著色探傷-教程

1、PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.滲透檢測Penetrant TestingPenetrant Testing朱紅軍 207-07-03PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.1 滲透檢測基礎(chǔ)知識滲透檢測基礎(chǔ)知識1.1 滲透探傷定義滲透探傷定義 Penetrant Testing 簡稱簡稱PT 滲透探傷是以毛細(xì)管作用原理為基礎(chǔ)的檢查表面開口缺陷

2、的一種常規(guī)的無損檢測方法。1.2 滲透探傷的工作原理和操作步驟滲透探傷的工作原理和操作步驟工作原理工作原理： 零件表面被施加含有熒光染料或著色染料的滲透液后，在毛細(xì)管作用下，經(jīng)過一定時間的滲透，滲透液可以滲進表面開口缺陷中；經(jīng)去除零件表面多余的滲透液和干燥后；再在零件表面施加顯象劑；同樣，在毛細(xì)管作用下，顯象劑將吸引缺陷中的滲透液，即滲透液回滲到顯象劑中；在一定的光源下（黑光或白光），缺陷處的滲透液痕跡被顯示（黃綠色熒光或紅色），從而探測出缺陷的形貌及分布狀態(tài)。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All r

3、ights reserved.操作步驟 見圖1-1PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 滲透檢測可以檢查金屬、非金屬零件或材料的表面開口缺陷，例如裂紋、疏松、氣孔、夾渣、冷隔、折疊等。 滲透探傷不受零件化學(xué)成分限制，不受零件結(jié)構(gòu)限制，也不受缺陷形狀限制?？梢詸z查磁性材料，也可以檢查非磁性材料；可以檢查黑色金屬，有色金屬，也可以檢查非金屬；可以檢查焊接件，鑄件，鍛件和機加工件；只需要一次探傷，即可把零件表面各個方向及形狀的缺陷全部檢查出來。但是，滲透探傷不適用于檢查表面

4、是吸收性的零件或材料，例如 粉末冶金零件。滲透檢測的重復(fù)性差，污染較嚴(yán)重。 1.3 滲透探傷的分類1 根據(jù)染料分類： 熒光法、著色法和熒光著色法PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2 根據(jù)去除方式分類： 水洗型、后乳化型和溶劑去除型3 根據(jù)顯象方式分類： 干式、濕式、速干式、自顯象（一般分類）顯象劑的種類： 干式顯象劑、濕式顯象劑濕式顯象劑包括：水溶式，水懸浮式，溶劑懸浮式（速干式）， 塑料薄膜式（干粉懸浮于樹脂清漆中）4 各種滲透探傷方法的優(yōu)缺點 著色法只需在白光或

5、日光下進行，在沒有電源的場合下也能工作，熒光法需要配備黑光燈和暗室，無法在沒電的場合下工作。 水洗型滲透適于檢查表面較粗糙的零件（鑄造件、螺拴、齒輪、鍵槽等），操作簡便，成本較低，特別適合批量零件的滲透檢測。 而對于水基滲透液可以檢查不能接觸油類的特殊零件（液氧容器） 后乳化型滲透適于表面光潔，靈敏度要求高的零件，例如發(fā)動機渦輪片，渦輪盤等，特別是被認(rèn)為后乳化型熒光法配合速干式顯象是靈敏度最高的一種滲透方法。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 溶劑去除型著色法由于可

6、以使用在沒有水和電的場合，因而應(yīng)用非常廣泛，特別是噴罐使用，可簡化操作，適用于大型零件的局部檢測（如鍋爐、壓力容器的焊縫檢測等），該法成本較高，不適于大批量零件的滲透檢測。 1.4 滲透探傷與磁粉探傷和渦流探傷的比較滲透探傷與磁粉探傷和渦流探傷的比較 P.7 表表1-2 PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2 滲透探傷的物理化學(xué)基礎(chǔ) 液體分子間作用力 表面張力 彎曲液面附加壓強 毛細(xì)管現(xiàn)象2.1 分子論2.1.1 分子運動論 宏觀物體由大量分子組成、分子在永不停息地運

7、動、分子間存在互相作用力2.1.2 最小能量理論 分子動能、分子勢能、物體的內(nèi)能PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2.1.3 自然界的三種物質(zhì)形態(tài) 氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài) 不同的物質(zhì)介質(zhì)相接觸，出現(xiàn)界面。一般存在如下幾種界面：不同的物質(zhì)介質(zhì)相接觸，出現(xiàn)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。液氣界面、固氣界面、液液界面和液固界面。人們習(xí)慣于把有氣相參與組成的相界面叫表面，其他的相界面稱人們習(xí)慣于把有氣相參與組成的相界面叫表面，其

8、他的相界面稱界面。因此常稱液氣界面為液體表面，固氣界面為固體、界面。因此常稱液氣界面為液體表面，固氣界面為固體、表面。表面。 在液氣表面，把跟氣體接觸的液體薄層稱為表面層。在液氣表面，把跟氣體接觸的液體薄層稱為表面層。 在液固界面，把跟固體接觸的液體薄層稱附著層。在液固界面，把跟固體接觸的液體薄層稱附著層。 表面層的分子，一方面收到液體內(nèi)部分子的作用，另一方面受表面層的分子，一方面收到液體內(nèi)部分子的作用，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(nèi)部分子的到氣體分子的作用。附著層的分子，一方面受到液體內(nèi)部分子的作用，另一方面，受到固體分子的作用。作用，另一方面，受到固體分子的作用

9、。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2 .2 表面張力和表面張力系數(shù) 體積一定的幾何形體中，球體的表面積最小。因此，一定量的液體從其它形狀變?yōu)榍蛐螘r，就伴隨著表面積的減小。另外，液膜也有自動收縮的現(xiàn)象。這些都說明液體表面有收縮到最小面積的趨勢。這是液體表面最基本的特性。 根據(jù)力學(xué)知識，液體能夠從其它形狀變?yōu)榍蛐问怯捎谟辛Φ淖饔谩０堰@種存在于液體表面，使液體表面收縮的力稱為液體的表面張力。表面張力一般用表面張力系數(shù)表示。 表面張力系數(shù)為任一單位長度上的收縮表面的力，也

10、常稱為表面張力。它和液體表面相切且垂直于液體邊界。它是液體的基本性質(zhì)之一，以牛頓/米（N/m）為單位。 一定成分的液體，在一定的溫度下有一定的表面張力系數(shù) 值。不同的液體， 值是不同的。一般液體的 值隨溫度上升而下降；少數(shù)金屬熔融液體（銅、鎘）的表面張力系數(shù)隨溫度上升而增高。容易揮發(fā)的液體，表面張力系數(shù)更小，含有雜質(zhì)的 值也小。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.。表面張力的產(chǎn)生機理 液體分子作用間的作用力 液體表面層分子和內(nèi)部分子互相作用示意圖間圖2-1 圖2-1

11、液體表面層和內(nèi)部分子的互相作用PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 分子作用半徑r ：分子作用力所能達(dá)到的最大距離，圖2-1分子作用球：半徑為r的球形作用范圍。 在圖2-1中，MN為液體與氣體的分界面，A、B及C為液體中處于不同位置的分子。分子A處于液體內(nèi)部，分子B靠近液體表面，分子C處于液體表面。分子B距液體表面MN的距離小于分子作用半徑r，分子C距表面MN的距離為0，即分子作用球只有一半部分在液體內(nèi)部，而另一半部分在液體之外。在液體之外，分子作用力就是液面上的氣體

12、分子對分子B和C的作用力，其大小與液體內(nèi)分子作用力相比可以忽略不計。在液體內(nèi)部，分子B、C的分子作用球內(nèi)的分子，對分子B、C的作用力較大，不能忽略。因此，分子B、C的合力不為零。合力R的方向指向液體內(nèi)部。分子距離液面MN距離越小，合力R就越大。 分子A處于液體內(nèi)部，在液體中有大量的其它分子處于分子A的分子作用球內(nèi)，這些分子作用于分子A上的引力指向各個不同方向，總體上這些引力是互相抵消的，其合力為零。 這種解釋比較牽強！這種解釋比較牽強！PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserve

13、d.所以，在圖2-1中，R1R2R3 綜上所述，每一個到液體表面的距離小于分子作用半徑r的分子，都受到一個指向液體內(nèi)部的力的作用，而這些分子組成的表面層，即由表面分子及近表面分子組成的液體表面層，都受到垂直于液面而且指向液體內(nèi)部的力的作用。這種作用力就是液體表面層對整個液體施加的壓力，其實質(zhì)是液體分子間的作用力。液體表面越小，受到這種力作用的分子數(shù)目越少，系統(tǒng)的能量相應(yīng)越低，系統(tǒng)就越穩(wěn)定。于是液體表面有自行收縮的趨勢。 另外，處于液體表面的分子，分布比較稀疏，表面分子間存在互相吸引的力。這樣，就使得液體表面能夠?qū)崿F(xiàn)自行收縮。這些就是液體表面張力產(chǎn)生的機理。因此，液體分子間的互相作用力是表面張力

14、產(chǎn)生的根本原因。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.表面過剩自由能表面過剩自由能 表面過剩自由能是單位面積表面分子的自由能與單位面積內(nèi)部分子的自由能的差值。表面張力系數(shù)是單位液體方面的過剩自由能，常稱為表面過剩自由能，它是將液體表面擴大（縮小）單位面積，表面張力所作的功。界面張力與界面能界面張力與界面能 正如液體的自由表面具有表面張力與表面能一樣，液液界面與液固界面等兩相之間的界面也有類似的界面張力與界面能。 對于界面而言，兩相之間的化學(xué)特點越接近，它們之間的界面張力

15、就越?。唤缑鎻埩χ悼偸切∮趦上喔髯缘谋砻鎻埩χ?，這是因為兩相之間總會有某些吸附力。 同液體的表面張力一樣，界面張力也有使其界面自發(fā)減少的趨勢PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2.3 潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象1 潤濕（或不潤濕）現(xiàn)象 潤濕作用是一種表面及界面過程。普遍而言，表面上的一種流體被另一種流體所取代的過程就是潤濕。因此，潤濕作用必然涉及三相，而其中至少兩相為流體。一般情況下，潤濕是指固體表面上的氣體被液體取代，有時是一種液體被另一種液體所取代。潤濕現(xiàn)象是固體表面結(jié)構(gòu)

16、與性質(zhì)，固液兩相分子間相互作用等微觀特性的宏觀表現(xiàn)。 PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 潤濕液體裝在容器里，靠近容器壁處的液面呈凹面，不潤濕液體裝容器里，零件容器壁處的液面呈凸面，容器的內(nèi)徑越小，這種現(xiàn)象越顯著。見圖2-2所示。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 因為水或水溶液是特別常見的取代氣體的液體，所以，一般就把能增強水或水溶液取

17、代固體表面空氣的物質(zhì)稱為潤濕劑。2 潤濕方程與接觸角PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 圖2-3，將一滴液體滴在固體平面上，可有三種界面，即液氣，固氣及固液界面。與該三種界面一一對應(yīng)，存在三種界面張力。液氣界面張力實際上是液體的表面張力，它力圖使液體表面收縮，用L表示，固氣界面存在固體與氣體的界面張力，它力圖使液滴表面鋪開，用S表示，固液界面存在固體與液體的界面張力，它力圖使液滴表面收縮，用SL表示。 接觸角：接觸角：液固界面經(jīng)過液體內(nèi)部到液氣表面之間的夾角，用表示

18、。 當(dāng)液滴停留在固體平面上時，三種界面張力相平衡，它們之間的關(guān)系為： 此式是潤濕的基本公式，常稱為潤濕方程。 cosLSLSPRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.經(jīng)變換，可公式變?yōu)椋? 潤濕的三種方式和四個等級 沾濕潤濕、浸濕潤濕、鋪展?jié)櫇?當(dāng)180時，發(fā)生沾濕潤濕； 當(dāng)90 ，發(fā)生浸濕潤濕； 當(dāng)0 ，發(fā)生鋪展?jié)櫇瘛?當(dāng)接觸角為0，即cos1時，液滴在固體表面接近于薄膜的形態(tài)，此情況稱為完全潤濕。 當(dāng)接觸角在0和90 之間，即 0cos1 時，液滴在固體表面上成為小于半

19、球形的球冠，這種情況稱為潤濕。LSLScosPRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 當(dāng)接觸角在90和180 之間，即 1cos0 時，液滴在固體表面上成為大于半球形的球冠，這種情況稱為不潤濕。 當(dāng)接觸角為180，即 cos1 時，液滴在固體表面上成為球形，它與固體之間僅有一個接觸點，這種情況稱為完全不潤濕。同一種液體，對不同的固體而言，它可能是潤濕的，也可能是不潤濕的。 在液體中加入表面活性劑，則液體的表面張力變小，接觸角變小，潤濕性能提高。 潤濕現(xiàn)象所反映的潤濕性能綜

20、合反映了液體的表面張力和接觸角兩種物理性能指標(biāo)。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2.4 毛細(xì)現(xiàn)象 2 毛細(xì)現(xiàn)象（1）圓管中的毛細(xì)管現(xiàn)象PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 潤濕液體在毛細(xì)管中呈凹面并且上升，不潤濕液體在毛細(xì)管中呈凸面并且下降的現(xiàn)象，稱為毛細(xì)管現(xiàn)象。 毛細(xì)現(xiàn)象并不局限于一般意義上的毛細(xì)管，例如兩平行板間的夾縫，各種各樣的棒、

21、纖維、顆粒堆積物的空隙都是特殊形式的毛細(xì)管。2 彎曲液面的附加壓強彎曲液面的附加壓強 由于液體表面張力的存在，彎曲的液面會產(chǎn)生附加的壓強。液體的表面張力系數(shù)越大，彎曲液面的曲率半徑越小，則產(chǎn)生的附加壓強越大。 任意形狀的彎曲液面下的附加壓強的拉普拉斯公式：)11(21RRPPRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.3 毛細(xì)現(xiàn)象中的液面高度毛細(xì)現(xiàn)象中的液面高度 毛細(xì)管在潤濕液體中，由于潤濕作用，靠近管壁的液面就會上升，形成表面凹下，在彎曲液面的附加壓強下，液體表面向上收縮，而

22、形成平面；隨后，潤濕作用又起主導(dǎo)作用，靠近管壁的液面又上升，重新形成表面凹下的彎曲液面，彎曲液面在附加壓強的作用下又上升。如此循環(huán)，使毛細(xì)管的液面逐漸上升，一直到向上的彎曲液面附加壓強的作用力與毛細(xì)管內(nèi)升高的液柱重量相等時，達(dá)到平衡，才停止上升。 毛細(xì)管中上升力F上 ，為毛細(xì)管內(nèi)壁彎曲液面的附加壓強產(chǎn)生的壓力： F上cos2r PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsi

23、diaries. All rights reserved. 液體的表面張力系數(shù)， 接觸角，r毛細(xì)管內(nèi)壁半徑。 毛細(xì)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液體密度，h液體在管中上升的高度。液面停止上升時，上升力與下降力平衡，F(xiàn)上F下，即 cos2r r2d g h 整理，得 從上式可以看出，毛細(xì)管曲率半徑越小，管子越細(xì)，則上升高度越高。 如果液體不潤濕管壁，則管內(nèi)液面是下降的凸液面，該彎曲液面 gdrhcos2PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reser

24、ved.對液體的附加壓強是指向液體內(nèi)部，使管內(nèi)液面將低于管外液面，所下降的高度同樣可用該公式計算。（2）兩平行板間的毛細(xì)現(xiàn)象 潤濕液體在間距很小的兩平行板間也會產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象，如圖2-6所示。 其上升高度的公式為 gdrhcosPRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 缺陷內(nèi)液面高度缺陷內(nèi)液面高度 以長a，寬c，深b的狹長細(xì)槽作零件上的裂紋模型來分析討論滲透探傷時滲透液滲入裂紋的毛細(xì)現(xiàn)象。裂紋模型如下圖，為開口于零件表面的裂紋，但不穿透。 當(dāng)滲透液施加于有表面開口裂紋的零件

25、表面時，具有足夠潤濕性能的滲透液將潤濕裂紋內(nèi)表面，裂紋內(nèi)將形成向液體內(nèi)凹陷的彎曲液面，并在彎曲凹面上產(chǎn)生指向液體外部（裂紋）的附加壓強P。裂紋寬度越小，附加壓強越大。這個附加壓強迫使?jié)B透液向裂紋內(nèi)滲透的同時，就壓縮裂紋內(nèi)已被滲透液封閉的氣體。 PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 隨著滲透液的不斷滲透，裂紋內(nèi)氣體體積將越來越小，而氣體的反壓強P氣將越來越大，直到氣體的反壓強與液面上的附加壓強完全平衡為止。 如果考慮零件外部大氣壓強P0，平衡時有： P P0 P氣 要使

26、滲透液完全占有裂紋空間，就必須將裂紋內(nèi)氣體完全排除。（采取一定的措施） PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.滲透探傷中的毛細(xì)現(xiàn)象滲透探傷中的毛細(xì)現(xiàn)象（1）滲透與毛細(xì)作用）滲透與毛細(xì)作用 滲透過程中，滲透液對受檢表面開口缺陷的滲透作用；實質(zhì)上是液體的毛細(xì)作用。例如，滲透液對表面點狀缺陷（如氣孔、砂眼等）的滲透，就類似于滲透液在毛細(xì)管內(nèi)的毛細(xì)作用；滲透液對表面條狀缺陷（如裂紋、夾渣和分層等）的滲透，就類似于滲透液在間距很小的兩平行板間的毛細(xì)作用。（2）顯像與毛細(xì)作用）顯像

27、與毛細(xì)作用 顯象過程中，滲透液從缺陷中回滲到顯象劑中形成缺陷顯示痕跡，也是由于毛細(xì)作用。顯像劑通常有兩個基本功能： 吸附足量的從缺陷中回滲到工件表面的滲透劑 通過毛細(xì)作用將滲透劑在工件表面橫向擴展，放大缺陷顯示 提供一個可觀察的背景PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2.5 吸附現(xiàn)象1 固體表面的吸附（固液界面和固氣界面） 吸附：物質(zhì)自一相內(nèi)部富集于界面的現(xiàn)象即為吸附現(xiàn)象。 吸附現(xiàn)象在各種界面上都可發(fā)生。當(dāng)固體和液體或氣體接觸時，凡能把液體或氣體中的某些成分聚集到固體

28、表面上來的現(xiàn)象，就是固體的吸附現(xiàn)象。能起吸附作用的固體稱為吸附劑，例如顯象劑粉末、活性碳、硅膠、分子篩等；被吸附在固體表面上的液體或氣體稱為吸附質(zhì)。例如顯象過程中，顯象劑粉末吸附缺陷中回滲的滲透液，顯象劑粉末是吸附劑，滲透液是吸附質(zhì)。 用吸附量衡量吸附劑的吸附能力，是指單位質(zhì)量的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的質(zhì)量，有時也指吸附劑單位表面積上所吸附質(zhì)量。吸附量數(shù)值越大，吸附劑吸附能力越強。 固體被用作吸附劑，是因為固體吸附劑有很大的表面積和很大的比表面。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights res

29、erved.2 液體表面的吸附液體表面的吸附 吸附現(xiàn)象不僅發(fā)生在固體表面，還可發(fā)生在液體表面（液液界面和液氣界面）。在溶液吸附中（溶液是吸附劑），作為吸附質(zhì)使用最廣的是能降低表面張力和界面張力的表面活性劑。 表面活性劑吸附在水表面上（液氣界面）上，能降低水表面的表面張力；表面活性劑吸附在油水界面上，能降低油水界面的界面張力。 3 物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附和化學(xué)吸附 按照吸附現(xiàn)象的本質(zhì)，可將吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附。按照吸附現(xiàn)象的本質(zhì)，可將吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. A

30、ll rights reserved.4 滲透探傷中的吸附現(xiàn)象滲透探傷中的吸附現(xiàn)象 顯象過程中顯象劑粉末吸附從缺陷中回滲的滲透液，從而形成缺陷顯示。此吸附現(xiàn)象屬于固體表面（固液界面）的吸附，顯象劑粉末是吸附劑，回滲的滲透液是吸附質(zhì)。顯象劑粉末越細(xì)，比表面越大，吸附量越多，缺陷顯示越清晰。另外，由于吸附為放熱過程如果顯象劑中含有常溫下易揮發(fā)的溶劑，當(dāng)溶劑在顯象表面迅速揮發(fā)時，能大量吸熱，從而促進了顯象劑粉末對缺陷中回滲的滲透液的吸附，加快并加劇了吸附顯象，可提高顯象靈敏度。 自乳化滲透法或后乳化滲透法，表面活性劑被當(dāng)作乳化劑使用，吸附在滲透液水界面，降低了界面張力，使零件表面多余的滲透液得以順利

31、乳化清洗。表面活性劑分子的“兩親”性質(zhì)，使其能吸附在油水界面上，降低油水界面的界面張力，使乳化清洗順利進行。 PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2.6 溶解現(xiàn)象2.6.1 溶解現(xiàn)象及溶解度溶解現(xiàn)象及溶解度2.6.2 滲透劑的濃度滲透劑的濃度2.6.3 相似相溶經(jīng)驗法則相似相溶經(jīng)驗法則 化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，彼此容易相互溶解；極性相似的物質(zhì)彼此容易相互溶解。2.6.4 滲透檢測與溶解度、濃度滲透檢測與溶解度、濃度1 著色（熒光）強度 顯象劑中的白色粉末構(gòu)成毛細(xì)管，產(chǎn)生毛

32、細(xì)作用，吸附滲透液。但是，吸附上來同樣數(shù)量的滲透液，有的看得見，有的看不見，這是由于滲透液的著色強度或熒光強度不同所致。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 所謂著色強度或熒光強度，實際上是缺陷內(nèi)被吸附出來的一定數(shù)量的滲透液在顯象后顯示色澤的能力。它與滲透液中著色染料或熒光染料的種類有關(guān)，與染料在滲透液中溶解度有關(guān)。 著色（熒光）強度用兩種方法來度量，一種是用滲透液的消光值K來度量（著色），另一種是用滲透液的臨界厚度來度量。 滲透液的消光值越大，著色強度就越大，缺陷顯

33、示就越清晰。提高滲透液的濃度，就可增大消光值K。（對著色液而言） 滲透液的臨界厚度，是指被顯象劑吸附上來的滲透液，厚度到達(dá)某一值時，在增加其厚度，該滲透液的著色（熒光）強度不再增加，此時的液層厚度叫做滲透液的臨界厚度?？梢姡R界厚度越小，著色（熒光）強度就越大，越有利于缺陷的顯示。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2.7 表面活性與表面活性劑表面活性與表面活性劑1、表面活性：表面活性：凡能使溶劑的表面張力降低的性質(zhì)。凡能使溶劑的表面張力降低的性質(zhì)。 2、表面活性劑：

34、是這樣一種物質(zhì)，它在加入量很少時，能大大將低溶劑（一般為水）表、表面活性劑：是這樣一種物質(zhì)，它在加入量很少時，能大大將低溶劑（一般為水）表面張力或液液界面張力，改變系界面狀態(tài)，產(chǎn)生潤濕、乳化、起泡及加溶等一面張力或液液界面張力，改變系界面狀態(tài)，產(chǎn)生潤濕、乳化、起泡及加溶等一系列作用，從而達(dá)到實際使用的要求。系列作用，從而達(dá)到實際使用的要求。在右圖中，曲線在右圖中，曲線1和和2為表面活性物質(zhì)，為表面活性物質(zhì)，曲線曲線1為表面活性劑，為表面活性劑，3為非表面活性物質(zhì)。為非表面活性物質(zhì)。 表面活性劑的種類表面活性劑的種類滲透檢測常用非離子型滲透檢測常用非離子型 PRIVATE AND CONFIDE

35、NTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)表面活性劑的分子結(jié)構(gòu) 表面活性劑分子一般總是由非極性的親油疏水的碳?xì)滏湶糠趾蜆O性的親水疏油的基團表面活性劑分子一般總是由非極性的親油疏水的碳?xì)滏湶糠趾蜆O性的親水疏油的基團共同組成的，而且這兩部分分處兩端，形成不共同組成的，而且這兩部分分處兩端，形成不 對稱的結(jié)構(gòu)。因此，表面活性劑分對稱的結(jié)構(gòu)。因此，表面活性劑分子是一種兩親分子，具有既親水又親油的兩親性質(zhì)。這種兩親分子能吸附在油水子是一種兩親分子，具有既親水又親油的兩親性質(zhì)。這種兩親分子能吸附在油水

36、界面上，降低油水界面的界面張力；能吸附在水溶液表面上，降低水溶液的表面界面上，降低油水界面的界面張力；能吸附在水溶液表面上，降低水溶液的表面張力。張力。 表面活性劑的親水性表面活性劑的親水性 親水性大小是表面活性劑的一項非常重要的指標(biāo)。親水性大小是表面活性劑的一項非常重要的指標(biāo)。 非離子型表面活性劑的親水性，可用親水基的分子量大小來表示，稱為親憎平衡值，非離子型表面活性劑的親水性，可用親水基的分子量大小來表示，稱為親憎平衡值，即即H.L.B值：值： 親水基部分的分子量親水基部分的分子量 100H.L.B= 表面活性劑的分子量表面活性劑的分子量 5 H.L.B值越高，親水性越強。值越高，親水性越

37、強。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 由于經(jīng)濟上及其它一些方面的原因，工業(yè)生產(chǎn)的表面活性劑從來就不可能制備得很由于經(jīng)濟上及其它一些方面的原因，工業(yè)生產(chǎn)的表面活性劑從來就不可能制備得很純，其實也沒有必要制備得很純；純，其實也沒有必要制備得很純； 恰恰相反，表面活性劑中加入另外一種表面活性劑或其它添加劑后，比單一的表面恰恰相反，表面活性劑中加入另外一種表面活性劑或其它添加劑后，比單一的表面活性劑有更好的效果，而且溶液的物理化學(xué)性質(zhì)也有明顯的變化。活性劑有更好的效果，而

38、且溶液的物理化學(xué)性質(zhì)也有明顯的變化。 幾種成分的非離子型表面活性劑混合后，其幾種成分的非離子型表面活性劑混合后，其H.L.B值為：值為： a、b、c組成混合乳化劑的各表面活性劑的組成混合乳化劑的各表面活性劑的H.L.B值；值； x、y、z各表面活性劑的重量。各表面活性劑的重量。 舉例計算：舉例計算：P.35 分清親水基和親油基分清親水基和親油基2.7.3 表面活性劑的作用表面活性劑的作用 P.35 圖圖2-26zyxczbyaxBLH.PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserve

39、d. 2.7.4 乳化作用1 乳化現(xiàn)象和乳化劑 由于表面活性劑的作用使本來不能混合到一塊的兩種液體（油水）能夠混合到一起的現(xiàn)象稱為乳化現(xiàn)象。具有乳化作用的表面活性劑稱乳化劑。2 乳化形式 乳狀液是一種液體分散于另一種不相溶的液體中形成的膠體分散體系，外觀常呈乳白色不透明液狀。乳狀液中以液滴形式存在的那一相稱為分散相（也稱內(nèi)相、不連續(xù)相），另一相是連成一片的，稱為分散介質(zhì)（也稱外相、連續(xù)相）。 常見的乳狀液，一般都有一相是水或水溶液，通常稱為“水”相； 另一相是與水不相溶的有機相，常稱為“油”相。外相為水內(nèi)相為油的乳狀液叫做水包油型乳狀液（牛奶），以O(shè)/W表示；外相為油，內(nèi)相為水的乳狀液叫做油包

40、水型乳狀液（原油），以W/O表示。3 滲透探傷中的乳化現(xiàn)象。滲透探傷時，使用后乳化型滲透液，去除零件表面多余的滲透液時，一般使用水包油型乳化劑進行乳化清洗。此時，滲透液是乳化的對象，由于乳化的目的是要將零件表面多余的滲透液清洗掉，故乳化劑還應(yīng)有良好的洗滌作用。H.L.B值在1115范圍內(nèi)的乳化劑，既具有乳化作用，又有洗滌作用，是比較理想的去除劑。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2.7.5 表面活性劑在溶液中的特性表面活性劑在溶液中的特性 利用表面活性劑的凝膠現(xiàn)象可

41、提高滲透探傷的靈敏度?！胺请x子型”乳化劑與水混合，其粘度隨含水量變化，在某一含水量范圍內(nèi)粘度有極大值，此范圍稱為“凝膠區(qū)”。 清洗時，零件表面接觸大量的隨，乳狀液的含水量超過了凝膠區(qū)，粘度小而易被水沖走，缺陷縫隙處接觸水量少，含水量在凝膠區(qū)，形成凝膠，缺陷內(nèi)的滲透液不易被水沖走，從而提高了探傷靈敏度。 PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.3 滲透探傷的光學(xué)基礎(chǔ)滲透探傷的光學(xué)基礎(chǔ)3.1 光的本性3.2 發(fā)光及光致發(fā)光1 發(fā)光 2 光致發(fā)光（熒光、磷光） 原來在白光下不發(fā)

42、光的物質(zhì)，在紫外線等外輻射源的作用下，能夠發(fā)光，這種現(xiàn)象稱為光致發(fā)光。當(dāng)外輻射源停止后，發(fā)光立即停止的稱為熒光，否則稱為磷光。 3 滲透檢測用光 著色探傷時，觀察時使用白光，其波長范圍為400-760nm，可由白熾燈、日光燈或日光等得到。熒光探傷時，使用紫外線，它是一種比可見光波長更短的不可見光，也稱黑光。其波長范圍為330-390nm，中心波長365nm，一般用黑光燈得到。 紫外線能使熒光液產(chǎn)生熒光，熒光探傷就是利用熒光液受紫外線照射而激發(fā)產(chǎn)生熒光這一現(xiàn)象為基礎(chǔ)的。其熒光波長約為510-550 nm，其中心波長為550nm，呈黃綠色。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bomb

43、ardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.3.3 光度學(xué)光度學(xué) 發(fā)光強度是指光源向某方向單位立體角發(fā)射的光通量，單位坎德拉（cd）。 光通量是指能引起眼睛視覺強度的輻射通量，單位是流明（lm）。 照度是指被照射物單位面積上所接受的光通量，單位是勒克斯（lx），1勒克斯1流明/m2，照度是表示物體被照亮的程度。 滲透探傷時，工作場地保持一定的照度，對于確保探傷靈敏度及提高工作效率是非常必要的。一般要求，著色探傷時，被檢物表面上可見光照度應(yīng)在500lx以上。 黑光燈強度為1000uw/cm23.4 對比度和可見度對比度和可見度3.4.

44、1 對比度對比度 某個顯示和圍繞這個顯示的背景之間的亮度和顏色之差，稱為對比度。 試驗表明，紅色染料顯示與白色顯象劑背景之間的對比率越為6:1，而熒光顯示與不發(fā)熒光的背景之間的對比率卻有300:1，甚至更大到1000:1。這是熒光探傷靈敏度較高的一個原因。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.3.4.2 可見度 人眼的觀察機能：在強白光下，對顏色和對比度的差別強大。在暗光中（黑暗），對微弱發(fā)光體辨別能力的辨別能力強，3.5 缺陷顯示及裂紋檢出能力3.5.1 缺陷顯示 缺

45、陷容積越大，它容納的滲透液就越多，留在缺陷中可供回滲的滲透液就越多，缺陷顯示就越明顯。顯象劑顯示的缺陷圖像比缺陷的實際尺寸要大。 缺陷的長度是缺陷顯示的主要尺寸，它能提供一個可供肉眼觀察的實測尺寸。3.5.2 裂紋檢出能力 裂紋檢出能力是相對于背景及外部光等條件，裂紋缺陷內(nèi)的滲透液能形成可用肉眼直接觀察裂紋缺陷顯示的能力。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 滲透液中染料種類及濃度將影響裂紋檢出能力。滲透液被化學(xué)藥品污染，熒光液長時間受紫外光照射，著色液長時間受日光照

46、射等，將降低裂紋檢出能力。先浸后滴落的施加滲透液的方法，可使?jié)B透液中的大量揮發(fā)性成分揮發(fā)掉，而留下更多粘度較大的組分，染料的濃度相對于原滲透液中的濃度更高，可提高裂紋檢出能力。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.3.3 顯象劑的顯象特性1 顯象劑的顯象功能 顯象是利用顯象劑吸附從缺陷中回滲到受檢零件表面的滲透液，形成一可見的缺陷顯示。顯象劑的顯象過程同滲透液的滲透過程一樣，是由于毛細(xì)作用。 顯象劑通常有兩個基本功能： （1）吸附足量的從缺陷中回滲到零件表面的滲透液；

47、（2）通過毛細(xì)作用將滲透液在零件表面橫向擴展，使缺陷的顯示放大到顯示放大到可見。2 顯象劑的顯象過程 PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 著色探傷時，觀察缺陷圖形顯示是在明亮的白光下，通過色彩反差進行的，整個白色襯底上只有缺陷部分呈現(xiàn)紅色顯示。由于缺陷圖形顯示周圍的背景，必須是某種程度的白色，因此著色探傷不使用干式顯象劑。而使用溶劑懸浮顯象劑（速干式）顯象時，顯象過程中，由于溶劑的迅速揮發(fā)，促進了滲透液的回滲，揮發(fā)中帶走大量的熱量，促進了顯象劑對回滲的滲透液的吸附，

48、使顯象靈敏度得到提高。(SHS就是用的著色探傷，速干式顯像劑) 熒光探傷時，無缺陷區(qū)域呈深藍(lán)紫色，唯有缺陷部分發(fā)出黃綠色光，觀察缺陷顯示在黑暗中進行。熒光探傷中常使用干粉顯象劑，也可使用其它的顯象劑或自顯象。由于干粉顯象劑只吸附在缺陷部位，即使經(jīng)過一段時間后，缺陷輪廓圖形也不散開，仍能顯示出清晰的圖形，所以使用干粉顯象劑可以分開顯示出互相接近的缺陷，即顯象分辨力高。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.4 滲透檢測劑滲透檢測劑4.1 滲透液的分類及組分1 滲透液的分類

49、幾種特殊類型的滲透液： 著色熒光滲透液、過濾性微粒滲透液、化學(xué)反應(yīng)型滲透液、高溫下使用的滲透液。2 滲透液的組成成分 滲透液一般由染料、溶劑、乳化劑和多種改善滲透液性能的附加成分所組成。在實際的滲透液配方中，一種化學(xué)試劑往往同時起幾種作用。（1）紅色染料 著色液中所用染料多為紅色染料，因為紅色染料能與顯象劑的白色背景形成鮮明的對比，產(chǎn)生良好的反差。著色液中的染料應(yīng)滿足色澤鮮艷，易溶解、易清洗、雜質(zhì)少、無腐蝕、對人體無害等。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 染料有油

50、溶型、醇溶型和油醇混合型等。一般著色液中多使用油溶型偶氮染料。常用的染料有蘇丹紅、128燭紅、223號燭紅、熒光桃紅、剛果紅和丙基紅等。其中以蘇丹IV 使用最為廣泛，它的化學(xué)名稱為偶氮苯。（2）熒光染料 熒光染料是熒光液的關(guān)鍵材料之一。熒光染料應(yīng)具有很強的熒光，發(fā)出的熒光應(yīng)為黃綠色。同時應(yīng)耐黑光、耐熱和對金屬無腐蝕等。熒光染料的熒光強度和波長與所用的溶劑及其濃度有關(guān)。 熒光液的熒光強度隨著濃度的增加而增加，但濃度達(dá)到某一數(shù)值后，就不再繼續(xù)增加，甚至?xí)p弱。 利用“串激”的方法可以增強熒光亮度。即在熒光液中加入兩種或兩種以上的熒光染料，組成激活系統(tǒng)，起到“串激”作用。所謂“串激”就是第二種染料發(fā)

51、出的熒光波長與第一種染料吸收光譜的波長相同，即第二種染料的熒光譜與第一種染料的吸收譜一致。這時，第一種染料在溶劑中吸收第二種染料的熒光得到激發(fā)，增強了自身發(fā)出的熒光強度。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.（3）溶劑 溶劑有兩個主要作用：一 溶解染料；二 起到滲透作用。因此，滲透液中所用溶劑應(yīng)具有滲透能力強，對染料溶解性能好，揮發(fā)性小、毒性小、對金屬無腐蝕等性能，且經(jīng)濟易得。多數(shù)情況下，滲透液都是將幾種溶劑組合使用，使各成分的特性達(dá)到平衡。 溶劑可分為基本溶劑和起稀釋

52、作用的溶劑兩類?；救軇?yīng)充分溶劑染料，使?jié)B透液著色（熒光）強度大。稀釋劑除具有適當(dāng)調(diào)節(jié)粘度與流動性目的外，還起到降低材料費用的作用?；救軇┡c稀釋溶劑能否平衡地配合，就直接影響滲透液特性（粘度、表面張力、潤濕性能等），是決定滲透性能好壞的重要因素。 煤油是最常用的溶劑。它具有表面張力小，潤濕能力強等優(yōu)點，但它對染料的溶解度小。加入鄰苯二甲酸二丁酯不僅提高了對染料的溶解度，又可在較低溫度下，使染料不致沉淀出來，此外還可調(diào)整滲透液的粘度和沸點，減少溶劑的揮發(fā)，使?jié)B透液具有優(yōu)良的綜合性能。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidi

53、aries. All rights reserved. 乙二醇單丁醚、二乙二酸丁醚常用作偶合溶劑。使?jié)B透液具有較好的乳化性、清洗性和互溶性。 染料在溶劑中的溶解度與溫度有關(guān)，為使染料在低溫下不從溶劑中分離出來，還需在滲透液中加入一定量的穩(wěn)定劑。（4）乳化劑 在水洗型著色液與水洗型熒光液中，表面活性劑作為乳化劑加到滲透液內(nèi)，使?jié)B透液容易被水洗。乳化劑應(yīng)與溶劑互溶，不應(yīng)影響紅色染料的紅色色澤，或不影響熒光染料的熒光亮度。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.4.2 滲透液的

54、性能滲透液的性能1 滲透液的綜合性能 a 滲透力強，容易滲入零件的表面缺陷中。 b 熒光液應(yīng)具有鮮明的熒光，著色液應(yīng)具有鮮艷的色澤。 c 清洗性好，容易從零件表面清洗掉。 d 潤濕顯象劑的性能好，容易從缺陷中被吸附到顯象劑表面，而將缺陷顯示出來。 e 無腐蝕，對零件和設(shè)備無腐蝕性。 f 穩(wěn)定性好，在光與熱的作用下，材料成份和熒光亮度或色澤能維持較長時間。 g 毒性小，或無毒。 h 其它：檢查鈦合金與奧氏體不銹鋼材料時，要求滲透液低氟低氯，檢查鎳合金材料時，要求滲透液低硫；檢查與氧、液氧接觸的工件時，要求滲透液與氧不發(fā)生反應(yīng)。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier

55、 Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.2 滲透液的物理性能 粘度 表面張力和接觸角 密度 揮發(fā)性 閃點和燃點 電導(dǎo)性 閃點：可燃性液體在溫度上升過程中，液面上方揮發(fā)出大量可燃性蒸氣，這些可燃性蒸氣和空氣混合，接觸火焰時，會出現(xiàn)爆炸閃光現(xiàn)象。剛剛出現(xiàn)閃光現(xiàn)象時，液體的最低溫度稱為閃點。 燃點：指液體加熱到能被接觸的火焰點燃并能繼續(xù)燃燒時的液體的最低溫度。 對同一液體而言，燃點高于閃點。閃點低，燃點也低，著火的危險性大。 PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries.

56、 All rights reserved.3 滲透液的化學(xué)性能 a 化學(xué)惰性 要求滲透液對被檢材料和盛裝容器不腐蝕，呈化學(xué)惰性。 注意：水洗型滲透液中乳化劑可能呈若堿性，可能腐蝕鋁鎂合金。 滲透液中硫、鈉等元素的存在，在高溫下會對鎳基合金零件產(chǎn)生熱腐蝕（熱脆），滲透液中的鹵族元素很容易與鈦合金及奧氏體不銹鋼材料作用，在應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。 b 清洗性 c 含水量和容水量 滲透液總的水含量與滲透液總量之比的百分?jǐn)?shù)稱含水量。滲透液中含水量超過某一極限時，滲透液出現(xiàn)分離、混濁、凝膠或靈敏度下降等現(xiàn)象，這一極限值稱為滲透液的容水量。 滲透液含水量越小越好，滲透液容水量指標(biāo)越高，抗水污染能力

57、越強。 d 毒性 e 溶解性 f 腐蝕性能 PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved. 綜上所述，粘度、表面張力、接觸角與清洗性能等影響滲透液的靈敏度；閃點、燃點、電導(dǎo)性與化學(xué)惰性，毒性等涉及操作者的安全及零件和設(shè)備的腐蝕。 任何一種滲透液，不可能具備一切優(yōu)良性能，也不能只用某一項性能來任何一種滲透液，不可能具備一切優(yōu)良性能，也不能只用某一項性能來評價滲透液的優(yōu)劣。評價滲透液的優(yōu)劣。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or it

58、s subsidiaries. All rights reserved.4.1.4 著色滲透劑著色滲透劑1 水洗型著色液水洗型著色液 靈敏度太低，用在極少場合。靈敏度太低，用在極少場合。 一種是水基的，另一種是自乳化的。一種是水基的，另一種是自乳化的。2 后乳化型著色液后乳化型著色液3 溶劑去除型著色液與速干式顯象劑配合使用，靈敏度較高。溶劑去除型著色液與速干式顯象劑配合使用，靈敏度較高。 著色滲透液靈敏度較低，不能用于探測臨界疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋或晶間腐蝕裂紋等非常微小的裂紋。PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiar

59、ies. All rights reserved.4.1.5 熒光滲透液熒光滲透液1 水洗型熒光液水洗型熒光液 （自乳化型熒光液）（自乳化型熒光液） 分低、中、高靈敏度。分低、中、高靈敏度。 常用水洗型低靈敏度檢查鋁鎂合金鑄造件，批量螺拴、鍵槽、齒輪等零件。常用水洗型低靈敏度檢查鋁鎂合金鑄造件，批量螺拴、鍵槽、齒輪等零件。 容易受到水污染。容易受到水污染。2 后乳化型熒光液后乳化型熒光液 分標(biāo)準(zhǔn)靈敏度、高靈敏度、超高靈敏度。分標(biāo)準(zhǔn)靈敏度、高靈敏度、超高靈敏度。 用于表面光潔的，靈敏度要求較高的零件檢查。用于表面光潔的，靈敏度要求較高的零件檢查。 抗水污染能力強，也不易受酸或鉻酸的影響?？顾廴?/p>

60、能力強，也不易受酸或鉻酸的影響。3 溶劑去除型熒光液溶劑去除型熒光液PRIVATE AND CONFIDENTIAL Bombardier Inc. or its subsidiaries. All rights reserved.4.2 去除劑去除劑 水、乳化劑和水、溶劑4.2.1 乳化劑 分親水和親油兩大類。 若乳化劑的濃度高，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； 若濃度低，乳化能力弱，乳化速度慢，乳化時間常。應(yīng)根據(jù)被檢零件的大小、數(shù)量、表面光潔度等情況，通過試驗來選擇最佳濃度和時間。乳化劑的性能乳化劑的性能1 綜合性能 外觀能與滲透液明顯區(qū)別；受少量水或滲透液污染