第五章 渗透检测 PPT课件

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。
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
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，会使表面张力系数降 低。（常用液体材料的表面张力系数见表4-3）
4.2.2 润湿现象
4.2.2.1 润湿和不润湿
管内液体自重：
FD=ρπr2hg
则 h=2σcosθ/rρg
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=σcosθ/rρg。
柱形液面上升的 高度与球形液面上 升的高度。
可将零件表面的
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
液体与固体交界有两种现象： 第一种是液体分子之间的作用力大于液体和 固体分子之间的作用力，称之为固体不被液体润 湿，如水银在玻璃表面收缩成水银珠那样。 第二种是液体分子之间的相互作用力小于液 体分子和固体分子之间的作用力，称之为固体被 液体润湿，如水滴滴在干净的玻璃板上，水滴会 慢慢散开。
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。
第 4 章 渗透检测技术
4.1 概述 4.2 渗透检测物理基础 4.3 渗透检测材料 4.4 渗透检测设备 4.5 渗透检测技术 4.6 显示的解释和缺陷评定
4.1 概 述
4.1.1渗透检测的定义、原理和作用
是一种以毛细作用原理为基础的检测技术， 主要用于检测非疏松多孔性的金属或非金属零部 件的表面开口缺陷。
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。
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。
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。
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。
（3）过滤性微粒渗透液
20世纪50年代：国产技术开始起步，六七十年代有 了自己研制的渗透液
发展趋势：低毒、高灵敏度渗透剂的研制成功
4.1.3 渗透检测方法的分类
（参考教材P141）
根据渗透液的种类（所含的染料成分）分类 根据表面多余渗透液的去除方法分类 根据渗透液的种类和去除方法分类 根据显像方法分类
4.1.4 渗透检测的特点
（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。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
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。
5.2.4.3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。
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。
4.3 渗透检测材料
渗透检测试剂主要有渗透液、显像剂 和去除剂三大类组成。
4.3.1 渗透液
4.3.1.1 理想渗透液应具有的性能
4.2 渗透检测物理基础
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
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，以使溶体表面层尽量缩小，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。
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，这种表面活性物质称为表面活性 剂。
是制造业和维修领域中的重要组成部分 评价工程材料、零部件和产品的完整性、
连续性的重要方法 质量管理、节约原材料、改进工艺、提高
生产率的重要手段
4.1.2渗透检测技术的发展过程
始于20世纪初，是目视检测外应用最早的检测方法
铁锈观察、油--白垩法
20世纪六七十年代： 闪烁荧光渗透检测材料、
水基渗透液、水洗法渗透检测技术和闭路检测技术
（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。
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wenku.baidu.com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。
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，不能定量
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。
此时可以直接进
行观察，而如果使用
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。
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。
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。
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。
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
4.2.5 乳化作用
5.2.5.1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。
缺陷痕 迹
渗透剂
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。
渗透检测的作用
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 受酸或碱的影像。
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 （这是因为FS= FL cosθ+ FSL ）
θ<90度时称为润湿， （接触角的实测数据见表4-4）
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。
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。
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。
4.2.7 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。
θ越小润湿性越好
θ>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。
4.2.3 毛细现象
4.2.3.1 毛细管和毛细现象
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。
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液， 亲油基朝外。
3.增溶作用
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。