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1、,液体渗透检测,主讲人：周兆明,机电工程学院 2017,液体渗透检测第二章第1节,液体渗透检测,渗透检测（Penetrant Testing(PT)）是用带有荧光染料（荧光法）或红色染料（着色法）渗透剂的渗透作用，来显示放大缺陷图像的痕迹，从而能够用肉眼检查试件表面开口缺陷的方法，并给予评价。,液体渗透检测,渗透检测,二、渗透检测的特点 优点： 不受试件形状，大小，材料、化学成分，组织结构，缺陷方向限制，一次可简便地探出任何方位的缺陷 原理简明易懂，便于掌握。对于训练有素的检验人员来说，发生无关显示的机率比其他方法少 检测设备及工艺过程简单，检测费用低，既不需要特殊设备，又不受场地限制，适于野
2、外及无电源地区。,渗透检测,二、渗透检测的特点 局限性： 只能检测表面开口缺陷 对多孔性材料检测困难 一般检验温度范围不得低于5或高于50 渗透液易被污染失效 三、渗透检测的应用 随着化学工业的发展，渗透检测技术已日益完善，已被广泛 应用于机械、航空、宇航、造船、仪表、压力容器和化工工业 等各个领域。,2.1 概述-渗透检测发展简史,渗透检测是最早被人们采用的一种无损检测方法。 19世纪初，金属加上者使用:淬火液或清洗液; 19世纪末期，铁道车轴、车轮、车钩的”油一自法r检查; 1930-1940年代：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
3、1950-煤油与滑油的混合物作为荧光液 20世纪30-40年代把着色染料和荧光染料加到渗透剂，使渗透检测进入新阶段。 但自MT、ET问世后，PT发展稍有停滞。由于MT只能检验铁磁性材料，对于非铁磁材料（如有色金属、塑料、陶瓷等）则无能为力，而ET只适于检测导电材料，因此，PT以其操作简单，使用方便，在NDT技术中逐渐受到重视。 渗透检测已经成为检查表面缺陷的三种主要无损检测方法（磁粉检测、渗透检测、涡流检测）之一。,24 渗透检测的发展 1. 气泡产生缺陷暴露法 在缺陷中渗入低沸点渗透剂，然后置于盛有氟化物溶液的器皿中加热，当加热到渗透剂沸点时，缺陷内渗透剂沸腾，在缺陷部位生成气泡，缺陷自然显
4、示 2.适用于自动生产线的荧光渗透技术 采用静电喷涂渗透及显像处理；用光导摄像管扫描和电子计算机进行数据处理，检判效率及检判准确性和重现性得到提高 3. 应力荧光探伤方法 在渗透处理阶段加负载，使渗透液易于渗入缺陷，其余操作按正常工序进行 4. 闪烁荧光探伤法 在渗透处理及显示图像观察时加负荷，当存在缺陷时其显示图像闪烁发亮，适用于无显像剂法荧光渗透探伤,211 液体的表面张力 1定 义 表面张力 存在液体表面上的一种力，它恰好抵消在反方向使液体表面积增加的外拉力 式中： 液体单位长度的表面张力，单位： 液面长度 表面张力,2.1液体的一些物理化学现象,2表面张力产生的原因 在液体分子间强烈相
5、互吸收力作用下， 液体分子进行结合，成为液态整体。 液体内部液体分子所受合力为零 液体表面层上的分子，上部受气体分子的吸引，下部受液体分子的吸引，由于气体分子浓度远小于液体分子浓度，所以表面层上的分子所受下边液体的引力，大于上边气体的引力，合力不为零，方向指向液体内部表面张力 表面张力作用：总是力图使液体表面积收缩到可能达到的最小程度,3表面张力系数 及与有关的因素 液体的种类、接触面的性质决定着 的大小 对于同种液体而言，温度越高，越小,下表列出了渗透探伤中常用液体 值,了解渗透检测原理首选要介绍两种物理现象,润湿作用,毛细现象,212 液体的润湿作用 润湿动力 固体表面分子对固液接界层液体
6、附面层分子吸引，引起液体密度增加，分子间斥压强增加，正向斥压强为固体表面所约束，侧面斥压强推动液体铺展，润湿固体表面 液体对固体的润湿程度，可以用两者间接触角的大小来表示 接触角 指液固 的界面与液气界面处 液体表面的切线所夹 的角度，如右图所示,液体渗透检测,二.液体的润湿作用 润湿是固体表面上的气体被液体取代的过程。渗透液润湿金属表面或其他固体材料表面的能力，是判定其是否具有高的渗透能力的另一个最重要的性能。 液体对固体的润湿程度，可以用它们的接触角的大小来表示。把两种互不相溶的物质间的交界面称为界面，则接触角就是指液固界面与液气界面处液体表面的切线所夹的角度， 如图所示。由图可知，越大，
7、液体对固体工件的润湿能力越小。,液体渗透检测,=180， 完全不润湿,=0， 完全润湿；,90， 润湿；,90180， 不润湿；,液体渗透检测,液体渗透检测,二.液体的润湿作用,当液体与固体相接触时，有两种现象：, 当液滴成球形，与固体接触有收缩趋势 不润湿,当液滴沿固体表面散开与固体接触有扩散趋势 润湿,润湿时，内聚力附着力，润湿角90,213 液体的毛细现象 液体的毛细现象 把一根内径很细的玻璃管插入液体内，根据液体对管子的润湿能力的不同，管内的液面高度就会发生不同的变化。如果液体能够湿润管子，则液面在管内上升，且形成凹形，如上图 (a) 所示；如果液体对管子没有润湿能力，那么管内的液面下
8、降，且成为凸形弯曲，如上图 (b) 所示 产生毛细现象的动力 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。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,液体渗透检测,三.液体的毛细现象 通常把内径、宽度1mm的管子或两平行板，称为毛细管 润湿时液体在毛细管中上升和不润湿液体在毛细管中下降的现象叫做毛细现象,液体渗透检测,液体渗透检测,毛细机理：,润湿管壁凹弯月形,不润湿管壁凸弯月形,凹弯月面下液体压强水平液面压强,凸弯月面下液体压强水平液面压强,液面不断上升,液面不断下降,直至与水平液面压强相等,液体渗透检
9、测,式中：为液面与管壁接触角； 为液体的密度； 为表面张力系数； R为细管半径； g为重力加速度。,在毛细管中上升高度h,液体渗透检测,增加，h增加， 太大，不利于渗透， 太小，挥发性大。,产生的机理：是附着层的收缩力或推斥力与表面张力共同作用的结果。 工件中贯通缺陷不常见，非贯通的较常见，类似于此情况，液体渗透液正是在毛细作用下自动地渗进表面缺陷中去的。,液体渗透检测,液体渗透检测机理,PT是利用液体渗入工件表面来寻找缺陷的方法。具体过程是将渗透液喷于工件表面，在毛细作用下，渗透液渗入到工件表面开口的缺陷中，去除多余渗透液，保留缺陷内的渗透液，再在工件表面上涂上一层显像剂，缺陷中的渗透液在毛
10、细作用下重新被吸到工件表面，从而形成缺陷痕迹，据此对缺陷做出评判 。,PT的效果有赖于表面的清洁程度、缺陷空腔几何尺寸和形状、液体表面张力及润湿工件表面的能力,214 溶液的吸光性能 溶解有色物质的溶液的颜色，同溶液的浓度有关。浓度越高，颜色越深，即溶液对光的吸收能力越强。表示这一能力大小的物理量是吸光度 溶液吸光度 与溶液中的有色物质浓度及液层厚度的 乘积成正比,215 溶解作用 溶解度 在一定温度下，100 g 溶液里所能含溶质的量 溶剂溶解规律 基本遵循“相似相溶”规律，即极性和化学结构相似的物质可以互溶，但不绝对，如硝基甲烷和硝化纤维相似，但不互溶 溶解过程 通过物质分子间的极性吸力，
11、或形成共价键，或互相扩散与渗透,物质在水中的溶解规律 1. 偶极矩越大的物质，在水 中的溶解度越高 2. 同时能与水形成氢键的物 质在水中的溶解度也高 例如水能与醇、醛、酮、胺等含氧含氮的化合物形成“氢键”，所以这些物质也都溶解于水,216 乳化作用 乳化作用 在乳化剂的作用下，把原来不相溶的物质变为可溶性的。所用这种物质叫乳化剂 2161 液体的不溶性 以油和水为例。实验表明，假如：1cm3 的油混在1cm3 水中，经过摇动，油被分散成许多具有 0.01 m 直径的小球时，油粒的总面积大为增加,可达 600 m2 ，增加表面积，必然使表面能相应增加,表面积能的增加量： 式中： 单位面积的表面
12、能 S 面积的增加量 因为1 cm3 表面与600 m2 相比是微不足道的，计算时可以忽略不计，所以 已知矿物油的 则,液体渗透检测,2.1.6.2乳化作用和乳化剂,1.作用 用于乳化不溶于水的渗透液，使其便于用水清洗。有表面化剂和添加剂组成。 2.性能要求 a 综合性能 乳化效果好，化学性质稳定，对工件无腐蚀，对人体无害，凝胶作用强，便于清洗。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；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。,2.1.6. 2乳化作用和乳化剂,b物理性能 粘度：影响乳化时间，最短的乳
13、化时间大于等于30s。 闪点：不低于50C。 挥发性：应低。 c化学性能 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。,2163 乳化作用是如何进行的 乳化剂 由具有亲水基和亲油基(又叫憎水基)的两亲分子构成，它能吸附在水和油的界面上，起一种搭桥的作用。这样乳化剂分子不仅防止了水和油的互相排斥，而且把两者紧紧地连接在自己的两端，使油和水不相分离。,2164 乳化剂的分类 水包油型乳化液微滴内部是油，外部是水 油包水型乳化液微滴内部是水，外部是油 在渗透探伤中，常常要用水冲洗多余的渗透液，所以常常采用水包油型的乳化液 乳化剂 (表面活性剂) 的亲水性HLB值可用下式计算： 渗透探伤中， HLB = (115),表而活性剂的H.L.B值和其作用的大概关系如图所示，表面活性剂具有润湿、洗涤、乳化、增溶、消泡等作用。从图中还可以看出:H.L.B值越高，亲水性愈好;H.L.B值越低，亲油性愈好。,小 结,润湿作用 毛细现象 乳化作用,思考题,思考： 润湿和不润湿现场产生的机理？它对渗透检测有何影响？渗透检测中存在哪些毛细现象？,
