第2章液体渗透检测.

第二章液体渗透检测2．0概述液体渗透检测——一种最古老的探伤技术，早期以油—白色粉末为基础，广泛应用于钢铁零件质量的检验2．1液体的一些物理化学现象2．1．1液体的表面张力1．定义表面张力——存在液体表面上的一种力，它恰好抵消在反方向使液体表面积增加的外拉力式中：——液体单位长度的表面张力，单位：——液面长度——表面张力FllFNm2．表面张力产生的原因在液体分子间强烈相互吸收力作用下，液体分子进行结合，成为液态整体液体内部液体分子所受合力为零液体表面层上的分子，上部受气体分子的吸引，下部受液体分子的吸引，由于气体分子浓度远小于液体分子浓度，所以表面层上的分子所受下边液体的引力，大于上边气体的引力，合力不为零，方向指向液体内部——表面张力表面张力作用：总是力图使液体表面积收缩到可能达到的最小程度3．表面张力系数σ及与σ有关的因素液体的种类、接触面的性质决定着σ的大小对于同种液体而言，温度越高，σ越小下表列出了渗透探伤中常用液体σ值2．1．2液体的润湿作用润湿动力——固体表面分子对固液接界层液体附面层分子吸引，引起液体密度增加，分子间斥压强增加，正向斥压强为固体表面所约束，侧面斥压强推动液体铺展，润湿固体表面液体对固体的润湿程度，可以用两者间接触角的大小来表示接触角θ——指液固的界面与液气界面处液体表面的切线所夹的角度，如右图所示2．1．3液体的毛细现象液体的毛细现象——把一根内径很细的玻璃管插入液体内，根据液体对管子的润湿能力的不同，管内的液面高度就会发生不同的变化。如果液体能够湿润管子，则液面在管内上升，且形成凹形，如上图(a)所示；如果液体对管子没有润湿能力，那么管内的液面下降，且成为凸形弯曲，如上图(b)所示产生毛细现象的动力——固体管壁分子吸引液体分子，引起液体密度增加，产生侧向斥压强推动附面层上升，形成弯月面，由弯月面表面张力收缩，提拉液柱上升。平衡时，管壁侧向斥压力通过表面张力传递，与液柱重力平衡毛细现象使液体在管内上升的高度h，可用下式计算：（2.1）式中：h——管内液面上升高度θ——液面与管壁接触角ρ——液体的密度σ——表面张力系数R——细管半径g——重力加速度2coshRg2．1．4溶液的吸光性能溶解有色物质的溶液的颜色，同溶液的浓度有关。浓度越高，颜色越深，即溶液对光的吸收能力越强。表示这一能力大小的物理量是吸光度溶液吸光度——与溶液中的有色物质浓度及液层厚度的乘积成正比2．1．5溶解作用溶解度——在一定温度下，100g溶液里所能含溶质的量溶剂溶解规律——基本遵循“相似相溶”规律，即极性和化学结构相似的物质可以互溶，但不绝对，如硝基甲烷和硝化纤维相似，但不互溶溶解过程——通过物质分子间的极性吸力，或形成共价键，或互相扩散与渗透物质在水中的溶解规律——1.偶极矩越大的物质，在水中的溶解度越高2.同时能与水形成氢键的物质在水中的溶解度也高例如水能与醇、醛、酮、胺等含氧含氮的化合物形成“氢键”，所以这些物质也都溶解于水2．1．6乳化作用乳化作用——在乳化剂的作用下，把原来不相溶的物质变为可溶性的。所用这种物质叫乳化剂2．1．6．1液体的不溶性以油和水为例。实验表明，假如：1cm3的油混在1cm3水中，经过摇动，油被分散成许多具有0.01μm直径的小球时，油粒的总面积大为增加,可达600m2，增加表面积，必然使表面能相应增加表面积能的增加量：式中：α——单位面积的表面能ΔS——面积的增加量因为1cm3表面与600m2相比是微不足道的，计算时可以忽略不计，所以已知矿物油的则EaS2600Sm725710aJcm7222571060010034EJcmcmJ2.1．6．2乳化剂及乳化作用乳化处理——改善油性渗透液和水的不溶性乳化作用——乳化剂与不溶于水的渗透液结合后，使渗透液具有可溶性2．1．6．3乳化作用是如何进行的乳化剂——由具有亲水基和亲油基(又叫憎水基)的两亲分子构成，它能吸附在水和油的界面上，起一种搭桥的作用。这样乳化剂分子不仅防止了水和油的互相排斥，而且把两者紧紧地连接在自己的两端，使油和水不相分离。2．1．6．4乳化剂的分类水包油型——乳化液微滴内部是油，外部是水油包水型——乳化液微滴内部是水，外部是油在渗透探伤中，常常要用水冲洗多余的渗透液，所以常常采用水包油型的乳化液乳化剂(表面活性剂)的亲水性HLB值可用下式计算：渗透探伤中，HLB=(11～5)5100活性剂的相对分子质量质量亲水基部分的相对分子HLB2．2液体渗透探伤原理和影响探伤灵敏度的主要因素2．2．1名词解释探伤剂——探伤所用液体，是渗透剂、清洗剂、显像剂的总称渗透剂——含有着色染料或荧光物质又具有极强渗透能力的液体清洗剂——用来清洗表面多余渗透液的液体显像剂——为把渗透到缺陷中的液体吸出来而显示缺陷图像所施加的液体2．2．2液体渗透探伤原理液体渗透探伤法基本原理——液体对固体的润湿能力＋毛细现象被探工件浸涂渗透液渗透液渗入工件表面缺陷中清洗缺陷以外的多余渗透液刷涂白色显像剂，将渗入裂缝中的渗透液吸出缺陷显示（在白色涂层上）渗透检测装置2.2．3操作程序(1)被探工件清洁(2)烘干，尤其注意缺陷内部的烘干(3)工件表面渗透液施加(4)多余渗透液去除(5)显像剂施加(6)判伤检查2．2．4影响探伤灵敏度的主要因素2．2．4．1渗透液性能的影响(1)渗透能力渗透性能又取决于：①润湿作用②表面张力③渗透液的粘度一般液体表面张力越小，润湿能力就越强，所以要求液体粘度不能过高。粘度过高液体渗透能力减弱，且会给清洗工作带来困难，但有利于渗液在缺陷中的保留低粘度液体虽易于渗入，但清洗时也易被洗掉结论：粘度稍高些为好，但要适当加大渗透的时间，以保证探伤灵敏度(2)着色强度和荧光强度着色渗透液浓度越高，其颜色越深，越易于于发现极小缺陷荧光渗透液发光强度越强，灵敏度越高，越易于发现缺陷注意：荧光物质浓度大于某一值时，由于存在荧光自熄灭和内滤现象，荧光强度不仅不随浓度增加而增强，反而随浓度增加而下降提高荧光液荧光强度的方法：a.提高荧光物质浓度b.提高紫外线光源功率(3)在缺陷中的保留性能指在清除表面多余渗透液时，在缺陷中的渗液不致被清除掉的能力。显然这一性能越好，灵敏度就越高。影响保留性能的两个因素：a.渗液的粘度——越大越好b.水洗型渗透液采用具有凝胶现象的非离子型乳化剂时，当用水洗时在缺陷处形成一个凝胶层，封住了裂纹开口处，保护缺陷中的渗液不会被水冲走，从而提高了探伤灵敏度凝胶现象的形成——主要是因为非离子型乳化剂与水混合时，其粘度随含水量而变化，即在一定含水量范围内混合物的粘度变得极大，而含水量低于或高于这一范围时粘度均小，尤其是含水量大于这一范围时粘度迅速下降。如工件表面因接触大量的水，乳化剂的含水量远远超过了凝胶区，其粘度变小，而被水洗掉。缺陷处因接触水面有限，含水量在凝胶区内，故有凝胶保护现象2．2．4．2乳化剂的乳化效果乳化效果不好→便冲洗不净→从而使判伤困难→降低灵敏度2．2．4．3显像剂性能的影响主要是指显像剂的挥发性能和对缺陷内渗液的吸附能力，这一性能越强，显像效果就越好2．2．4．4操作方法的影响如渗透时间不足，清洗不干净，乳化清洗时间过长，显像涂层不及时、不均匀或太厚等，都会降低探伤灵敏度2．2．4．5缺陷本身性质的影响缺陷有线状缺陷和点状缺陷等，如裂纹、折叠、未焊透及气孔、砂眼、点状夹渣等。缺陷的性质不同，被显示的难易程度也不一样。如宽裂纹比窄裂纹对渗液的保留能力差，但比凹坑形缺陷又好得多；对于贯穿形缺陷，因气体易排出，阻力小，渗液就易于渗入实际经验：渗透探伤灵敏度同缺陷的宽深比K＝b/d密切相关。K值越小，对缺陷内的渗液保留能力就越强；反之对缺陷内渗液的保留能力就很差渗透深度h与宽深比K具有如下关系：式中：σ——渗液的表面张力θ——渗液与缺陷的接触角p0——外界压力02sinhKp2．2．4．6外界条件的影响温度、压力和振动⑴温度的影响由于液体表面张力和粘度随温度的升高而减小，使渗透性能得到改善另外也可以把工件加热到渗液允许的温度(即不致使渗液变质)而后放在渗液中，由于温度的下降，缺陷内气体收缩，产生负压，使渗液容易渗入缺陷，这也可使灵敏度提高⑵外界压力的影响外界压力p0越小，渗透的深度就越大。如果施加渗透液后，迅速减小外界压力p0，缺陷中气体的反压强就会大于渗液的附加压强，气体易于排出，有利于渗透继续进行液体真空渗透法——将外界压力p0减小到零，进一步提高渗液体透法检测灵敏度例：使用着色剂的常规操作法只能发现0.01mm宽的缺陷；而采用真空法可发现0.005mm宽的缺陷2．4渗透检测的发展1.气泡产生缺陷暴露法——在缺陷中渗入低沸点渗透剂，然后置于盛有氟化物溶液的器皿中加热，当加热到渗透剂沸点时，缺陷内渗透剂沸腾，在缺陷部位生成气泡，缺陷自然显示2.适用于自动生产线的荧光渗透技术——采用静电喷涂渗透及显像处理；用光导摄像管扫描和电子计算机进行数据处理，检判效率及检判准确性和重现性得到提高3.应力荧光探伤方法——在渗透处理阶段加负载，使渗透液易于渗入缺陷，其余操作按正常工序进行4.闪烁荧光探伤法——在渗透处理及显示图像观察时加负荷，当存在缺陷时其显示图像闪烁发亮，适用于无显像剂法荧光渗透探伤