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1、第六单元第六单元 渗透检测渗透检测1 渗透检测基础知识渗透检测基础知识1.1 渗透探伤定义渗透探伤定义Penetrant Testing 简称简称PT (Penetrate)渗透探伤是以毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺陷的一种常规的无损检测方法。1.2 渗透探伤的工作原理和操作步骤渗透探伤的工作原理和操作步骤工作原理工作原理：零件表面被施加含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间的渗透，渗透液可以渗进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液和干燥后；再在零件表面施加显象剂；同样，在毛细管作用下，显象剂将吸引缺陷中的渗透液，即渗透液回渗到显象剂中；在一定的光源下（黑光
2、或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示（黄绿色荧光或红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。操作步骤操作步骤操作步骤操作步骤 见图见图1-11-1 渗透检测可以检查金属、非金属零件或材料的表面开口渗透检测可以检查金属、非金属零件或材料的表面开口渗透检测可以检查金属、非金属零件或材料的表面开口渗透检测可以检查金属、非金属零件或材料的表面开口缺陷，例如裂纹、疏松、气孔、夹渣、冷隔、折叠等。缺陷，例如裂纹、疏松、气孔、夹渣、冷隔、折叠等。缺陷，例如裂纹、疏松、气孔、夹渣、冷隔、折叠等。缺陷，例如裂纹、疏松、气孔、夹渣、冷隔、折叠等。渗透探伤不受零件化学成分限制，不受零件结构限制，渗透探伤不受零件化学成分
3、限制，不受零件结构限制，渗透探伤不受零件化学成分限制，不受零件结构限制，渗透探伤不受零件化学成分限制，不受零件结构限制，也不受缺陷形状限制。可以检查磁性材料，也可以检查也不受缺陷形状限制。可以检查磁性材料，也可以检查也不受缺陷形状限制。可以检查磁性材料，也可以检查也不受缺陷形状限制。可以检查磁性材料，也可以检查非磁性材料；可以检查黑色金属，有色金属，也可以检查非金属；非磁性材料；可以检查黑色金属，有色金属，也可以检查非金属；非磁性材料；可以检查黑色金属，有色金属，也可以检查非金属；非磁性材料；可以检查黑色金属，有色金属，也可以检查非金属；可以检查焊接件，铸件，锻件和机加工件；只需要一次探伤，即
4、可可以检查焊接件，铸件，锻件和机加工件；只需要一次探伤，即可可以检查焊接件，铸件，锻件和机加工件；只需要一次探伤，即可可以检查焊接件，铸件，锻件和机加工件；只需要一次探伤，即可把零件表面各个方向及形状的缺陷全部检查出来。把零件表面各个方向及形状的缺陷全部检查出来。把零件表面各个方向及形状的缺陷全部检查出来。把零件表面各个方向及形状的缺陷全部检查出来。但是，渗透探伤不适用于检查表面是吸收性的零件或材料，例如但是，渗透探伤不适用于检查表面是吸收性的零件或材料，例如但是，渗透探伤不适用于检查表面是吸收性的零件或材料，例如但是，渗透探伤不适用于检查表面是吸收性的零件或材料，例如粉末冶金零件。粉末冶金零
5、件。粉末冶金零件。粉末冶金零件。渗透检测的重复性差，污染较严重。渗透检测的重复性差，污染较严重。渗透检测的重复性差，污染较严重。渗透检测的重复性差，污染较严重。1.3 渗透探伤的分类渗透探伤的分类1 1 根据染料分类：根据染料分类：根据染料分类：根据染料分类：荧光法、着色法和荧光着色法荧光法、着色法和荧光着色法荧光法、着色法和荧光着色法荧光法、着色法和荧光着色法2 根据去除方式分类：水洗型、后乳化型和溶剂去除型3 根据显象方式分类：干式、湿式、速干式、自显象（一般分类）显象剂的种类：干式显象剂、湿式显象剂湿式显象剂包括：水溶式，水悬浮式，溶剂悬浮式（速干式），塑料薄膜式（干粉悬浮于树脂清漆中）
6、4 各种渗透探伤方法的优缺点 着色法只需在白光或日光下进行，在没有电源的场合下也能工作，荧光法需要配备黑光灯和暗室，无法在没电的场合下工作。水洗型渗透适于检查表面较粗糙的零件（铸造件、螺拴、齿轮、键槽等），操作简便，成本较低，特别适合批量零件的渗透检测。而对于水基渗透液可以检查不能接触油类的特殊零件（液氧容器）后乳化型渗透适于表面光洁，灵敏度要求高的零件，例如发动机涡轮片，涡轮盘等，特别是后乳化型荧光法配合速干式显象被认为是灵敏度最高的一种渗透方法。溶剂去除型着色法由于可以使用在没有水和电的场合，因而应用非常广泛，特别是喷罐使用，可简化操作，适用于大型零件的局部检测（如锅炉、压力容器的焊缝检测
7、等），该法成本较高，不适于大批量零件的渗透检测。1.4 渗透探伤与磁粉探伤和涡流探伤的比较渗透探伤与磁粉探伤和涡流探伤的比较 P.7 表表1-2 2 渗透探伤的物理化学基础渗透探伤的物理化学基础 液体分子间作用力液体分子间作用力 表面张力表面张力 弯曲液面附加压强弯曲液面附加压强 毛细管现象毛细管现象2.1 分子论分子论2.1.1 分子运动论分子运动论 宏观物体由大量分子组成、分子在永不停息地运动、分宏观物体由大量分子组成、分子在永不停息地运动、分子间存在互相作用力子间存在互相作用力2.1.2 最小能量理论最小能量理论 分子动能、分子势能、物体的内能分子动能、分子势能、物体的内能2.1.3 自
8、然界的三种物质形态 气态、液态和固态气态、液态和固态 不同的物质介质相接触，出现界面。一般存在如下几种界面：不同的物质介质相接触，出现界面。一般存在如下几种界面：液气界面、固气界面、液液界面和液固界面。液气界面、固气界面、液液界面和液固界面。人们习惯于把有气相参与组成的相界面叫表面，其他的相界面称人们习惯于把有气相参与组成的相界面叫表面，其他的相界面称界面。因此常称液气界面为液体表面，固气界面为固体、界面。因此常称液气界面为液体表面，固气界面为固体、表面。表面。在液气表面，把跟气体接触的液体薄层称为表面层。在液气表面，把跟气体接触的液体薄层称为表面层。在液固界面，把跟固体接触的液体薄层称附着层
9、。在液固界面，把跟固体接触的液体薄层称附着层。表面层的分子，一方面收到液体内部分子的作用，另一方面受表面层的分子，一方面收到液体内部分子的作用，另一方面受到气体分子的作用。附着层的分子，一方面受到液体内部分子的到气体分子的作用。附着层的分子，一方面受到液体内部分子的作用，另一方面，受到固体分子的作用。作用，另一方面，受到固体分子的作用。2.2 表面张力和表面张力系数 体积一定的几何形体中，球体的表面积最小。因此，一定量的液体从其它形状变为球形时，就伴随着表面积的减小。另外，液膜也有自动收缩的现象。这些都说明液体表面有收缩到最小面积的趋势。这是液体表面最基本的特性。根据力学知识，液体能够从其它形
10、状变为球形是由于有力的作用。把这种存在于液体表面，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力。表面张力一般用表面张力系数表示。表面张力系数为任一单位长度上的收缩表面的力，也常称为表面张力。它和液体表面相切且垂直于液体边界。它是液体的基本性质之一，以牛顿/米（N/m）为单位。一定成分的液体，在一定的温度下有一定的表面张力系数 值。不同的液体，值是不同的。一般液体的 值随温度上升而下降；少数金属熔融液体（铜、镉）的表面张力系数随温度上升而增高。容易挥发的液体，表面张力系数更小，含有杂质的 值也小。表面张力的产生机理 液体分子作用间的作用力 液体表面层分子和内部分子互相作用示意图间图2-1。图2-1 液体
11、表面层和内部分子的互相作用分子作用半径r：分子作用力所能达到的最大距离，图2-1分子作用球：半径为r的球形作用范围。在图2-1中，MN为液体与气体的分界面，A、B及C为液体中处于不同位置的分子。分子A处于液体内部，分子B靠近液体表面，分子C处于液体表面。分子B距液体表面MN的距离小于分子作用半径r，分子C距表面MN的距离为0，即分子作用球只有一半部分在液体内部，而另一半部分在液体之外。在液体之外，分子作用力就是液面上的气体分子对分子B和C的作用力，其大小与液体内分子作用力相比可以忽略不计。在液体内部，分子B、C的分子作用球内的分子，对分子B、C的作用力较大，不能忽略。因此，分子B、C的合力不为
12、零。合力R的方向指向液体内部。分子距离液面MN距离越小，合力R就越大。分子A处于液体内部，在液体中有大量的其它分子处于分子A的分子作用球内，这些分子作用于分子A上的引力指向各个不同方向，总体上这些引力是互相抵消的，其合力为零。所以，在图2-1中，R1R2R3 综上所述，每一个到液体表面的距离小于分子作用半径r的分子，都受到一个指向液体内部的力的作用，而这些分子组成的表面层，即由表面分子及近表面分子组成的液体表面层，都受到垂直于液面而且指向液体内部的力的作用。这种作用力就是液体表面层对整个液体施加的压力，其实质是液体分子间的作用力。液体表面越小，受到这种力作用的分子数目越少，系统的能量相应越低，
13、系统就越稳定。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，表面分子间存在互相吸引的力，这样，就使得液体表面能够实现自行收缩。这些就是液体表面张力产生的机理。因此，液体分子间的互相作用力是表面张力产生的根本原因。表面过剩自由能表面过剩自由能 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。表面张力系数是单位液体方面的过剩自由能，常称为表面过剩自由能，它是将液体表面扩大（缩小）单位面积，表面张力所作的功。界面张力与界面能界面张力与界面能 正如液体的自由表面具有表面张力与表面能一样，液液界面与液固界面等两相之间的界面也有类似的界面张力与界面能。对于
14、界面而言，两相之间的化学特点越接近，它们之间的界面张力就越小；界面张力值总是小于两相各自的表面张力之和，这是因为两相之间总会有某些吸附力。同液体的表面张力一样，界面张力也有使其界面自发减少的趋势2.3 润湿现象润湿现象1 润湿（或不润湿）现象 润湿作用是一种表面及界面过程。普遍而言，表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程就是润湿。因此，润湿作用必然涉及三相，而其中至少两相为流体。一般情况下，润湿是指固体表面上的气体被液体取代，有时是一种液体被另一种液体所取代。润湿现象是固体表面结构与性质，固液两相分子间相互作用等微观特性的宏观表现。润湿液体装在容器里，靠近容器壁处的液面呈凹面，不润湿液体装容
15、器里，零件容器壁处的液面呈凸面，容器的内径越小，这种现象越显著。见图2-2所示。因为水或水溶液是特别常见的取代气体的液体，所以，一般就把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 润湿方程与接触角图2-3，将一滴液体滴在固体平面上，可有三种界面，即液气，固气及固液界面。与该三种界面一一对应，存在三种界面张力。液气界面张力实际上是液体的表面张力，它力图使液体表面收缩，用L表示，固气界面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，固液界面存在固体与液体的界面张力，它力图使液滴表面收缩，用SL表示。接触角：接触角：液固界面经过液体内部到液气表面之间的夹角，用 表示。当液滴停留
16、在固体平面上时，三种界面张力相平衡，它们之间的关系为：此式是润湿的基本公式，常称为润湿方程。经变换，可公式变为：3 润湿的三种方式和四个等级 沾湿润湿、浸湿润湿、铺展润湿 当180时，发生沾湿润湿；当90，发生浸湿润湿；当0，发生铺展润湿。当接触角为0，即cos1时，液滴在固体表面接近于薄膜的形态，此情况称为完全润湿。当接触角在0和90 之间，即 0cos1 时，液滴在固体表面上成为小于半球形的球冠，这种情况称为润湿。当接触角在90和180 之间，即 1cos0 时，液滴在固体表面上成为大于半球形的球冠，这种情况称为不润湿。当接触角为180，即 cos1 时，液滴在固体表面上成为球形，它与固体
17、之间仅有一个接触点，这种情况称为完全不润湿。同一种液体，对不同的固体而言，它可能是润湿的，也可能是不润湿的。在液体中加入表面活性剂，则液体的表面张力变小，接触角变小，润湿性能提高。润湿现象所反映的润湿性能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 毛细现象（1）圆管中的毛细管现象 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，称为毛细管现象。毛细现象并不局限于一般意义上的毛细管，例如两平行板间的夹缝，各种各样的棒、纤维、颗粒堆积物的空隙都是特殊形式的毛细管。2 弯曲液面的附加压强弯曲液面的附加压强 由于液体表面张力的存在，弯曲的液面会产
18、生附加的压强。液体的表面张力系数越大，弯曲液面的曲率半径越小，则产生的附加压强越大。任意形状的弯曲液面下的附加压强的拉普拉斯公式：3 毛细现象中的液面高度毛细现象中的液面高度 毛细管在润湿液体中，由于润湿作用，靠近管壁的液面就会上升，形成表面凹下，在弯曲液面的附加压强下，液体表面向上收缩，而形成平面；随后，润湿作用又起主导作用，靠近管壁的液面又上升，重新形成表面凹下的弯曲液面，弯曲液面在附加压强的作用下又上升。如此循环，使毛细管的液面逐渐上升，一直到向上的弯曲液面附加压强的作用力与毛细管内升高的液柱重量相等时，达到平衡，才停止上升。毛细管中上升力F上，为毛细管内壁弯曲液面的附加压强产生的压力：
19、F上cos2r 液体的表面张力系数，接触角，r毛细管内壁半径。毛细管中下降力F下，等于液柱的重量：F下r2d g h g重力加速度，d液体密度，h液体在管中上升的高度。液面停止上升时，上升力与下降力平衡，F上F下，即 cos2r r2d g h 整理，得 从上式可以看出，毛细管曲率半径越小，管子越细，则上升高度越高。如果液体不润湿管壁，则管内液面是下降的凸液面，该弯曲液面 对液体的附加压强是指向液体内部，使管内液面将低于管外液面，所下降的高度同样可用该公式计算。（2）两平行板间的毛细现象 润湿液体在间距很小的两平行板间也会产生毛细现象，如图2-6所示。其上升高度的公式为 缺陷内液面高度缺陷内液
20、面高度 以长a，宽C，深b的狭长细槽作零件上的裂纹模型来分析讨论渗透探伤时渗透液渗入裂纹的毛细现象。裂纹模型如下图，为开口于零件表面的裂纹，但不穿透。当渗透液施加于有表面开口裂纹的零件表面时，具有足够润湿性能的渗透液将润湿裂纹内表面，裂纹内将形成向液体内凹陷的弯曲液面，并在弯曲凹面上产生指向液体外部（裂纹）的附加压强P。裂纹宽度越小，附加压强越大。这个附加压强迫使渗透液向裂纹内渗透的同时，就压缩裂纹内已被渗透液封闭的气体。随着渗透液的不断渗透，裂纹内气体体积将越来越小，而气体的反压强P气将越来越大，直到气体的反压强与液面上的附加压强完全平衡为止。如果考虑零件外部大气压强P0，平衡时有：P P0
21、 P气 要使渗透液完全占有裂纹空间，就必须将裂纹内气体完全排除。（采取一定的措施）渗透探伤中的毛细现象渗透探伤中的毛细现象（1）渗透与毛细作用）渗透与毛细作用 渗透过程中，渗透液对受检表面开口缺陷的渗透作用；实质上是液体的毛细作用。例如，渗透液对表面点状缺陷（如气孔、砂眼等）的渗透，就类似于渗透液在毛细管内的毛细作用；渗透液对表面条状缺陷（如裂纹、夹渣和分层等）的渗透，就类似于渗透液在间距很小的两平行板间的毛细作用。（2）显像与毛细作用）显像与毛细作用 显象过程中，渗透液从缺陷中回渗到显象剂中形成缺陷显示痕迹，也是由于毛细作用。显像剂通常有两个基本功能：吸附足量的从缺陷中回渗到工件表面的渗透剂
22、 通过毛细作用将渗透剂在工件表面横向扩展，放大缺陷显示 提供一个可观察的背景2.5 吸附现象1 固体表面的吸附（固液界面和固气界面）吸附：物质自一相内部富集于界面的现象即为吸附现象。吸附现象在各种界面上都可发生。当固体和液体或气体接触时，凡能把液体或气体中的某些成分聚集到固体表面上来的现象，就是固体的吸附现象。能起吸附作用的固体称为吸附剂，例如显象剂粉末、活性碳、硅胶、分子筛等；被吸附在固体表面上的液体或气体称为吸附质。例如显象过程中，显象剂粉末吸附缺陷中回渗的渗透液，显象剂粉末是吸附剂，渗透液是吸附质。用吸附量衡量吸附剂的吸附能力，是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质质量，有时也指吸附剂单位表
23、面积上所吸附质量。吸附量数值越大，吸附剂吸附能力越强。固体被用作吸附剂，是因为固体吸附剂有很大的表面积和很大的比表面。2 液体表面的吸附液体表面的吸附 吸附现象不仅发生在固体表面，还可发生在液体表面（液液界面和液气界面）。在溶液吸附中（溶液是吸附剂），作为吸附质使用最广的是能降低表面张力和界面张力的表面活性剂。表面活性剂吸附在水表面上（液气界面）上，能降低水表面的表面张力；表面活性剂吸附在油水界面上，能降低油水界面的界面张力。3 物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附 按照吸附现象的本质，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。按照吸附现象的本质，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。4 渗透探伤中的吸附现象
24、渗透探伤中的吸附现象 显象过程中显象剂粉末吸附从缺陷中回渗的渗透液，从而形成缺陷显示。此吸附现象属于固体表面（固液界面）的吸附，显象剂粉末是吸附剂，回渗的渗透液是吸附质。显象剂粉末越细，比表面越大，吸附量越多，缺陷显示越清晰。另外，由于吸附为放热过程如果显象剂中含有常温下易挥发的溶剂，当溶剂在显象表面迅速挥发时，能大量吸热，从而促进了显象剂粉末对缺陷中回渗的渗透液的吸附，加快并加剧了吸附显象，可提高显象灵敏度。自乳化渗透法或后乳化渗透法，表面活性剂被当作乳化剂使用，吸附在渗透液水界面，降低了界面张力，使零件表面多余的渗透液得以顺利乳化清洗。表面活性剂分子的“两亲”性质，使其能吸附在油水界面上，
25、降低油水界面的界面张力，使乳化清洗顺利进行。2.6 溶解现象2.6.1 溶解现象及溶解度溶解现象及溶解度2.6.2 渗透剂的浓度渗透剂的浓度2.6.3 相似相溶经验法则相似相溶经验法则 化学结构相似的物质，彼此容易相互溶解；极性相似的物质彼此容易相互溶解。2.6.4 渗透检测与溶解度、浓度渗透检测与溶解度、浓度1 着色（荧光）强度 显象剂中的白色粉末构成毛细管，产生毛细作用，吸附渗透液。但是，吸附上来同样数量的渗透液，有的看得见，有的看不见，这是由于渗透液的着色强度或荧光强度不同所致。所谓着色强度或荧光强度，实际上是缺陷内被吸附出来的一定数量的渗透液在显象后显示色泽的能力。它与渗透液中着色染料
26、或荧光染料的种类有关，与染料在渗透液中溶解度有关。着色（荧光）强度用两种方法来度量，一种是用渗透液的消光值K来度量（着色），另一种是用渗透液的临界厚度来度量。渗透液的消光值越大，着色强度就越大，缺陷显示就越清晰。提高渗透液的浓度，就可增大消光值K。（对着色液而言）渗透液的临界厚度，是指被显象剂吸附上来的渗透液，厚度到达某一值时，在增加其厚度，该渗透液的着色（荧光）强度不再增加，此时的液层厚度叫做渗透液的临界厚度。可见，临界厚度越小，着色（荧光）强度就越大，越有利于缺陷的显示。2.7 表面活性与表面活性剂表面活性与表面活性剂 1 表面活性：表面活性：凡能使溶剂的表面张力降低的性质。凡能使溶剂的表
27、面张力降低的性质。2 表面活性剂：表面活性剂：是这样一种物质，它在加入量很少时，是这样一种物质，它在加入量很少时，能大大将低溶剂（一般为水）表面张力或液液界面张力，能大大将低溶剂（一般为水）表面张力或液液界面张力，改变体系界面状态，产生润湿、乳化、起泡及加溶等一系列作用，改变体系界面状态，产生润湿、乳化、起泡及加溶等一系列作用，从而达到实际使用的要求。从而达到实际使用的要求。在右图中，曲线在右图中，曲线1和和2为表面活性物质，曲线为表面活性物质，曲线1为表面活性剂，为表面活性剂，3为非为非表面活性物质。表面活性物质。表面活性剂的种类表面活性剂的种类 渗透检测常用非离子型渗透检测常用非离子型 表
28、面活性剂的分子结构表面活性剂的分子结构 表面活性剂分子一般总是由非极性的亲油疏水的碳氢链表面活性剂分子一般总是由非极性的亲油疏水的碳氢链部分和极性的亲水疏油的基团共同组成的，而且这两部分部分和极性的亲水疏油的基团共同组成的，而且这两部分分处两端，形成不分处两端，形成不 对称的结构。因此，表面活性剂分子是对称的结构。因此，表面活性剂分子是一种两亲分子，具有既亲水又亲油的两亲性质。这种两亲分子能吸一种两亲分子，具有既亲水又亲油的两亲性质。这种两亲分子能吸附在油水界面上，降低油水界面的界面张力；能吸附在水溶液表面附在油水界面上，降低油水界面的界面张力；能吸附在水溶液表面上，降低水溶液的表面张力。上，
29、降低水溶液的表面张力。表面活性剂的亲水性表面活性剂的亲水性 亲水性大小是表面活性剂的一项非常重要的指标。亲水性大小是表面活性剂的一项非常重要的指标。非离子型表面活性剂的亲水性，可用亲水基的分子量大小来表非离子型表面活性剂的亲水性，可用亲水基的分子量大小来表示，称为亲憎平衡值，即值：示，称为亲憎平衡值，即值：亲水基部分的分子量亲水基部分的分子量 100H.L.B=表面活性剂的分子量表面活性剂的分子量 5 值越高，亲水性越强。值越高，亲水性越强。由于经济上及其它一些方面的原因，工业生产的表面活性由于经济上及其它一些方面的原因，工业生产的表面活性剂从来就不可能制备得很纯，其实也没有必要制备得很纯；剂
30、从来就不可能制备得很纯，其实也没有必要制备得很纯；恰恰相反，表面活性剂中加入另外一种表面活性剂或其它恰恰相反，表面活性剂中加入另外一种表面活性剂或其它添加剂后，比单一的表面活性剂有更好的效果，而且溶液的物理化添加剂后，比单一的表面活性剂有更好的效果，而且溶液的物理化学性质也有明显的变化。学性质也有明显的变化。几种成分的非离子型表面活性剂混合后，其值为：几种成分的非离子型表面活性剂混合后，其值为：a、b、c组成混合乳化剂的各表面活性剂的值；组成混合乳化剂的各表面活性剂的值；x、y、z各表面活性剂的重量。各表面活性剂的重量。举例计算：举例计算：P.35 分清亲水基和亲油基分清亲水基和亲油基2.7.
31、3 表面活性剂的作用表面活性剂的作用 P.35 图图2-26 2.7.4 乳化作用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块的两种液体（油水）能够混合到一起的现象称为乳化现象。具有乳化作用的表面活性剂称乳化剂。2 乳化形式 乳状液是一种液体分散于另一种不相溶的液体中形成的胶体分散体系，外观常呈乳白色不透明液状。乳状液中以液滴形式存在的那一相称为分散相（也称内相、不连续相），另一相是连成一片的，称为分散介质（也称外相、连续相）。常见的乳状液，一般都有一相是水或水溶液，通常称为“水”相；另一相是与水不相溶的有机相，常称为“油”相。外相为水内相为油的乳状液叫做水包油型乳状液（牛奶
32、），以O/W表示；外相为油，内相为水的乳状液叫做油包水型乳状液（原油），以W/O表示。3 渗透探伤中的乳化现象 渗透探伤时，使用后乳化型渗透液，去除零件表面多余的渗透液时，一般使用水包油型乳化剂进行乳化清洗。此时，渗透液是乳化的对象，由于乳化的目的是要将零件表面多余的渗透液清洗掉，故乳化剂还应有良好的洗涤作用。值在1115范围内的乳化剂，既具有乳化作用，又有洗涤作用，是比较理想的去除剂。2.7.5 表面活性剂在溶液中的特性表面活性剂在溶液中的特性 利用表面活性剂的凝胶现象可提高渗透探伤的灵敏度。“非离子型”乳化剂与水混合，其粘度随含水量变化，在某一含水量范围内粘度有极大值，此范围称为“凝胶区”
33、。清洗时，零件表面接触大量的随，乳状液的含水量超过了凝胶区，粘度小而易被水冲走，缺陷缝隙处接触水量少，含水量在凝胶区，形成凝胶，缺陷内的渗透液不易被水冲走，从而提高了探伤灵敏度。3 渗透探伤的光学基础渗透探伤的光学基础3.1 光的本性光的本性3.2 发光及光致发光发光及光致发光1 发光发光 2 光致发光（荧光、磷光）光致发光（荧光、磷光）原来在白光下不发光的物质，在紫外线等外辐射源的作用下，能原来在白光下不发光的物质，在紫外线等外辐射源的作用下，能够发光，这种现象称为光致发光。当外辐射源停止后，发光立即停够发光，这种现象称为光致发光。当外辐射源停止后，发光立即停止的称为荧光，否则称为磷光。止的
34、称为荧光，否则称为磷光。3 渗透检测用光渗透检测用光着色探伤时，观察时使用白光，其波长范围为着色探伤时，观察时使用白光，其波长范围为400-760nm，可由，可由白炽灯、日光灯或日光等得到。荧光探伤时，使用紫外线，它是一白炽灯、日光灯或日光等得到。荧光探伤时，使用紫外线，它是一种比可见光波长更短的不可见光，也称黑光。其波长范围为种比可见光波长更短的不可见光，也称黑光。其波长范围为330-390nm，中心波长，中心波长365nm，一般用黑光灯得到。，一般用黑光灯得到。紫外线能使荧光液产生荧光，荧光探伤就是利用荧光液受紫外线紫外线能使荧光液产生荧光，荧光探伤就是利用荧光液受紫外线照射而激发产生荧光
35、这一现象为基础的。其荧光波长约为照射而激发产生荧光这一现象为基础的。其荧光波长约为510-550 nm，其中心波长为，其中心波长为550nm，呈黄绿色。，呈黄绿色。3.3 光度学光度学 发光强度是指光源向某方向单位立体角发射的光通量，发光强度是指光源向某方向单位立体角发射的光通量，单位坎德拉（单位坎德拉（cd）。）。光通量是指能引起眼睛视觉强度的辐射通量，单位是流明（光通量是指能引起眼睛视觉强度的辐射通量，单位是流明（lm）。）。照度是指被照射物单位面积上所接受的光通量，单位是勒克斯照度是指被照射物单位面积上所接受的光通量，单位是勒克斯（lx），），1勒克斯勒克斯1流明流明/m2，照度是表示物
36、体被照亮的程度。，照度是表示物体被照亮的程度。渗透探伤时，工作场地保持一定的照度，对于确保探伤灵敏度渗透探伤时，工作场地保持一定的照度，对于确保探伤灵敏度及提高工作效率是非常必要的。一般要求，着色探伤时，被检物表及提高工作效率是非常必要的。一般要求，着色探伤时，被检物表面上可见光照度应在面上可见光照度应在500lx以上。以上。黑光灯强度为黑光灯强度为1000uw/cm23.4 对比度和可见度对比度和可见度3.4.1 对比度对比度 某个显示和围绕这个显示的背景之间的亮度和颜色之差，称为对比度。试验表明，红色染料显示与白色显象剂背景之间的对比率越为6:1，而荧光显示与不发荧光的背景之间的对比率却有
37、300:1，甚至更大到1000:1。这是荧光探伤灵敏度较高的一个原因。3.4.2 可见度可见度 人眼的观察机能：在强白光下，对颜色和对比度的差别人眼的观察机能：在强白光下，对颜色和对比度的差别的辨别能力强，在暗光中（黑暗），对微弱发光体辨别能的辨别能力强，在暗光中（黑暗），对微弱发光体辨别能力强。力强。3.5 缺陷显示及裂纹检出能力缺陷显示及裂纹检出能力3.5.1 缺陷显示缺陷显示 缺陷容积越大，它容纳的渗透液就越多，留在缺陷中可供回渗的缺陷容积越大，它容纳的渗透液就越多，留在缺陷中可供回渗的渗透液就越多，缺陷显示就越明显。显象剂显示的缺陷图像比缺陷渗透液就越多，缺陷显示就越明显。显象剂显示的
38、缺陷图像比缺陷的实际尺寸要大。的实际尺寸要大。缺陷的长度是缺陷显示的主要尺寸，它能提供一个可供肉眼观察缺陷的长度是缺陷显示的主要尺寸，它能提供一个可供肉眼观察的实测尺寸。的实测尺寸。3.5.2 裂纹检出能力裂纹检出能力 裂纹检出能力是相对于背景及外部光等条件，裂纹缺陷内的渗透裂纹检出能力是相对于背景及外部光等条件，裂纹缺陷内的渗透液能形成可用肉眼直接观察裂纹缺陷显示的能力。液能形成可用肉眼直接观察裂纹缺陷显示的能力。渗透液中染料种类及浓度将影响裂纹检出能力。渗透液中染料种类及浓度将影响裂纹检出能力。渗透液被化学药品污染，荧光液长时间受紫外光渗透液被化学药品污染，荧光液长时间受紫外光照射，着色液
39、长时间受日光照射等，将降低裂纹照射，着色液长时间受日光照射等，将降低裂纹检出能力。先浸后滴落的施加渗透液的方法，可检出能力。先浸后滴落的施加渗透液的方法，可使渗透液中的大量挥发性成分挥发掉，而留下更多粘度较使渗透液中的大量挥发性成分挥发掉，而留下更多粘度较大的组分，染料的浓度相对于原渗透液中的浓度更高，可大的组分，染料的浓度相对于原渗透液中的浓度更高，可提高裂纹检出能力。提高裂纹检出能力。3.3 显象剂的显象特性1 显象剂的显象功能 显象是利用显象剂吸附从缺陷中回渗到受检零件表面的渗透液，形成一可见的缺陷显示。显象剂的显象过程同渗透液的渗透过程一样，是由于毛细作用。显象剂通常有两个基本功能：（
40、1）吸附足量的从缺陷中回渗到零件表面的渗透液；（2）通过毛细作用将渗透液在零件表面横向扩展，使缺陷的显示放大到可见。2 显象剂的显象过程 着色探伤时，观察缺陷图形显示是在明亮的白光下，通过色彩反差进行的，整个白色衬底上只有缺陷部分呈现红色显示。由于缺陷图形显示周围的背景，必须是某种程度的白色，因此着色探伤不使用干式显象剂。而使用溶剂悬浮显象剂（速干式）显象时，显象过程中，由于溶剂的迅速挥发，促进了渗透液的回渗，挥发中带走大量的热量，促进了显象剂对回渗的渗透液的吸附，使显象灵敏度得到提高。荧光探伤时，无缺陷区域呈深蓝紫色，唯有缺陷部分发出黄绿色光，观察缺陷显示在黑暗中进行。荧光探伤中常使用干粉显
41、象剂，也可使用其它的显象剂或自显象。由于干粉显象剂只吸附在缺陷部位，即使经过一段时间后，缺陷轮廓图形也不散开，仍能显示出清晰的图形，所以使用干粉显象剂可以分开显示出互相接近的缺陷，即显象分辨力高。4 渗透检测剂渗透检测剂4.1 渗透液的分类及组分1 渗透液的分类几种特殊类型的渗透液 着色荧光渗透液、过滤性微粒渗透液、化学反应型渗透液、高温下使用的渗透液。2 渗透液的组成成分 渗透液一般由染料、溶剂、乳化剂和多种改善渗透液性能的附加成分所组成。在实际的渗透液配方中，一种化学试剂往往同时起几种作用。（1）红色染料 着色液中所用染料多为红色染料，因为红色染料能与显象剂的白色背景形成鲜明的对比，产生良
42、好的反差。着色液中的染料应满足色泽鲜艳，易溶解、易清洗、杂质少、无腐蚀、对人体无害等。染料有油溶型、醇溶型和油醇混合型等。一般着色液中多使用油溶型偶氮染料。常用的染料有苏丹红、128烛红、223号烛红、荧光桃红、刚果红和丙基红等。其中以苏丹IV使用最为广泛，它的化学名称为偶氮苯。（2）荧光染料 荧光染料是荧光液的关键材料之一。荧光染料应具有很强的荧光，发出的荧光应为黄绿色。同时应耐黑光、耐热和对金属无腐蚀等。荧光染料的荧光强度和波长与所用的溶剂及其浓度有关。荧光液的荧光强度随着浓度的增加而增加，但浓度达到某一数值后，就不再继续增加，甚至会减弱。利用利用“串激串激”的方法可以增强荧光亮度。即在荧
43、光液中加入两种的方法可以增强荧光亮度。即在荧光液中加入两种或或两种以上的荧光染料，组成激活系统，起到两种以上的荧光染料，组成激活系统，起到“串激串激”作用。所谓作用。所谓“串串激激”就是第二种染料发出的荧光波长与第一种染料吸收光谱的波长就是第二种染料发出的荧光波长与第一种染料吸收光谱的波长相同，即第二种染料的荧光谱与第一种染料的吸收谱一致。这时，相同，即第二种染料的荧光谱与第一种染料的吸收谱一致。这时，第一种染料在溶剂中吸收第二种染料的荧光得到激发，第一种染料在溶剂中吸收第二种染料的荧光得到激发，增强了自身发出的荧光强度增强了自身发出的荧光强度。（3）溶剂 溶剂有两个主要作用：一 溶解染料；二
44、 起到渗透作用。因此，渗透液中所用溶剂应具有渗透能力强，对染料溶解性能好，挥发性小、毒性小、对金属无腐蚀等性能，且经济易得。多数情况下，渗透液都是将几种溶剂组合使用，使各成分的特性达到平衡。溶剂可分为基本溶剂和起稀释作用的溶剂两类。基本溶剂应充分溶剂染料，使渗透液着色（荧光）强度大。稀释剂除具有适当调节粘度与流动性目的外，还起到降低材料费用的作用。基本溶剂与稀释溶剂能否平衡地配合，就直接影响渗透液特性（粘度、表面张力、润湿性能等），是决定渗透性能好坏的重要因素。煤油是最常用的溶剂。它具有表面张力小，润湿能力强等优点，但它对染料的溶解度小。加入邻苯二甲酸二丁酯不仅提高了对染料的溶解度，又可在较低
45、温度下，使染料不致沉淀出来，此外还可调整渗透液的粘度和沸点，减少溶剂的挥发，使渗透液具有优良的 综合性能。乙二醇单丁醚、二乙二酸丁醚常用作偶合溶剂。使渗透液具有较好的乳化性、清洗性和互溶性。染料在溶剂中的溶解度与温度有关，为使染料在低温下不从溶剂中分离出来，还需在渗透液中加入一定量的稳定剂。（4）乳化剂 在水洗型着色液与水洗型荧光液中，表面活性剂作为乳化剂加到渗透液内，使渗透液容易被水洗。乳化剂应与溶剂互溶，不应影响红色染料的红色色泽，或不影响荧光染料的荧光亮度。4.2 渗透液的性能渗透液的性能1 渗透液的综合性能 a 渗透力强，容易渗入零件的表面缺陷中。b 荧光液应具有鲜明的荧光，着色液应具
46、有鲜艳的色泽。c 清洗性好，容易从零件表面清洗掉。d 润湿显象剂的性能好，容易从缺陷中被吸附到显象剂表面，而将缺陷显示出来。e 无腐蚀，对零件和设备无腐蚀性。f 稳定性好，在光与热的作用下，材料成份和荧光亮度或色泽能维持较长时间。g 毒性小，或无毒。h 其它：检查钛合金与奥氏体不锈钢材料时，要求渗透液低氟低氯，检查镍合金材料时，要求渗透液低硫；检查与氧、液氧接触的工件时，要求渗透液与氧不发生反应。2 渗透液的物理性能 粘度 表面张力和接触角 密度 挥发性 闪点和燃点 电导性 闪点：可燃性液体在温度上升过程中，液面上方挥发出大量可燃性蒸气，这些可燃性蒸气和空气混合，接触火焰时，会出现爆炸闪光现象
47、。刚刚出现闪光现象时，液体的最低温度称为闪点。燃点：指液体加热到能被接触的火焰点燃并能继续燃烧时的液体的最低温度。对同一液体而言，燃点高于闪点。闪点低，燃点也低，着火的危险性大。3 渗透液的化学性能渗透液的化学性能 a 化学惰性化学惰性 要求渗透液对被检材料和盛装容器不腐蚀，呈化学惰性。要求渗透液对被检材料和盛装容器不腐蚀，呈化学惰性。注意：水洗型渗透液中乳化剂可能呈若碱性，可能腐蚀铝镁合金。注意：水洗型渗透液中乳化剂可能呈若碱性，可能腐蚀铝镁合金。渗透液中硫、钠等元素的存在，在高温下会对镍基合金零件产生渗透液中硫、钠等元素的存在，在高温下会对镍基合金零件产生热腐蚀（热脆），渗透液中的卤族元素
48、很容易与钛合金及奥氏体不热腐蚀（热脆），渗透液中的卤族元素很容易与钛合金及奥氏体不锈钢材料作用，在应力的作用下，产生应力腐蚀裂纹。锈钢材料作用，在应力的作用下，产生应力腐蚀裂纹。b 清洗性清洗性 c 含水量和容水量含水量和容水量 渗透液总的水含量与渗透液总量之比的百分数称含水量。渗透液渗透液总的水含量与渗透液总量之比的百分数称含水量。渗透液中含水量超过某一极限时，渗透液出现分离、混浊、凝胶或灵敏度中含水量超过某一极限时，渗透液出现分离、混浊、凝胶或灵敏度下降等现象，这一极限值称为渗透液的容水量。下降等现象，这一极限值称为渗透液的容水量。渗透液含水量越小越好，渗透液容水量指标越高，抗水污染能力渗
49、透液含水量越小越好，渗透液容水量指标越高，抗水污染能力越强。越强。d 毒性毒性 e 溶解性溶解性 f 腐蚀性能腐蚀性能 综上所述，粘度、表面张力、接触角与清洗性能等影响渗透液的灵敏度；闪点、燃点、电导性与化学惰性，毒性等涉及操作者的安全及零件和设备的腐蚀。任何一种渗透液，不可能具备一切优良性能，也不能只任何一种渗透液，不可能具备一切优良性能，也不能只用某一项性能来评价渗透液的优劣。用某一项性能来评价渗透液的优劣。4.1.4 着色渗透剂着色渗透剂1 水洗型着色液水洗型着色液 灵敏度太低，用在极少场合。灵敏度太低，用在极少场合。一种是水基的，另一种是自乳化的。一种是水基的，另一种是自乳化的。2 后
50、乳化型着色液后乳化型着色液3 溶剂去除型着色液溶剂去除型着色液 与速干式显象配合使用，灵敏度较与速干式显象配合使用，灵敏度较高。高。着色渗透液灵敏度较低，不能用于探测临界疲劳裂纹、着色渗透液灵敏度较低，不能用于探测临界疲劳裂纹、应力腐蚀应力腐蚀裂纹或晶间腐蚀裂纹等非常微小的裂纹。裂纹或晶间腐蚀裂纹等非常微小的裂纹。4.1.5 荧光渗透液荧光渗透液1 水洗型荧光液水洗型荧光液 （自乳化型荧光液）（自乳化型荧光液）分低、中、高灵敏度。分低、中、高灵敏度。常用水洗型低灵敏度检查铝镁合金铸造件，批量螺拴、键槽、齿常用水洗型低灵敏度检查铝镁合金铸造件，批量螺拴、键槽、齿轮等零件。轮等零件。容易受到水污染