第四章 液体渗透无损检测

当θ ≤90º，发生浸湿润湿；
当θ ≤0º，发生铺展润湿。
接触角 润湿的四个等级：
完全润湿：当接触角θ为0º ，即cosθ＝1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。 润湿：当接触角θ在0º 和90º之间，即 0<cosθ<1 时， 液滴在固体表面成为小于半球形的球冠，这种情况称 为润湿。
挥发性 不高
共性要求
溶解性 能好
表面总会残留多余的渗透剂, 必须在清洗处理中很容易清 洗掉,否则残留的渗透剂在显 象后判读伪缺陷困难。
洗涤性 能好
渗透探伤的显象作用是依靠 呈现颜色的染料和能发荧光的 物质,这些物质应能充分溶解 于溶剂中 。
B、乳化剂
1.定义：油性物质是不能溶解于水的，当加入乳化剂后，使油
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
撒一层显像剂，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 个放大的缺陷显示。
第二节 液体渗透探伤剂
定义：渗透探伤剂是指渗透剂﹑乳化剂﹑清洗剂和 显象剂的总称。
各种探伤剂要配套 使用，不能相互交 叉替代
渗透探伤剂系统的定义及同族组
1.渗透探伤剂系统 ：
主要由渗透液、乳化剂、去除剂和显象剂所构成的特定组合系统。 既要满足各自的要求，又要互容，达到检测缺陷的目的。
2.渗透探伤剂系统同族组：
同族组：指完成一个特定的渗透探伤全部检验过程所必须的 一系列材料，含渗透液、乳化剂、去除剂和显象剂。 渗透探伤时，必须采用同一厂家提供的同族组的产品，不同 族组的产品不能混用。
若浓度低，乳化能力弱，乳化速度慢，乳化时间长。应根据被检零件的 大小、数量、表面光洁度等情况，通过试验来选择最佳浓度和时间。
3.乳化剂的性能 1） 综合性能
外观能与渗透液明显区别；受少量水或渗透液污染不降低性能； 乳化性能适中，乳化时间合理，容易操作； 存储保管中，温度稳定性好，性能不变； 对操作者的健康无害，无毒及无不良气味； 闪点高，挥发性低，废液及去除污水的处理简便等。
（2） 渗透液的组成成分
渗透液一般由：染料、溶剂、乳化剂和多种改善渗透液性能的附加成分所组成。 在实际的渗透液配方中，一种化学试剂往往同时起几种作用。 1）红色染料 着色液中所用染料多为红色染料，因为红色染料能与显象剂的白色背景形成 鲜明的对比，产生良好的反差。 着色液中的染料应满足：色泽鲜艳，易溶解、易清洗、杂质少、无腐蚀、对 人体无害等。 染料类型有：油溶型、醇溶型和油醇混合型等。 一般着色液中多使用油溶型偶氮染料。常用的染料有苏丹红、128烛红、223 号烛红、荧光桃红、刚果红和丙基红等。其中以苏丹IV使用最为广泛，它的化学 名称为偶氮苯。
第二种染料发出的荧光波长与第一种染料吸收光谱的波长相同，即第二种
染料的荧光谱与第一种染料的吸收谱一致。这时，第一种染料在溶剂中吸收第
二种染料的荧光得到激发，增强了自身发出的荧光强度。 “串激”的应用： 利用“串激”的方法可以增强荧光亮度。即在荧光液中加入两种或两种以 上的荧光染料，组成激活系统，起到“串激”作用。
液体渗透检测 Penetrant Testing 简称PT
第一节 第二节 渗透探伤的原理及方法 液体渗透剂
第三节 渗透探伤的常用方法 第四节 渗透探伤设备
第五节 渗透检测灵敏度试块
第六节 渗透检测工艺 第七节 显示的解释与缺陷评定
渗透探伤概念：
是以毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺陷的一种常 规的无损检测方法。 零件表面被施加含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管 作用下，经过一定时间的渗透，渗透液可以渗进表面开口缺陷中； 去除零件表面多余的渗透液和干燥后,再在零件表面施加显象剂； 同样，在毛细管作用下，显象剂将吸引缺陷中的渗透液，即渗透 液回渗到显象剂中； 在一定的光源下（黑光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示 （黄绿色荧光或红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。
3）溶剂
溶剂有两个主要作用：一 溶解染料； 二 起到渗透作用。
因此，渗透液中所用溶剂应具有：渗透能力强——对染料溶解性能好 ——挥发性小——毒性小——对金属无腐蚀等性能，且经济易得。 多数情况下，渗透液都是几种溶剂的组合，使各成分的特性达到平衡
溶剂可分为：
基本溶剂和起稀释作用的溶剂两类。 基本溶剂：应充分溶解染料，使渗透液着色（荧光）强度大。 稀释剂：除具有适当调节粘度与流动性目的，还有降低材料费用的作用。 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。
定义：液－固界面经过液体内部到
液－气表面之间的夹角，用 θ表示。 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 L cos
接触角
此式是润湿的基本公式，常称为润湿方程
பைடு நூலகம்
3 润湿的三种方式和四个等级
润湿的三种方式：
沾湿润湿、浸湿润湿、铺展润湿 当θ ≤180º 时，发生沾湿润湿；
渗透探伤适应性：
渗透检测：可以检查金属、非金属零件或材料的表面开口缺陷， 例如:裂纹、疏松、气孔、夹渣、冷隔、折叠等。 渗透探伤：不受零件化学成分限制，不受零件结构限制，也不受
缺陷形状限制。
可以检查磁性材料，也可以检查非磁性材料； 可以检查黑色金属，有色金属，也可以检查非金属；
可以检查焊接件，铸件，锻件和机加工件；
润湿的四个等级：
不润湿：当接触角θ在90º 和180º 之间，即 －1<cosθ<0 时，液滴在固 体表面上成为大于半球形的球冠，这种情况称为不润湿。 完全不润湿：当接触角θ为180º ，cosθ＝－1 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，这种情况称为完全不润湿
润湿性能的改变： 同种液体，对不同固体，它可能润 湿，也可能不润湿，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。 润湿现象所反映的润湿性能综合反 映了液体的表面张力和接触角两种物 理性能指标。
毛
•
细
现
象
例：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。
•
毛细现象：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。
毛细现象并不局限于： 一般意义上的毛细管。 特殊形式的毛细管:两平行板间的夹缝，各种棒、纤维、颗粒堆积物的空隙 都是毛细管
一、渗透探伤的基本原理
应用： 可将零件表面的开口缺陷看作毛细管或毛细缝隙 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，使缺陷 附近的表面有所不同，此时可直接进行观察。 如果使用显像剂进行显像，灵敏度会大大提高。
一、渗透探伤的基本原理
显像过程：
也是利用渗透的作用原理。显像剂
能变成极微小的颗粒而均匀地分布在水中，形成了“水包油”的匀质状 态，即使在静止状态下，油也不会聚在一起而造成油水分层的情况，这
一现象称为乳化现象，而具有这一现象的物质称为乳化剂。
在渗透剂中加有乳化剂，使非水溶性的渗透剂发生 乳化作用而具有水溶性。
2.乳化剂 的分类
分为亲水和亲油两大类。
若乳化剂的浓度高，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；
渗透的同时，就压缩裂纹内已被渗透
液封闭的气体。
4 缺陷内液面高度
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，
平衡时有： P＋ P0＝ P气 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）
毒性：无毒。 容水性：应能允许混入5%的水含量。 与渗透液的相容性：应允许混入20%的渗透液而不变质。 特殊性能：水洗性，荧光，槽液寿命，温度稳定性，停留时间。
C、显象剂
（1）定义及功能：
1）定义：
用以显示缺陷的探伤剂。显象剂中的白色粉末的颗粒应细小， 作为白色粉末的载体应易于挥发， 载体通常是各种低沸点的有机溶剂，如乙醇﹑丙酮﹑苯等。 2）显象剂通常有两个基本功能： ①吸附足量的从缺陷中回渗到零件表面的渗透液； ②通过毛细作用将渗透液在零件表面横向扩展，使缺陷的显示放大到可见
乳化剂的性能
2 ） 物理性能 粘度：影响乳化时间，最短的乳化时间大于等于30s。
闪点：不低于50°C。（可燃性液体在温度上升过程中，液面上方挥发出
大量可燃性蒸气，这些可燃性蒸气和空气混合，接触火焰时，会出现爆 炸闪光现象。刚刚出现闪光现象时，液体的最低温度称为闪点。） 挥发性：应低。
3 ）化学性能
毛细管内液面高度：毛细现象使液体在管内上升的高度h，
可以用下式计算：
2 cos h Rg
式中：
σ ---为液体表面张力系数
——为液面与管壁接触角 ρ ---为液体密度
R——细管半径
毛细动力学：固体管壁分子吸引液体分子，引起液体密度增加，产生侧向
斥压强推动附面层上升，形成弯月面，由弯月面表面张力收缩，提拉液柱上升。
最常用的溶剂——煤油：
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。 加入邻苯二甲酸二丁酯不仅提高了对染料的溶解度，又可在较低温度下， 使染料不致沉淀出来。此外还可调整渗透液的粘度和沸点，减少溶剂的
挥发，使渗透液具有优良的 综合性能。
偶合溶剂：乙二醇单丁醚、二乙二酸丁醚常用作偶合溶剂。使渗透液具
1 液体与固体交界处有两种现象：
• 第一种现象:液体各个分子之间的相互作
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那样。
• 第二现象: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
2 接触角：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γ L表示 固－气界面存在固体与气体的界面张力，力图使液滴表面铺开，用γ S表示 固－液界面存在固体与液体界面张力，它力图使液滴表面收缩，用γ SL表示
3 .渗透探伤剂系统的选择原则
（1）同族组要求
（2）灵敏度要求
（3）根据被检工件状态进行选择
（4）价格、毒性、清洗性
（5）特殊性等
A、渗透剂
着色探伤
要求颜色醒目，着 色强度高。
荧光探伤
要求荧光强度高
（1） 渗透液的分类
几种特殊类型的渗透液：着色荧光渗透液、过滤性微粒渗透液、化学反应型 渗透液、高温下使用的渗透液
平衡时，管壁侧向斥压力通过表面张力传递，与液柱重力平衡。
4 缺陷内液面高度
以长a，宽C，深b的狭长细槽作零件上的裂纹模型来分析讨论渗透探 伤时渗透液渗入裂纹的毛细现象。裂纹模型如下图，为开口于零件表面的裂 纹，但不穿透。
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，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
有较好的乳化性、清洗性和互溶性。
稳定剂：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。
A、渗透剂
渗透剂中的溶剂多为低沸点有 机溶剂，易于挥发，降低了探 伤灵敏度，因此在渗透剂成分 调配中应适度考虑一些沸点相 对较高的组成。
渗透性 能好
这是对渗透剂的最基本要求。 如苯、煤油、甲笨、乙醇、松 节油、乙酸乙酯等。
2）荧光染料与“串激”
荧光染料：是荧光液的关键材料之一。荧光染料应具有很强的荧光，发出的荧光 应为黄绿色。同时应耐黑光、耐热和对金属无腐蚀等。 荧光染料的荧光强度和波长：与所用的溶剂及其浓度有关。荧光液的荧光强度随 着浓度的增加而增加，但浓度达到某一数值后，就不再继续增加，甚至会减 弱。
“串激”现象：
只需一次探伤，即可把零件表面各方向及形状的缺陷全部检查出来
但是，渗透探伤不适于检查表面是吸收性的零件或材料，例如粉末
冶金零件。渗透检测重复性差，污染较严重
第一节
渗透探伤的原理及方法
一、渗透探伤的基本原理
在介绍液体渗透检测的基本原理之前,首先要介绍两种物理现象:
润湿作用
毛细现象
一、渗透探伤的基本原理