第2章液體滲透檢測

1、第二章第二章 液體滲透檢測液體滲透檢測 20 概 述 液體滲透檢測 一種最古老的探傷技術(shù)，早期以油白色粉末為基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于鋼鐵零件質(zhì)量的檢驗21 液體的一些物理化學(xué)現(xiàn)象液體的一些物理化學(xué)現(xiàn)象 211 液體的表面張力 1定 義表面張力 存在液體表面上的一種力，它恰好抵消在反方向使液體表面積增加的外拉力式中： 液體單位長度的表面張力，單位： 液面長度 表面張力FllFN m2表面張力產(chǎn)生的原因在液體分子間強(qiáng)烈相互吸收力作用下，液體分子進(jìn)行結(jié)合，成為液態(tài)整體液體內(nèi)部液體分子所受合力為零液體表面層上的分子，上部受氣體分子的吸引，下部受液體分子的吸引，由于氣體分子濃度遠(yuǎn)小于液體分子濃度，所以表面層上的

2、分子所受下邊液體的引力，大于上邊氣體的引力，合力不為零，方向指向液體內(nèi)部表面張力表面張力作用：總是力圖使液體表面積收縮到可能達(dá)到的最小程度3表面張力系數(shù) 及與有關(guān)的因素液體的種類、接觸面的性質(zhì)決定著 的大小對于同種液體而言，溫度越高，越小下表列出了滲透探傷中常用液體 值212 液體的潤濕作用液體的潤濕作用潤濕動力 固體表面分子對固液接界層液體附面層分子吸引，引起液體密度增加，分子間斥壓強(qiáng)增加，正向斥壓強(qiáng)為固體表面所約束，側(cè)面斥壓強(qiáng)推動液體鋪展，潤濕固體表面液體對固體的潤濕程度，可以用兩者間接觸角的大小來表示接觸角 指液固的界面與液氣界面處液體表面的切線所夾的角度，如右圖所示213 液體的毛細(xì)現(xiàn)

3、象液體的毛細(xì)現(xiàn)象 把一根內(nèi)徑很細(xì)的玻璃管插入液體內(nèi)，根據(jù)液體對管子的潤濕能力的不同，管內(nèi)的液面高度就會發(fā)生不同的變化。如果液體能夠濕潤管子，則液面在管內(nèi)上升，且形成凹形，如上圖 (a) 所示；如果液體對管子沒有潤濕能力，那么管內(nèi)的液面下降，且成為凸形彎曲，如上圖 (b) 所示產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的動力 固體管壁分子吸引液體分子，引起液體密度增加，產(chǎn)生側(cè)向斥壓強(qiáng)推動附面層上升，形成彎月面，由彎月面表面張力收縮，提拉液柱上升。平衡時，管壁側(cè)向斥壓力通過表面張力傳遞，與液柱重力平衡毛細(xì)現(xiàn)象使液體在管內(nèi)上升的高度 h ，可用下式計算： （2.1）式中： h 管內(nèi)液面上升高度 液面與管壁接觸角 液體的密度 表面

4、張力系數(shù) R 細(xì)管半徑 g 重力加速度2coshRg2 21 14 4 溶液的吸光性能溶液的吸光性能溶解有色物質(zhì)的溶液的顏色，同溶液的濃度有關(guān)。濃度越高，顏色越深，即溶液對光的吸收能力越強(qiáng)。表示這一能力大小的物理量是吸光度吸光度溶液吸光度 與溶液中的有色物質(zhì)濃度及液層厚度的 乘積成正比215 溶解作用溶解作用溶解度 在一定溫度下，100 g 溶液里所能含溶質(zhì)的量溶劑溶解規(guī)律 基本遵循“相似相溶”規(guī)律，即極性和化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)可以互溶，但不絕對，如硝基甲烷和硝化纖維相似，但不互溶溶解過程 通過物質(zhì)分子間的極性吸力，或形成共價鍵，或互相擴(kuò)散與滲透 物質(zhì)在水中的溶解規(guī)律 1. 偶極矩越大的物質(zhì)，在

5、水 中的溶解度越高 2. 同時能與水形成氫鍵的物 質(zhì)在水中的溶解度也高 例如水能與醇、醛、酮、胺等含氧含氮的化合物形成“氫鍵”，所以這些物質(zhì)也都溶解于水216 乳化作用乳化作用乳化作用 在乳化劑的作用下，把原來不相溶的物質(zhì)變?yōu)榭扇苄缘?。所用這種物質(zhì)叫乳化劑2161 液體的不溶性液體的不溶性以油和水為例。實驗表明，假如：1cm3 的油混在1cm3 水中，經(jīng)過搖動，油被分散成許多具有 0.01 m 直徑的小球時，油粒的總面積大為增加,可達(dá) 600 m2 ，增加表面積，必然使表面能相應(yīng)增加表面積能的增加量： 式中： 單位面積的表面能 S 面積的增加量因為1 cm3 表面與600 m2 相比是微不足道

6、的，計算時可以忽略不計，所以已知礦物油的 則EaS2600Sm7257 10aJ cm722257 10600 10034EJ cmcmJ 2. 12. 16 62 2 乳化劑及乳化作用乳化劑及乳化作用 乳化處理 改善油性滲透液和水的不溶性乳化作用 乳化劑與不溶于水的滲透液結(jié)合 后，使?jié)B透液具有可溶性 2 21 16 63 3 乳化作用是如何進(jìn)行的乳化作用是如何進(jìn)行的 乳化劑 由具有親水基和親油基(又叫憎水基)的兩親分子構(gòu)成，它能吸附在水和油的界面上，起一種搭橋的作用。這樣乳化劑分子不僅防止了水和油的互相排斥，而且把兩者緊緊地連接在自己的兩端，使油和水不相分離。2 21 16 64 4 乳化劑

7、的分類乳化劑的分類水包油型乳化液微滴內(nèi)部是油，外部是水油包水型乳化液微滴內(nèi)部是水，外部是油在滲透探傷中，常常要用水沖洗多余的滲透液，所以常常采用水包油型的乳化液乳化劑 (表面活性劑) 的親水性HLB值可用下式計算：滲透探傷中， HLB = (115)5 5100100活性劑的相對分子質(zhì)量活性劑的相對分子質(zhì)量質(zhì)量質(zhì)量親水基部分的相對分子親水基部分的相對分子HLBHLB22 液體滲透探傷原理和液體滲透探傷原理和 影響探傷靈敏度的主要因素影響探傷靈敏度的主要因素221 名詞解釋名詞解釋探傷劑 探傷所用液體，是滲透劑、清洗劑、顯像劑 的總稱滲透劑 含有著色染料或熒光物質(zhì)又具有極強(qiáng)滲透能 力的液體清洗劑

8、 用來清洗表面多余滲透液的液體顯像劑 為把滲透到缺陷中的液體吸出來而顯示缺陷 圖像所施加的液體2 22 22 2 液體滲透探傷原理液體滲透探傷原理 液體滲透探傷法基本原理 液體對固體的潤濕能力 毛細(xì)現(xiàn)象 被探工件浸涂滲透液滲透液滲入工件表面缺陷中清洗缺陷以外的多余滲透液刷涂白色顯像劑，將滲入裂縫中的滲透液吸出缺陷顯示（在白色涂層上）滲透檢測裝置滲透檢測裝置 2. 23 操作程序操作程序 (1) 被探工件清潔 (2) 烘干，尤其注意 缺陷內(nèi)部的烘干 (3) 工件表面滲透液施加 (4) 多余滲透液去除 (5) 顯像劑施加 (6) 判傷檢查2 22 24 4 影響探傷靈敏度的主要因素影響探傷靈敏度的

9、主要因素 2241 滲透液性能的影響滲透液性能的影響 (1)滲透能力 滲透性能又取決于： 潤濕作用 表面張力 滲透液的粘度一般液體表面張力越小，潤濕能力就越強(qiáng)，所以要求液體粘度不能過高。粘度過高液體滲透能力減弱，且會給清洗工作帶來困難，但有利于滲液在缺陷中的保留低粘度液體雖易于滲入，但清洗時也易被洗掉結(jié)論：粘度稍高些為好，但要適當(dāng)加大滲透的時間，以保證探傷靈敏度(2) 著色強(qiáng)度和熒光強(qiáng)度 著色滲透液濃度越高，其顏色越深，越易于于發(fā)現(xiàn)極小缺陷 熒光滲透液發(fā)光強(qiáng)度越強(qiáng)，靈敏度越高，越易于發(fā)現(xiàn)缺陷n注意：熒光物質(zhì)濃度大于某一值時，由于存在熒光自熄滅和內(nèi)濾現(xiàn)象，熒光強(qiáng)度不僅不隨濃度增加而增強(qiáng)，反而隨濃

10、度增加而下降 提高熒光液熒光強(qiáng)度的方法：a. 提高熒光物質(zhì)濃度 b. 提高紫外線光源功率(3)在缺陷中的保留性能 指在清除表面多余滲透液時，在缺陷中的滲液不致被清除掉的能力。顯然這一性能越好，靈敏度就越高。影響保留性能的兩個因素：a.滲液的粘度 越大越好 b.水洗型滲透液采用具有凝膠現(xiàn)凝膠現(xiàn)象象的非離子型乳化劑時，當(dāng)用水洗時在缺陷處形成一個凝膠層，封住了裂紋開口處，保護(hù)缺陷中的滲液不會被水沖走，從而提高了探傷靈敏度 凝膠現(xiàn)象凝膠現(xiàn)象的形成 主要是因為非離子型乳化劑與水混合時，其粘度隨含水量而變化，即在一定含水量范圍內(nèi)混合物的粘度變得極大，而含水量低于或高于這一范圍時粘度均小，尤其是含水量大于這

11、一范圍時粘度迅速下降。如工件表面因接觸大量的水，乳化劑的含水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了凝膠區(qū)，其粘度變小，而被水洗掉。缺陷處因接觸水面有限，含水量在凝膠區(qū)內(nèi)，故有凝膠保護(hù)現(xiàn)象2 22 24 42 2 乳化劑的乳化效果乳化劑的乳化效果乳化效果不好便沖洗不凈 從而使判傷困難 降低靈敏度2 22 24 43 3 顯像劑性能的影響顯像劑性能的影響主要是指顯像劑的揮發(fā)性能和對缺陷內(nèi)滲液的吸附能力，這一性能越強(qiáng)，顯像效果就越好2 22 24 44 4 操作方法的影響操作方法的影響如滲透時間不足，清洗不干凈，乳化清洗時間過長，顯像涂層不及時、不均勻或太厚等，都會降低探傷靈敏度 2 22 24 45 5 缺陷本身性質(zhì)的影響

12、缺陷本身性質(zhì)的影響 缺陷有線狀缺陷和點狀缺陷等，如裂紋、折疊、未焊透及氣孔、砂眼、點狀夾渣等。缺陷的性質(zhì)不同，被顯示的難易程度也不一樣。如寬裂紋比窄裂紋對滲液的保留能力差，但比凹坑形缺陷又好得多；對于貫穿形缺陷，因氣體易排出，阻力小，滲液就易于滲入實際經(jīng)驗：滲透探傷靈敏度同缺陷的寬深比 K b/ d 密切相關(guān)。K 值越小，對缺陷內(nèi)的滲液保留能力就越強(qiáng)；反之對缺陷內(nèi)滲液的保留能力就很差滲透深度 h 與寬深比 K 具有如下關(guān)系：式中： 滲液的表面張力 滲液與缺陷的接觸角 p0 外界壓力 02 sinhKp2 22 24 46 6 外界條件的影響外界條件的影響溫度、壓力和振動 溫度的影響由于液體表面

13、張力和粘度隨溫度的升高而減小，使?jié)B透性能得到改善另外也可以把工件加熱到滲液允許的溫度 (即不致使?jié)B液變質(zhì))而后放在滲液中，由于溫度的下降，缺陷內(nèi)氣體收縮，產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié)B液容易滲入缺陷，這也可使靈敏度提高 外界壓力的影響 外界壓力 p0 越小，滲透的深度就越大。如果施加滲透液后，迅速減小外界壓力 p0 ，缺陷中氣體的反壓強(qiáng)就會大于滲液的附加壓強(qiáng)，氣體易于排出，有利于滲透繼續(xù)進(jìn)行 液體真空滲透法 將外界壓力 p0 減小到零，進(jìn)一步提高 滲液體透法檢測靈敏度 例：使用著色劑的常規(guī)操作法只能發(fā)現(xiàn) 0.01 mm寬的缺陷； 而采用真空法可發(fā)現(xiàn) 0.005 mm寬的缺陷24 滲透檢測的發(fā)展?jié)B透檢測的發(fā)展1. 氣泡產(chǎn)生缺陷暴露法氣泡產(chǎn)生缺陷暴露法 在缺陷中滲入低沸點滲透劑，然后置于盛有氟化物溶液的器皿中加熱，當(dāng)加熱到滲透劑沸點時，缺陷內(nèi)滲透劑沸騰，在缺陷部位生成氣泡，缺陷自然顯示 2. 2.