《NDT渗透检测》PPT课件.ppt

渗透检测,第一章 绪论,1.1 渗透检测的发展简史和现状渗透检测的定义和作用渗透检测是一种以毛细管作用原理为基础用于检查表面开口缺陷的无损检测方法。五种常规无损检测方法 射线检测（RT）检测内部缺陷 超声检测（UT）检测内部缺陷 磁粉检测（MT）检测表面及近表面缺陷 渗透检测（PT）检测表面开口缺陷 涡流检测（ET）检测表面及表层缺陷,第一章 绪论,渗透检测是一种有效的表面检查方法；由于渗透检测的独特优点，其应用遍及现代工业的各个领域。渗透检测是产品制造中实现质量控制、节约原材料、改进工艺、提高劳动生产率的重要手段，也是设备维护中不可缺少的手段。国外研究表明：渗透检测对表面点状和线状缺陷的检出概率高于磁粉检测，是一种最有效的表面检查方法。,第一章 绪论,1.1.2 渗透检测的发展简史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,第一章 绪论,1.1.3 国外渗透检测的现状50年前代后美国推出军方规范 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）,第1章 绪论,1.1.4 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,第1章 绪论,1.2 渗透检测的基础知识1.2.1 渗透检测的基本原理 渗透检测是基于液体的毛细作用（或毛细现象）和固体染料在一定条件下的发光现象。渗透检测的工作原理是：工件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细作用下，经过一定时间，渗透剂可以渗入表面开口缺陷中；去除工件表面多余的渗透剂，经干燥后，再在工件表面施涂吸附介质显像剂；同样在毛细作用下，显像剂将吸引缺陷中的渗透剂，即渗透剂回渗到显像剂中；在一定的光源下（黑光或白光),缺陷处的渗透剂痕迹被显示（黄绿色荧光或鲜艳红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。,第1章 绪论,渗透检测的基本操作步骤,第1章 绪论,1.2.2 渗透检测方法的分类注：渗透检测方法代号示例：c-d 为溶剂去除型着色渗透检测（溶剂悬浮显像剂）,第1章 绪论,1、根据渗透剂所含染料成分分类：荧光渗透检测 着色渗透检测 荧光着色渗透检测2、根据渗透剂去除方法分类：A：水洗型 B：亲油型后乳化型 C：溶剂去除型 D：亲水型后乳化型,第1章 绪论,3、根据显像剂类型的分类：a 干粉显像剂 b 水溶解显像剂 c 水悬浮显像剂 d 溶剂悬浮显像剂 e 自显像 另外，根据渗透检测灵敏度的分类：很低级、低级、中级、高级、超高级,第1章 绪论,1.2.3 渗透检测操作的基本步骤渗透检测的时机一般应在冷热加工之后，表面处理之前以及工件制成之后进行。基本步骤渗透：将一种含有染料的渗透液涂覆在工件表面上，在毛细作用下，渗透液渗人表面开口缺陷中去。去除（清洗）：去除工件表面多余的渗透液。显像：再在工件表面涂上一层显像剂，缺陷中的渗透液在毛细作用下重新被吸附到工件表面上来，从而形成放大的缺陷。观察：在黑光灯下（荧光法）或白光下（着色法）观察缺陷显示。,第1章 绪论,第1章 绪论,1.2.4 渗透检测工作质量及体系渗透检测的工作质量取决于渗透检测体系的灵敏度、分辨力及可靠性。渗透检测体系的灵敏度：渗透检测体系发现缺陷大小的能力。缺陷尺寸：长度、宽度。显示痕迹大于实际缺陷。渗透检测体系的分辨力：渗透检测体系探测缺陷几何特性(尺寸、形状、位置）的能力。渗透检测体系的可靠性：渗透检测体系检出缺陷与受检工件真是缺陷之间的对应性。,第1章 绪论,1.2.4 渗透检测工作质量及体系渗透检测体系包括：使用的设备仪器(渗透装置、乳化装置、显像装置、黑光灯）、渗透检测剂（渗透剂、乳化剂、显像剂、去除剂）、工艺方法（渗透、去除、显像与水洗法、后乳化法、溶剂去除法）、环境条件（水源、电源、气源、暗室、光源）及操作人员的技术资格水平。,第1章 绪论,1.2.5 渗透检测的优点和局限性渗透检测的优点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。渗透检测的局限性只能检测工件表面开口缺陷不适于检查多孔性或疏松材料制成的工件和表面过于粗糙的工件。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重复性差，污染较严重。,第1章 绪论,1.3 表面缺陷无损检测方法的比较,第2章渗透检测的物理化学基础,2.1 分子运动论与物体的内能分子运动论 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（如液体的表面张力、润湿与不润湿、毛细作用）的理论叫分子运动论。,第2章渗透检测表面物理基础,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。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。人们习惯把有气体参与的相界面叫表面，其它的相界面叫界面。把液气界面称为液体表面，把固气界面称为固体表面。在液气表面，我们把气体接触的液体薄层称表面层。在液固界面，我们把跟固体接触的液体薄层称附着层。,第2章渗透检测表面物理基础,2.2 表面张力和表面张力系数表面张力与表面张力系数的概念液体表面有收缩到最小的趋势存在于液体表面，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力。液体分子间的互相作用力是表面张力产生的根本原因。,第2章渗透检测表面物理基础,2.表面张力的产生机理,以右图所示，液体内部和表面层分子的受力状况。A代表内部分子，B代表近表面层分子，C代表表面层分子。,那么分子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分子靠近表面，其分子作用球已有一小部分进入气相，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分子在液体的表面，其作用球已有大半个超出液体表面，它所受的内聚力更大。,在气液界面，存在一个液体的表面层，它是由一个距液面的距离小于分子作用半径的分子组成的。所有液体表面层的分子都受到内聚力的作用，这种作用力就是表面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，有如在液体表面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，有使其表面积减小的趋势，这就是表面张力产生的原因。,第2章渗透检测表面物理基础,3.表面张力系数表面张力系数可定义为单位长度上的表面张力。表面张力一般可以表面张力系数表示。表面张力试验如图2-2示意图。,第2章渗透检测表面物理基础,F=mg=f=L（2-1）,EMNF是金属框，AB是活动边，假设AB边同连接的两边的摩擦力忽略不计。把液体做成液膜，框在AMNB内，为保持平衡不收缩，由于液体表面存在表面张力，而表面张力的方向总是与液面相切指向使液面缩小的方向，因此，AB边就会在表面张力作用下向液面缩小的方向移动。若液面的宽度为L，L越大，则表面张力f也越大，为保持平衡，就必须施加一适当的与液面相切的力F于宽度为L的液面上，平衡时，这两个力大小相等方向相反，令AB为L，则有：,第2章渗透检测表面物理基础,由上式可知，表面张力一般以表面张力系数表示，表面张力系数可定义为任一单位长度上的表面张力。它的作用方向与液体表面相切。它是液体的基本物理性质之一，它的法定单位是N/m（牛顿/米）。液体表面张力系数小，液体表面能小，液体容易挥发。,第2章渗透检测表面物理基础,常用液体材料的表面张力系数（20）注：表中数据指液体气体表面张力系数,第2章渗透检测表面物理基础,一般地说，表面张力系数与液体的种类和温度有关。一定成分的液体，在一定的温度和压力下有一定的值；不同液体，值不同；同一液体，表面张力系数值随温度上升而下降；但有少数的熔融液体的表面张力系数随温度的上升而增高，例如铜、镉等金属的熔融液体。容易挥发的液体与不容易挥发的液体相比，其表面张力系数更小。含有杂质的液体比纯净的液体的表面张力系数要小。正如液体的自由表面有表面张力一样，液液界面与液固界面等两相之间的界面也有类似的界面张力。两项之间的化学特点越接近，它们之间的界面张力越小；界面张力值总小于两项各自的表面张力之和，这是因为两项之间总会有某些吸附力。界面张力也有使界面自发减少的趋势。,第2章渗透检测表面物理基础,2.3 润湿现象2.3.1 润湿现象表面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，而至少其中两项为流体。润湿现象是固体表面上的气体被液体取代的表面及界面现象，有时是一种液体被另一种液体所取代的表面及界面过程。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。,第2章渗透检测表面物理基础,接触角和润湿方程,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。,在液-固界面与界面处液体表面的切线所夹的角叫接触角，常用表示。接触角也可定义为液-固界面经过液体内部到液气界面之间的夹角。,第2章渗透检测表面物理基础,接触角和润湿方程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：S-SL=Lcos 式中，S 固体与气体的界面张力 L 液体的表面张力 SL 固体与液体的界面张力 接触角 三相交界处三个界面张力平衡的结果。,第2章渗透检测表面物理基础,2.3.3 润湿的三种方式和润湿的四个等级润湿有三种方式：沾湿润湿、浸湿润湿、铺展润湿使用接触角可以判定润湿以何种方式进行：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。工程上，用完全润湿、润湿、不润湿、完全不润湿四个等级来表示不同的润湿性能。,第2章渗透检测表面物理基础,接触角可用于表示液体的润湿性能，即可用于判定润湿以何种方式进行。习惯上将等于90时作为判定润湿与否的标准。当接触角为0，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，此情况称为不润湿。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，此情况称为完全不润湿。,第2章渗透检测表面物理基础,同一种液体，对不同的固体而言，它的接触角也不同，它可能是润湿的，也可能是不润湿的。例如水能润湿干净的玻璃，却不能润湿石腊。水银不能润湿玻璃却能润湿锌块。对于固体而言，不同的液体与其接触时，接触角也不同。同种固体和液体相接触，固体材料表面的粗糙度也会导致接触角发生变化，当小于90时，表面粗糙度大将使接触角变小；当大于90时，表面粗糙度变小，将使接触角增大。润湿性能是渗透剂的重要指标，它是表面张力和接触角两种物理性能的综合反映。润湿性能好的渗透剂有很小的接触角。接触角越小，说明润湿性能越好。液体的表面张力系数对润湿性能好坏有较大的影响，表面张力系数大，fL大，COS小，大，则润湿效果差；反之，表面张力系数小，fL小，COS大，小，则润湿效果好。渗透检测中，渗透剂对被检工件表面良好的润湿是进行渗透检测的先决条件。只有当渗透剂充分润湿被检工件表面时，才能渗入狭窄的缝隙。此外还要求渗透剂能润湿显像剂，以便将缺陷中的渗透剂吸出从而显示出缺陷。在渗透剂配置时，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。,第2章渗透检测表面物理基础,2.3.4 润湿现象产生的机理润湿和不润湿现象的产生，是分子间力相互作用的结果。当液体与固体相接触时，形成一层与固体接触的液体附着层。附着层内的分子，一方面受到液体内部分子的吸引力，另一方面也受到固体分子的吸引力。如果固体分子与液体分子间的引力比液体分子间的引力强，附着层内分子分布就比液体内部更密，分子间距小，附着层里就出现相互推斥的力，这时液体跟固体的接触面积就有扩大的趋势，形成润湿现象。反之，如果固体分子间的引力比液体分子间的引力弱，附着层内分子的分布就比液体内部稀疏，附着层里就出现使表面收缩的表面张力，使液体与固体接触的面积趋于缩小，形成不润湿现象。,第2章渗透检测表面物理基础,2.4 毛细现象2.4.1 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，称为毛细管现象。毛细管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。,第2章渗透检测表面物理基础,2.4.2 弯曲界面的附加压强放入小容器内液体表面会产生弯曲现象，形成凹液面或凸液面。弯曲液面的面积比平液面大，在表面张力的作用下，力图使弯曲液面缩小为平液面，从而使凸液面对液体内部产生压应力，凹液面对液体内部产生拉应力，这种弯曲液面单位面积对液体内部产生的拉应力或压应力称为附加压强，附加压强的方向总是指向弯曲液面的曲率中心。表面张力的存在是弯曲液面产生附加压强的原因。,第2章渗透检测表面物理基础,2.4.3 毛细现象中的液面高度1.毛细管内液面高度毛细管插在润湿液体中，由于润湿作用，靠近管壁的液面就会上升，形成表面凹下，从而扩大液体表面。在弯曲液面的附加压强的作用下，液体表面向上收缩，而又成为平面。随后，润湿作用又起主导作用，靠近管壁的液面又向上升，重新形成表面凹下，而弯曲液面的附加压强又使其收缩成平面。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。润湿液体在毛细管中上升高度的计算公式：式中：h 润湿液体在毛细管中上升高度 液体的表面张力系数 接触角 r 毛细管内壁半径 液体密度 g 重力加速度,毛细管中受力分析图,第2章渗透检测表面物理基础,从上式可以看出，液体在毛细管中上升的高度与表面张力系数和接触角的余弦的乘积成正比，与毛细管的内径和液体的密度成反比。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。若液体能完全润湿管壁，即属于铺展润湿，此时COS1，则式（2-5）可简化为：,第2章渗透检测表面物理基础,2.两平行板间的液面高度润湿液体在间距很小的两平行板间也会产生毛细现象，如图2-17所示。其上升高度的公式为由以上公式可知，在相同条件下，毛细现象中柱形液面上升的高度仅为球形液面的1/2。,第2章渗透检测表面物理基础,3.缺陷内液面高度实际上缺陷大多是为非贯穿型缺陷，一端封闭。缺陷内的液面高度不能用以上高度计算。缺陷类型不同，缺陷形状不同，缺陷内形成的弯曲液面也不同。气孔为圆柱型，顾其液面为球状液面；裂纹可认为是两平行板间的毛细现象，形成圆柱状凹形弯曲液面。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。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。（采取一定的措施），震荡（包括超声波震荡）是提高渗透作用的有效途径。,第2章渗透检测表面物理基础,2.4.4 毛细现象产生的机理2.4.5 渗透检测中的毛细现象1.渗透与毛细作用渗透检测中，渗透剂对工件表面开口缺陷的渗透实质上就是渗透剂的毛细作用；毛细作用的产生是由缺陷处渗透剂附着层的推斥力和渗透剂表面张力共同作用的结果。毛细作用是渗透剂渗透到细小的裂纹中的速度比它渗透到宽裂纹中速度更快。污染物会降低渗透剂的表面张力，减弱毛细作用。如被油污污染过的零件渗透时间需延长。,第2章渗透检测表面物理基础,2.显像与毛细作用显像是利用显像剂吸附从缺陷中回渗到受检工件表面的渗透剂，形成肉眼可见的缺陷显示。显像过程同渗透过程一样，是由于毛细作用，来源于液体和固体表面分子间的相互作用力。显像剂的两个基本功能：（1）吸附足量的从缺陷中回渗到工件表面的渗透剂。（2）通过毛细作用将渗透剂在工件表面横向扩展，使缺陷轮廓图形的显示扩大到足以肉眼可见。,第2章渗透检测表面物理基础,2.5 吸附现象2.5.1 固体表面的吸附现象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皆可发生，固-液界面、液-液界面、固-气界面、液-气界面。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表面上发生的吸附现象。能起吸附作用的固体成为吸附剂。如显像过程中，显像剂粉末吸附缺陷中回渗的渗透剂，显像剂粉末是吸附剂，渗透剂是吸附质。衡量吸附剂的吸附能力，常用吸附量这个技术参数，它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面积上吸附的吸附质质量。吸附量数值越大，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。,第2章渗透检测表面物理基础,2.5.2 液体表面的吸附现象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。,第2章渗透检测表面物理基础,2.5.5 渗透检测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。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。,第2章渗透检测表面物理基础,渗透剂在渗透过程中，受检工件及其中的缺陷（固体）与渗透剂接触时，也有吸附现象发生。渗透过程中，提高缺陷表面对渗透剂的吸附，有利于提高检测灵敏度。渗透检测全过程所发生的吸附现象，主要是物理吸附。,第2章渗透检测表面物理基础,2.6 溶解现象2.6.1 溶解现象及溶解度一种物质（溶质）均匀的分散于另一种物质（溶剂）中的过程叫溶解。所组成的均匀物质叫做溶液。通常把分子较大的一种或液态物质称为溶剂，较小的一种或固体物质称为溶质。大部分渗透剂是溶液。溶解现象包括溶解和结晶两个过程。当渗透剂的浓度增加到一定程度是，结晶速度等于溶解速度，此时渗透剂的浓度不再改变（假定温度不变），达到饱和状态。饱和渗透剂中所含染料的量就是该染料在该温度下的溶解度。研制渗透剂配方时，选择理想的着色（荧光）染料及溶解该染料的理想的溶剂，是非常重要的。,第2章渗透检测表面物理基础,2.6.2 渗透剂的浓度渗透剂的浓度指一定量渗透剂里含着色（荧光）染料的量。两种表示渗透剂浓度的方法：质量百分比浓度和摩尔浓度。质量百分比浓度：指渗透剂中着色（荧光）染料的质量占全部渗透剂质量的百分比，公式如下：摩尔浓度是指1升渗透剂中，着色（荧光）染料的物质的量，公式如下：,第2章渗透检测表面物理基础,物质的摩尔质量是指1摩尔任何分子的质量，单位用g/mol表示。1摩尔任何分子的摩尔质量，数值上等于该分子的相对分子量。2.6.3 相似相溶经验法则化学结构相似的物质，彼此容易相互溶解；极性相似的物质彼此容易相互溶解。2.6.4 渗透检测与溶解度、浓度1.着色（荧光）强度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剂，在显像后能显示色泽（色相）的能力。它与渗透剂中着色染料或荧光染料的种类有关，与染料在渗透剂中的溶解度有关。,第2章渗透检测表面物理基础,2.7 表面活性和表面活性剂2.5.1 表面活性和表面活性剂的定义把凡能使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（如水）中加入少量的某些溶质时，就能明显的降低溶剂（如水）的表面张力，改变溶剂的表面状态，从而产生润湿、乳化、起泡及增溶等作用，这种溶质称为表面活性剂。,第2章渗透检测表面物理基础,表面张力f和浓度c关系曲线对于水溶液而言，凡是具有曲线1和曲线2特性的物质都具有表面活性，都是表面活性物质。而对于那些具有曲线3的特性的物质则无表面活性，称之为非表面活性物质。第1类物质不但能明显地降低溶剂的表面，还具有生产实际所要求的特性，如润湿、乳化、增溶、起泡和去污等，第2类物质就不具备这些性质。,第2章渗透检测表面物理基础,表面活性剂的种类和结构特点及HLB值1.表面活性剂的HLB值表面活性剂是否溶于水，即所谓亲水性大小是衡量表面活性的一项重要指标。非离子型表面活性剂的亲水性用亲憎平衡值即来表示。表面活性剂具有润湿、洗涤、乳化、增溶和起泡等作用。从下图中还可以看出：值越高，亲水性越好；反之值越低，亲油性愈好。,第2章渗透检测表面物理基础,将几种不同值的表面活性剂按一定的比例混合在一起，可得到一种新值的表面活性剂，其物理化学性能有明显变化。如表2-4所示。为得到合适的值，常在表面活性剂中添加另一种表面活性剂，混合后的表面活性剂比单一的表面活性剂性能好，使用效果更佳。在渗透检测中，经常使用的工业生产的表面活性剂，而没有必要使用很纯的表面活性剂。几种非离子型表面活性剂混合后的值可按下式计算：,第2章渗透检测表面物理基础,2.7.3 表面活性剂的作用 8-18乳化作用(O/W 型）15 13-16增溶作用 13-15洗涤作用 10 7-9润湿作用 5 3.5-6乳化作用（W/O型）1.5-3消泡作用 0 表面活性剂值与其作用的对应关系,第2章渗透检测表面物理基础,2.7.4 乳化作用1.乳化现象和乳化剂由于表面活性剂作用，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。2.乳化形式两种类型：值在818的表面活性剂的乳化形式为水包油型（O/W），这种乳化剂能将与水不相混溶的油状液呈细小的油滴分散在水中，所形成的乳状液称为水包油型乳状液（如牛奶），因而这种乳化剂也称为亲水性乳化剂。后乳化型渗透剂的去除，多采用这种乳化剂；值在1115之间，所形成的乳化液可以直接用水冲洗；值在3.66的表面活性剂的乳化形式为油包水型（W/O），这种乳化剂能将水以很细小的水滴分散在油中（如原油），故称为亲油性乳化剂。后乳化型渗透剂有时也采用这类乳化剂去除。,第2章渗透检测表面物理基础,3.乳化作用的机理乳状液起到两个作用：其一是当乳化剂在油水界面吸附并富集时，改变了界面的性质和状态，降低界面张力，使油滴表面能不因表面积的增加而急剧增加，从而使体系始终保持表面能较低的稳定状态；另一个作用是能在分散的液滴表面形成一种具有一定强度的保护膜，阻止液滴因碰撞而又重新聚集，而且当保护膜受损时，能自动弥补受损处。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。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。,第2章渗透检测表面物理基础,多余渗透剂的乳化清洗过程,第3章渗透检测中的光学基础,3.1 光的本性光是一种电磁波。按照电磁波谱的频率（或波长）的大小排列形成电磁波谱，他们分别为射线、X射线、可见光、红外线、微波、无线电波和电磁波。3.2 发光及光致发光3.2.1 发光发光的物体称为光源。按激发方式：热能激发的热光源，利用化学能、电能或光能激发的光源为冷光源。,第3章渗透检测中的光学基础,3.2.2 光致发光许多原先在白光下不发光的物质，在紫外线等外辐射源的作用下，能够发光，这种现象称为光致发光。3.2.3 渗透检测用光可见白光（400760nm）：着色渗透检测；紫外线（330390nm），中心波长365mm：荧光渗透检测。紫外线能使荧光渗透剂产生荧光，荧光渗透检测以荧光渗透剂受紫外线照射而激发产生荧光这一现象为基础的。人的眼睛对黄绿色光较为敏感，荧光渗透检测常用的荧光其波长为510550mm，呈黄绿色。,第3章渗透检测中的光学基础,3.2.4 荧光的发光机理荧光渗透检测时，荧光渗透剂中荧光染料在紫外线照射下发出荧光，其机理如下：当紫外线照射到荧光渗透剂时，荧光物质便吸收紫外线的光能量。处于较低能及的离原子核较劲的轨道上的电子受激发而跃迁到离原子核较远的轨道上，使原子能量升高而处于激发状态。处于激发状态的原子很不稳定，高能级上的电子要自发的跳跃到失去电子的较低能级上去，电子由高能级跳到低能级，将发出光子，这个光子的能量就等于高低能级的能量差。,第3章渗透检测中的光学基础,3.3 光度学发光强度：指光源向某方向单位立体角发射的光通量，单位：坎德拉（cd）。光通量：是指能引起眼睛视觉强度的辐射通量，单位是流明（lm）。辐射通量：辐射是能量传递的一种方式，辐射通量是指辐射源（如光源）在单位时间内向给定方向所发射的光能量，即以辐射形式所发射、传播和接受的功率，故又称辐射功率。单位是瓦特（W）。辐射强度：单位面积上的辐射通量。单位：瓦特/米2（W/m2）。光视效能：辐射通量（功率）产生光通量的效率。照度是指被照射物单位面积上所接受的光通量，单位是勒克斯（lx），1勒克斯1流明/m2，照度是表示物体被照亮的程度。,第3章渗透检测中的光学基础,如果用F代表照射在某一表面上的光通量，S代表这个表面的面积，E代表这个表面的照度，则有：E=F/S(34)显然对于一定面积的表面，照射到他上面的光通量越大，这个表面的照度也越大，如果光通量大小一定，则被均匀照射的表面积越大，表面的照度就越小。渗透探伤时，工作场地保持一定的照度，对于确保探伤灵敏度及提高工作效率是非常必要的。一般要求，着色探伤时，被检物表面上可见光照度应在500lx以上。荧光渗透检测时，被检物表面上的紫外线强度应不低于1000uw/cm2，暗室内可见光照度应不大于20lx。,第3章渗透检测中的光学基础,3.4 对比度和可见度3.4.1 对比度对比度：某个显示与围绕这个显示的背景之间的亮度和颜色之差，称为对比度。对比度可用两者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。试验表明，红色染料显示与白色显象剂背景之间的对比率越为6:1，而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。这是荧光探伤灵敏度较高的一个原因。荧光检测时，背景的亮度必须低于要求显示的荧光亮度。某些很淡的背景的存在，就是适度乳化和适度清洗的最好标志。,第3章渗透检测中的光学基础,渗透检测检出的表面开口缺陷的检出率，主要取决于表面开口缺陷的开口宽度，其次取决于深度和长度。渗透检测的最高灵敏度，试验结果是0.1m左右。3.5.2 裂纹检出能力渗透检测的裂纹检出能力取决于渗透剂染料中分子的大小，缺陷显示图形色彩反差，以及形成目视可见显示所需的渗入缺陷的最小渗透剂量等。不同的渗透剂，裂纹检出能力是不同的，可使用裂纹试块对其灵敏度进行测试。渗透液中染料种类及浓度将影响裂纹检出能力。渗透液被化学药品污染，荧光液长时间受紫外光照射，着色液长时间受日光照射等，将降低裂纹检出能力。先浸后滴落的施加渗透液的方法，可使渗透液中的大量挥发性成分挥发掉，而留下更多粘度较大的组分，染料的浓度相对于原渗透液中的浓度更高，可提高裂纹检出能力。,第4章渗透检测剂,4.1 渗透剂渗透剂是一种含有着色染料或荧光染料且具有强渗透能力的溶液。4.1.1 渗透剂的分类 1.渗透剂的分类按染料成分分类：荧光、着色、着色荧光按溶解染料的基本溶剂分类：水基与油基。水基型和油基型相比润湿能力差，渗透能力低，灵敏度低。按多余渗透剂的去除方法分类：水洗型、后乳化型与溶剂去除型按灵敏度水平分类：很低、低、中、高、超高按与受检材料的相容性分类：液氧相容、低硫低氯低氟等,第4章渗透检测剂,与液氧相容型渗透剂主要用于与氧气或液氧接触工件的渗透检测。低硫渗透剂主要用于镍基合金材料的渗透检测。低氯低氟渗透剂主要用于钛合金及奥氏体不锈钢材料的渗透检测。2、特殊类型的渗透剂着色荧光渗透剂：白光下呈鲜艳的暗红色，而在黑光灯下发出明亮的荧光。不是将着色染料和荧光染料同时溶解到渗透溶剂中配制而成的。化学反应型渗透剂：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，从而形成清晰的缺陷显示。高温下使用的渗透剂：在短时间与高温工件接触而不破坏。过滤性微粒渗透剂一种悬浮液，是将粒度大于裂纹宽度的染料悬浮在溶剂中而配制成的。当渗透剂流进裂纹时，染料微粒不能流进裂纹微粒就会聚集在开口的的裂纹处，这些留在表面的微粒沉积，就可以提供裂纹显示。,第4章渗透检测剂,4.1.2 渗透剂的主要组成大部分渗透剂是溶液（溶质与溶剂），也有少数悬浮液（过滤性微粒）。1.染料-溶质着色染料着色染料多为红色，与显像剂产生红白反差。染料应色泽鲜艳、易溶解、易清洗、杂质少、无腐蚀、无毒。染料有油溶型、醇溶型及油醇混合型三类，一般着色渗透剂中多使用油溶型偶氮染料。荧光染料能发出黄绿色的荧光，耐黑光、耐热、无腐蚀。荧光染料的荧光强度和波长与所用的溶剂和浓度有关。荧光强度随浓度的增加而增强，但浓度增大到一定程度后就不再增加，甚至会减弱。,第4章渗透检测剂,2.溶剂溶剂有两个作用：一是溶解染料，二是起渗透作用。溶剂的基本性能要求：渗透力强、对染料溶解性能好、挥发性小、毒性小、无腐蚀。基本溶剂和起稀释作用的溶剂两大类。基本溶剂：溶解染料、使渗透剂发出红色色泽或荧光。稀释溶剂：调节粘度和流动性、降低成本。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。煤油是一种最常用的溶剂。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。单靠提高渗透液的浓度来提高着色或荧光强度的作用有限。,第4章渗透检测剂,3.其他附加成分主要有：表面活性剂、互溶剂、稳定剂、增光剂、抑制剂、中和剂等，用于改善渗透液性能。用一种中间溶剂来溶解染料，然后再与渗透性能好的溶剂互溶，得到清沏的混合液。中间溶剂称互溶剂。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（助溶剂、耦合剂）。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。,第4章渗透检测剂,4.1.3 渗透剂的性能1、渗透剂的综合性能 渗透能力强，容易渗入工件的表面缺陷。荧光渗透剂应具有鲜明的荧光，着色渗透剂应具有鲜艳的色泽。清洗性好，容易从工件表面清洗掉。润湿显像剂的性能好，容易从缺陷中被吸附到显像剂表面，而将缺陷显示出来。无腐蚀，对工件和设备无腐蚀性。稳定性好，在光与热作用下，材料成份和荧光亮度或色泽能维持较长时间。毒性小，尽可能不污染环境。其他：检查钛合金与奥氏体钢材料时，要求渗透剂低氯低氟，检查镍合金材料时，要求渗透剂低硫；检查与氧、液氧接触的工件时，要求渗透剂与氧不发生反应，成为惰性。,第4章渗透检测剂,2、渗透剂的物理性能表面张力与接触角表面张力与接触角是确定渗透剂是否具有高的渗透能力的两个最主要参数。渗透剂的渗透能力用渗透剂在毛细管中上升的高度来衡量。渗透剂的渗透能力与表面张力及接触角的余弦的乘积成正比cos。cos 表征渗透剂渗入表面开口缺陷的能力，称静态渗透参量。可用公式表示：SPP=cos静态渗透参量表征渗透剂渗入缺陷的能力。当5时，渗透剂的表面张力取适当值时，渗透剂的渗透能力最强。可以近似的说，静态渗透参量就是当接触角5时渗透剂的表面张力。静态渗透参量的单位同表面张力。常用N/m表示。,第4章渗透检测剂,黏度渗透剂的黏度与流动性有关，它是液体分子存在摩擦力的表现。渗透剂性能用运动黏度表示。渗透液具有良好的渗透性能时，黏度不影响静态渗透参量，即不影响液体渗入缺陷的能力。渗透剂的渗透速率常用动态渗透参量（KPP）来表征。它反映的是要求受检工件侵入渗透时间的长短。动态参量可用下式表示：渗透剂的黏度太高或太低都不好。密度液体的密度越小，毛细管内上升高度值越高，渗透能力越强。密度一般与温度成反比。温度越高，密度越低，渗透力越强。,第4章渗透检测剂,挥发性 渗透剂应以不易挥发为好，一般在不易挥发的渗透剂中加进一定量的挥发性液体。闪点和燃点闪点：刚刚出现闪光现象时，液体的最低温度。燃点：是液体加热到能被接触的火焰点燃并能继续燃烧的液体的最低温度。对同一液体而言，燃点高于闪点。从安全方面考虑，渗透剂的闪点愈高，则愈安全。闪点有开口与闭口两种测量方法。对水洗型渗透剂，原则上要求闭口闪点大于50；而对后乳化型渗透剂，闭口闪点一般为6070。电导性要求渗透剂具有高电阻。,第4章渗透检测剂,3、渗透剂的化学性能化学惰性渗透剂对被检材料和盛装容器应尽可能是惰性的或不腐蚀的。硫、钠:高温下对镍基合金热腐蚀（热脆）；卤素（氟、氯）元素与钛合金及奥氏体不锈钢作用，产生应力腐蚀裂纹。标准要求将硫含量限制在1%，将氯、氟含量限制在1%。清洗性水洗型渗透剂（自乳化）与后乳化型渗透剂，用粗水柱冲洗后达到不残留明显的荧光背景或着色底色。溶剂去除型渗透剂，能被起去除作用的溶剂溶解。,第4章渗透检测剂,含水量和容水量渗透剂中水含量与渗透剂总量之比的百分数称为含水量。渗透剂的容水量是指渗透剂出现分离、混浊、凝胶或灵敏度下降等现象时的渗透剂含水量的极限值，这一含水量的极限值称为渗透剂的容水量。它是衡量渗透剂抗水污染能力的指标。渗透剂含水量越小越好。渗透剂的容水量指标越高，抗水污染性能越好。毒性渗透剂应是无毒的，与其接触，不得引起皮肤炎症，渗透剂挥发出来的气体，其气味不得引起操作者恶心。,第4章渗透检测剂,溶解性渗透剂中的各种溶剂都应该是染料的良好溶剂，在高温或低温条件，他们应能使染料都溶解在其中并保持在渗透剂中，在贮存或运输中不发生分离。腐蚀性能水的污染，不仅可能使渗透剂产生凝胶、分离、云状物或凝聚现象，并且可与水洗型渗透剂中乳化剂结合而形成微碱性溶液，这种微碱性渗透剂对铝、镁合金工件会产生腐蚀。,第4章渗透检测剂,4、渗透剂的特殊性能稳定性渗透剂的稳定性是指渗透剂对光和温度的耐受能力。荧光渗透剂对黑光的稳定性是很重要的。荧光渗透剂在1000W/cm2的黑光下照射1小时，稳定性应在85%以上。着色渗透剂在强白光照射下不应退色。对温度的稳定性包括冷、热稳定性，即在高温和低温下，渗透剂都应保持