第1章至3章渗透探伤讲课稿

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1、第一章 渗透检测的概论,第一章 渗透检测的概论,1.1 渗透检测的发展简史和现状 1.1.1 渗透检测的定义和作用 是一种以毛细作用原理为基础的检查表面开口缺陷的 无损检测方法。 渗透检测是产品制造中实现质量控制、节约原材料、改 进工艺、提高劳动生产率的重要手段，也是设备维护中不可 或缺的手段。,1.1.2 渗透检测的发展简史,19世纪初,金属加工者使用:淬火液或清洗液; 19世纪末期，铁道车轴、车轮、车钩的“油-白法”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 1950-煤油与滑油的混合物作为荧光液,1.1.3 国外

2、渗透检测的现状,闪烁荧光渗透法, 减少环境污染,水基渗透液和水洗法技术的出现 控制危害元素含量,对氟、氯、硫的控制 50年前代后推出ASTM,AMS(美国宇航材料规范)以及MIL (美国军用标准) QPL-25135渗透检测材料目录 质量符合MIL-I-25135 渗透检测材料 QPL-AMS2644渗透检测材料目录 质量符合AMS2644 渗透检测材料,1.1.4 国内渗透检测的现状,50年代:煤油、滑油的使用（发浅蓝色的白色荧光）发光强度低 60年代:荧光黄的采用（发光强度提高，稳定性差，清洗性能差） 70年代以后：荧光染料YJP-15出现 自乳化型荧光剂（ZB-1,2,3) 后乳化型荧光

3、液的生产(HA-1,2、HB-1,2) 但是荧光渗透剂性能不够稳定,易产生分层及沉淀; 对氟、氯、硫的控制不过关 工艺方法和质量标准水平有待提高.,1.2 渗透检测的基础知识,1.2.1 工作原理（T2） 是基于液体的毛细作用和固体染料在一定条件 下发光的现象。 渗透探伤工作原理:渗透剂在毛细作用下,渗入表 面开口缺陷内;在去除工件表面多余的渗透剂并干燥 后,通过显象剂的毛细管作用将缺陷内的渗透剂吸附 到工件表面，在一定的光源下，形成痕迹而显示缺 陷的存在。 基本步骤：渗透去除显像检查,1.2 渗透检测的基础知识,1.2.2 渗透检测方法的分类(按JB/T4730.5-2005),1.2 渗透

4、检测的基础知识,1.2.3 操作步骤(T3) 预清洗,后处理,1.2.4 渗透检测工作质量及体系,渗透检测工作质量取决于渗透检测体系的灵敏 度、分辨力及可靠性。 渗透检测体系包括设备仪器、渗透检测剂、工 艺方法、环境条件及操作水平。（可靠性的范围） 灵敏度：指发现缺陷大小的能力； 分辨力：探测缺陷几何特性的能力，痕迹宽度影响 分辨力。 可靠性：检出缺陷与真实缺陷之间的对应性。,1.2.5 渗透检测优点和局限性（T4）, 渗透检测的优点(或适用范围) 不受材料的限制（金属、非金属材料）；不受工件化学成分 的限制（磁性、非磁性材料）；不受工件结构的限制（焊接、 锻造、轧制等加工方式）；不受缺陷形状

5、、尺寸和方向的限制 具有较高的灵敏度（可发现：0.1m宽缺陷）； 显示直观、操作方便、检测费用低。 渗透检测的局限性 它只能检出表面开口的缺陷； 不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件； 渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深 度，因而很难对缺陷做出定量评价。检出结果受操作者的影响 也较大。,1.3 表面缺陷无损检测方法的比较,1.3 表面缺陷无损检测方法的比较,磁粉检测对铁磁性材料工件的表面和近表面缺陷 有较高的检测灵敏度，可发现微米级宽度的小缺陷 ，所以承压设备对铁磁性材料工件的表面和近表面 缺陷的检测宜优先选择磁粉检测，确因结构原因， 方可使用渗透检测或涡流检测

6、。,为什么锅炉、压力容器优先选用磁粉检测？(T5),第二章 渗透检测的物理化学基础,2.1 分子论 2.1.1分子运动论 运用分子运动和分子的相互作用来论述物质的某些性质的 理论叫分子运动论. 1、宏观物体由大量分子组成。（分子之间存在空隙） 2、分子在永不停息地运动。 3、分子间存在相互作用力。（同时存在引力和斥力） 2.1.2最小能量理论（动能、势能、内能） 能量最小，从而使各系统变得最稳定的趋势。 2.1.3自然界的三种物质形态 表面和界面,2.2 表面张力与表面张力系数,2.2.1概念 液体表面分子受力状态的进一步分析:当液面受拉力作用使其 面积扩大时,表面层分子分布稀疏,分子间距离r

7、大于r0,故分子 相互间存在吸引力,使分子间距趋于平衡，面积恢复到正常状 态，此时表面具有收缩趋势。 分析结论：当液体表面积增加时，该表面产生收缩趋势，使 表面积收缩到平衡状态（最小面积），使其收缩的力称为表 面张力。,表面张力定义：存在于液体表面，使液面紧缩的作用力称为 液体表面张力。 表面张力系数定义：单位长度上的表面张力。 一般而言，表面张力系数与液体的种类和温度有关。同 一液体，表面张力系数值随温度上升而下降。容易挥发的液 体比不容易挥发的液体的表面张力系数要小。含有杂质的液 体比纯净的液体的表面张力系数要小。 物理意义：将液面缩小单位面积，表面张力所做的功。,2.2 表面张力与表面张

8、力系数,2.2.2 表面张力的产生机理,1、液体的表面层 是指在液-气界面上与气体接触的液体薄层，由 液体表面分子和液体近表面分子组成的。相邻分子 间作用力所能达到的最大距离叫分子作用半径r。,2、液体的表面层对液体整体施加的压力 在液体内部，分子A、B、C的分子作用球内的分子 对分子的引力的合力是不同的，分子A的合力为0，分子 B、C的合力不为0，合力方向指向液体内部。分子距液 面越近，合力越大。,2.2.2 表面张力的产生机理,2.2.2 表面张力的产生机理,3、液体表面分子之间表现为相互吸引力 液体表面张力是跟液面相切的 4、液体分子之间的相互作用力是表面张力产生的原因 液体表面的分子受

9、到一种垂直指向液体内部的压力，液体的 表面越小，则受到这种压力的分子的数目就越小，系统的能量就 越低，于是液体表面有自行收缩的趋势；另外，处于液体表面的 分子，分布比较稀疏，表面分子间存在相互吸引的力，这样使得 液体表面能够实现自行收缩。,2.2.3 表面过剩自由能,表面过剩自由能是单位面积表面分子的自 由能与单位面积内部分子的自由能的差值。 物理意义：增加（或减少）单位表面面积时, 自由能的增值（或减值）。,2.2.4 界面张力与界面能,两相之间的化学性质越接近，他们之间的界面 张力越小。 水银-苯 357mN/m，水-苯 35mN/m 界面张力值总是小于两相各自的表面张力之和。,2.3 润

10、湿现象 2.3.1 润湿(或不润湿)现象,液体在固体表面不呈球形，且能覆盖固体 表面，此现象称润湿现象，表明液体能润湿 这种固体。 液体在固体表面呈球形，不能覆盖固体表 面，此现象称为不润湿现象，表明液体不能 润湿这种固体。 能增强水或水溶液取代固体表面空气的物 质称为润湿剂,2.3.2 润湿方程和接触角,如图所示，将一滴液体洒在固体的平面上，可有三种界面： 存在三种界面张力。也就是液-气界面上的液体表面张力，它使液滴表面 收缩，用表示。固-气界面上存在固体与气体的界面张力，它力图使 液滴表面铺开用S表示。固-液界面上存在固体与液体的界面张力，它 也力图使液滴表面收缩，用表示。 在液-固界面与

11、界面处液体表面的切线 所夹的角，称为接触角，用表示。 S- SL= Lcos,2.3 润湿现象,2.3.3 润湿的四个等级 当接触角为0时，液滴在固体表面接近于薄膜的形态，这种情况 称为完全润湿。当接触角在0和90之间时，液滴在固体表面上成为 小于半球的球冠，这种情况称为润湿。当接触角在90和180之间时， 液滴在固体表面上成为大于半球的球冠，这种情况称为不润湿。当接触角 在180时，液滴在固体表面上成为球形，这种情况称为完全不润湿。,2.3 润湿现象,固体材料的表面粗糙，会导致角的变化，角小于90 时，表面粗化将使角变小；角大于90时，表面粗化将使 角变大。 只有当渗透剂充分润湿被检工件表面

12、时，才能渗入狭窄的 缝隙；此外，还要求能润湿显像剂，以便将缺陷内的的渗透剂 吸出从而显示缺陷。因此润湿性能是渗透剂的重要指标，综合 反映了液体的表面张力和接触角两种物理性能指标。,2.4 毛细现象,2.4.1毛细现象 如果把内径小于1mm的玻璃管（称毛细管），插入盛有水 的容器中，水会沿着管内壁自动地上升，使玻璃管内的液面高 出容器的液面，管子的内径越小，它里面上升的水面也越高， 毛细现象：润湿液体在毛细管中呈凹面并且上升，不润湿液体在毛细管中呈凸面并且下降的现象。 毛细现象产生的原因：弯曲液面的附加压力。,2.4.2弯曲液面的附加压强,弯曲液面的一个根本特性就是曲面两侧存在压力差。 任何弯曲

13、液面薄膜对液体都将施以附加压强。 任意形状的弯曲液面的附加压强：P=a(1/R1+1/R2) 球形液面的附加压强：P=2a/R 柱状液面的附加压强：P=a/R 平面液面的附加压强：0 附加压强与曲面面积无关，与液体表面张力系数a成正比， 与液面的曲率半径成反比。 表面张力的存在是弯曲液面产生附加压强的原因。,2.4.3毛细现象中的液面高度,1、毛细管内的液面高度 如图，毛细管插在润湿的液体中，由于润湿作用，靠内壁 的液面上升而形成凹面，从而扩大液体的表面，在弯曲面表面 张力的作用下，液体表面向上收缩而形成平面，随后，润湿又 起主导作用，重新形成凹面，而表面张力又使其收缩成平面， 如此循环，使毛

14、细管内的液面逐渐上升，直至表面张力沿管壁 方向的上升分力与管内液体重量相等时，达到平衡，液面不再 升高。 液体在毛细管中上升的高度，可用以 下公式计算： h = 2 *cos/rg,2.4.3毛细现象中的液面高度,2、两平行平板间的液面高度 在间距为2r的两平行平板间，润湿液体上升高度恰好是直径为2r的毛细管内同样液体上升高度的一半： h = *cos/rg,2.4.3毛细现象中的液面高度,3、缺陷内液面高度 气孔为圆柱形，液面为球形液面；裂纹可认为两平行平板间 的毛细现象。 附加压强P+大气压强=裂纹内气体的反压强 P气,2.4 毛细现象,2.4.4 毛细现象的产生机理 是附着层的收缩力或推

15、斥力与表面张力共同作用的结果。 2.4.5 渗透检测中的毛细现象 1、渗透与毛细作用 渗透剂对受检工件表面开口缺陷的渗透，实质是渗透剂的毛细作用。毛 细作用的产生是由缺陷处的渗透剂附着层的推斥力和渗透剂的表面张力共同 作用的结果。 毛细作用使渗透剂渗透到细小而清洁的裂纹中的速度比它渗透到宽裂纹 的速度更快。裂纹中如果含有某种污染物，则会使表面张力减小。 2、显像与毛细作用,2.5 吸附现象,吸附现象在各种界面上皆可发生 2.5.1 固体表面的吸附现象 1.概念：二种物质的混合物澄清后形成的物质自一相迁移到界面并富集于界面的现象称为固体表面的吸附现象。 2.吸附剂和吸附质 吸附剂：起吸附作用的固

16、体称吸附剂。 吸附质：被吸附的液体或气体中的某种成分称为吸附质。 3.例：白土煤油 白土能够吸附煤油中的棕黄色物质 白土吸附剂；棕黄色物质吸附质 显象剂渗透液 显象剂能够吸附缺陷中的渗透液 显象剂吸附剂 渗透液吸附质 衡量吸附剂的吸附能力，用比表面积。,2.5 吸附现象,2.5.2 液体表面的吸附现象 1.概念：一种液体与另一种液体（或气体）接触时，能够将被接触的液体 或气体中的某些成分吸附到该液体表面的现象称为液体表面的吸附现象。 2.例： 水-油界面+表面活性剂,降低水-油界面的界面张力; 在溶液吸附中，吸附能降低表面张力和界面张力的表面活性剂。 2.5.3 物理吸附和化学吸附 物理吸附多在低温下发生，随着温度升高，吸附量下降，没有选择性； 化学吸附在高温下建立平衡，随着温度升高，吸附量先增加，继续升高 温度将发生脱附现象。,2.5 吸附现象,2.5.4 吸附现象的