《無損檢測》課件8 滲透檢測

1、 第八講 滲透檢測 對應(yīng)教材內(nèi)容： 5.1 滲透檢測的基本原理 5.2 滲透檢測技術(shù)滲透檢測概述 滲透檢測是一種檢測材料(或零件)表面和近表面開口缺陷的無損檢測技術(shù)。它幾乎不受被檢部件的形狀、大小、組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和缺陷方位的限制，可廣泛適用于制造鑄件、焊接件等各種加工工藝的質(zhì)量檢驗，以及金屬、陶瓷、玻璃、塑料、粉末冶金等各種材料制造的零件的質(zhì)量檢測。滲透檢測不需要特別復(fù)雜的設(shè)備，操作簡單，缺陷顯示直觀，檢測靈敏度高檢測費用低，對復(fù)雜零件可一次檢測出各個方向的缺陷。 但是，滲透檢測受被檢物體表面粗糙度影響較大。不適用于多孔材料及制品的檢測。同時，該技術(shù)也是受檢測人員技術(shù)水平的影響較大的無損檢

2、測技術(shù)之一。而且，只能檢測表面開口缺陷，對內(nèi)部缺陷無能為力。 液體滲透檢測的基本原理是由于滲透液的潤濕作用和毛細(xì)現(xiàn)象而進人表面開口的缺陷，隨后被吸附和顯像。滲透作用的深度和速度與滲透液的表面張力、粘附力、內(nèi)聚力、滲透時間、材料的表面狀況、缺陷的大小及類型等因素有關(guān)。表面張力 液體的表面張力是兩個共存相之間出現(xiàn)的一種界面象是液體表面層收縮趨勢的表現(xiàn)，可以用液面對單位長度邊界線的作用力來表示，即用表面張力系數(shù)來表示，其單位為 Nm。液體表面層中的分子一方面受到液體內(nèi)部的吸引力，稱為內(nèi)聚力；另方面受到其相鄰氣體分子的吸引力。后一種力比內(nèi)聚力小，因而液體表面層中的分子有被拉進液體內(nèi)部的趨勢。滲透檢測的

3、基本原理 一般來說,容易揮發(fā)的液體(如丙酮、酒精等)的表面張力系數(shù)比不易揮發(fā)的液體(如水銀等)的表面張力系數(shù)小，同一種液體在高溫時比在低溫時的表面張力系數(shù)小含有雜質(zhì)的液體比純凈的液體的表面張力系數(shù)要小。 液體的潤濕作用 液體與固體交界處有兩種現(xiàn)象:第一種現(xiàn)象是液體之間的相互作用力大于液體分子與固體分子之間的作用力，稱為固體不被液體潤濕，如水銀在玻璃板上收縮成水銀珠、水滴在有油脂的玻璃板上形成水珠那樣。第二種現(xiàn)象是液體各個分子之間的相互作用力小于液體分子與固體分子之間的相互作用力，被稱為固體被液體潤濕，如水滴在潔凈的玻璃板上，水滴會慢慢散開那樣。 固體被液體潤濕的程度可以用液體對固體表面的接觸角

4、來表示。接觸角是液面在接觸點的切線與包括該液體的固體表面之間的夾角。一種液體對某種固體的接觸角小于90，我們稱該液體對這種固體表面是潤濕的。接觸角愈小，說明液體對固體表面的潤濕能力愈好；當(dāng)接觸角大干90時，稱液體對該固體表面是不潤濕的。 將一根很細(xì)的管子插入盛有液體的容器中，如果液體能潤濕管子，那么液體會在管子內(nèi)上升，使管內(nèi)的液面高于容器里的液面。如果液體不能潤濕管子，管內(nèi)的液面就會低于容器的液面。通常將這種潤濕管壁的液體在細(xì)管中上升，而不潤濕管壁的液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象。 液體的毛細(xì)現(xiàn)象 液體在毛細(xì)管中上升或下降的高度可用下式計算： 式中，h 液體在毛細(xì)管中上升或下降的高度， 液

5、體的表面張力系數(shù)， 液體對固體表面的接觸角，液體的密度，r毛細(xì)管的內(nèi)半徑，g重力加速度。 由上式可知，液體在毛細(xì)管中上升的高度與表而張力系數(shù)和接觸角余弦的乘積成正比，與毛細(xì)管的內(nèi)徑、液體的密度和重力加速度成反比。 液體的毛細(xì)現(xiàn)象 液體滲透檢測的基本原理 可將零件表而的開口缺陷看作是毛細(xì)管或毛細(xì)縫隙。由于所采用的滲透液都是能潤濕零件的，因此滲透液在毛細(xì)作用下能滲入表面缺陷中去。此時在不進行顯像的情況下可直接進行觀察，如果使用顯像劑進行顯像，靈敏度會大大提高。 顯像過程也是利用滲透的作用原理，顯像劑是一種細(xì)微粉末，顯像劑微粉之間可形成很多半徑很小的毛細(xì)管，這種粉末又能被滲透液所潤濕，所以當(dāng)清洗完零

6、件表面多余的滲透液后，給零件的表面敷散一層顯像別，根據(jù)上述的毛細(xì)現(xiàn)象，缺陷中的滲透液就容易被吸出，形成一個放大的缺陷。如圖所示. 液體滲透檢測的基本原理 滲透劑是滲透檢測中最為關(guān)鍵的材料，直接影響檢測的精度。滲透劑應(yīng)具有以下性能: (1)滲透性能好，容易滲入缺陷之中。 (2)易被清洗、容易從零件表面清洗干凈。 (3)對于熒光滲透液，要求其熒光輝度高；對于著色滲透劑，則要求色彩艷麗。 (4)其酸堿度應(yīng)呈中性,這樣可對被檢部件無腐蝕,毒性小,對人無傷害,對環(huán)境污染亦小。 (5)閃點高，不易著火。 (6)制造原料來源方便,價格低廉. 滲透劑按其顯示方式可分為熒光滲透劑和著色滲透劑兩種。按其清洗方法可

7、分為水洗型滲透劑、后乳化型滲透別和溶劑去除型滲透劑三種. 滲透劑 水洗型即在滲透劑中加入了乳化劑，可直接用水來清洗。乳化劑含量高時，滲透劑容易清洗(在清洗時容易將寬而淺的缺陷中的滲透劑消洗出來，造成漏檢)，但檢測靈敏度低。乳化劑含量低時，難于清洗，但檢測靈敏度較高。 后乳化型滲透劑不含有乳化劑，只是在滲透完成后，再給零件的表面滲透劑上加乳化劑。所以使用后乳化型滲透劑進行著色檢測時，滲透液保留在缺陷中而不被清洗出來的能力強。 溶劑去除型滲透劑不用乳化劑，而是利用有機溶劑(如汽油、酒精、丙酮等)來清洗零件表面多余的滲透劑，進而達到清洗的目的。 滲透劑 把油和水一起倒進容器中，靜置后會山現(xiàn)分層現(xiàn)象，

8、形成明顯的界面。如果加以攪拌使油分散在水中，形成乳濁液，由于體系的表面積增加，雖能暫時混合，但稍加靜置，又會分成明顯的兩層。如果在容器中加入少量的表面活性劑，如加入肥皂或洗滌劑，再經(jīng)攪拌混合后，可形成穩(wěn)定的乳濁液。表面活性劑的分子具有親水基(親水憎油)和親油基(親油憎水)的兩個基團。這兩個基團不僅具有防止油和水兩相互相排斥的功能，而且還具有把油和水兩相連接起來不使其分離的特殊功能。因此，在使用了表面活性劑后，表面活性劑吸附在油水的邊界上，以其兩個基團把細(xì)微的油粒子和水粒子連接起來，使油以微小的粒子穩(wěn)定地分散在水中。這種使不相容的液體混合成穩(wěn)定乳化液的表面活性劑叫作乳化劑。 乳化作用 液體滲透檢

9、測中，使用的乳化劑將零件表面的后乳化型滲透劑與水形成乳化液，以便能用水洗去。要求乳化劑具有良好的洗滌作用，高閃點和低的蒸發(fā)速率，無毒、無腐蝕作用、抗沾染能力強。一般乳化劑都是滲透劑生產(chǎn)廠家根據(jù)滲透劑的特點配套生產(chǎn)的，可根據(jù)滲透劑的類型合理選用。 滲透檢測技術(shù) 滲透檢測的基本步驟 滲透檢測一般分為六個基本步驟：預(yù)清洗、滲透、清洗、干燥、顯像、檢驗、徹底清洗。 預(yù)清洗 零件在使用滲透液之前必須進行預(yù)清洗，用來去除零件表面的油脂、鐵屑鐵銹，以及各種涂料、氧化皮等，防止這些污物堵塞缺陷，阻塞滲透液的滲入也防止油污污染滲透液，同時還可防止?jié)B透液存留在這些污物上產(chǎn)生虛假顯示通過預(yù)清洗將這些污物去除，以便使

10、滲透液容易滲入缺陷中去。 由于被檢零件的材質(zhì)、表面狀態(tài)以及污染物的種類不同，去除方法各不相同。去除方法可分為： (1)機械方法，包括吹砂、拋光、鋼刷及超聲波清洗等。 (2)化學(xué)方法，包括酸洗和堿洗等。 (3)溶劑去除法，利用三氯乙烯等化學(xué)溶劑來進行蒸氣去油或利用酒精丙酮進行液體清洗。但預(yù)清洗后的零件必須進行充分的干燥。 滲透是將滲透液覆蓋被測零件的表面，覆蓋的方法有涂、刷涂、流涂、靜電噴涂或浸涂等多種方法。實際工作中，應(yīng)根據(jù)零件的數(shù)量、大小、形狀以及滲透液的種類來選擇具體的覆蓋方法。 一般情況下，滲透劑的使用溫度為1540。根據(jù)零件的不同、要求發(fā)現(xiàn)的缺陷種類不同、表面狀態(tài)的不同和滲透劑的種類不

11、同選擇不同的滲透時間，一般滲透時間為520min ，滲透時間包括浸涂的時間和滴落的時間。 對于有些零件在滲透的同時可給零件加載荷，使細(xì)小的裂縫張開，有利于滲透劑的滲入，以便可檢測到細(xì)微的裂紋。 滲透 在涂覆滲透劑并經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r間保持之后，則應(yīng)從零件表面去除多余的滲透劑，但又不能將已滲入缺陷中的滲透劑清洗出來，以保證取得最高的檢驗靈敏度。 水洗型滲透劑可用水直接去除。水洗的方法有攪拌水浸洗、噴槍水沖洗和多噴頭集中噴洗幾種，應(yīng)注意控制水洗的溫度、時間和水洗的壓力大小。后乳化型滲透劑在乳化后，用水去除，要注意乳化的時間適當(dāng)，時間太長，細(xì)小缺陷內(nèi)部的滲透劑易被乳化而清洗掉；時間太短，零件表面的滲透劑乳化

12、不良，表面清洗不干凈。乳化時間應(yīng)根據(jù)乳化劑和滲透劑的性能以及零件的表面粗糙度來決定。 溶劑去除型滲透劑用溶劑予以擦除。 清洗多余的滲透劑 干燥的目的是去除零件表面的水分。溶劑型滲透劑的去除不必進行專門的干燥過程。用水洗的零件，若采用干粉顯示或非水濕型顯像工藝，在顯像前必須進行干燥，若采用含水濕型顯像劑，水洗后可直接顯像，然后進行干燥處理。 干燥的方法分別有；干凈的布擦干、壓縮空氣吹干、熱風(fēng)吹干、熱空氣循環(huán)烘干等方法。干燥的溫度不能太高，以防止將缺陷中的滲透劑也同時烘干，致使在顯像時滲透劑不能被吸附到零件表面上來，并且應(yīng)盡量縮短干燥時間。在干燥過程中如果操作者手上有油污，或零件筐和吊具上有殘存的

13、滲透劑等，會對零件表面造成污染，而產(chǎn)生虛假的缺陷顯示。凡此等等實際操作過程中都應(yīng)予以避免。 干燥 顯像就是用顯像劑將零件表面缺陷內(nèi)滲透劑吸附至零件表面，形成清晰可見缺陷圖像。 根據(jù)顯像劑的不同，顯像方式可分為：干式、水型和非水型，也有不加顯像劑的自顯法。零件表面涂敷的顯像劑要施加均勻，且一次涂覆完畢，一個部位也不分件反復(fù)涂覆。 在著色檢驗時，顯像后的零件可在自然光或白光下觀察，不需要特別的觀察裝置。在熒光檢驗時，則應(yīng)將顯像后的零件放在暗室內(nèi)，在紫外線的照射下進行觀察。對于某些虛假顯示，可用干凈的布或棉球沾少許酒精擦拭顯示部位，擦拭后顯示部位仍能顯示的為真實缺陷顯示，不能再現(xiàn)的為虛假顯示。檢驗時

14、可根據(jù)缺陷中滲出滲透劑的多少來粗略估計缺陷的深度。 顯像 觀察 常見缺陷的顯像特征 在滲透檢測中，檢出的缺陷種類繁多，造成的原因也是多方面的。目前，對于缺陷的分類方法尚待統(tǒng)一。 常見的缺陷有：縮裂、熱裂、冷裂、鍛造裂紋、焊接裂紋、熱影響區(qū)裂紋，弧坑裂紋、磨削裂紋、淬火裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋、疲勞裂紋、冷隔、折疊、分層、氣孔、夾雜、氧化夾雜、疏松等。 氣孔是零件澆鑄時，鋼液中(或鐵液、鋁液等)進入了氣體，在鑄件凝固時，氣泡沒能排出來，而在零件內(nèi)部形成呈球形的缺陷。這種氣孔在機加工后露出表面時，利用滲透檢驗可以予以發(fā)現(xiàn)。至于那些在鑄件表面上經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的氣孔，這是因為在透氣性不好的砂型中澆鑄時，由于砂型里

15、所含的水分高溫時形成了蒸汽，是被迫進入金屬液中，在金屬表面便形成了梨形的表面氣孔 。在焊件的表面，也會因基體金屬或焊料潮濕等原因，當(dāng)清洗不干凈時，在焊縫處形成氣孔。 氣孔 疏松 疏松是鑄件在凝固結(jié)晶過程中，補縮不足而形成的不連續(xù)、形狀不規(guī)則孔洞。這些孔洞多存在于零件的內(nèi)部，經(jīng)拋光或機加丁后便露出零件表面。滲透檢測時，零件表面的疏松能輕易地被顯示出來。疏松又可進一步細(xì)分為：點狀顯微疏松、條狀顯微疏松和聚集塊狀顯微疏松幾種形式。條狀和聚集塊狀疏松是由無數(shù)個靠得很近的小點狀疏松孔洞連成一片而形成的，因而熒光顯示比較明亮。在聚集的疏松孔洞之中，通常存有較大的疏松孔洞，擦去熒光顯示后，有的在白光下目視檢

16、查便可發(fā)現(xiàn)。 非金屬夾雜鑄件中 在澆鑄鋼錠或鑄件時，要在熔爐澆包或錠模中加進易氧化的金屬(如鋁、鎂硅等)作氧化劑，這些材料的氧化物或硫化物一般都比熔液輕，大部分可浮到鋼液的頂部或鑄件的冒口處。但也有少量氧化物存留在鋼液(或鑄件)中，形成了材料中的夾雜。分散的夾雜通常不會對零件產(chǎn)個危害，但有時這些夾雜在零件中聚集成大塊，大塊夾雜對零件是有害的。鑄件中的夾雜在機加工后露出表面時，才能通過滲透檢驗發(fā)現(xiàn)。材料中的分層、發(fā)紋等缺陷就是由鋼錠中聚集的夾雜形成的。 鑄造時，由于模子原因，常常在鑄件的表面產(chǎn)生夾灰、夾沙或模料等外來物夾渣，在對鑄件進行吹沙、腐蝕或其他機加工的過程中，可以全部或部分地清除掉，但往

17、往在零件表面留下不規(guī)則的孔洞，并在孔洞中可發(fā)現(xiàn)或多或少的殘留夾雜物。 非金屬夾雜鑄件表面 當(dāng)在非真空條件下澆鑄零件時，由于金屬液表面與空氣接觸而氧化，這樣便產(chǎn)生了金屬氧化皮。如果金屬氧化皮被卷進金屬液中，且在零件凝固后保留在鑄件中或裸露在鑄件的表面，露出表面的夾雜往往呈條狀或絮絲狀。由于它們在顯像時多呈疤塊狀，所以又稱其為氧化斑疤。氧化斑疤與鑄件顏色相同，一般較難通過目測觀察出來，但滲透檢測則能夠很容易地發(fā)現(xiàn)這種缺陷。 非金屬夾雜鑄件表面氧化皮夾雜 鑄件裂紋 鑄件裂紋是當(dāng)金屬熔液接近凝固溫度時，如果相鄰區(qū)域由于冷卻速度不同而產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，在凝固收縮過程中，由于內(nèi)應(yīng)力的作用，便可在鑄件中產(chǎn)生裂紋

18、。 按產(chǎn)生裂紋的溫度不同，鑄造裂紋分為熱裂紋和冷裂紋。熱裂紋是在高溫下形成的，出現(xiàn)在熱應(yīng)力集中區(qū)，且一般比較淺。冷裂紋是在低溫時產(chǎn)生的，通常產(chǎn)生在厚薄截面的交界處。滲透檢測時，裂紋顯示具有呈鋸齒狀和端部尖細(xì)的特點，較容易識別。對于較深的裂紋由于吸出的滲透劑較多，有時呈圓形顯示。 鑄件的冷隔 冷隔是一種線性鑄造缺陷。在澆鑄時，若兩股金屬液流到一起而沒有真正融合時，當(dāng)這種冷隔能延伸至鑄件的表面時，則會呈現(xiàn)出緊密、斷續(xù)或連續(xù)的線狀表面缺陷。冷隔常出現(xiàn)在遠(yuǎn)離澆口的薄截面處，如果澆鑄模內(nèi)壁上某處在金屬液流到該處之前，已經(jīng)沾上了飛濺的金屬，金屬液流到此處時，遇到已經(jīng)冷卻的飛濺金屬時，它們也不能融合在一起而

19、出現(xiàn)冷隔。 在進行焚光檢測時，冷隔表現(xiàn)為光滑的線狀。 折疊 折疊是鑄造和軋制零件的過程中，由于模具太大，材料在模子中放置位置不正確或坯料太大等原因，而產(chǎn)生的一些金屬重疊在零件表面上的缺陷。折疊通常與零件表面結(jié)合緊密，滲透劑滲入比較困難，但由于缺陷顯露于表面，采用高靈敏度的滲透劑和較長的滲透時間，是可以發(fā)現(xiàn)的。 縫隙 在輥軋、拉制棒材時，若棒材的表面上出現(xiàn)一種縱向且很直的表面缺陷，尤如棒材上有條裂縫一樣，則稱之為縫隙型缺陷。坯料上的裂紋是產(chǎn)生縫隙型缺陷的原因之一，但大部分縫隙型缺陷是由輥軋和拉制工藝造成的。圖示為輥軋工藝造成縫隙型缺陷的示意圖，上圖表示當(dāng)輥軋金屬表面上存在金屬凸耳時，輥軋后在棒材

20、上產(chǎn)生折疊,這種折疊沿棒材縱向呈現(xiàn)為一條長而直的缺陷外形。下圖表示當(dāng)輥軋的金屬不能充滿軋模時，在以后的輥軋過程中，將擠出金屬而形成縫隙，這種縫隙往往貫穿整棍棒材。 焊接缺陷 焊縫上最常見的缺陷為根部未焊透(或根部未熔合)和裂紋。這二種缺陷對焊接結(jié)構(gòu)的使用影響很大，未焊透是指焊縫背面由于沒達到溶化溫度而殘留有未焊合的基體金屬縫隙。焊縫上的裂紋是指由于焊縫處的金屬在凝固過程中，受組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的共同作用而造成了金屬的開裂。末焊透和裂紋均可以用滲透檢測法進行檢測。磨削裂紋 疲勞裂紋 零件在磨削加工過程中，山于砂輪的粒度不當(dāng)或砂輪太純、磨削進刀量過大、冷卻條件不好或零件上碳化物偏析等原因，可能引起表面局部過熱。在熱應(yīng)力和加工應(yīng)力的共同影響下，將產(chǎn)生磨削裂紋。磨削裂紋一般比較淺且非常細(xì)微，其方向基本與磨削方向相垂直，并沿晶界分布或呈網(wǎng)狀。 零件在使用過程中，若長期受交變應(yīng)力的作用，可能在應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)個疲勞裂紋。疲