2液體滲透檢測課件

第二章液體滲透檢測2.0概述一、定義滲透檢測(penetranttesting——PT〕，又稱滲透探傷，是一種以毛細作用原理為根底的檢查外表開口缺陷的無損檢測方法。用帶有熒光染料〔熒光法〕或紅色染料〔著色法〕后來的著色熒光滲透滲透劑的滲透作用，來顯示放大缺陷圖像的痕跡，從而能夠用肉眼檢查試件外表開口缺陷的方法，并給予評價。2.0概述二、開展簡史很早以前，人們就掌握了把水置于容器內檢查容器是否有泄漏這類探傷技術。也有人利用工件外表鐵銹的來檢查缺陷，為在室外存放的鋼板，由于水分滲入裂紋、而形成氧化物，使裂紋處的鐵銹比鄰近區(qū)域要多。2.0概述歷史1930-1940年代：煤油、“油-白法〞、有色染料作為滲透劑如美國的“斯威策〞1941-熒光染料的應用，紫外線顯示，吸收劑應用1950-煤油與滑油的混合物作為熒光液1990-飛點掃描、自動線2.0概述現狀50年前代后美國推出軍方標準MIL-I-6866?滲透檢測方法?MIL-I-25135?滲透檢測試驗材料?60年代后自動生產線開始出現水基滲透液和水洗法技術的出現對氟、氯、硫的控制專職滲透劑公司的出現〔Ardrox公司等〕2.0概述國內滲透檢測的現狀50年代：煤油、滑油的使用60年代：熒光黃的采用70年代以后：熒光染料YJP-15出現自乳化型和后熔化型熒光液的生產滲透檢測是最早被人們采用的一種無損檢測方法。它廣泛地應用于鋼鐵零件的外表質量檢驗，特別是在鐵道系統(tǒng)應用極廣。但自MT、ET問世后，PT開展稍有停滯。由于MT只能檢驗鐵磁性材料，對于非鐵磁材料〔如有色金屬、塑料、陶瓷等〕那么無能為力，而ET只適于檢測導電材料，因此，PT以其操作簡單，使用方便，在NDT技術中逐漸受到重視。2.0概述四、特點優(yōu)點〔續(xù)〕不受試件形狀，大小，化學成分，組織結構，缺陷方向限制，一次可簡便地探出任何方位的缺陷不受被檢工件化學成分限制?？蓹z測磁性材料、非磁性材料、黑色金屬、有色金屬、非金屬。不受工件結構限制?？蓹z測焊接件或鑄件，也可檢查壓延件和鍛件、機加工件。不受缺陷形狀〔線性缺陷或體積型缺陷〕、尺寸和方向的限制。2.0概述四、特點優(yōu)點原理簡明易懂，便于掌握。對于訓練有素的檢驗人員來說，發(fā)生無關顯示的機率比其他方法少檢測設備及工藝過程簡單，檢測費用低，既不需要特殊設備，又不受場地限制，適于野外及無電源地區(qū)。2.0概述局限性只能檢測外表開口缺陷對多孔性或疏松材料檢測困難，外表過于粗糙工件也不適應一般檢驗溫度范圍不得低于5℃或高于50℃不適用于因外界因素造成開口被堵的工件，如：噴砂或噴丸過的工件滲透液易被污染失效重復性差，污染較嚴重2.0概述五、應用隨著化學工業(yè)的開展，滲透檢測技術已日益完善，已被廣泛應用于機械、航空、宇航、造船、儀表、壓力容器和化工工業(yè)等各個領域。一般著色滲透檢測在特種設備行業(yè)及機械行業(yè)里應用較為廣泛。特種設備行業(yè)包括鍋爐，壓力容器，壓力管道等承壓設備，以及電梯，起重機械，客運索道，大型游樂設施等機電設備。熒光滲透檢測在航空，航天，兵器，船艇，原子能等國防工業(yè)領域中應用最為廣泛。2.1液體的一些物理化學現象預備知識：分子論一、分子運動論分子是具有物質化學性質的最小粒子分子在永不停息地運動著分子之間存在相互作用力運用分子運動和分子的相互作用來論述物質的某些性質〔如液體的外表張力、潤濕與不潤濕、毛細作用〕的理論叫分子運動論。2.1液體的一些物理化學現象預備知識：分子論二、物體的內能1.分子動能運動著的分子都有不同的動能。把物體內分子動能的平均值叫做分子的平均動能。2.分子勢能由于分子間存在相互作用力，因此分子具有由它們的相對位置所決定的勢能，這就是分子勢能。3.分子內能物體里所有分子的動能和勢能的總和叫做物體的內能。物體的內能隨溫度、體積、形狀和物態(tài)的改變而變化。2.1液體的一些物理化學現象預備知識：分子論三、自然界的三種狀態(tài)自然界有三種物質形態(tài)，即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，相應的介質是氣體、液體和固體。不同的物質介質相接觸時，出現界面。一般存在如下幾種界面：液—氣界面、固—氣界面、液—液界面和液—固界面。人們習慣于把有氣相參與組成的相界面叫外表，其他的相界面稱界面。因此常稱液—氣界面為液體外表，固—氣界面為固體外表。2.1液體的一些物理化學現象預備知識：分子論三、自然界的三種狀態(tài)在液—氣外表，把跟氣體接觸的液體薄層稱為外表層。在液—固界面，把跟固體接觸的液體薄層稱附著層。外表層的分子，一方面受到液體內局部子的作用，另一方面受到氣體分子的作用。附著層的分子，一方面受到液體內局部子的作用，另一方面，受到固體分子的作用。2.1.1液體的外表張力1.定義體積一定的幾何形體中，球體的外表積最小。因此，一定量的液體從其它形狀變?yōu)榍蛐螘r，就伴隨著外表積的減小。另外，液膜也有自動收縮的現象。這些都說明液體外表有收縮到最小面積的趨勢。這是液體外表最根本的特性。根據力學知識，液體能夠從其它形狀變?yōu)榍蛐问怯捎谟辛Φ淖饔?。把這種存在于液體外表，使液體外表收縮的力稱為液體的外表張力。2.1.1液體的外表張力液體的外表張力決定于液體的性質，同一種液體，其外表張力大小與溫度有關。式中：σ——液體單位長度的外表張力；l——為液面的長度。2.1.1液體的外表張力2.外表張力產生的原因2.1.1液體的外表張力液體內部和外表層分子的受力狀況。A代表內局部子B代表近外表層分子C代表外表層分子分子A受分子作用球內的所有分子各個方向力的作用，這些力是互相抵消的，合力為零。B分子靠近外表，其分子作用球已有一小局部進入氣相，氣相分子之間的作用力小于液相，因此，分子B就受到一種垂直指向液體內部的吸引力，叫做內聚力。而C分子在液體的外表，其作用球已有大半個超出液體外表，它所受的內聚力更大。在氣液界面，存在一個液體的外表層，由一個距液面的距離小于分子作用半徑的分子組成的。所有液體外表層的分子都受到內聚力的作用，這種作用力就是外表層對整個液體施加的壓力，方向總是指向液體內部，垂直于液面，在該力的作用下，有如在液體外表形成一層緊縮的彈性薄膜，這層彈性薄膜總是使液面自由收縮，有使其外表積減小的趨勢，這就是外表張力產生的原因。2.1.1液體的外表張力實質是液體分子間的作用力液體外表越小，受到這種力作用的分子數目越少，系統(tǒng)的能量相應越低，系統(tǒng)就越穩(wěn)定。于是液體外表有自行收縮的趨勢。另外，處于液體外表的分子，分布比較稀疏，外表分子間存在互相吸引的力，這樣，就使得液體外表能夠實現自行收縮。這些就是液體外表張力產生的機理。因此，液體分子間的互相作用力是外表張力產生的根本原因。2.1.1液體的外表張力3.外表張力系數σ及與σ有關的因素外表過剩自由能是單位面積外表分子的自由能與單位面積內局部子的自由能的差值。外表張力系數是單位液體方面的過剩自由能，常稱為外表過剩自由能，它是將液體外表擴大〔縮小〕單位面積，外表張力所作的功。外表張力系數可定義為單位長度上的外表張力。外表張力一般可以外表張力系數表示。2.1.1液體的外表張力外表張力系數與液體的種類、接觸面的性質和溫度以及有無雜質有關。一般，易揮發(fā)液體的外表張力系數比不易揮發(fā)的液體的外表張力系數小，已熔化的金屬外表張力系數那么很大；同種液體，溫度越高，外表張力系數越小，外表張力也越??；參加雜質可促使液體外表張力系數增大或減小。一般說來醇、酸、醛、酮等有機物質大都是外表活性物質，比水的外表張力系數小得多。例如，在鋼液結晶時，參加少量的硼，就是為了促使液態(tài)金屬加快結晶的速度。2.1.2液體的潤濕作用潤濕現象外表上一種流體被另一種流體所取代的過程就是潤濕。潤濕作用必然涉及三相，而其中至少兩項為流體。潤濕現象是固體外表上的氣體被液體取代的外表及界面現象，有時是一種液體被另一種液體所取代的外表及界面過程。滲透液潤濕金屬外表或其他固體材料外表的能力，是判定其是否具有高的滲透能力的另一個最重要的性能。2.1.2液體的潤濕作用液體對固體的潤濕程度，可以用它們的接觸角的大小來表示。把兩種互不相溶的物質間的交界面稱為界面，那么接觸角θ就是指液固界面與液氣界面處液體外表的切線所夾的角度。θ越大，液體對固體工件的潤濕能力越小。θ=0°，完全潤濕；θ＜90°，潤濕；90°＜θ＜180°，不潤濕；θ=180°，完全不潤濕2.1.2液體的潤濕作用2.1.2液體的潤濕作用當液體與固體相接觸時，有兩種現象：當液滴成球形，與固體接觸有收縮趨勢—不潤濕當液滴沿固體外表散開與固體接觸有擴散趨勢—潤濕潤濕時，內聚力＜附著力，潤濕角θ≤902.1.3液體的毛細現象通常把內徑、寬度≤1mm的管子或兩平行板，稱為毛細管

潤濕時液體在毛細管中上升和不潤濕液體在毛細管中下降的現象叫做毛細現象2.1.3液體的毛細現象2.1.3液體的毛細現象毛細機理：潤濕管壁—凹彎月形

不潤濕管壁—凸彎月形

凹彎月面下液體壓強＜水平液面壓強凸彎月面下液體壓強＞水平液面壓強液面不斷上升液面不斷下降直至與水平液面壓強相等

2.1.3液體的毛細現象液體在間距很小的兩平行板之間也會發(fā)生毛細現象，此時，液面形狀為柱面，液面上身或下降的高度h可用下式計算：

式中r為兩板之間間距的一半在滲透檢測中，可將零件外表的開口缺陷看作毛細管或毛細縫隙，滲透液在毛細作用下進入外表缺陷，顯像過程也是利用顯像劑微粉之間形成很小的毛細作用，將滲透劑吸收出來，在試件外表形成一個放大的缺陷顯示。2.1.4溶液的吸光性能溶解有色物質的溶液的顏色，同溶液的濃度有關。濃度越高，顏色越深，即溶液對光的吸收能力越強。表示這一能力大小的物理量是吸光度溶液吸光度——與溶液中的有色物質濃度及液層厚度的乘積成正比2.1.5溶解作用溶解度——在一定溫度下，100g溶液里所能含溶質的量溶劑溶解規(guī)律——根本遵循“相似相溶〞規(guī)律，即極性和化學結構相似的物質可以互溶，但不絕對，如硝基甲烷和硝化纖維相似，但不互溶溶解過程——通過物質分子間的極性吸力，或形成共價鍵，或互相擴散與滲透2.1.5溶解作用物質在水中的溶解規(guī)律——1.偶極矩越大的物質，在水中的溶解度越高2.同時能與水形成氫鍵的物質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〞，所以這些物質也都溶解于水2.1.6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變?yōu)榭扇苄缘?。所用這種物質叫乳化劑2.1.6.1液體的不溶性以油和水為例。實驗說明，假設：1cm3的油混在1cm3水中，經過搖動，油被分散成許多具有0.01μm直徑的小球時，油粒的總面積大為增加,可達600m2，增加外表積，必然使外表能相應增加外表積能的增加量式中α——單位面積的外表能ΔS——面積的增加量2.1.6.1液體的不溶性因為1cm3外表與600m2相比是微缺乏道的，計算時可以忽略不計，所以礦物油的那么能量增加不穩(wěn)定小顆粒聚集油重新浮出水面不相溶2.1.6.2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合后，使?jié)B透液具有可溶性乳化的目的是要將零件外表多余的滲透液清洗掉乳化劑還應有良好的洗滌作用2.1.6.3乳化作用是如何進行的例如，把水和油一起倒進容器中，靜置后就會出現分層現象，形成明顯的界面。如果加以攪拌，使油分散在水中，形成乳濁液，但稍靜置，又會分成明顯的兩層。如果在容器中參加適宜的乳化劑，經攪拌混合后，可形成穩(wěn)定的乳濁液。這一類乳化劑是由具有親水基和親油基(又叫憎水基)的兩親分子構成的，它能吸附在水和油的界面上，起一種搭橋的作用，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，使油和水不相別離。這樣就把滲透液變成可溶性的了，經這樣處理后的滲透液在檢測清洗時，很容易被水洗掉，保證了檢測工作的順利進行。2.1.6.4乳化劑的分類分類親水性的乳化形式是油包水型，水分散在油里——乳化液微滴內部是水，外部是油；親油性的乳化形式是水包油型，油分散在水里——乳化液微滴內部是油，外部是水。假設乳化劑的濃度高，乳化能力強，乳化速度快，乳化時間難以控制且乳化劑拖帶損耗大；假設濃度低，乳化能力弱，乳化速度慢，乳化時間常。應根據被檢零件的大小、數量、外表光潔度等情況，通過試驗來選擇最正確濃度和時間。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2.1.6.4乳化劑的分類選擇根據值及工件的材質、檢驗要求、滲透液種類進行選擇。乳化劑(外表活性劑)的親水性HLB值可用下式計算：滲透探傷中，HLB=(11～5)2.2液體滲透探傷原理和影響探傷靈敏度的主要因素2.2.1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又具有極強滲透能力的液體清洗劑——用來清洗外表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2.2.1名詞解釋使用材料滲透劑

乳化劑

顯象劑

清洗劑

2.2.2液體滲透探傷原理液體滲透探傷法根本原理——液體對固體的潤濕能力＋毛細現象被探工件浸涂滲透液滲透液滲入工件外表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〕

2.2.3操作程序(1)被探工件清潔(2)烘干，尤其注意缺陷內部的烘干(3)工件外表滲透液施加(4)多余滲透液去除(5)顯像劑施加(6)判傷檢查2.2.4影響探傷靈敏度的主要因素2.2.4.1滲透液性能的影響(1)滲透能力滲透性能又取決于：①潤濕作用②外表張力③滲透液的粘度一般液體外表張力越小，潤濕能力就越強，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存低粘度液體雖易于滲入，但清洗時也易被洗掉結論：粘度稍高些為好，但要適當加大滲透的時間，以保證探傷靈敏度2.2.4.1滲透液性能的影響(2)著色強度和熒光強度著色滲透液濃度越高，其顏色越深，越易于于發(fā)現極小缺陷熒光滲透液發(fā)光強度越強，靈敏度越高，越易于發(fā)現缺陷注意：熒光物質濃度大于某一值時，由于存在熒光自熄滅和內濾現象，熒光強度不僅不隨濃度增加而增強，反而隨濃度增加而下降

提高熒光液熒光強度的方法：a.提高熒光物質濃度

b.提高紫外線光源功率2.2.4.1滲透液性能的影響〔3〕在缺陷中的保存性能指在去除外表多余滲透液時，在缺陷中的滲液不致被去除掉的能力。顯然這一性能越好，靈敏度就越高。影響保存性能的兩個因素：a.滲液的粘度——越大越好b.水洗型滲透液采用具有凝膠現象的非離子型乳化劑時，當用水洗時在缺陷處形成一個凝膠層，封住了裂紋開口處，保護缺陷中的滲液不會被水沖走，從而提高了探傷靈敏度2.2.4.1滲透液性能的影響凝膠現象的形成——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一范圍時粘度迅速下降。如工件外表因接觸大量的水，乳化劑的含水量遠遠超過了凝膠區(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，故有凝膠保護現象2.2.4影響探傷靈敏度的主要因素2.2.4.2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2.2.4.3顯像劑性能的影響主要是指顯像劑的揮發(fā)性能和對缺陷內滲液的吸附能力，這一性能越強，顯像效果就越好2.2.4.4操作方法的影響如滲透時間缺乏，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2.2.4.5缺陷本身性質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存能力差，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驗：滲透探傷靈敏度同缺陷的寬深比K＝b/d密切相關。K值越小，對缺陷內的滲液保存能力就越強；反之對缺陷內滲液的保存能力就很差2.2.4.5缺陷本身性質的影響滲透深度h與寬深比K具有如下關系：式中：σ——滲液的外表張力θ——滲液與缺陷的接觸角p0——外界壓力2.2.4.6外界條件的影響溫度、壓力和振動⑴溫度的影響由于液體外表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)而后放在滲液中，由于溫度的下降，缺陷內氣體收縮，產生負壓，使?jié)B液容易滲入缺陷，這也可使靈敏度提高2.2.4.6外界條件的影響⑵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就會大于滲液的附加壓強，氣體易于排出，有利于滲透繼續(xù)進行液體真空滲透法——將外界壓力p0減小到零，進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0.01mm寬的缺陷；而采用真空法可發(fā)現0.005mm寬的缺陷2.3液體滲透探傷法的分類和檢測方法2.3.1液體滲透探傷的分類按缺陷的顯示方法：著色法和熒光法；按滲透液的清洗方法：自乳化型、后乳化型和溶劑清洗型；按顯像劑或顯像方法：干式顯像，濕式顯像，快干式顯像和無顯像劑式；按缺陷的性質：檢查外表缺陷的外表檢測法和檢查穿透型缺陷的檢漏法；按施加檢測劑的方式：浸泡法、刷涂法、噴涂法、流涂法和靜電噴涂法等。2.3.2液體滲透檢測方法根本要點確保滲透液能充分進入缺陷內外表清洗時，只把附在外表的滲透液去除干凈，不使?jié)B入缺陷的滲透液流出，確保其留在缺陷內為形成明顯的缺陷圖像，必須選取最正確顯像條件并在整個處理過程中保持相對穩(wěn)定缺陷檢測能力滲透劑的性能檢測方法操作方法2.3.2液體滲透檢測方法滲透檢測一般分為七個根本步驟被檢工件的預處理滲透處理乳化處理清洗處理顯像處理顯像觀察探傷后處理液體滲透檢測的根本步驟1預清洗：去除不潔物〔銹蝕、污垢、氧化皮等〕，以防止這些污物堵塞缺陷，阻塞滲透液的滲入去除方法①機械方法：吹沙、拋光、超聲波清洗等②化學方法：酸洗、堿洗③溶劑去除法液體滲透檢測的根本步驟