13-渗透检测原理

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1、5渗透检测5-1渗透检测基本原理很早以前，人们就掌握了把水置于容器内检查容器是否有泄漏这类探伤技术。也有人利用工件表面铁锈的来检查缺陷，为在室外存放的钢板，由于水分渗入裂纹、而形成氧化物，使裂纹处的铁锈比邻近区域要多。渗透检测的基本原理就是在被检材料或工件表面上浸涂渗透力比较强的液体，利用液体对微细孔隙的渗透作用，将液体渗入孔隙中。然后，用水和清洗液清洗材料或工件表面的剩余渗透液。最后再用显示材料喷涂在被检工件表面，借助毛细管的作用原理、将孔隙中的渗透液吸出来并加以显示。渗透检测具有以下特点A)工作原理简单，对操作者的技术要求不高

2、B)应用面广，可用于多种材料的表面检测，而且基本上不受工件形状和尺寸的限制C)显示不受缺陷方向的限制，一次检测可同时探测不同方向的表面缺陷；D)检测用设备简单、成本低廉、使用方便渗透检测的局限性，主要是只能检测开口的表面缺陷，工序比较多，探伤灵敏度受人为因素的影响比较多。渗透检测对各种材料的开口式缺陷(如裂纹、气孔、分层、夹杂物、折叠、熔合不良、泄漏等)都能进行检查。特别是某些表面无损检测方法难以工作的非铁磁性金属材料和非金属材料工件。但对工件表面粗糙度有一定要求，因为表面过于粗糙及多孔的材料和工件上的剩余渗透液很难完全清除，以致

3、使真假缺陷难以判断。(1)渗透渗透检测用的渗透剂绝大部分为液体，故必须研究渗透过程中的毛细管现象、清洗剩余渗透液过程中的乳化现象、显象过程中的毛细吸附。渗透检测中不同液体向固体孔隙中的渗透能力不同，称为液体的渗透力，其强度将明显影响发现缺陷的能力。液体的渗透力取决于液体的表面张力、液体与固体表面间的润湿角的大小、缺陷的形状和大小以及渗透液的粘度等因素。液体的表面张力决定于液体的性质，同一种液体，其表面张力大小与温度有关。液体和固体表面间的润湿角，就是液固体间的界面与通过气体、液体、固体交点，向液体表面所作切线之间的夹角(含液体部分

4、)，如图所示。图中A点处于液、固、气三相交界处，有三种界面张力作用于该点，即固体与气体之间FS、气体与液体之间FL以及固体与液体之间FSL当液滴处于平衡时，则可见，FS-FSL=FL时，则cosθ=1，θ=0o，此时液体在固体界面上完全润湿当FS-FSLθ>0o，液体对固体的润湿程度随θ的增大而减小当θ≥90o时，液体在固体表面润湿不良式中FL是液体表面张力，故润湿作用与液体的表面张力有关，表面张力愈小则cosθ愈大即润湿角θ减小，液体对固体的润湿程度增加。可以采用在液体中加入表面活性剂来降低

5、表面张力，以达到提高润湿能力的效果。当然液体在固体表面的润湿程度不仅与液体本身有关，而且与被润湿的固体表面性质有关。细管中液面的高度和形状随液体对管壁的润湿情况不同而变化的观象称为液体的毛细观象若液体与毛细管壁之间接触角θ小于90o，液体润湿管壁，管中液面为凹面，液体上升，如图a如果θ=90o，不发生毛细上升或下降(图b)。θ>90o，液体被压低，不润湿，液面为凸面(图c)在毛细上升的情况下，液体沿管手上升是靠凹面上表面张力的分布使紧靠弯液面下的静压力下降，毛细管外部自由表面上的大气压力通过液体传递而把毛细管内的液体上升。图中清楚

6、地显示出了引起液体在毛细管内上升的几种力的情况。液面在细管中的上升高度正比于液体的表面张力和接触角的余弦，而与液体的密度和毛细管的直径成反比，可用下式计算式中α-液体表面张力系数，θ-液体润湿角，d-细管直径，ρ-液体密度，g-重力加速度如果毛细管是封闭的，有润湿力的液体在管内仍然是会上升的。但由于被压缩在封闭端中的空气和蒸汽会产生附加压力，所以液面的上升高度相对比较低。润湿液体在间隔距离很小的两块平行板之间也会产生毛细观象，液体表面的上升高度为式中d’-两块平行板之间的距离由此可见，在间距为d’的平行板之间，其润湿液体的上升高度

7、恰为直径为d的细管内同样液体上升高度的1/2实际检测中，渗透液对材料或工件表面的渗透作用本质上就是液体的毛细作用。对开口于表面的点状缺陷的渗透就相当子渗透液在细管内的毛细作用。对于表面条状缺陷的渗透就相当于渗透液在间距很小的两块平板间的毛细作用。对固体窄间隙内液体薄层的研究表明，固体表面附近的液体分子表现出一定方位的倾向性，具有固体分子的性质，能承受剪力和拉力。液体层具有类似结晶物质的性质，边界层厚度为0.1μm时，液体层不能视为连续均匀的。毛细现象随孔径变窄而增强有两个前提A)由附加压强产生的毛细现象是一种连续介质的流体动力学现

8、象B)孔隙内固-气、固-液、气-液三个界面张力必须与孔隙宽度无关因此，当固体窄间隙的宽度小于0.1μm时，毛细作用大大减弱。由于固体分子表面与液体的相互作用，液体流经固体表面时存在着静止不动层，液体吸附在固体表面上，其厚度约为5×10-7cm，使液