渗透检测培训教材

• 运用分子运动和分子的相互作用来论述物质的某些性质〔例如液体 表面张力、润湿，毛细作用)的理论叫分子运动论。
• 1）宏观物体由大量分子组成 • 2）分子在永不停息地运动 • 3）分子间存在相互作用力
2.1.2.最小能量理论
1）分子动能
• 运动着的分子具有动能。分子的运动是杂乱的。在同一时刻，物体内各个 分子的运动方向不同，运动的速率也不同，每个分子的动能自然也不同。在 研究热现象时，有意义的不是单个分子的动能，而是物质内所有分子的动能 的平均值。我们把物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能。
• 渗透检测应用成 熟、大型规模化 设备运用于检测 中，形成自动化 或半自动化检测 线；
渗透检测发展方向
环保 化
无毒型、无刺激性的PT环 保检测器材
PT
规模 化
检测设备和器材自动化、规 模化
标准 化
新材料、新工艺和方法的检 测标准制定与修订
3、渗透检测方法的分类
注：该分类来源于ISO 3452-2:2006（E）标准； 问题：请解释IIIBB渗透法；
1.1、检测原理：
将含有荧光染料或着色染料的渗透剂施加到工件表面上。由于毛细管作用， 经过一定时间，渗透剂可以渗入表面开口缺陷中;去除工件表面多余的渗透剂，经 干燥后，再在工件表面施涂吸附介质—显像剂;同样在毛细作用下，显像剂将吸引 缺陷中的渗透剂，即渗透剂回渗到显像剂中;在一定的光源下(黑光或白光)，缺陷 处的渗透剂痕迹被显示(黄绿色荧光或鲜艳红色)，从而探测出缺陷的形貌及分布 状态。
子振动的振幅比起液体内部大些，分子间的距离也就大些。以此可知，液体
表面层分子的分布要比液体内部稀疏些。
•
液体的表面张力是跟液面相切的。知果液面是平面，表面张力就
在这个平面上，如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。
作用到任何一部分液面上的表面张力，总是跟这部分液面的分界线垂
直的。
4）液体分子间的相互作用力是表面张力产生的原因
• 固体中每一个质点(原子、离子)在自己的乎衡位置附近振动，互相之间有 很大的吸引力。因此，在固体内，分子不容易扩散。
• 液体中分子排列比气体紧密得多，分子间的相互作用力较大，但分子热运 动的平均动能不足以克服分子间的作用力，因而液体具有一定的体积。同时， 液体内部存在着分子可移动的空“位置”。因此，液体结构形状可变，若置 于不同形状的容器中，在液体自身重量的作用下，它就取与该容器相同的外 形。
着色渗透检测法常用器材：
3.4.各分类方法渗透检测操作的基本步骤
• 渗透检测一般应在冷热加工之后，表面处理之前以及工件制成之后进行。基 本步骤见图1-2。 后乳化型渗透检测分为亲油型后乳化渗透检测及亲水型后 乳化渗透检测两种：
4、渗透检测工作质量及体系
仪器
灵敏
度
PT可
方法
靠性
分辨
环境
力
人员
• 渗透检测体系的灵敏度:指渗透检测体系发现缺陷大小的能力。渗透检测时， 缺陷可供测量的尺寸是:缺陷长度;渗透检测显示的缺陷迹痕宽度比缺陷实际宽 度大很多倍;渗透检测质量验收标准中，用于评定的是缺陷迹痕长度，它大于 缺陷的实际长度。
渗 透 检测
(40学时) 课程类别：技术类
编制人：马文进
审核人：杨志鹏
批准人：张宏凯
编制日期：2015年10月
版本：V1.0
内部资料，严禁外传
课程大纲
一、绪论 1、渗透检测简介 2、渗透检测发展与现状 3、渗透检测材料和渗透检测方法分类 4、渗透检测工作质量及体系 5、渗透检测的优点及局限性 6、渗透检测与其他方法的比较
分子和液体近表面分子组成的。液体表面层分子和内部分子相互作用示意图 见图2}3。相临分子间，分子作用力所能达到的最大距离叫分子作用半径，在 图2-3中用r表示。半径为r的球形作用范围叫分子作用球。
2）液体表面层对液体整体施加的压力
•
每一个到液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
体分子的相对位置改变了，分子的势能改变了，所以内能也随着改变。
•
若干物体的内能越低(小)，由若干物体所构成的系统的能量相应就越低
(小)，系统就越稳定。
•
自然界各物体都有使其能量最小，从而使各系统变得最稳定的趋势，这就
是最小能量理论。
2.1.2、自然界的三种物质形态
• 气体分子间的平均距离很大，分子间的自由程比分子本身大许多倍，分子的 热运动平均动能可轻易克服分子间的吸引力。因此，气体分子极易向各方向 扩散并充满所给的容器。
2.1 分子论
2.1.1、分子运动论
•
分子是能独立存在并具有本物质化学性质的最小粒子。除一些有
机物质的大分子外，一般分子很小。我们在研究分子的时候。通常把
分子假定是球形的，用直径来表示它的大小。一般分子的直径约为
10-10m数量级。例如，水分子的直径约为4×10-10m，质量约为3×10-
26kg。
3.1、根据渗透剂所含染料成分分类
•
根据渗透剂所含染料成分，渗透检测分为荧光渗透检测法、着色渗透检
测法和荧光着色渗透检测法，简称为荧光法、着色法和荧光着色法三大类。
着色法
荧光法
3.2、根据渗透剂去除方法方类
•
根据渗透剂去除方法，渗透检测分为水洗型、后乳化型和溶剂去除型三
大类。水洗型渗透法是渗透剂内含有一定量的乳化剂，工件表面多余的渗透
•
渗透检测、磁粉检测和涡流检测都属于表面缺陷无损检测方法，但其方
法原理和适用范围区别很大，并且有各自独特的优点和局限性。所以无损检
测人员应熟悉掌握这三种检测方法，并能根据工件材料、状态和检测要求，
选择合理的方法进行检测。如磁粉检测对铁磁性材料工件的表面和近表面缺
陷具有很高的检测灵敏度，可发现微米级宽度的小缺陷，所以承压设备对铁
局限性
• 1）渗透检测无法或难以检查多孔的材料，例 如粉末冶金工件; 2）不适用于检查因外来因素造成开口被堵塞 的缺陷，例如工件经喷丸处理或喷砂，则可能 堵塞表面缺陷的“开口”，见图1-3 。
• 3）难以定量的控制检测操作质量，多凭检测 人员的经验、认真程度和视力的敏锐程度。
6、表面缺陷无损检测方法的比较
3.3、根据显像剂类型分类
• 根据显像剂类型，渗透检测分为干式显像法、湿式显像法两大类。干式显 像法是以白色微细粉末作为显像剂，施涂在清洗并干燥后的工件表面上。湿 式显像法是将显像粉末悬浮于水中(水悬浮显像剂)或溶剂中(溶剂悬浮显像剂)， 也可将显像粉末溶解于水中(水溶性显像剂)。此外，还有塑料薄膜显像法;也 有不使用显像剂，实现自显像的。
液体，表面张力系数Baidu Nhomakorabea随温度上升而下降;但有少数金属熔融液体的表面张力
系数值随温度上升而增高，例如铜、锡等金属的熔融液体。容易挥发的液体
与不容易挥发的液体相比，其表面张力系数a更小。含有杂质的液体比纯净的
液体的表面张力系数a要小。
2.2.2.表面张力的产生机理 1）液体的表面层
• 液体的表面层是指在液-气界面上与气体接触的液体薄层，它是由液体表面
分子势能随着分子间的距离减小而增加。
3）物体的内能
•
物体里所有分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。任何物体都是由永
不停息运动着而且互相作用着的分子构成，所以，任何物体都有内能。
•
物体的内能是可以改变的。例如温度改变时，因为物体分子无规则运动的
动能改变了，所以内能也随着改变。又例如体积、形状或物态改变时，因为物
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1.2、检测步骤：
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2、渗透检测的发展与现状
20世纪30年代
• 煤油-白粉检测法 • 美国研究人员将
荧光染料加入渗 透剂中，提高灵 敏度，形成三大 无损检测方法之 一；
20世纪60、 70年代
• 发展高峰，研制 出可检测微米级 宽度的表面裂纹， 且基本无毒害；
当今
• 渗透检测不受被检工件材质的限制。渗透检测可以检查磁性材料，也可以 检查非磁性材料，可以检查黑色金属，也可以检查有色金属，还可以检查非 金属。
• 渗透检测不受被检工件结构限制。渗透检测可以检查焊接件或铸件， 也可以检查压延件和锻件，还可以检查机械加工件。
• 渗透检测不受缺陷形状(线性缺陷或体积型缺陷)、尺寸和方向的限 制。只需一次渗透检测，即可同时检查开口于表面的所有缺陷。
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。
根据最小能量理论，液体表面越小，则受到这种力作用的分子数目越少.系统
的能量相应就越低，系统就越稳定。于是液体表面有自行收缩的趋势。
3）液体表面分子间表现为相互吸引力
•
液体里的分子是在不停地振动着。在液体内部，每一个分子的周围都有
• 渗透检测体系的分辨力:指渗透检测体系探测缺陷几何特性(尺寸、形状、 位置)的能力。众所周知，缺陷迹痕宽度直接影响分辨力。渗透检测时，缺陷 迹痕宽度随着显像时间的延长，会变宽，使分辨力下降。
5、渗透检测的优点和局限性
优点：
• 渗透检测可以检查金属(钢、耐热合金、铝合金、镁合金、铜合金)和非金 属(陶瓷，塑料)工件的表面开口缺陷，例如，裂纹、疏松、气孔、夹渣、冷隔、 折叠和氧化斑疤等。这些表面开口缺陷，特别是细微的表面开口缺陷，一般 情况下，直接目视检查是难以发现的。
•
综上所述，处于液体表面的分子受到一种垂直指向液体内部的压力，液
体的表面越小，则受到这种压力的分子的数目就越少，系统的能量相应地就
2.2 表面张力与表面张力系数
2.2.1.概念
• 存在于液体表而，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力；表面张力实验 示意图见图2-2：
F mg f L
式中， f ----表面张力; m----所挂物体的质量; g----重力加速度; L----活动边AB(液面边界线)长度;
----表面张力系数。
• 从分子运动论的观点看，分子热运动越激烈，分子的平均动能就越大，物 体的温度也就越高。所以，温度是物体分子平均动能的标志。
2）分子势能
•
由于分子间存在相互作用力，因此分子具有由它们的相对位置所决定的
势能，这就是分子势能。
•
如果分子间的距离大于r0。它们间的相互作用是引力，分子势能随着分子
间的距离增大而增加;如果分子间的距离小于r0，它们间的相互作用是斥力，
由上式可知，表面张力一般以表面张力系数表示，表面 张力系数可定义为单位长度上的表面张力。它的作用方 向与液体表面相切。表面张力系数是液体的基本物理性 质之一，通常以毫牛顿/米或牛顿/米为单位。
•
一般而言，表面张力系数与液体的种类和温度有关。一定成分的液体，
在一定的温度和压力下有一定的表面张力系数a值。不同液体，a值不同;同一
磁性材料工件表面和近表面缺陷的检测宜优先选择磁粉检测，确因工件结构
形状等原因不能使用磁粉检测时，方可使用渗透检测或涡流检测。
小结：
1 什么是渗透检测？原理，应用范围？ 2 渗透剂和显像剂及其方法的分类？ 3 优缺点？局限性？
第二章、渗透检测的物理化学基础
• 2.1 分子论 • 2.2 表面张力与表面张力系数 • 2.3 润湿现象 • 2.4 毛细现象 • 2.5 吸附现象 • 2.6 溶解现象 • 2.7 表面活性与表面活性剂 • 2.8渗透检测中的光学基础知识
许多别的分子，所以当一个分子从平衡位置向某一方向运动的时候，它就受
到它所离开的那方向的分子的拉引，同时还受到它所靠拢的那方向的分子的
推斥。可是，在液体表面的分子，当它从平衡位置向外运动的时候，只受到
液体内部分子的拉引(气体分子对它的作用力很小，可以略去不计);因此，它
所受的使它回到平衡位置的力就比在液体内部小些，这就使液体表面层的分
剂可直接用水洗掉。有的渗透剂虽不含乳化剂，但溶剂是水，即水基渗透剂，
工件表面多余的渗透剂也可直接用水洗掉，它也属于水洗型渗透法。后乳化
型渗透法的渗透剂不能直接用水从工件表面洗掉，必须增加一道乳化工序，
即工件表面上多余的渗透剂要用乳化剂“乳化”后方能用水洗掉。溶剂去除
型渗透法是用有机榕剂去除工件表面多余的渗透剂。
二、渗透检测的物理化学基础 1、表面张力和表面张力系数 2、润湿现象 3、毛细现象
三、渗透检测系统 1、渗透剂 2、显像剂 3、去除剂
四、渗透检测设备、仪器和试块 五、渗透检测方法 六、渗透检测工艺 七、渗透检测记录和报告 八、质量控制与安全防护 九、渗透检测应用
内部资料，严禁外传
一、绪论
定义：渗透检测是一种以液体毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺 陷的无损检测方法.