5滲透檢測(cè)5-1滲透檢測(cè)基本原理很早以前，人們就掌握了把水置于容器內(nèi)檢查容器是否有泄漏這類探傷技術(shù)。也有人利用工件表面鐵銹的來(lái)檢查缺陷，為在室外存放的鋼板，由于水分滲入裂紋、而形成氧化物，使裂紋處的鐵銹比鄰近區(qū)域要多。滲透檢測(cè)的基本原理就是在被檢材料或工件表面上浸涂滲透力比較強(qiáng)的液體，利用液體對(duì)微細(xì)孔隙的滲透作用，將液體滲入孔隙中。然后，用水和清洗液清洗材料或工件表面的剩余滲透液。最后再用顯示材料噴涂在被檢工件表面，借助毛細(xì)管的作用原理、將孔隙中的滲透液吸出來(lái)并加以顯示。滲透檢測(cè)具有以下特點(diǎn)

A)工作原理簡(jiǎn)單，對(duì)操作者的技術(shù)要求不高

B)應(yīng)用面廣，可用于多種材料的表面檢測(cè)，而且基本上不受工件形狀和尺寸的限制

C)顯示不受缺陷方向的限制，一次檢測(cè)可同時(shí)探測(cè)不同方向的表面缺陷；D)檢測(cè)用設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便特別是某些表面無(wú)損檢測(cè)方法難以工作的非鐵磁性金屬材料和非金屬材料工件。但對(duì)工件表面粗糙度有一定要求，因?yàn)楸砻孢^(guò)于粗糙及多孔的材料和工件上的剩余滲透液很難完全清除，以致使真假缺陷難以判斷。(1)滲透滲透檢測(cè)用的滲透劑絕大部分為液體，故必須研究滲透過(guò)程中的毛細(xì)管現(xiàn)象、清洗剩余滲透液過(guò)程中的乳化現(xiàn)象、顯象過(guò)程中的毛細(xì)吸附。滲透檢測(cè)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(qiáng)度將明顯影響發(fā)現(xiàn)缺陷的能力。液體的滲透力取決于液體的表面張力、液體與固體表面間的潤(rùn)濕角的大小、缺陷的形狀和大小以及滲透液的粘度等因素。液體的表面張力決定于液體的性質(zhì)，同一種液體，其表面張力大小與溫度有關(guān)。液體和固體表面間的潤(rùn)濕角，就是液固體間的界面與通過(guò)氣體、液體、固體交點(diǎn)，向液體表面所作切線之間的夾角(含液體部分)，如圖所示。當(dāng)液滴處于平衡時(shí)，則可見(jiàn)，F(xiàn)S-FSL=FL時(shí)，則cosθ=1，θ=0o，此時(shí)液體在固體界面上完全潤(rùn)濕當(dāng)FS-FSL<FL時(shí)，則0<cosθ<1，90o>θ>0o，液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度隨θ的增大而減小當(dāng)θ≥90o時(shí)，液體在固體表面潤(rùn)濕不良式中FL是液體表面張力，故潤(rùn)濕作用與液體的表面張力有關(guān)，表面張力愈小則cosθ愈大即潤(rùn)濕角θ減小，液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度增加?？梢圆捎迷谝后w中加入表面活性劑來(lái)降低表面張力，以達(dá)到提高潤(rùn)濕能力的效果。當(dāng)然液體在固體表面的潤(rùn)濕程度不僅與液體本身有關(guān)，而且與被潤(rùn)濕的固體表面性質(zhì)有關(guān)。若液體與毛細(xì)管壁之間接觸角θ小于90o，液體潤(rùn)濕管壁，管中液面為凹面，液體上升，如圖a如果θ=90o，不發(fā)生毛細(xì)上升或下降(圖b)。θ>90o，液體被壓低，不潤(rùn)濕，液面為凸面(圖c)在毛細(xì)上升的情況下，液體沿管手上升是靠凹面上表面張力的分布使緊靠彎液面下的靜壓力下降，毛細(xì)管外部自由表面上的大氣壓力通過(guò)液體傳遞而把毛細(xì)管內(nèi)的液體上升。圖中清楚地顯示出了引起液體在毛細(xì)管內(nèi)上升的幾種力的情況。如果毛細(xì)管是封閉的，有潤(rùn)濕力的液體在管內(nèi)仍然是會(huì)上升的。但由于被壓縮在封閉端中的空氣和蒸汽會(huì)產(chǎn)生附加壓力，所以液面的上升高度相對(duì)比較低。潤(rùn)濕液體在間隔距離很小的兩塊平行板之間也會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)觀象，液體表面的上升高度為式中d’-兩塊平行板之間的距離由此可見(jiàn)，在間距為d’的平行板之間，其潤(rùn)濕液體的上升高度恰為直徑為d的細(xì)管內(nèi)同樣液體上升高度的1/2實(shí)際檢測(cè)中，滲透液對(duì)材料或工件表面的滲透作用本質(zhì)上就是液體的毛細(xì)作用。對(duì)開(kāi)口于表面的點(diǎn)狀缺陷的滲透就相當(dāng)子滲透液在細(xì)管內(nèi)的毛細(xì)作用。對(duì)于表面條狀缺陷的滲透就相當(dāng)于滲透液在間距很小的兩塊平板間的毛細(xì)作用。毛細(xì)現(xiàn)象隨孔徑變窄而增強(qiáng)有兩個(gè)前提A)由附加壓強(qiáng)產(chǎn)生的毛細(xì)現(xiàn)象是一種連續(xù)介質(zhì)的流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象

B)孔隙內(nèi)固-氣、固-液、氣-液三個(gè)界面張力必須與孔隙寬度無(wú)關(guān)因此，當(dāng)固體窄間隙的寬度小于0.1μm時(shí)，毛細(xì)作用大大減弱。由于固體分子表面與液體的相互作用，液體流經(jīng)固體表面時(shí)存在著靜止不動(dòng)層，液體吸附在固體表面上，其厚度約為5×10-7cm，使液體滲透受到妨礙。可以認(rèn)為0.1μm是滲透檢測(cè)中滲透液的最小滲透寬度，是滲透檢測(cè)所能達(dá)到的最高靈敏度。滲透液的粘度大小對(duì)滲透能力影響不大，但對(duì)滲透速度有直接影響，粘度愈大、滲透速度愈、滲透時(shí)間愈長(zhǎng)。同時(shí)、粘度大的滲透液也將使工件或材料表面上剩余滲透液的清洗增加困難,所以非常粘的液體不宜用作滲透液。但粘度過(guò)小，則在清洗時(shí)容易把缺陷中的滲透液洗掉。因此，一般滲透液常用的粘度范范圍是(4～10)×10-7m2/s(38℃時(shí))。在水中加入一些乳化劑，清洗就比較容易，因?yàn)橛退g互不相溶，加入乳化劑后，乳化劑吸附在油水兩相界面上，親油基與油相連，從而防止了它們的相互排斥作用。表面活性劑具有乳化油水的作用，水中表面活性劑的濃度不必過(guò)大，在0.02～0.4%左右。在滲透檢測(cè)的除液清洗過(guò)程中，主要利用非離子型或陰離子型表面活性劑，這種表面活性劑又稱乳化劑，其中最常用的是水包油型乳化劑。在清洗被檢工件表面剩余滲透液的同時(shí)。如果連同已滲入缺陷內(nèi)的滲透液也被清洗，就會(huì)影響檢測(cè)缺陷的能力，降低檢測(cè)靈敏度和可靠性。因此，滲透液在缺陷中不致被清洗掉的能力愈強(qiáng)，則檢測(cè)靈敏度和可靠性愈高。這種能力稱為滲透液在缺陷中的殘留性能。當(dāng)實(shí)際檢測(cè)中用水清洗時(shí)，由于缺陷(特別是裂紋)的開(kāi)口處與水的接觸面有限，混合液含水量容易處在形成凝膠的范圍內(nèi)，封住了裂紋開(kāi)口處，使已滲入缺陷的滲透液不被水沖掉。而被檢工件表面上的剩余滲透液因接觸的水量大，因此，其粘度很小，很容易被水沖洗掉。在配制滲透液時(shí)，應(yīng)在其組成中適當(dāng)添加這些物質(zhì)，如煤油、汽油、二甲苯、二甲基萘等。當(dāng)然，在配制顯象液時(shí)應(yīng)與此相反，應(yīng)適當(dāng)添加破膠能力大的物質(zhì)，以使缺陷中的滲透液容易被顯象膜吸附出來(lái)并擴(kuò)展成象，常用的破膠物質(zhì)有丙酮、乙醇等。(3)顯象顯象過(guò)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(lái)似乎與前面講到的滲透濃滲入缺陷右矛盾。實(shí)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(huì)被吸到工件表面上來(lái)，利用的還是固體與液體間的附著力的作用，直至達(dá)到新的平衡。在平衡狀態(tài)下，表面滲透液中滲透液含量已足以被檢測(cè)到，但為了提高檢測(cè)的靈敏度，一般都要采用顯象劑。

顯象劑一般都是由白色粉末和一些容易揮發(fā)的溶劑所組成，白色粉末的顆粒度在幾個(gè)微米或更小的數(shù)量級(jí)范圍，例如0.25～0.70μm，它比缺陷縫隙的開(kāi)口寬度要小得多。當(dāng)這些粉末微粒覆蓋在缺陷縫隙上時(shí)，會(huì)形成非常細(xì)的無(wú)規(guī)則的毛細(xì)通道。已被顯象劑破膠的滲透液就會(huì)向粉末微?？p隙中滲透。這是因?yàn)橛擅?xì)觀象可知，毛細(xì)管的半徑愈小，則附加壓強(qiáng)愈大。因此，缺陷中的滲透液勢(shì)必會(huì)被顯象劑微粒充分吸附上來(lái)并加以擴(kuò)展，這樣，被檢工件表面上的微細(xì)缺陷得到放大顯示，使人眼容易看到。使用顯象劑的缺點(diǎn)是

A)由于滲透液在顯象劑中擴(kuò)展而放大顯示，必然引起分辨力的下降，