1、滲透檢測原理課件5 滲透檢測滲透檢測5-1 滲透檢測基本原理滲透檢測基本原理 很早以前，人們就掌握了把水置于容器內檢很早以前，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。查容器是否有泄漏這類探傷技術。 也有人利用工件表面鐵銹的來檢查缺陷，為也有人利用工件表面鐵銹的來檢查缺陷，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域要多。成氧化物，使裂紋處的鐵銹比鄰近區域要多。 滲透檢測原理課件 滲透檢測的基本原理就是在被檢材料或工件滲透檢測的基本原理就是在被檢材料或工件表面上浸涂滲透力比較強的液體，利用液體對表面上浸涂滲

2、透力比較強的液體，利用液體對微細孔隙的滲透作用，將液體滲入孔隙中。微細孔隙的滲透作用，將液體滲入孔隙中。 然后，用水和清洗液清洗材料或工件表面的然后，用水和清洗液清洗材料或工件表面的剩余滲透液。剩余滲透液。 最后再用顯示材料噴涂在被檢工件表面，借最后再用顯示材料噴涂在被檢工件表面，借助毛細管的作用原理、將孔隙中的滲透液吸出助毛細管的作用原理、將孔隙中的滲透液吸出來并加以顯示。來并加以顯示。滲透檢測原理課件滲透檢測具有以下特點滲透檢測具有以下特點 A) 工作原理簡單，對操作者的技術要求不高工作原理簡單，對操作者的技術要求不高 B) 應用面廣，可用于多種材料的表面檢測，而應用面廣，可用于多種材料的

3、表面檢測，而且基本上不受工件形狀和尺寸的限制且基本上不受工件形狀和尺寸的限制 C) 顯示不受缺陷方向的限制，一次檢測可同時顯示不受缺陷方向的限制，一次檢測可同時探測不同方向的表面缺陷；探測不同方向的表面缺陷； D) 檢測用設備簡單、成本低廉、使用方便檢測用設備簡單、成本低廉、使用方便滲透檢測原理課件 滲透檢測的局限性，主要是只能檢測開口的表滲透檢測的局限性，主要是只能檢測開口的表面缺陷，工序比較多，探傷靈敏度受人為因素的面缺陷，工序比較多，探傷靈敏度受人為因素的影響比較多。影響比較多。 滲透檢測對各種材料的開口式缺陷滲透檢測對各種材料的開口式缺陷(如裂紋、如裂紋、氣孔、分層、夾雜物、折疊、熔合

4、不良、泄漏等氣孔、分層、夾雜物、折疊、熔合不良、泄漏等)都能進行檢查。都能進行檢查。滲透檢測原理課件 特別是某些表面無損檢測方法難以工作的非鐵特別是某些表面無損檢測方法難以工作的非鐵磁性金屬材料和非金屬材料工件。磁性金屬材料和非金屬材料工件。 但對工件表面粗糙度有一定要求，因為表面過但對工件表面粗糙度有一定要求，因為表面過于粗糙及多孔的材料和工件上的剩余滲透液很難于粗糙及多孔的材料和工件上的剩余滲透液很難完全清除，以致使真假缺陷難以判斷。完全清除，以致使真假缺陷難以判斷。滲透檢測原理課件(1) 滲透滲透 滲透檢測用的滲透劑絕大部分為液體，故必須滲透檢測用的滲透劑絕大部分為液體，故必須研究滲透過

5、程中的毛細管現象、清洗剩余滲透液研究滲透過程中的毛細管現象、清洗剩余滲透液過程中的乳化現象、顯象過程中的毛細吸附。過程中的乳化現象、顯象過程中的毛細吸附。 滲透檢測中不同液體向固體孔隙中的滲透能力滲透檢測中不同液體向固體孔隙中的滲透能力不同，稱為液體的滲透力，其強度將明顯影響發不同，稱為液體的滲透力，其強度將明顯影響發現缺陷的能力。現缺陷的能力。 滲透檢測原理課件 液體的滲透力取決于液體的表面張力、液體與液體的滲透力取決于液體的表面張力、液體與固體表面間的潤濕角的大小、缺陷的形狀和大小固體表面間的潤濕角的大小、缺陷的形狀和大小以及滲透液的粘度等因素。以及滲透液的粘度等因素。 液體的表面張力決定

6、于液體的性質，同一種液液體的表面張力決定于液體的性質，同一種液體，其表面張力大小與溫度有關。體，其表面張力大小與溫度有關。 滲透檢測原理課件液體和固體表面間的潤濕角，就是液固體間的界液體和固體表面間的潤濕角，就是液固體間的界面與通過氣體、液體、固體交點，向液體表面所面與通過氣體、液體、固體交點，向液體表面所作切線之間的夾角作切線之間的夾角(含液體部分含液體部分)，如圖所示。，如圖所示。滲透檢測原理課件圖中圖中A點處于液、固、氣三相交界處，有三種界點處于液、固、氣三相交界處，有三種界面張力作用于該點，即固體與氣體之間面張力作用于該點，即固體與氣體之間FS、氣體、氣體與液體之間與液體之間FL以及固

7、體與液體之間以及固體與液體之間FSL滲透檢測原理課件 當液滴處于平衡時，則當液滴處于平衡時，則 可見，可見，FS-FSL=FL時，則時，則 cos =1，=0o，此，此時液體在固體界面上完全潤濕時液體在固體界面上完全潤濕 當當FS-FSLFL時，則時，則0 cos0o，液體對固體的潤濕程度隨液體對固體的潤濕程度隨 的增大而減小的增大而減小 當當 90o 時，液體在固體表面潤濕不良時，液體在固體表面潤濕不良cosLSLSFFF滲透檢測原理課件式中式中FL是液體表面張力，故潤濕作用與液體的是液體表面張力，故潤濕作用與液體的表面張力有關，表面張力愈小則表面張力有關，表面張力愈小則 cos愈大即潤愈大

8、即潤濕角濕角減小，液體對固體的潤濕程度增加。減小，液體對固體的潤濕程度增加。 可以采用在液體中加入表面活性劑來降低表面可以采用在液體中加入表面活性劑來降低表面張力，以達到提高潤濕能力的效果。張力，以達到提高潤濕能力的效果。 當然液體在固體表面的潤濕程度不僅與液體本當然液體在固體表面的潤濕程度不僅與液體本身有關，而且與被潤濕的固體表面性質有關。身有關，而且與被潤濕的固體表面性質有關。cosLSLSFFF滲透檢測原理課件細管中液面的高度和形狀隨液體對管壁的潤濕情細管中液面的高度和形狀隨液體對管壁的潤濕情況不同而變化的觀象稱為液體的毛細觀象況不同而變化的觀象稱為液體的毛細觀象 滲透檢測原理課件若液體

9、與毛細管壁之間接觸角若液體與毛細管壁之間接觸角小于小于90o，液體，液體潤濕管壁，管中液面為凹面，液體上升，如圖潤濕管壁，管中液面為凹面，液體上升，如圖a 滲透檢測原理課件如果如果=90o，不發生毛細上升或下降，不發生毛細上升或下降(圖圖b)。90o ，液體被壓低，不潤濕，液面為凸面，液體被壓低，不潤濕，液面為凸面(圖圖c)滲透檢測原理課件 在毛細上升的情況下，液在毛細上升的情況下，液體沿管手上升是靠凹面上表體沿管手上升是靠凹面上表面張力的分布使緊靠彎液面面張力的分布使緊靠彎液面下的靜壓力下降，毛細管外下的靜壓力下降，毛細管外部自由表面上的大氣壓力通部自由表面上的大氣壓力通過液體傳遞而把毛細管

10、內的過液體傳遞而把毛細管內的液體上升。液體上升。 圖中清楚地顯示出了引起圖中清楚地顯示出了引起液體在毛細管內上升的幾種液體在毛細管內上升的幾種力的情況力的情況 。滲透檢測原理課件液面在細管中的上升高度正比于液體的表面張力液面在細管中的上升高度正比于液體的表面張力和接觸角的余弦，而與液體的密度和毛細管的直和接觸角的余弦，而與液體的密度和毛細管的直徑成反比，可用下式計算徑成反比，可用下式計算式中式中 -液體表面張力系數，液體表面張力系數，-液體潤濕角，液體潤濕角， d d- -細管直徑，細管直徑，- -液體密度，液體密度，g g- -重力加速度重力加速度gdhcos4滲透檢測原理課件 如果毛細管是

11、封閉的，有潤濕力的液體在管內如果毛細管是封閉的，有潤濕力的液體在管內仍然是會上升的。仍然是會上升的。 但由于被壓縮在封閉端中的空氣和蒸汽會產生但由于被壓縮在封閉端中的空氣和蒸汽會產生附加壓力，所以液面的上升高度相對比較低。附加壓力，所以液面的上升高度相對比較低。 潤濕液體在間隔距離很小的兩塊平行板之間也潤濕液體在間隔距離很小的兩塊平行板之間也會產生毛細觀象，液體表面的上升高度為會產生毛細觀象，液體表面的上升高度為式中式中 d d - -兩塊平行板之間的距離兩塊平行板之間的距離 gdhcos2滲透檢測原理課件由此可見，在間距為由此可見，在間距為d d 的平行板之間，其潤的平行板之間，其潤濕液體的

12、上升高度恰為直徑為濕液體的上升高度恰為直徑為d d 的細管內同樣液的細管內同樣液體上升高度的體上升高度的1/2gdhcos2滲透檢測原理課件 實際檢測中，滲透液對材料或工件表面的滲透實際檢測中，滲透液對材料或工件表面的滲透作用本質上就是液體的毛細作用。作用本質上就是液體的毛細作用。 對開口于表面的點狀缺陷的滲透就相當子滲透對開口于表面的點狀缺陷的滲透就相當子滲透液在細管內的毛細作用。液在細管內的毛細作用。 對于表面條狀缺陷的滲透就相當于滲透液在間對于表面條狀缺陷的滲透就相當于滲透液在間距很小的兩塊平板間的毛細作用。距很小的兩塊平板間的毛細作用。滲透檢測原理課件 對固體窄間隙內液體薄層的研究表明

13、，固體表對固體窄間隙內液體薄層的研究表明，固體表面附近的液體分子表現出一定方位的傾向性，具面附近的液體分子表現出一定方位的傾向性，具有固體分子的性質，能承受剪力和拉力。有固體分子的性質，能承受剪力和拉力。 液體層具有類似結晶物質的性質，邊界層厚度液體層具有類似結晶物質的性質，邊界層厚度為為0.1m時，液體層不能視為連續均勻的。時，液體層不能視為連續均勻的。 滲透檢測原理課件 毛細現象隨孔徑變窄而增強有兩個前提毛細現象隨孔徑變窄而增強有兩個前提 A) 由附加壓強產生的毛細現象是一種連續介質由附加壓強產生的毛細現象是一種連續介質的流體動力學現象的流體動力學現象 B) 孔隙內固孔隙內固-氣、固氣、固

14、-液、氣液、氣-液三個界面張力必液三個界面張力必須與孔隙寬度無關須與孔隙寬度無關 因此，當固體窄間隙的寬度小于因此，當固體窄間隙的寬度小于0.1m時，毛時，毛細作用大大減弱。細作用大大減弱。 滲透檢測原理課件 由于固體分子表面與液體的相互作用，液體流由于固體分子表面與液體的相互作用，液體流經固體表面時存在著靜止不動層，液體吸附在固經固體表面時存在著靜止不動層，液體吸附在固體表面上，其厚度約為體表面上，其厚度約為510-7cm，使液體滲透，使液體滲透受到妨礙。受到妨礙。 可以認為可以認為0.1m是滲透檢測中滲透液的最小滲是滲透檢測中滲透液的最小滲透寬度，是滲透檢測所能達到的最高靈敏度。透寬度，是

15、滲透檢測所能達到的最高靈敏度。滲透檢測原理課件 滲透液的粘度大小對滲透能力影響不大，但對滲透液的粘度大小對滲透能力影響不大，但對滲透速度有直接影響，粘度愈大、滲透速度愈、滲透速度有直接影響，粘度愈大、滲透速度愈、滲透時間愈長。滲透時間愈長。 同時、粘度大的滲透液也將使工件或材料表面同時、粘度大的滲透液也將使工件或材料表面上剩余滲透液的清洗增加困難上剩余滲透液的清洗增加困難, ,所以非常粘的液所以非常粘的液體不宜用作滲透液。體不宜用作滲透液。 但粘度過小，則在清洗時容易把缺陷中的滲透但粘度過小，則在清洗時容易把缺陷中的滲透液洗掉。因此，一般滲透液常用的粘度范范圍是液洗掉。因此，一般滲透液常用的粘

16、度范范圍是(410) 10-7m2 /s (38時時)。滲透檢測原理課件(2) 清洗清洗 完成滲透過程后，緊接著就是除液清洗過程，完成滲透過程后，緊接著就是除液清洗過程，因為材料或工件被檢表面剩余滲透液的除凈與否因為材料或工件被檢表面剩余滲透液的除凈與否將直接影響到判仿的正確性。將直接影響到判仿的正確性。 一般用水清洗最方便。但由于滲透液的主要成一般用水清洗最方便。但由于滲透液的主要成分為油液，因此，單純用水清除被檢工件表面上分為油液，因此，單純用水清除被檢工件表面上的滲透液很困難。的滲透液很困難。 滲透檢測原理課件 在水中加入一些乳化劑，清洗就比較容易，因在水中加入一些乳化劑，清洗就比較容易

17、，因為油水之間互不相溶，加入乳化劑后，乳化劑吸為油水之間互不相溶，加入乳化劑后，乳化劑吸附在油水兩相界面上，親油基與油相連，從而防附在油水兩相界面上，親油基與油相連，從而防止了它們的相互排斥作用。止了它們的相互排斥作用。 表面活性劑具有乳化油水的作用，水中表面活表面活性劑具有乳化油水的作用，水中表面活性劑的濃度不必過大，在性劑的濃度不必過大，在0.020.4%左右。左右。滲透檢測原理課件 在滲透檢測的除液清洗過程中，主要利用非離在滲透檢測的除液清洗過程中，主要利用非離子型或陰離子型表面活性劑，這種表面活性劑又子型或陰離子型表面活性劑，這種表面活性劑又稱乳化劑，其中最常用的是水包油型乳化劑。稱乳

18、化劑，其中最常用的是水包油型乳化劑。 在清洗被檢工件表面剩余滲透液的同時。如果在清洗被檢工件表面剩余滲透液的同時。如果連同已滲入缺陷內的滲透液也被清洗，就會影響連同已滲入缺陷內的滲透液也被清洗，就會影響檢測缺陷的能力，降低檢測靈敏度和可靠性。檢測缺陷的能力，降低檢測靈敏度和可靠性。 因此，滲透液在缺陷中不致被清洗掉的能力愈因此，滲透液在缺陷中不致被清洗掉的能力愈強，則檢測靈敏度和可靠性愈高。這種能力稱為強，則檢測靈敏度和可靠性愈高。這種能力稱為滲透液在缺陷中的殘留性能。滲透液在缺陷中的殘留性能。 滲透檢測原理課件對于水洗型滲透液采用具有凝膠現象的非離子型對于水洗型滲透液采用具有凝膠現象的非離子

19、型乳化劑就能提高這一性能。因為非離子型乳化劑乳化劑就能提高這一性能。因為非離子型乳化劑與水混合時，其粘度隨含水量的大小而變化。與水混合時，其粘度隨含水量的大小而變化。滲透檢測原理課件從圖可以看出，在一定范圍內，水和乳化劑混合從圖可以看出，在一定范圍內，水和乳化劑混合液的粘度可以變得極大。液的粘度可以變得極大。滲透檢測原理課件 當實際檢測中用水清洗時，由于缺陷當實際檢測中用水清洗時，由于缺陷(特別是裂特別是裂紋紋)的開口處與水的接觸面有限，混合液含水量的開口處與水的接觸面有限，混合液含水量容易處在形成凝膠的范圍內，封住了裂紋開口處，容易處在形成凝膠的范圍內，封住了裂紋開口處，使已滲入缺陷的滲透液

20、不被水沖掉。使已滲入缺陷的滲透液不被水沖掉。 而被檢工件表面上的剩余滲透液因接觸的水量而被檢工件表面上的剩余滲透液因接觸的水量大，因此，其粘度很小，很容易被水沖洗掉。大，因此，其粘度很小，很容易被水沖洗掉。滲透檢測原理課件 在配制滲透液時，應在其組成中適當添加這些在配制滲透液時，應在其組成中適當添加這些物質，如煤油、汽油、二甲苯、二甲基萘等。物質，如煤油、汽油、二甲苯、二甲基萘等。 當然，在配制顯象液時應與此相反，應適當添當然，在配制顯象液時應與此相反，應適當添加破膠能力大的物質，以使缺陷中的滲透液容易加破膠能力大的物質，以使缺陷中的滲透液容易被顯象膜吸附出來并擴展成象，常用的破膠物質被顯象膜

21、吸附出來并擴展成象，常用的破膠物質有丙酮、乙醇等。有丙酮、乙醇等。滲透檢測原理課件(3) 顯象顯象 顯象過程利用的也是滲透作用，當工件表面的顯象過程利用的也是滲透作用，當工件表面的一層滲透液被清除以后，缺陷中的剩余滲透液將一層滲透液被清除以后，缺陷中的剩余滲透液將回滲到工件表面，這看起來似乎與前面講到的滲回滲到工件表面，這看起來似乎與前面講到的滲透濃滲入缺陷右矛盾。透濃滲入缺陷右矛盾。 實際上是當表面多余的滲透液被去除后，缺陷實際上是當表面多余的滲透液被去除后，缺陷內剩余的滲透液失去平衡，其中一部分會被吸到內剩余的滲透液失去平衡，其中一部分會被吸到工件表面上來，利用的還是固體與液體間的附著工件表面上來，利用的還是固體與液體間的附著力的作用，直至達到新的平衡。力的作用，直至達到新的平衡。 滲透檢測原理課件 在平衡狀態下，表面滲透液中滲透液含量已足在平衡狀態下，表面滲透液中滲透液含量已足以被檢測到，但為了提高檢測的靈敏度，一般都以被檢測到，但為了提高檢測的靈敏度，一般都要采用顯象劑。要采用顯象劑。 顯象劑一般都是由白色粉末和一些容易揮發的顯象劑一般都是由白色粉末和一些容易揮發的溶劑所組成，白色粉末的顆粒度在幾個微米或更溶劑所組成，白色粉末的顆粒度在幾個微米或更小的數量級范圍，例如小的數量級范圍，例如 0.250.70m，它比缺，它比缺陷縫隙