延伸方向逐渐变细。5.磨削裂纹 加工过程中，表面局部过热或碳化物偏析等，在加工应力作用下产生的裂纹。一般较浅，渗透检测时一般显示呈断续的条纹、辐射状或网状的条纹。,5.5.1.2 气孔1.铸造气孔 渗透检测时，表面气孔的显示一般呈圆形、椭圆形或长圆条形的红色亮点或黄绿色荧光亮点，并均匀的向边缘减弱淡化。2.焊接气孔 渗透检测中的显示与铸造气孔类似。,5.5.1.3.疏松 疏松在渗透检测中呈密集点状、密集的短条状、聚集的块状，且散乱分布。而每个点、条、块的显示又由很多个靠的很近的小点显示连成一片而形成的。,冷隔 渗透检测时，冷隔的显示有时呈粗大且两端圆秃的光滑线状，有时呈紧密、连续或断续

28、的光滑线条。折叠 折叠与工件结合紧密，渗透液的渗入较为困难，要采用高灵敏度的渗透液和较长的渗透时间。折叠显示为连续或断续的细线条。,5.5.1.5 未熔合 渗透检测只有当坡口未熔合延伸至表面时，才能发现这种缺陷，其显示为直线或椭圆形的条状。未焊透 渗透检测仅能发现根部未焊透，其显示为一条连续或断续的线条，宽度一般较均匀。,5.5.2 缺陷的评定5.5.2.1 缺陷显示的种类1.线状缺陷 长宽比大于3的缺陷显示2.圆形缺陷 长宽比小于或等于3的缺陷显示3.分散缺陷 在一定的区域内存在几个缺陷显示,5.5.2.2 缺陷显示等级1.线状或圆形缺陷分级 根据线状或圆形缺陷尺寸不同分为7级2.分散缺陷分级 根据2500mm2矩形面积(矩形最大边长150mm)内长度超过1mm的缺陷显示痕迹的总和进行分级。,