滲透檢測 課件匯 金信鴻 第1-5章 滲透檢測概論-滲透檢測技術(shù)

滲

透

檢

測

1滲透檢測概論1.1滲透檢測的發(fā)展簡史和現(xiàn)狀1.1.1滲透檢測的定義和作用

滲透檢測是一種以毛細作用原理為基礎(chǔ)的檢查表面開口缺陷的無損檢測方法。滲透檢測是產(chǎn)品制造中實現(xiàn)質(zhì)量控制、節(jié)約原材料、改進工藝、提高勞動生產(chǎn)率的重要手段，也是設(shè)備維護中不可或缺的手段。1.1.2滲透檢測的發(fā)展簡史19世紀(jì)初：金屬加工者使用:淬火液或清洗液;19世紀(jì)末期：鐵道車軸、車輪、車鉤的“油-白法”檢查；1930-1940年代：有色染料作為滲透劑如美國的“斯威策”1941-：熒光染料的應(yīng)用，紫外線顯示，吸收劑應(yīng)用1950-：煤油與滑油的混合物作為熒光液1.1.3國外滲透檢測的現(xiàn)狀高靈敏度無害熒光滲透劑，如：閃爍熒光滲透法減少環(huán)境污染，水基滲透液和水洗法技術(shù)的出現(xiàn)控制危害元素含量，對氟、氯、硫的控制50年前代后推出ASTM，AMS(美國宇航材料規(guī)范)以及MIL

(美國軍用標(biāo)準(zhǔn))QPL-25135《滲透檢測材料目錄》質(zhì)量符合MIL-I-25135《滲透檢測材料》QPL-AMS2644《滲透檢測材料目錄》質(zhì)量符合AMS2644《滲透檢測材料》1.1.4國內(nèi)滲透檢測的現(xiàn)狀1.50年代:煤油、滑油的使用（發(fā)淺藍色的白色熒光）發(fā)光強度低；2.60年代:熒光黃的采用（發(fā)光強度提高，穩(wěn)定性差，清洗性能差）；3.70年代以后：熒光染料YJP-15出現(xiàn)自乳化型熒光劑（ZB-1，2，3)、

后乳化型熒光液的生產(chǎn)(HA-1，2、HB-1，2)，但是熒光滲透劑性能不夠穩(wěn)定，易產(chǎn)生分層及沉淀；對氟、氯、硫的控制不過關(guān)工藝方法和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平有待提高.1.2滲透檢測的基礎(chǔ)知識1.2.1滲透檢測工作原理

基于液體的毛細作用和固體染料在一定條件下發(fā)光的現(xiàn)象。滲透探傷工作過程：滲透劑在毛細作用下，滲入表面開口缺陷內(nèi)；在去除工件表面多余的滲透劑并干燥后，通過顯象劑的毛細管作用將缺陷內(nèi)的滲透劑吸附到工件表面，在一定的光源下，形成痕跡而顯示缺陷的存在。

基本步驟：滲透——去除——顯像——檢查(1)滲透過程

把被檢驗零件的表面處理后，讓滲透劑與零件接觸，使?jié)B透劑滲入零件表面開口缺陷中的過程。

滲透檢測用的滲透劑絕大部分為液體，故必須研究滲透過程中的毛細管現(xiàn)象、清洗剩余滲透液過程中的乳化現(xiàn)象、顯象過程中的毛細吸附。

滲透檢測中不同液體向固體孔隙中的滲透能力不同，稱為液體的滲透力，其強度將明顯影響發(fā)現(xiàn)缺陷的能力。(2)清洗過程

用水或者溶劑或乳化劑清除零件表面附著的殘存多余滲透劑的過程。

完成滲透過程后，緊接著就是除液清洗過程，因為材料或工件被檢表面剩余滲透液的除凈與否將直接影響到判仿的正確性。

一般用水清洗最方便。但由于滲透液的主要成分為油液，因此，單純用水清除被檢工件表面上的滲透液很困難。(3)顯象過程

清洗過的零件干燥后（或不干燥），施加顯像劑像滲入缺陷中的滲透劑吸出到零件表面的過程。顯象過程利用的也是滲透作用，當(dāng)工件表面的一層滲透液被清除以后，缺陷中的剩余滲透液將回滲到工件表面，這看起來似乎與前面講到的滲透濃滲入缺陷右矛盾。實際上是當(dāng)表面多余的滲透液被去除后，缺陷內(nèi)剩余的滲透液失去平衡，其中一部分會被吸到工件表面上來，利用的還是固體與液體間的附著力的作用，直至達到新的平衡。（4）觀察過程

被吸出的滲透劑在紫外線的照射下發(fā)出明亮的熒光或在白光照射下的顯出顏色，從而顯示出缺陷圖像過程。1.2.2滲透檢測方法的分類(NB/T47013.5-2015)（1）按其滲透劑所含染料成分不同，分為熒光滲透檢測法、著色滲透檢測和熒光著色滲透檢測法三大類。（2）按多余滲透劑去除方法不同，可分為水洗型、后乳化性和溶劑去除型三種。（3）按顯像劑類型不同分為干式顯像法和濕式顯像法兩大類。1.2.4滲透檢測工作質(zhì)量及體系

滲透檢測工作質(zhì)量：取決于滲透檢測體系的靈敏度、分辨力及可靠性。

滲透檢測體系：設(shè)備儀器、滲透檢測劑、工藝方法、環(huán)境條件及操作水平。（可靠性的范圍）靈敏度：指發(fā)現(xiàn)缺陷大小的能力；分辨力：探測缺陷幾何特性的能力，痕跡寬度影響分辨力?？煽啃裕簷z出缺陷與真實缺陷之間的對應(yīng)性。1.2.5滲透檢測優(yōu)點和局限性1.滲透檢測的優(yōu)點(或適用范圍)⑴不受材料的限制（金屬、非金屬材料）；不受工件化學(xué)成分的限制（磁性、非磁性材料）；不受工件結(jié)構(gòu)的限制（焊接、鍛造、軋制等加工方式）；不受缺陷形狀、尺寸和方向的限制；⑵具有較高的靈敏度（可發(fā)現(xiàn)：0.1μm寬缺陷）；⑶顯示直觀、操作方便、檢測費用低。2.滲透檢測的局限性⑴它只能檢出表面開口的缺陷；⑵不適于檢查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件；⑶滲透檢測只能檢出缺陷的表面分布，難以確定缺陷的實際深度，因而很難對缺陷做出定量評價。檢出結(jié)果受操作者的影響也較大。滲透檢測第二章滲透檢測的物理化學(xué)基礎(chǔ)自然界中的物質(zhì)具有三種狀態(tài)，分為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)?！跋唷笔侵阁w系中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分。凝聚相與氣相間的邊界區(qū)域成為表面（surface).在相界面上的物質(zhì)因為具有與體相不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而產(chǎn)生的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象稱為界面現(xiàn)象。氣-液和氣-固界面上發(fā)生的界面現(xiàn)象也稱為表面現(xiàn)象，如毛細現(xiàn)象、潤濕現(xiàn)象和吸附現(xiàn)象。2.1分子間作用力與能量最低原理2.1.1.分子間作用力分子間作用力又被稱為范德華力，按其實質(zhì)來說是一種電性的吸引力，因此考察分子間作用力的起源就得研究物質(zhì)分子的電性及分子結(jié)構(gòu)。2.1.2.能量最低原理自然界中各個物體都有使其趨于向能量降低的方向變化，因為能量較低的狀態(tài)比較穩(wěn)定，此所謂能量最低原理。能量最低原理的普遍意義就是：在任何保守力作用的物體中，物體在無其他外力作用時，總是向勢能減少的方向變化——即總是自發(fā)的、必然的趨于穩(wěn)定。2.1.3.液體表面層的分子間作用力分子在一定距離內(nèi)有相互作用，氣相分子的密度顯著小于液相密度。在液體中，相鄰分子間的距離減少時，分子間的作用力就劇烈增大。大多數(shù)液體的低壓縮性表面，當(dāng)試圖使分子壓縮到小于正常極限體積時，分子間卻變成相互排斥力。分子間距離減小使這種短程排斥力變大，分子本身在大于正常間距是會使其吸引力減少，而前者的變化遠比后者敏感。然而，分子內(nèi)原子之間的吸引力更強，更集中。絕對零度時，原子分子熱運動停止，液體分子穩(wěn)定，排斥力和吸引力完全抵消。溫度高于絕對零度低分子間的振動復(fù)蘇隨熱的程度增大而增大；若液體和氣體的溫度充分高，氣體的平均動能增大，則形成氣相。從分子間力與距離關(guān)系來看，距離大于平衡值是分子間引力將大于斥力，因而液體表面分子間表現(xiàn)為相互吸引力。2.2表面張力和表面自由能表面張力現(xiàn)象為什么水面上的小昆蟲能在水面上行走，而不會沉入水中？牛奶滴落在盤中的瞬間飛濺情形，呈現(xiàn)球狀，在盤上方的牛奶呈現(xiàn)近乎完美的球形？表面張力的演示實驗（1）圓形金屬框上沾有肥皂泡沫，若將膜面上的棉線圈內(nèi)部的膜戳破，那么棉線圈將被液體的表面張力拉成圓形；表面張力的演示實驗（2）橄欖油滴浮在同密度的水和酒精的混合液體中，由于表面張力的作用，油滴形成完美的球形。2.2.1.表面張力和表面張力系數(shù)表面張力的定義：

在液體表面存在一種力，它作用于液體表面使液體表面收縮，并趨于使表面積達到最小，我們把這種存在于液體表面，使液體表面收縮的力稱為液體的表面張力

表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。表面張力(surfacetension)是物質(zhì)的特性，其大小與溫度和界面兩相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。通常，由于環(huán)境不同，處于界面的分子與處于相本體內(nèi)的分子所受力是不同的。在水內(nèi)部的一個水分子受到周圍水分子的作用力的合力為0，但在表面的一個水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導(dǎo)致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力。表面張力系數(shù)設(shè)想在液面上畫一條直線段，線段兩側(cè)液面均有收縮的趨勢，即有表面張力作用，該力與液面相切,與線段垂直，指向各自的一方,分別用F和F′表示，這恰為一對作用力與反作用力，F(xiàn)=-F′。。α為表面張力系數(shù)，表示液體表面單位長度直線段上的表面張力，單位：N/m。由于線段上各點均有表面張力作用,線段越長,則合力越大。設(shè)線段長為

l,則：

F=α

l

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?。﹩挝幻娣e，表面張力所做的功。2.2.2.表面過剩自由能如圖所示，鐵絲框上掛有液膜，表面張力系數(shù)為

，將AB邊無摩擦、勻速、等溫地右移△x，在AB邊上加的力為：F=2

l

，則在這個過程中外力F所做的功為:其中△S=2l△x,是AB向右移動過程中液面面積的增量。外力克服分子間引力做功，液體表面能增加，若用△E表示表面能增量，則：表面張力系數(shù)在數(shù)值上等于增加單位液體表面積時，外力所需做的功，或增加單位液體表面積時，所增加的表面能——比表面能；液體表面張力和表面自由能是分別采用力學(xué)和熱力學(xué)方法研究液體表面性質(zhì)時所用的物理量。表面張力：表層分子間實際存在的表面收縮力表面自由能：形成一個單位的新的表面時體系自由能的增加。2.2.3影響液體表面張力的主要因素a.物質(zhì)的本性：與物質(zhì)的本性有關(guān)（表１-１）b.相界面的性質(zhì)：（表１-２）c.溫度的影響：溫度升高，表面張力下降d.壓力的影響：壓力增加，表面張力減?、俜肿恿τ^點：表面張力是由于液體表面層內(nèi)分子間相互作用與液體內(nèi)部分子間相互作用不同。2.2.4表面張力的產(chǎn)生機理分子力：在液體內(nèi)部的分子之間，彼此互相吸引力，忽略了斥力；分子作用球(約10-8m)

：在液體內(nèi)部P點任取一分子A,以A為球心，以分子有效作用距離為半徑作一球，稱為分子作用球。球外分子對A無作用力，球內(nèi)分子對A的作用力對稱分布，合力為零。

從表面層中Q、R、S點任取一分子，其分子作用球一部分在液體外，空氣密度比水小，破壞了表面層的分子受力的球?qū)ΨQ性；其受合力與液面垂直，指向液體內(nèi)部，這使得表面層內(nèi)的分子與液體內(nèi)部的分子不同,都受一個指向液體內(nèi)部的合力f

越靠近表面，受到的f

越大；在f

作用下，液體表面的分子有被拉進液體內(nèi)部的趨勢。在宏觀上就表現(xiàn)為液體表面有收縮的趨勢。f

f

f

②從能量觀點來分析把分子從液體內(nèi)部移到表面層，需克服f⊥

作功;外力作功,分子勢能增加,即表面層內(nèi)分子的勢能比液體內(nèi)部分子的勢能大，表面層為高勢能區(qū);表面層內(nèi),各個分子勢能增量的總和稱為液體的表面能，用E

表示。任何系統(tǒng)的勢能越小越穩(wěn)定，所以表面層內(nèi)的分子有盡量擠入液體內(nèi)部的趨勢，即液面有收縮的趨勢，使液面呈緊張狀態(tài)，宏觀上就表現(xiàn)為液體的表面張力。體積一定,球體的表面積最小;2.3潤濕現(xiàn)象潤濕現(xiàn)象是指液體能接觸并附著在固體表面的現(xiàn)象潤濕是指液體保持與固體表面接觸的能力。是因液體與固體接觸時二者的分子間作用力（即黏附力）引起的。潤濕可分為沾濕、浸濕和鋪展三種類型。定義潤濕:液體沿固體表面延展的現(xiàn)象，稱液體潤濕固體。(水—玻璃)不潤濕：液體在固體表面上收縮的現(xiàn)象，稱液體不潤濕固體。(水—石蠟)潤濕、不潤濕與相互接觸的液體、固體的性質(zhì)有關(guān)。2.3.2接觸角與潤濕方程在液體與固體接觸面的邊界處，作液體表面及固體表面的切線，這兩切線通過液體內(nèi)部的夾角稱接觸角

，用θ表示。當(dāng)液體與固體接觸時，嚴(yán)格地說，是用體系表面能降低的多少來衡量液體對固體潤濕程度的，降低得越多，潤濕程度越高。

⊿G=---

當(dāng)體系自由能降低時，它向外做的功為：

Wa=+

-⊿G﹤0或Wa﹥0是液體潤濕固體的條件

圖表示界面均為一個單位面積，固-液接觸時體系表面自由能⊿G的變化。2.3.2潤濕方程接觸角是三個張力共同作用達平衡的結(jié)果

(1)物質(zhì)的本性

對同種固體而言，不同的液體與其接觸時，接觸角θ不同，如水能潤濕玻璃，但水銀與玻璃卻產(chǎn)生不潤濕現(xiàn)象。同一液體，對不同的固體而言，它的接觸角θ也不同，它可能是潤濕的，也可能是不潤濕的。例如水能潤濕干凈的玻璃，卻不能潤濕石蠟。2.影響接觸角的因素

(2)接觸角的滯后現(xiàn)象

當(dāng)固液界面擴展時形成的接觸角稱為前進角(advancingangle)，常以θa表示;固液界面回縮時的接觸角稱為后退角(recedingangle)，常以θr表示。前進角與后退角常不相等的現(xiàn)象稱為接觸角滯后(contactanglehysteresis)，通?？偸乔斑M角大于后退角.

(3)吸附及其他因素的影響

固體表面，特別是高能固體表面能自發(fā)地從周圍環(huán)境中(氣或液體)吸附某些組分而降低表面能，同時也改變了表面性質(zhì)，從而影響θ大小。其他如溫度、液滴形成時間等都可能對接觸角產(chǎn)生影響。2.3.3微觀解釋潤濕、不潤濕是由于分子力不對稱而引起。附著層：在固體與液體接觸處，厚度等于液體或固體分子有效作用半徑

（以大者為準(zhǔn)）的一層液體。內(nèi)聚力：附著層內(nèi)分子所受液體分子引力之和。附著力：附著層內(nèi)分子所受固體分子引力之和。(1)當(dāng)

f附>f內(nèi),A分子所受合力f垂直于附著層指向固體，液體內(nèi)部分子勢能大于附著層中分子勢能，液體內(nèi)的分子盡量擠進附著層，使附著層擴展，宏觀上表現(xiàn)為液體潤濕固體。(2)當(dāng)

f附<f內(nèi),A分子所受合力f垂直于附著層指向液體內(nèi)部，液體內(nèi)部分子勢能小于附著層中分子勢能，附著層中分子盡量擠進液體內(nèi)部，使附著層收縮，宏觀上表現(xiàn)為液體不潤濕固體。2.3.4沾濕、浸濕和鋪展?jié)櫇耦愋团袛?)沾濕（adhesionalwetting）也稱粘附潤濕，沾濕過程是液體與固體從不接觸到接觸，使部分液-氣界面和固-氣界面轉(zhuǎn)變成新的固-液界面的過程。

2).浸濕(immersion)是在恒溫恒壓可逆情況下，將具有單位表面積的固體浸入液體中，氣－固界面轉(zhuǎn)變?yōu)橐海探缑娴倪^程稱為浸濕過程。

3)鋪展等溫、等壓條件下，單位面積的液固界面取代了單位面積的氣固界面并產(chǎn)生了單位面積的氣液界面，這種過程稱為鋪展過程。

接觸角與潤濕類型因此，在以接觸角表示潤濕性時，習(xí)慣上就規(guī)定θ=90°為潤濕與否的標(biāo)準(zhǔn)，即θ>90°為不潤濕，θ<90°為潤濕。使用接觸角θ可以判定潤濕以何種方式進行。當(dāng)θ≤180°時，可發(fā)生沾濕潤濕現(xiàn)象；當(dāng)θ≤90°時，可發(fā)生浸濕潤濕現(xiàn)象；當(dāng)θ≤0°時（或不存在），發(fā)生鋪展?jié)櫇瘳F(xiàn)象。2.4彎曲液面下的附加壓力1.在平面上對一小面積AB，沿AB的四周每點的兩邊都存在表面張力，大小相等，方向相反，所以沒有附加壓力

設(shè)向下的大氣壓力為po，向上的反作用力也為po

，附加壓力ps等于零。2.在凸面上由于液面是彎曲的，則沿AB的周界上的表面張力不是水平的，作用于邊界的力將有一指向液體內(nèi)部的合力

所有的點產(chǎn)生的合力為

ps

，稱為附加壓力凸面上受的總壓力為：3.在凹面上

由于液面是凹面，沿AB的周界上的表面張力不能抵消，作用于邊界的力有一指向凹面中心的合力

所有的點產(chǎn)生的合力為

ps

，稱為附加壓力凹面上受的總壓力為：彎曲表面上的附加壓力由于表面張力的作用，在彎曲表面下的液體與平面不同，它受到一種附加的壓力，附加壓力的方向都指向曲面的圓心(曲率半徑的方向)。凸面上受的總壓力大于平面上的壓力凹面上受的總壓力小于平面上的壓力附加壓力的大小與曲率半徑有關(guān)例如，在毛細管內(nèi)充滿液體，管端有半徑為R’

的球狀液滴與之平衡。外壓為

p0

，附加壓力為

ps，液滴所受總壓為：曲率半徑越小，附加壓力越大凸面上因外壓與附加壓力的方向一致，液體所受的總壓等于外壓和附加壓力之和，總壓比平面上大。相當(dāng)于曲率半徑取了正值。凹面上因外壓與附加壓力的方向相反，液體所受的總壓等于外壓和附加壓力之差，總壓比平面上小。相當(dāng)于曲率半徑取了負值。2.4.2附加壓強與曲率半徑的關(guān)系（1）平面：R1=R2=∞.則=0，即平面液面上不存在壓力差。（2）球面：R1=R2=R,則?P=

對凸液面，如液滴和玻璃管中的凸液面，可視為球面，凸液面下的壓強

這時凸形液面下的壓強大于平面液面。對凹液面，如液體中的氣泡、玻璃管中的凹液面，也可視為球面，凹液面下的壓強

這時凹形液面下的壓強小于平面液面。對肥皂泡，由于有內(nèi)外兩個液氣界面，則?P=

（3）圓柱面，因:R1=R,R2→∞,故:

?P=

其中R是柱面的圓形底面的半徑2.4.2附加壓強與曲率半徑的關(guān)系2.4.3液體的毛細現(xiàn)象當(dāng)把極細的玻璃管插入水中，管內(nèi)的水柱表面會呈凹形曲面，致使水柱上升到一定高度，當(dāng)插入汞中時，管內(nèi)汞面下降。這種現(xiàn)象稱為毛細現(xiàn)象。毛細現(xiàn)象是由于彎曲液面附加壓力而引起的液面與管外液面有高度差的現(xiàn)象。2.4.3毛細現(xiàn)象潤濕管壁的液體在細管里升高，不潤濕管壁的液體在細管里下降的現(xiàn)象。細管稱毛細管。原因：表面張力及潤濕、不潤濕。毛細管：紙張、燈芯、紗布中的纖維、土壤、植物的根莖等水在細玻璃管中水面上升；水銀在玻璃管中液面下降；1.液體潤濕管壁

毛細管剛插入水中時，管內(nèi)液面為凹液面，PC=P0,PB<P0,B、C

為等高點，但PB<PC

，所以液體不能靜止，管內(nèi)液面將上升，直至PB=PC為止，此時：2.4.4毛細管內(nèi)液面的高度

2.液體不潤濕管壁

毛細管剛插入水銀中時，管內(nèi)液面為凸液面，PC=P0,PB＞

P0,B、C

為等高點，但PB

＞

PC

，所以液體不能靜止，管內(nèi)液面將下降，直至找到等壓點為止，此時：3.平行板間潤濕液面高度潤濕液體在間距很小的兩平行板間也有毛細現(xiàn)象。該潤濕液體的液面為園柱形的凹形彎月面.柱形液面對內(nèi)部液體產(chǎn)生的附加壓強△P=α/R(R為園柱形的半徑)因此，在間距為d的平板間，潤濕液體上升的高度恰為直徑d的管內(nèi)同樣液體上升高度的二分之一4）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（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。

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?jié)B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）缺陷內(nèi)液面高度的計算

非穿透性缺陷（開口向上）設(shè)液體開始滲入凹槽時，槽內(nèi)氣體壓強為PO、體積為VO，液體滲入槽內(nèi)并處于平衡狀態(tài)時，槽內(nèi)氣體壓強為PK、體積為V，則由玻意耳-馬略特定律可得。由于凹槽深度方向上諸斷面面積是相同的，因此：把ΔP、PK

代入到上述平衡式中，得即有

式中是滲透劑的密度，整理后得下端封閉液面高度

圖中所示的非穿透性缺陷（開口向下），缺陷內(nèi)將形成一個向液體內(nèi)凹的彎月面，并且在彎月面上產(chǎn)生附加壓強，方向是指向封閉缺陷內(nèi)，如果考慮試件外大氣壓強PO的話，則平衡時就有：附加壓強ΔP+大氣壓強PO=缺陷內(nèi)受壓氣體產(chǎn)生的反壓強PK+液柱產(chǎn)生的壓強，即有整理后得液面高度

橫向缺陷內(nèi)液面高度對于穿透性的缺陷，缺陷內(nèi)的空氣是很容易排出的，滲透劑向缺陷內(nèi)滲透就比較容易。如圖中橫向穿透性的缺陷，滲透過程的驅(qū)動力是由彎月面而產(chǎn)生的附加壓強ΔP。式中，d為缺陷寬度；θ為接觸角。當(dāng)0°≤θ＜90°時，ΔP向著氣體一方，滲透過程可以自發(fā)進行。小結(jié)分析：1.三種不同類型的缺陷：穿透性缺陷：液體潤濕管壁、液體不潤濕管壁及平行板間潤濕液面高度非穿透性缺陷：下端封閉、上端封閉橫向缺陷2.滲透液表面張力系數(shù)的選?。簼M足：不能太小：影響滲透深度及易揮發(fā)滲透探傷中的毛細現(xiàn)象（1）滲透與毛細作用

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管內(nèi)的毛細作用；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作用。（2）顯像與毛細作用顯象過程中，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2.5吸附現(xiàn)象所謂吸附就是在不相溶的兩項接觸時兩相中的某種或某幾種組分的濃度與它們在界面相中濃度不同的現(xiàn)象稱為吸附現(xiàn)象（adsorption).若界面上的濃度高于體相中的稱為正吸附；反之為負吸附。能吸附它物的物質(zhì)稱為吸附劑；被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。吸附量：對指定的吸附劑、吸附質(zhì)在一定的溫度和氣體壓力下，當(dāng)吸附達平衡時單位質(zhì)量的吸附劑吸附吸附質(zhì)的mol數(shù)，或kg數(shù)或標(biāo)態(tài)體積V，以Γ表示。常用吸附劑：活性炭、活性炭纖維、活性氧化鋁、硅膠和分子篩。2.5.2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)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。2.5.1液體表面的吸附現(xiàn)象吸附現(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。

1).實驗事實：

溶液濃度對表面張力的影響①②③以水溶液為例，純水在T一定時，有一定的表面張力為σo，加入溶質(zhì)形成溶液后，溶液的表面張力為σ，向水中加入的溶質(zhì)不同，溶液的σ不同：①溶質(zhì)為無機鹽類。CaCl2

、NaCl、H2SO4

、KOH、多羥基有機物（甘油、蔗糖等）σ＞σo

，C表＜C本。②溶質(zhì)為醇、醛、酸、酯σ＜σo

，C表＞C本。③溶質(zhì)為硬脂酸鈉，長碳氫鏈有機酸鹽、烷基磺酸鹽，加入少量使σ迅速下降，達一定濃度后不變,C表＞C本。

2).定義：我們把溶質(zhì)在溶液表面層濃度和溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象，稱為溶液的表面吸附現(xiàn)象。界面上的濃度高于體相中的濃度稱為正吸附：C表＞C本

界面上的濃度低于體相中的濃度稱為負吸附：C表＜C本

非表面活性物質(zhì)：加入溶劑中，使溶液表面張力上升，產(chǎn)生負吸附的物質(zhì)。

表面活性物質(zhì)：加入溶劑中，使溶液表面張力下降，產(chǎn)生正吸附的物質(zhì)。實際上，表面活性物質(zhì)是指加入少量可使溶液表面張力迅速下降的物質(zhì)。

3).解釋：等溫、等壓、組成不變時，dG=σdA，

純?nèi)軇?/p>

T一定，σ一定，只能靠減小表面積以達到減小G的目的。

對溶液來說：當(dāng)溶質(zhì)加入后使σ＞σo

時，力圖使C表＜C本以達減小G的目的。當(dāng)溶質(zhì)加入后使σ＜σo

時，力圖使C表＞C本以達減小G的目的。

4).吸附等溫式

吉布斯于1878年用熱力學(xué)的方法導(dǎo)出了：

……吉布斯吸附等溫式

式中

Γ：表面吸附量。單位面積表面層所含溶質(zhì)的量比同

量溶劑在本體溶液中所含溶質(zhì)的量的超出值。

C：溶液的本體濃度

R：通用氣體常數(shù)

：一定溫度下，溶液的表面張力隨濃度的變化率。從公式可看出：加入溶質(zhì)使溶液σ降低，

＜0，則Γ＞0，正吸附。

加入溶質(zhì)使溶液σ升高，

＞0，則Γ＜0，負吸附。2.5.3物理吸附和化學(xué)吸附按照吸附現(xiàn)象的本質(zhì)：分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力吸附分子層單分子層或多分子層單分子層吸附選擇性無選擇性有選擇性吸附穩(wěn)定性不穩(wěn)定、易解吸較穩(wěn)定、不易解吸吸附熱較小，近液化熱較大，近于化學(xué)反應(yīng)熱吸附率較快，速率少受溫度影響較慢，升溫速率加快2.5.4滲透檢測中的吸附現(xiàn)象顯像過程中，顯像劑粉末吸附從缺陷中回滲的滲透劑，從而形成缺陷顯示。（固-液界面）顯像劑粉末越細，比表面越大，吸附量越多，缺陷顯示越清晰。自乳化滲透法或后乳化滲透法，表面活性劑吸附在滲透劑-水界面，降低了界面張力，使工件表面多余的滲透劑得以順利清洗（液-液表面）提高缺陷表面對滲透劑的吸附可提高檢測靈敏度。滲透檢測全過程發(fā)生的主要為物理吸附2.6溶劑的溶解作用溶解是指一種或一種以上的物質(zhì)（固體，液體或氣體)以分子或離子狀態(tài)分散在液體分散媒的過程。其中，被分散的物質(zhì)稱為溶質(zhì)，分散媒稱為溶劑。溶解度是指在一定的溫度下，一定數(shù)量溶劑中溶質(zhì)溶解達到飽和狀態(tài)時已溶解了溶質(zhì)數(shù)量。1）溶解現(xiàn)象及溶解度研制滲透劑配方時，選擇理想的著色（熒光）染料及溶解該染料的理想溶劑，使其染料在溶劑中溶解度較高，對提高滲透檢測靈敏度有重要意義。2）滲透劑的濃度指一定量的滲透劑中所含著色（熒光）染料的量。3）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。溶解的一般規(guī)律：相似者相溶，指溶質(zhì)與溶劑極性程度相似的可以相溶。舉例介電常數(shù)原理極性溶劑水，甘油比較大水合作用非極性溶劑氯仿，苯，液狀石蠟，植物油，乙醚很低范德華力半極性溶劑乙醇，丙酮4）滲透檢測與溶解度、濃度

顯象劑中的白色粉末構(gòu)成毛細管，產(chǎn)生毛細作用，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。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。2.7表面活性劑與表面活性2.7.1表面活性和表面活性劑的定義表面活性是指甲物質(zhì)的加入能降低乙液體的表面張力，則稱甲對乙有表面活性。即：能使溶劑表面張力降低的性質(zhì)稱為表面活性。具有表面活性的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。當(dāng)在溶劑中加入少量的表面活性物質(zhì)時，能明顯的降低溶劑的表面張力，改變?nèi)軇┑谋砻鏍顟B(tài)，產(chǎn)生潤濕、乳化、起泡及增溶等一系列作用，這種表面活性物質(zhì)稱為表面活性劑。由于水是最常用的溶劑，故通常稱有表面活性均是指對水而言的。具有表面活性的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)，表面活性劑都是表面活性物質(zhì)。表面活性劑：指能使目標(biāo)溶液表面張力顯著下降的物質(zhì)，以及降低兩種液體之間表面張力的物質(zhì)。表面活性劑一般為具有親水與疏水基團的有機兩性分子，可溶于有機溶液和水溶液。有特殊吸附性能。了解：表面活性物質(zhì)為什么能使水的表面張力降低？表面活性劑是兩親分子,親水基是極性基團,親油基就是碳氫鏈.表面活性劑溶于水后,由于親油部分希望脫離水,故在表面富集（稱為表面吸附）,親水基插在水中,親油基豎在水面.等于將水的表面變成了親油基緊密排列的表面,這種表面相當(dāng)于烷烴的表面,表面張力降低.溶劑表面張力與濃度的關(guān)系第1類（曲線A）：溶液表面張力隨濃度增加而緩慢升高，大致呈直線關(guān)系，如：無機酸、堿、鹽等第2類（曲線B）：溶液表面張力隨濃度增加而逐漸降低，如：有機酸、醇、醛等第3類（曲線C）：溶液表面張力濃度很低時急劇下降，很快達到最低點，此后溶液表面張力隨濃度變化很小，例如肥皂、長鏈烷基苯磺酸鈉等(表面活性劑）2.7.2表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)表面活性劑分子在結(jié)構(gòu)上是不對稱的，均有疏水基團與親水基團組成。疏水基團具有親油性，親水基團具有親水性。從分子結(jié)構(gòu)觀點看，表面活性劑的分子中都有一個共同的特點，即含有親水的極性基團和憎水的非極性基團。如：兩親分子（硬脂酸）2.7.3表面活性物質(zhì)的分類2.7.3表面活性劑分類

表面活性劑通常也按親水基團的化學(xué)結(jié)構(gòu)來分類，親水基團是離子結(jié)構(gòu)的稱為離子型，親水基團是共價結(jié)構(gòu)的稱為非離子型。

離子型表面活性劑又可分為陽離子型(親水基團是陽離子)、陰離子型(親水基團是陰離子)和兩性型(親水基團既有陽離子又有陰離子)表面活性劑。

顯然陽離子型和陰離子型的表面活性劑不能混用，否則可能會發(fā)生沉淀而失去活性作用。1.離子型的表面活性劑

溶入水后離解為大小不同，電荷相反的兩種離子，其中帶C-H鏈的大離子具表面活性。按其具有活性作用的是陰離子還是陽離子，離子型的表面活性劑又分為陰離子型和陽離子型。

①陰離子型的表面活性劑：羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽、磷酸酯鹽等。例如肥皂：RCOO﹣+Na+

RCOONa

②陽離子型表面活性劑：胺鹽。例如C18H37NH3Cl

C18H37NH3++Cl–

2.非離子型表面活性劑

溶入水后不能離解為離子。酯類、酰胺類、聚氧乙烯醚類。例如：(1)聚乙二醇型HOCH2（CH2OCH2）nCH2OH(2)多元醇型多元醇型非離子表面活性劑主要有甘油的脂肪酸酯、季戊四醇的脂肪酸酯，山梨醇及失水山梨醇的脂肪酸酯。按親水基的種類分類羧酸鹽型表面活性劑磺酸鹽型表面活性劑硫酸酯鹽型表面活性劑磷酸酯鹽型表面活性劑胺鹽型表面活性劑季銨鹽型表面活性劑鎓鹽型表面活性劑多羥基型表面活性劑聚氧乙烯型表面活性劑陰離子型表面活性劑陽離子型表面活性劑非離子型表面活性劑按表面活性劑的溶解性分類水溶性表面活性劑油溶性表面活性劑

按表面活性劑的應(yīng)用分類乳化劑、洗滌劑、潤濕劑、發(fā)泡劑、消泡劑、分散劑、絮凝劑、滲透劑、增溶劑…非離子型表面活性劑：水溶液中不電離，穩(wěn)定性高，具有較好的溶解性能，在一般固體表面上也不發(fā)生強烈吸附。滲透檢測中常用的是非離子型表面活性劑。當(dāng)與水混合時，其粘度隨含水量而變化，在某一含水量范圍內(nèi)粘度有極大值，此范圍稱為非離子型乳化劑的凝膠區(qū)（見圖）在滲透檢測中的作用：清洗時：零件表面的大量水使乳化含水量越過凝膠區(qū)，使零件表面的滲透劑易于洗掉；而缺陷內(nèi)的水量在凝膠區(qū)，使乳化劑形成凝膠，提高了滲透檢測的靈敏度。2.7.4表面活性的基本性質(zhì)由于表面活物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上極性不對稱。所以溶于水后親水基與水的親和力大于憎水基與水的排斥力。在水中表面活性分子通過二種方式達到穩(wěn)定：一種方式是把親水基留在水中，把憎水基伸向空氣并形成單分子膜；另一種方式是水中的表面活性劑分子以憎水基團互相并攏在一起，形成各種形式的膠束。

界面吸附及定向排列當(dāng)溶液濃度較稀，吸附量不大時，表面活性劑分子在表面層有較大的活動范圍，它們的排列不那么整齊，但其憎水基團仍然傾向于逸出水面。

當(dāng)達到飽和吸附時，表面活性劑分子在水溶液緊密而有規(guī)則地定向排列著，水的表面就像覆蓋一層薄的表面膜，稱之為單分子膜（monomolecularfilm）。

界面吸附及定向排列膠束(micelle)的形成表面活性劑是兩親分子。溶解在水中達一定濃度時，其非極性部分會自相結(jié)合，形成聚集體，使憎水基向里、親水基向外，這種多分子聚集體稱為膠束。隨著親水基不同和濃度不同，形成的膠束可呈現(xiàn)棒狀、層狀或球狀等多種形狀。臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration)臨界膠束濃度簡稱CMC

表面活性劑在水中隨著濃度增大，表面上聚集的活性劑分子形成定向排列的緊密單分子層，多余的分子在體相內(nèi)部也三三兩兩的以憎水基互相靠攏，聚集在一起形成膠束，這開始形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度。

這時溶液性質(zhì)與理想性質(zhì)發(fā)生偏離，在表面張力對濃度繪制的曲線上會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。繼續(xù)增加活性劑濃度，表面張力不再降低，而體相中的膠束不斷增多、增大。臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration)界面張力表面張力臨界膠束濃度去污作用密度改變電導(dǎo)率摩爾電導(dǎo)率滲透壓濃度表面活性劑溶液的性質(zhì)臨界膠束濃度時各種性質(zhì)的突變2.7.5表面活性劑的親憎平衡值(HLB值)HLB值是一個相對值，規(guī)定親油性強的石蠟（完全無親水性）的HLB值為0.；親水性強的聚乙二醇（完全是親水基）的HLB值為20，以此標(biāo)準(zhǔn)制定出其他表面活性劑的HLB值。HLB值越小，親油性越強；反之，親水性越強。表面活性劑的HLB值表面活性劑都是兩親分子，由于親水和親油基團的不同，很難用相同的單位來衡量親水基團的親水性和親油基團的親油性可以有兩種類型的簡單的比較方法1.表面活性劑的親水性＝親水基的親水性－憎水基的憎水性表面活性劑的HLB值HLB值=親水基質(zhì)量親水基質(zhì)量+憎水基質(zhì)量×100/5例如：石蠟無親水基，所以HLB=0

Griffin（格里芬）提出了用HLB(hydrophile-lipophilebalance，親水親油平衡)值來表示表面活性劑的親水性 聚乙二醇，全部是親水基，HLB=20。其余非離子型表面活性劑的HLB值介于0～20之間。HLB值的實際含義

HLB值代表親水基和親油基的平衡值，用來衡量親水與親油能力的強弱，實際上主要表征了表面活性劑的親水性；HLB值越高，親水性越強；HLB值越低，親水性越弱。根據(jù)需要，可根據(jù)HLB值選擇合適的表面活性劑HLB值02468101214161820

||———||——||——||——||

石蠟W/O乳化劑潤濕劑洗滌劑增溶劑| |————|聚乙二醇

O/W乳化劑例如：HLB值在2～6之間，作油包水型的乳化劑8～10之間作潤濕劑；12～18之間作為水包油型乳化劑。非離子型表面活性劑的H.L.B值=(親水基的摩爾部分/表面活性劑的摩爾部分)*(100/5)實例

1mol月桂醇與10mol環(huán)氧乙烷（EO）通過加成反應(yīng)可以制得非離子表面活性劑月桂醇聚氧乙烯醚HLB=（44×10）/（186+44×10）（100/5）=14.1具有乳化、去污和滲透等作用

2.7.6表面活性物質(zhì)的作用（1）潤濕作用（2）乳化作用（3）增溶作用應(yīng)用洗衣粉洗手液清洗劑2.8滲透檢測的光學(xué)基礎(chǔ)原子和分子的結(jié)構(gòu)原子由原子核和核外電子組成。原子核位于原子中心，電子在原子核外做繞核運動。分子則比原子復(fù)雜，原子核在中間，但外層電子有兩種形式，一是組成電子對，二是組成離子鍵。光和分子的相互作用光具有波粒二象性光是一種電磁波激發(fā)一個電子所需要的最低的能量為ΔE=E2-E1=hv=hc/λ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510-550nm，其中心波長為550nm，呈黃綠色。2.8.2發(fā)光原理

在正常狀態(tài)下，原子將處于最小能級的穩(wěn)定狀態(tài)中，如果在外界能量作用下，如光的照射，電子轟擊等，電子將吸收能量從低能級躍遷到高能級，這種狀態(tài)原子，稱為受激原子。當(dāng)原子從受激態(tài)回到正常態(tài)時，即電子從高能級回到低能級時，受激電子以光的形式放出它受激時所吸收的能量。處于基態(tài)的分子吸收能量(電、熱、化學(xué)和光能等)被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后從不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)返回至基態(tài)并發(fā)射出光子，此種現(xiàn)象稱為發(fā)光。2.8.3光的吸收和光致發(fā)光光在介質(zhì)中傳播是部分能量被介質(zhì)吸收的現(xiàn)象。光的吸收遵守：

典型的吸收線幾個概念基態(tài)：原子處于最小能量的穩(wěn)定狀態(tài)熒光：某些物質(zhì)在收到一定波長的激勵后，在極短的時間里會發(fā)射出波長大于激發(fā)波長的光，稱為熒光。磷光物質(zhì)：外界光源停止照射后仍能發(fā)光的物質(zhì)。自致發(fā)光：被紫外線激發(fā)而發(fā)光的現(xiàn)象。光致發(fā)光（熒光、磷光）

原來在白光下不發(fā)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。2.8.5熒光和磷光的產(chǎn)生激發(fā)過程能級的躍遷電子的自旋狀態(tài)改變，或具有順磁性或具有抗磁性。發(fā)射過程

處于激發(fā)態(tài)的分子不穩(wěn)定，以輻射躍遷或無輻射躍遷的方式回到基態(tài)。輻射越前的去活方式是發(fā)生光子反射，產(chǎn)生熒光和磷光。無輻射越前的去活方式以熱的形式失去多余能量。包括振動弛豫，內(nèi)轉(zhuǎn)換，熒光發(fā)射，系間跨越及外轉(zhuǎn)換，磷光發(fā)射等過程。分子產(chǎn)生熒光必須具有的兩個條件：1、必須具有與所照射的輻射頻率相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)，才能吸收激發(fā)光。2、必須具有一定的熒光量子產(chǎn)率。

熒光量子產(chǎn)率=發(fā)熒光的分子數(shù)/激發(fā)態(tài)的分子數(shù)影響熒光強度的因素1.溶劑濃度2.溫度3.溶液PH值4.熒光的熄滅導(dǎo)致熒光猝滅的原因：碰撞，靜態(tài)，轉(zhuǎn)入三重態(tài)，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，熒光物質(zhì)的自猝滅。熒光強度If正比于吸收的光量Ia與熒光量子產(chǎn)率

。熒光滲透劑的熒光發(fā)光效率指熒光染料吸收紫外線轉(zhuǎn)換成可見熒光的效率，直接影響熒光強度的大小。熒光滲透劑發(fā)光時各變量的關(guān)系可表達為

If=

I0(1-e-KCX)

2.8.6發(fā)光強度，亮度，光通量和照度

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）。輻射通量是指輻射源（光源的）單位時間內(nèi)給定方向所發(fā)射的光能量，即以輻射的形式發(fā)射、傳播和接收的功率（W）單位面積上的輻射通量是輻射強度（W/m2)

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/cm2

1.輻射通量

2.光視效率

人眼對黃綠色光最靈敏，對紅外光和紫外光無視覺反應(yīng)。

3.光通量表示光源表面的客觀輻射量使人眼所引起的視覺強度，以表示

4.發(fā)光強度表征光源在一定方向范圍內(nèi)發(fā)出的光通量的空間分布的物理量。

5.照度表征受照面被照明程度的物理量。

2.8.7人眼的視覺特征

1．人眼的構(gòu)造人眼的視網(wǎng)膜上有錐狀細胞和桿狀細胞兩類含有光敏物質(zhì)的感光細胞。在視神經(jīng)進入眼內(nèi)腔的盲斑部分，既無錐狀細胞，也無桿狀細胞，是不感光的盲區(qū)。在黃斑中心凹處完全沒有桿狀細胞，是具有最高的視覺分辨力的區(qū)域。

2.人眼的視覺特性1）視覺的適應(yīng)人眼能在一個相當(dāng)大(約10個數(shù)量級)的范圍內(nèi)適應(yīng)視場亮度。當(dāng)人眼適應(yīng)大于或等于3cd/m2的視場亮度后，視覺由錐狀細胞起作用，這是人眼的明視覺響應(yīng)；當(dāng)人眼適應(yīng)小于或等于3×10-5cd/m2視場亮度之后，視覺只由桿狀細胞起作用，這是人眼的暗視覺響應(yīng)。錐狀細胞具有高分辨力和顏色分辨能力;桿狀細胞的視覺靈敏度比錐狀細胞高數(shù)千倍，但不能辨別顏色。由于桿狀細胞沒有顏色分辨能力，故夜間人眼觀察景物呈灰白色。2.人眼的視覺特性2）人眼的光譜靈敏度人眼對各種不同波長的輻射光有不同的靈敏度，并且不同人的眼睛對各波長的靈敏度也常有差異。對大量具有正常視力的觀察者所做的實驗表明:在較明亮的環(huán)境中，人眼視覺對波555nm左右的綠色光最敏感；在較暗條件下，人眼對波長512nm的藍綠光最敏感。2.人眼的視覺特性3）人眼的閾值對比度人眼的視覺探測都是在一定背景中把目標(biāo)鑒別出來。目標(biāo)在背景中的襯度以對比度C來表示:3.滲透檢測觀察的條件滲透探傷時，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/cm22.8.8對比度與可見度對比度某個顯示和圍繞這個顯示的表面背景之間的亮度或顏色之差，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?？梢姸仁怯^察者在一定的本地，外部光等條件下能看到顯示的一種特征。小結(jié)：

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，使顯象靈敏度得到提高。

熒光探傷時，無缺陷區(qū)域呈深藍紫色，唯有缺陷部分發(fā)出黃綠色光，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，即顯象分辨力高滲

透

檢

測第3章滲透檢測劑知識點：滲透液的組成滲透液的質(zhì)量檢查各種滲透液的主要特點1463.1滲透劑3.1.1滲透劑的分類1、按染料成份分類熒光型、著色型、熒光著色型2、按溶解染料的基本溶劑分類水基滲透液，油基滲透液。水基滲透液與油基滲透液相比，水的潤濕和滲透能力較低，因此，探傷靈敏度也較低。1473、按多余滲透液的去除方法分類水洗型（自乳化）型滲透液，后乳化型滲透液，溶劑去除型滲透液。4、按靈敏度分類分很低、低、中、高和超高靈敏度。5、按受檢材料的相容性分類液氧相容滲透液、低硫、氯、氟滲透液。148滲透液的分類及組分一、滲透液的分類及組分149滲透劑構(gòu)成滲透劑的種類熒光染料著色染料溶劑表面活性劑熒光滲透劑水洗型√√√后乳化型√√溶劑去除型√√著色滲透劑水洗型√√后乳化型√√溶劑去除型√√△1503.1.3、滲透劑的性能一、滲透劑的綜合性能1、滲透力強，容易滲入零件的表面缺陷中。2、熒光液應(yīng)具有鮮明的熒光，著色液應(yīng)具有鮮艷的色澤。3、清洗性好，容易從零件表面清洗掉。4、潤濕顯象劑的性能好，容易從缺陷中被吸附到顯象劑表面，從而將缺陷顯示出來。1515、無腐蝕，對零件和設(shè)備無腐蝕性。6、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。7、毒性小，或無毒。8、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)。152二、滲透劑的物理性能1、表面張力和接觸角（滲透性能）：接觸角表征滲透液對工件表面或缺陷的潤濕能力。靜態(tài)滲透參量：表征滲透劑深入表面開口缺陷的能力SPP=αcosθSPP-靜態(tài)滲透參量；α-表面張力（一般用表面張力系數(shù)表示）；θ-接觸角當(dāng)θ≤5°時靜態(tài)滲透參量=表面張力系數(shù)單位：用毫牛頓/米（mN/m)或牛頓/米(N/m)表示1532、黏度：流體在流動時，相鄰流體層間存在著相對運動，則該兩流體層間會產(chǎn)生摩擦阻力，稱為黏滯力。黏度是用來衡量粘滯力大小的一個物性數(shù)據(jù)。

運動黏度，在4至10厘拖（38°C)。滲透劑的滲透速率常用動態(tài)滲透參量（KPP)表征KPP=αcosθ/ηKPP-動態(tài)滲透參量α-表面張力（一般用表面張力系數(shù)表示）；θ-接觸角η-黏度運動黏度單位：m2/s1543、密度：密度越小，上升高度值愈大，滲透能力愈強，液體的密度與溫度成反比，溫度愈高密度值愈小，滲透能力也隨之增強。4、揮發(fā)性：滲透液不易揮發(fā)較好，但是，從另一方面看，滲透液又應(yīng)有一定的揮發(fā)性，在揮發(fā)的過程中，染料的濃度增大，有利于提高檢測靈敏度。5、閃點和燃點：閃點和燃點相對越高越安全。6、電導(dǎo)性：滲透液應(yīng)有高電阻。（靜電噴涂滲透）155三、滲透液的化學(xué)性能1、化學(xué)惰性：滲透液應(yīng)具有對受檢工件和存儲容器表面無腐蝕性。2、清洗性：滲透液應(yīng)具有良好的清洗性。3、含水量和容水量：滲透液的含水量越小越好，容水量愈高，抗水污染性能愈好。4、毒性：滲透液應(yīng)無毒，對人體接觸無不良反應(yīng)，揮發(fā)氣體不能引起操作者惡心。在操作中應(yīng)避免與滲透液接觸時間過長，避免把揮發(fā)性氣體吸入操作著體內(nèi)。5、溶解性：滲透液中的溶劑應(yīng)有較高的溶解性，溶解度愈高檢測靈敏度愈高。6、腐蝕性能：確定滲透液中有害元素的含量，根據(jù)不同材質(zhì)選擇不同的滲透液。156四、滲透劑的特殊性能—穩(wěn)定性滲透液對光和溫度的耐受能力1000μW/cm黑光下照射一小時，穩(wěn)定性應(yīng)在85%以上1573.1.2滲透劑的組成滲透劑一般由染料、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。1581、染料—溶質(zhì)1）著色染料

著色滲透劑中所用染料多為紅色染料，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。著色液中的染料不僅應(yīng)滿足色澤鮮艷，而且應(yīng)易溶解、好清洗、雜質(zhì)少、無腐蝕、對人體無害；染料有油溶型、醇溶型及油醇混合型三種，一般著色液多使用油溶型偶氮染料，有單偶氮染料、雙偶氮染料及三偶氮染料等多種。常用的染料有蘇丹紅、128號燭紅、223號燭紅、熒光桃紅、剛果紅和丙基紅等。蘇丹IV使用最為廣泛，化學(xué)名稱為偶氮苯。1592）熒光染料

熒光染料應(yīng)發(fā)出黃綠色的熒光，耐黑光，耐熱、對金屬無腐蝕。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)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。1602、溶劑溶劑有兩個主要作用：1）溶解染料；2）滲透作用。

溶劑可分為基本溶劑和起稀釋作用的溶劑兩類，基本溶劑應(yīng)具有充分溶解染料，使?jié)B透液具有鮮明的顏色等。稀釋溶劑除具有調(diào)節(jié)粘度于流動性外，還起到降低材料費用的目的。

161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，但它的溶解能力差。為了改善著色劑的性能，通常我們會加入鄰苯二甲酸二丁酯，它不僅提高了對染料的溶解能力，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，減少減少溶劑的揮發(fā)，使?jié)B透液具有優(yōu)良的綜合性能。加入乙二醇單丁醚、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。二甲苯和苯也是常用的溶劑，有毒，易揮發(fā)，致癌。1623、其他附加成分其他附加成分有：表面活性劑、互溶劑、穩(wěn)定劑、增光劑，抑制劑和中和劑。表面活性劑：用于降低表面張力，增強潤濕作用?；ト軇捍龠M染料的溶解。穩(wěn)定劑：防止在溫度變化的情況下染料從溶劑中分離出了。（乙二醇單丁醚、二乙二醇丁醚）增光劑：提高對比度，增強滲透劑的光澤。抑制劑和中和劑：用于抑制揮發(fā)和綜合酸堿度。163一些有機溶劑的物理常數(shù)化合物名稱密度表面張力系數(shù)黏度閃點（g/cm2）（105N/cm)（10-6m2/s)（℃）水0.999272.81.004

乙醇0.789231.52157乙二醇1.11547.717.85232乙醚0.73617.010.316149丙酮0.723.70.32180甲乙酮0.800727.90.542

乙二醇單丁醚0.904

165苯0.87628.870.5996

二甲苯0.8830.03

萘0.66521.80.6130四氯乙烯1.595335.60.988

煤油0.84231.65405#機械油0.89

4.0-5.1110鄰苯二甲酸二丁酯1.048

315N-乙烯基吡咯酮1.04

1.6595.51643.1.4滲透劑種類165著色滲透劑著色劑分水洗型、后乳化型和溶劑去除型一、水洗型著色滲透劑一種是水基的，另一種是油基（自乳化型）的。1、（水基）滲透力差，無毒、價格低廉。水基著色滲透劑的典型配方水100ml溶劑、滲透表面活性劑2.4g/100ml氫氧化鉀0.4-0.8g/100ml中和剛果紅2.4g/ml染料成分比例作用166（油基）增加乳化劑使粘度增大，因此，檢測靈敏度較低，應(yīng)用時有很大的局限性。油基自乳化型著色滲透劑的典型配方成分比例作用油基紅1.2g/100ml染料二甲基萘15%溶劑α甲基萘20%溶劑200號溶劑汽油52%滲透、溶劑萘1g/100ml助溶吐溫-605%乳化三乙醇胺油酸皂8%乳化167二、后乳化型著色滲透劑（VB)滲透力強，探傷靈敏度高，應(yīng)用較廣泛。適用于表面光潔，表面缺陷淺而寬的工件檢查；不適用于表面粗糙或有盲孔和螺紋的工件。后乳化型著色滲透劑的典型配方成分比例作用蘇丹紅Ⅳ0.8g/100ml染料乙酸乙酯5%滲透、溶劑航空煤油60%溶劑、滲透松節(jié)油5%溶劑、滲透變壓器油20%增光丁酸丁脂10%助溶168三、溶劑去除型著色液

成分與后乳化型相似，與溶劑懸浮式顯像劑配合使用，可得到與熒光檢驗法相似的靈敏度。著色滲透液靈敏度相對較低，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。后乳化型著色滲透劑的典型配方成分比例作用蘇丹紅Ⅳ1g/100ml染料萘20%溶劑煤油80%滲透、溶劑169

熒光滲透劑熒光滲透劑分三種:水洗型、后乳化型和溶劑去除型一、水洗型熒光液（自乳化型熒光液）

組成：油基滲透溶劑、互溶劑、熒光染料、乳化劑等，由于有乳化劑也稱自乳化型。分很低、中、高靈敏度。1、常用水洗型低靈敏度檢查輕合金鑄造件，批量螺拴、鍵槽、齒輪等零件。2、水洗型中等靈敏度檢查精密鑄鋼件、精密鑄鋁件、焊接件、輕合金鑄件及機械加工件。3、水洗型高等靈敏度檢查精密鑄造渦輪葉片等關(guān)鍵工件的檢驗。4、容易受到水污染。170二、后乳化型熒光液1、組成－由油基滲透溶劑、互溶劑、熒光染料、潤濕劑組成。2、特點－抗水污染能力強，不易受酸或鉻酸的影響。3、分類－親水型、親油型兩類；按靈敏度分低、中（標(biāo)準(zhǔn)靈敏度）、高、超高1711）親水性后乳化熒光滲透劑：

①標(biāo)準(zhǔn)靈敏度后乳化型，用于一般變形材料的機加工工件。②高靈敏度后乳化型滲透劑：用于靈敏度要求較高的變形材料的機加工工件。③超高靈敏度，僅在特殊情況下使用，航空發(fā)動機等。2）親油性后乳化劑型熒光滲透劑

與親水性后乳化型熒光滲透劑劑可以通用172三、溶劑去除型熒光液溶劑去除型與后乳化型成分基本相似。173特殊類型滲透劑1、著色熒光滲透劑

在燈光下或日光下呈暗紅色，在紫外燈下發(fā)出明亮的熒光。它是由特殊的染料、溶劑、滲透劑及某些附加成分組成，并不是著色染料與熒光染料混在一起。1742、過濾性微粒滲透劑

是一種懸浮液，將粒度大于裂紋寬度的染料懸浮在溶劑中配制而成。當(dāng)滲透液流進裂紋時，染料微粒不能流進裂紋，微粒就會聚集在開口的裂紋處，提供裂紋顯示的信息。

微粒可根據(jù)實際需要進行選擇著色或熒光的。染料微粒必須適當(dāng)。

不需顯像劑1753、化學(xué)反應(yīng)型著色滲透劑將無色或淡黃色的染料溶解在無色的溶劑中形成。這種滲透液在與配套的無色顯像劑接觸時會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生鮮艷的顏色，在紫外燈照射下發(fā)出明亮的熒光，從而形成清晰的缺陷顯示?；瘜W(xué)反應(yīng)型滲透液缺陷顯示清晰，不污染操作者的衣服及皮膚，也不會污染零件和工作場地，沖洗出的廢水也是無色的，避免了顏色污染。1764、高溫下使用的滲透劑在短時間內(nèi)能夠與高溫零件接觸而不破壞，檢測時速度應(yīng)快，需在染料未破壞之前完成檢測。5、高靈敏度水洗型熒光滲透劑熒光亮度比一般的滲透液濃度高，更易觀察，水洗時，應(yīng)殘留更多滲透劑，熒光染料亮度更高，選擇更易觀察的熒光波長。1773.1.6.特殊類型的滲透劑1.高靈敏度水洗型熒光滲透劑基本成分與一般的水洗型熒光滲透劑相同。具備如下性能：熒光亮度比一般水洗型熒光滲透劑高、更易觀察，即使?jié)B透劑的液膜厚度(膜厚)變薄，也應(yīng)保持高亮度；同時，水洗時，缺陷內(nèi)部的滲透劑比一般的滲透劑難于沖洗，相反應(yīng)殘留更多滲透劑。1783.1.6.特殊類型的滲透劑2.化學(xué)反應(yīng)型著色滲透劑反應(yīng)型著色滲透劑是在滲透劑中加入無色的堿性染料，如若丹明型的乳胺體或結(jié)晶紫型的內(nèi)酯體，這些染料具有油溶性，將其溶解到溶劑中后，就能構(gòu)成無色以至淡黃色的滲透劑。顯像劑中特別添加酸性白土以及酚醛樹脂等固體酸性粉末這一類成分。當(dāng)缺陷內(nèi)部的滲透劑被顯像劑吸收時，滲透劑中的乳胺體或內(nèi)酯體便與顯像劑中的固體酸反應(yīng)，將乳胺環(huán)或內(nèi)酯環(huán)開環(huán)后，發(fā)出顏色，分別成為若丹明型染料(紅色)和結(jié)晶紫型染料(蘭色)。1793.1.6.特殊類型的滲透劑2.化學(xué)反應(yīng)型著色滲透劑化學(xué)反應(yīng)型滲透劑缺陷顯示清晰，不污染操作者的衣服及皮膚，也不會污染零件和工作場地，沖洗出的廢水也是無色的，避免了顏色污染。1803.1.6.特殊類型的滲透劑3.著色熒光滲透劑著色熒光滲透劑是在滲透溶劑中溶解一種特殊的染料，它在白光下呈鮮艷的暗紅色，而在黑光燈照射下發(fā)出明亮的熒光。這種滲透劑在白光下具有著色檢測的靈敏度，而在黑光燈下檢測則具有熒光檢測的靈敏度，又稱為雙重靈敏度的滲透劑。著色熒光滲透劑是由特殊的染料、溶劑、滲透劑及某些附加成分組成，并不是著色染料與熒光染料混在一起。

1813.1.6.特殊類型的滲透劑4.高溫下使用的滲透劑對高溫試件進行檢測時，涂覆在試件上的熒光滲透劑中的染料很快地遭到破壞，熒光猝滅。因此，通常的熒光滲透劑不能用于高溫試件的檢測。高溫下使用的滲透劑，應(yīng)能在短時間內(nèi)與高溫試件接觸而不破壞，用這種滲透劑進行檢測時，檢測速度應(yīng)盡量快，要在染料未完全破壞前完成檢測。1823.1.6.特殊類型的滲透劑5.過濾性微粒滲透劑過濾性微粒滲透劑是一種固體染料微粒懸浮于液體溶劑中的懸浮液，固體染料微粒是比要檢測的裂紋的寬度還要大一點的微粒。當(dāng)滲透劑流進裂紋時，染料微粒不能流進裂紋，微粒就會聚集在開口的裂紋處，提供裂紋顯示的信息。微?？筛鶕?jù)實際需要進行選擇著色或熒光的。不需顯像劑。染料微粒必須適當(dāng)。1836.滲透劑的選擇原則（1）靈敏度滿足探傷要求；（2）滲透劑對被檢工件無腐蝕；（3）價格低，毒性小，易清洗；（4）化學(xué)穩(wěn)定性好，能長期使用；（5）使用安全，不易著火；1843.1.7滲透劑的性能鑒定（測試）方法1、外觀檢查外觀：清晰、透明、色澤鮮艷、無污染；光照下檢查：著色（白光照）：紅色鮮艷；熒光（黑光燈照）：黃綠色清晰；著色熒光：白光下紅色、橙色或紫色；黑光燈照射下黃綠色。1852.潤濕性能脫脂棉球沾少量滲透劑→涂在光潔鋁板表面→停留10分鐘→觀察：無收縮、無小泡，則潤濕狀態(tài)好。3.1.7滲透劑的性能鑒定（測試）方法1863.腐蝕性試驗1）中溫腐蝕試驗工藝放入50±1℃的恒溫水槽中，三小時后取出、清洗、干燥；觀察：不應(yīng)有失光、變色、腐蝕現(xiàn)象3.1.7滲透劑的性能鑒定（測試）方法1873.腐蝕性試驗2）鈦合金熱鹽應(yīng)力腐蝕性試驗①試樣制備②分別放入40%HNO3+3.5%HF中輕度腐蝕；③施加應(yīng)力：φ6mm螺栓固定④分別處理⑤流滴12小時⑥538±4℃烘箱內(nèi)烘4.5小時⑦觀察：a.在加應(yīng)力的情況下，觀察試樣是否有明顯的裂紋；b.當(dāng)用3.5%NaCl溶液浸涂的試塊無裂紋時，取下螺栓，在138±4℃溫度下NaOH的水溶液中浸泡30分鐘，隨后沖洗涂層表面，在40%HNO3+3.5%HF的水溶液中腐蝕試樣3～4分鐘，用10倍放大鏡觀察腐蝕面；c.對仍在夾具中的沒有浸涂試樣的看得見部分進行觀察，如果沒有觀察到裂紋，則應(yīng)用類似b的方法清洗、腐蝕和檢查，看