《滲透檢測》第1-3章第一頁，共118頁。滲透檢測發(fā)展簡史及現(xiàn)狀滲透檢測基礎知識表面無損檢測方法的比較第二頁，共118頁。1.1.1滲透檢測的定義和作用定義：滲透檢測是一種以毛細作用原理為基礎的檢查表面開口缺陷的無損檢測方法。它與射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測和渦流檢測一起，并稱為5種常規(guī)的無損檢測方法，是一門綜合性科學技術。無損檢測的定義和作用。滲透檢測的應用。由于滲透檢測的獨特優(yōu)點，其應用遍及現(xiàn)代工業(yè)的各個領域。國外研究表明：滲透檢測對表面點狀和線狀缺陷的檢出概率高于磁粉檢測，是一種最有效的表面檢查方法。第三頁，共118頁。1.1.2滲透檢測的發(fā)展簡史起源。滲透檢測始于本世紀初，是目視檢查以外最早應用的無損檢測方法。有效的表面檢查方法。1900年代：“油-白法”1940年代：有色染料、熒光染料加入滲透劑中，美國的“斯威策”。1941-熒光染料的應用，紫外線顯示，吸收劑應用。1950-煤油與滑油的混合物作為熒光液1990-飛點掃描、自動線第四頁，共118頁。1.1.3國外滲透檢測的現(xiàn)狀60年代后自動生產(chǎn)線開始出現(xiàn)閃爍熒光滲透法水基滲透液和水洗法技術的出現(xiàn)對氟、氯、硫的控制專職滲透劑公司的出現(xiàn)（Ardrox公司等）50年前代后美國推出軍方規(guī)范

MIL-I-6866《滲透檢測方法》MIL-I-25135《滲透檢測試驗材料》第五頁，共118頁。1.1.4我國滲透檢測技術的現(xiàn)狀50年代：煤油、滑油的使用60年代：熒光黃的采用70年代以后：熒光染料YJP-15出現(xiàn)自乳化型和后熔化型熒光液的生產(chǎn)第六頁，共118頁。工作原理檢測的分類操作基本步驟工作質量及體系優(yōu)缺點第七頁，共118頁。滲透檢測基本原理（P4，4步驟和原理相對應）

滲透劑在毛細作用下,滲入表面開口缺陷內;在去除工件表面多余的滲透劑后,通過顯象劑的毛細作用將缺陷內的滲透劑吸附到工件表面形成痕跡而顯示缺陷的存在,這種檢測方法稱為滲透檢測。滲透檢測的工作原理是什么？第八頁，共118頁。第九頁，共118頁。①根據(jù)滲透劑所含染料成分分類：

Ⅰ熒光滲透檢測

Ⅱ著色滲透檢測

Ⅲ熒光著色滲透檢測第十頁，共118頁。②根據(jù)滲透劑去除方法分類：

A：水洗型

B：親油型后乳化型

C：溶劑去除型

D：親水型后乳化型第十一頁，共118頁。③根據(jù)顯像劑類型的分類：

a干粉顯像劑

b水溶解顯像劑

c水懸浮顯像劑

d溶劑懸浮顯像劑

e自顯像另外，根據(jù)滲透檢測靈敏度的分類：很低級、低級、中級、高級、超高級第十二頁，共118頁。操作基本步驟①滲透：將一種含有染料的滲透液涂覆在工件表面上，在毛細作用下，滲透液滲人表面開口缺陷中去。②去除（清洗）：去除工件表面多余的滲透液。③顯像：再在工件表面涂上一層顯像劑，缺陷中的滲透液在毛細作用下重新被吸附到工件表面上來，從而形成放大的缺陷。④觀察：在黑光燈下（熒光法）或白光下（著色法）觀察缺陷顯示。第十三頁，共118頁。第十四頁，共118頁。滲透檢測體系包括人、機、料、法、環(huán)五個方面。滲透檢測的工作質量取決于滲透檢測體系的靈敏度、分辨力及可靠性。工藝程序設備檢定人員認證質量手冊第十五頁，共118頁。（1）可檢測各種材料：金屬、非金屬材料；（2）不受化學成份限制：磁性、非磁性材料；黑色、有色金屬；（3）不受工件結構限制：焊接、鍛造、軋制等加工方式；（4）不受缺陷開關、尺寸和方向限制。具有較高的靈敏度（可發(fā)現(xiàn)：0.1μm寬缺陷，P51）；顯示直觀、操作方便、檢測費用低。第十六頁，共118頁。（1）不適于檢查多孔性疏松材料制成的工件；（2）它只能檢出表面開口的缺陷；（3）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。（4）難以定量控制檢測操作質量，檢出結果受操作者的影響也較大。滲透檢測的優(yōu)點和局限性有哪些？第十七頁，共118頁。第十八頁，共118頁。探傷方法優(yōu)點缺點1.著色法只需白光下工作，不需電源

水洗型著色法適用于表面粗糙、不允許接觸油的零件，操作簡單、成本低。靈敏度低，不易發(fā)現(xiàn)細微缺陷。淺而寬的缺陷容易漏檢。后乳化型著色法適用于精密零件，靈敏度高。操作復雜。溶劑去除型著色法適用于大型零件的局部探傷，用噴灌，操作方便。成本高，不適用于大批量零件檢測。第十九頁，共118頁。探傷方法優(yōu)點缺點2.熒光法靈敏度高需要紫外燈在暗室觀察水洗型熒光法易水洗、速度快。適用于表面粗糙零件，成本低、亮度高。靈敏度低，易過洗，易污染。后乳化型熒光法亮度高、細微缺陷靈敏度高。能檢測淺而寬的缺陷。成本高、清洗困難。不適用于表面粗糙零件。溶劑去除型熒光法操作簡單，適用于大型零件的局部探傷和無水場合的探傷。易燃、易揮發(fā)。不適用于表面粗糙零件。第二十頁，共118頁。

滲透檢測磁粉檢測渦流檢測工作原理毛細管作用磁力作用電磁感應作用應用范圍探傷探傷探傷、測厚、材質分選檢測對象表面開口缺陷表面及近表面缺陷表面及表層缺陷檢測材料任何非多孔材料鐵磁性材料導電材料檢測制件鑄、焊、鍛、壓鑄、焊、鍛、壓、機加、管棒管、線材檢測速度較慢快最快第二十一頁，共118頁。

滲透檢測磁粉檢測渦流檢測檢測缺陷類別裂紋裂紋、發(fā)紋、夾渣裂紋、材質、厚度缺陷顯示直觀直觀不直觀缺陷顯示方式滲透液、顯象劑痕跡磁粉痕跡電平變化缺陷顯示器材滲透液、顯象劑磁粉電壓表、示波器檢測靈敏度高高較低污染高高低第二十二頁，共118頁。分子論表面張力與表面張力系數(shù)潤濕現(xiàn)象毛細現(xiàn)象吸附現(xiàn)象溶解現(xiàn)象表面活性和表面活性劑第二十三頁，共118頁。2.1.1分子運動論運用分子運動和分子的相互作用來論述物質某些性質的理論叫分子運動論。1.物質的構成：物質是由分子構成的。分子的大?。褐睆綖?0-10m，水：4×10-10m。分子的質量：每種分子不同。水：3×10-26千克。物質的量的單位：摩爾。1摩爾含6.02×1023個（分子）。2.分子的運動狀態(tài)：與溫度有關的無規(guī)則運動，熱運動本質上和機械運動不同。3.分子間的相互作用力：引力：拉伸物體時表現(xiàn)斥力：壓縮物體時表現(xiàn)分子力與分子間的距離有關,物質分子具有動能，相鄰分子之間還存在相互作用的吸引力當分子的距離超過他們分子直徑的10倍以上時，相互作用力變得十分微弱，可以近似地認為等于零。作用力能達到的最大距離叫做分子作用半徑。第二十四頁，共118頁。分子勢能與分子距離的關系1.分子距離在平衡距離處分子勢能最?。?.分子距離在大于平衡距離和小于平衡距離時其分子勢能將增大；3.分子距離在小于平衡距離時,斥力大于引力,分子勢能表現(xiàn)為斥力,最大值在零距離處；4.分子距離在大于平衡距離時,引力大于斥力,分子勢能表現(xiàn)為引力,最大值在無窮遠處；5.分子距離在無窮遠處引力和斥力都為零,引力引起的勢能最大；6.分子距離在無窮近處引力和斥力最大,斥力引起的勢能最大.第二十五頁，共118頁。2.1.2最小能量理論1.分子動能1/2mv2∵V不同，∴動能也不同平均動能：分子動能的平均值稱為“平均動能”，溫度是分子平均動能的標志。2.分子勢能相對位置決定勢能。勢能與分子間距r0有關分子力與分子間距的關系:距離變小，合力表現(xiàn)為斥力；距離變大，合力表現(xiàn)為引力。分子距離在小于平衡距離時，斥力大于引力，分子勢能表現(xiàn)為斥力，最大值在零距離處。分子距離在大于平衡距離時，引力大于斥力，分子勢能表現(xiàn)為引力，最大值在無窮遠處。分子勢能與分子間距的關系:距離變小，勢能增加；距離變大，勢能減弱。分子距離在平衡距離處分子勢能最小，大于和小于平衡距離處分子勢能將增大；分子距離在無窮遠處引力和斥力都為零，引力引起的勢能最大。分子距離在無窮近處引力和斥力最大，斥力引起的勢能最大。分子勢能的數(shù)值與零勢能參考點的選取有關，通常選無限遠處為零勢能參考點，r=r0時分子勢能為負值。第二十六頁，共118頁。

3.物體的內能=動能+勢能內能是變量，隨著分子運動狀態(tài)的改變而改變,分子力、勢能與分子間距離的關系自然界各物體都有使其能量最小，從而使各系統(tǒng)變得最穩(wěn)定的趨勢，這就是最小能量理論。第二十七頁，共118頁。2.1.3自然界的三種物質形態(tài)1.物質的三態(tài)氣態(tài)：氣體分子間的平均距離較大，分子間的相互吸引力小，分子的動能足以克服分子之間的引力，所以，氣體分子能向各個方向擴散并充滿整個容積，氣體沒有一定的形狀和體積。固態(tài)：固體分子的平均距離小，分子間的引力很大，所以它們只能在平衡位置附近振動，因此，固體有一定的形狀和體積，分子不易擴散。液態(tài)：液體分子間的平均距離比氣體小，但比固體大，分子的動能不足以克服分子之間的引力，因此，液體有一定的體積，但沒有一定的形狀。第二十八頁，共118頁。2.1.3自然界的三種物質形態(tài)2.界面：“態(tài)”又稱為“相”，三態(tài)又可稱為三相。物質相與相之間的分界面稱為界面。界面上有作用力。任何與氣相接觸的“界面”都稱為“表面”。但在習慣上“界面”與“表面”并不嚴格區(qū)分。第二十九頁，共118頁。2.1.3自然界的三種物質形態(tài)3.某些界面現(xiàn)象：固-氣：氣體吸附；剛體分解成固-氣；固-液：電解液中的電極與電解液；潤濕；固-固：金屬與陶瓷；液-氣：蒸發(fā)；液-液：乳狀液；水包油；油包水；注意：二相界面層，分子受力不對稱。液態(tài)：液體分子間的平均距離比氣體小，但比固體大，分子的動能不足以克服分子之間的引力，因此，液體有一定的體積，但沒有一定的形狀。第三十頁，共118頁。2.2.1表面張力與表面張力系數(shù)概念液體的表面是一般是平的，但少量液體并非如此，如相對上的小水滴，玻璃板上的水銀滴都是球形，這表明液體表面有收縮到最小的趨勢，這是液體表面的基本特性。

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。表面張力試驗。第三十一頁，共118頁。第三十二頁，共118頁。2.2.1表面張力（表面張力系數(shù)）4.表面張力的數(shù)學表達從物理學上可知，表面張力f可按下式計算：

f=αL鉑絲試驗式中：L—液面邊界線長度；

α—表面張力系數(shù)。表面張力系數(shù)α可定義為任一單位長度上的表面張力。它的作用方向與液體表面相切。它是液體的基本物理性質之一。通常以牛頓／米（N／m）或毫牛頓／米（mN／m）為單位。第三十三頁，共118頁。2.2.1表面張力（表面張力系數(shù)）表面張力的屬性一般而言，表面張力系數(shù)與液體的種類和溫度有關。一定成分的液體，在一定的溫度和壓力下有一定的α值，不同液體α值不同；同一液體，表面張力系數(shù)α值隨溫度上升而下降；少數(shù)金屬熔融液體的表面張力系數(shù)隨溫度的上升而增高；容易揮發(fā)的液體比不易揮發(fā)的液體表面張力系數(shù)更??；含有雜質的液體比純凈的液體的表面張力系數(shù)要小。第三十四頁，共118頁。2.2.2表面張力的產(chǎn)生機理

綜上所述，每一個到液體表面的距離小于分子作用半徑r的分子，都受到一個指向液體內部的力的作用，而這些分子組成的表面層，即由表面分子及近表面分子組成的液體表面層，都受到垂直于液面而且指向液體內部的力的作用。這種作用力就是液體表面層對整個液體施加的壓力，其實質是液體分子間的作用力。液體表面越小，受到這種力作用的分子數(shù)目越少，系統(tǒng)的能量相應越低，系統(tǒng)就越穩(wěn)定。于是液體表面有自行收縮的趨勢。第三十五頁，共118頁。2.2.2表面張力的產(chǎn)生機理

液體分子作用間的作用力液體表面層分子和內部分子互相作用示意圖間圖2-1。

圖2-1液體表面層和內部分子的互相作用第三十六頁，共118頁。2.2.2表面張力的產(chǎn)生機理1.液體的表面層液體表面分子受力狀態(tài)的進一步分析:當液面受拉力作用使其面積擴大時,表面層分子分布稀疏,分子間距離r大于r0,故分子相互間存在吸引力,使分子間距趨于平衡，面積恢復到正常狀態(tài)，此時表面具有收縮趨勢。分析結論：當液體表面積增加時，該表面產(chǎn)生收縮趨勢，使表面積收縮到平衡狀態(tài)（最小面積），使其收縮的力稱為表面張力。2.液體表面層對液體整體施加的壓力表面張力：沿表面切線方向垂直作用于任意長度分界線，使液面緊縮的作用力稱為表面張力。表面張力系數(shù)定義：沿表面切線方向垂直作用于任意單位長度分界線，使液面緊縮的作用力稱為表面張力系數(shù)。表面層上單位面積所受的分子合作用力稱為分子壓強。分子壓強的本質：就是液體內部分子對表面層分子的吸引力（即內聚力）。分子壓強的作用：使液體表面有自由收縮使其表面積減?。ㄊ湛s到最小表面）的趨勢（肥皂泡試驗）。液面所受的作用力：就是表面張力。第三十七頁，共118頁。第三十八頁，共118頁。2.2.2表面張力的產(chǎn)生機理處于液體表面的分子受到一種垂直指向液體內部的壓力，液體表面越小，則受到這種壓力的分子數(shù)目就越小，系統(tǒng)的能量相應就越低，于是液體表面有自行收縮的趨勢；另外，處于液體表面的分子，分布比較稀疏，表面分子間存在互相吸引的力。這樣，就使得液體表面能夠實現(xiàn)自行收縮。這些就是液體表面張力產(chǎn)生的機理。因此，液體分子間的互相作用力是表面張力產(chǎn)生的根本原因。

一是指向內部的壓力使液體表面自行收縮，二是表面分子間相互吸引的力。P14第三十九頁，共118頁。2.2.3表面過剩自由能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部分子的自由能的差值。表面張力系數(shù)是單位液體表面的過剩自由能，常稱為表面過剩自由能，它是將液體表面擴大（縮小）單位面積，表面張力所作的功，這就是表面張力系數(shù)的物理意義。（III級掌握）第四十頁，共118頁。2.2.4界面張力與界面能正如液體的自由表面具有表面張力與表面能一樣，液－－液界面與液－－固界面等兩相之間的界面也有類似的界面張力與界面能。對于界面而言，兩相之間的化學性質越接近，它們之間的界面張力就越?。唤缑鎻埩χ悼偸切∮趦上喔髯缘谋砻鎻埩χ?，這是因為兩相之間總會有某些吸附力。同液體的表面張力一樣，界面張力也有使其界面自發(fā)減少的趨勢。第四十一頁，共118頁。2.3.1潤濕（或不潤濕）現(xiàn)象液體在固體表面不呈球形，且能覆蓋固體表面，此現(xiàn)象稱潤濕現(xiàn)象，表明液體能潤濕這種固體。液體在固體表面呈球形，不能覆蓋固體表面，此現(xiàn)象稱為不潤濕現(xiàn)象，表明液體不能潤濕這種固體。能增強水或水溶液取代固體表面空氣的物質稱為潤濕劑。表面上一種液體被另一種流體所取代的過程就是潤濕。如圖所示，將一滴液體灑在固體的平面上，可有三種界面：即液-氣、固-氣、固-液界面。與三種界面一一對應，存在三種界面張力。也就是液-氣界面上的液體表面張力，它使液滴表面收縮，用rL表示。固-氣界面上存在固體與氣體的界面張力，它力圖使液滴表面鋪開用rS表示。固-液界面上存在固體與液體的界面張力，它也力圖使液滴表面收縮，用rSL表示。在液-固界面與界面處液體表面的切線所夾的角，稱為接觸角，用θ表示。第四十二頁，共118頁。第四十三頁，共118頁。第四十四頁，共118頁。2.3.2潤濕方程和接觸角1.定義：當液滴停留在固體平面并處于平衡狀態(tài)時，三種界面張力相平衡，各界面張力與接觸角以關系是：

rs-rsl=rlcosθ

此式是潤濕的基本公式，常稱為潤濕方程。接觸角θ可用于表示液體的潤濕性能，即可用于判定潤濕以何種方式進行。

rs

：固體與氣體的界面張力

rsl

：固體與液體的界面張力

rl

：液體的表面張力

θ：接觸角畫圖寫出潤濕方程并標明各參數(shù)的意義第四十五頁，共118頁。2.3.3潤濕的三種方式和四個等級三種方式：沾濕潤濕、浸濕潤濕、鋪展?jié)櫇?。四個等級：

①rs-rsl＞01＞cosθ＞0θ＜90°潤濕

②rs-rsl＜0cosθ＜0θ＞90°不潤濕

③rs-rsl=rlcosθ=1θ=0°完全潤濕

④rs-rsl=-rlcosθ=-1θ=180°完全不潤濕

⑤rs-rsl＞rlcosθ＞1數(shù)學上不成立即潤濕方程適用范圍：rs-rsl-rl≤0第四十六頁，共118頁。三、潤濕的三種方式和四個等級

沾濕潤濕、浸濕潤濕、鋪展?jié)櫇癞敠取?80o時，發(fā)生沾濕潤濕；當θ≤90o，發(fā)生浸濕潤濕；當θ≤0o

，發(fā)生鋪展?jié)櫇瘛?/p>

當接觸角θ為0o，即cosθ＝1時，液滴在固體表面接近于薄膜的形態(tài)，此情況稱為完全潤濕。當接觸角θ在0o和90o之間，即0<cosθ<1

時，液滴在固體表面上成為小于半球形的球冠，這種情況稱為潤濕。當接觸角θ在90o和180o之間，即－1<cosθ<0時，液滴在固體表面上成為大于半球形的球冠，這種情況稱為不潤濕。當接觸角θ為180o，即cosθ＝－1

時，液滴在固體表面上成為球形，它與固體之間僅有一個接觸點，這種情況稱為完全不潤濕。第四十七頁，共118頁。第四十八頁，共118頁。第四十九頁，共118頁。

同一種液體，對不同的固體而言，它可能是潤濕的，也可能是不潤濕的。在液體中加入表面活性劑，則液體的表面張力變小，接觸角變小，潤濕性能提高。

表面粗糙對接觸角的影響。滲透檢測中，滲透劑對工件表面的良好潤濕是進行滲透檢測的先決條件。此外，要潤濕顯像劑。潤濕現(xiàn)象所反映的潤濕性能綜合反映了液體的表面張力和接觸角兩種物理性能指標。潤濕性能好的滲透劑具有很小的接觸角。第五十頁，共118頁。3.控制潤濕的方法：改變表面張力，即添加合適的表面活性劑。例如：雨布：涂布非潤濕劑，使其對水不潤濕；滲透劑：增強其對固體的潤濕作用。第五十一頁，共118頁。2.3.4潤濕（或不潤濕）現(xiàn)象的產(chǎn)生機理潤濕（或不潤濕）現(xiàn)象的產(chǎn)生，是分子作用力的結果。1.液體-固體接觸時，在界面上形成附著層；2.附著層內分子作用力不同，產(chǎn)生潤濕或不潤濕現(xiàn)象。如果：f固＞f液液體分子密，相互排斥而鋪開，呈潤濕狀態(tài)如果：f液＞f固液體分子產(chǎn)生收縮力，減少了與固體的接觸面，呈不潤濕狀態(tài)第五十二頁，共118頁。2.4.1毛細現(xiàn)象如果把內徑小于1mm的玻璃管（稱毛細管），插入盛有水的容器中，由于水能潤濕管壁，水會沿著管內壁上升，水呈凹面，玻璃管內的液面高出容器的液面，管子的內徑越小，它里面上升的水面也越高。如毛細管插在裝有水銀的容器中，由于水銀不能潤濕管壁，所以水銀面呈凸面，并低于容器中的液面。潤濕液體在毛細管中呈凹面并上升，不潤濕液體在毛細管中呈凸面并下降的現(xiàn)象稱為毛細現(xiàn)象。能夠產(chǎn)生毛細現(xiàn)象的管子叫做毛細管。毛細現(xiàn)象并不局限于一般意義上的毛細管，例如兩平行板間的夾縫，各種各樣的棒、纖維、顆粒堆積物的空隙都是特殊形式的毛細管。毛細現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：彎曲液面的附加壓力。第五十三頁，共118頁。第五十四頁，共118頁。2.4.2彎曲液面的附加壓強①吹泡試驗：吹氣氣泡逐漸變大試驗過程：吹氣后堵住管口保持內部大氣壓力（氣泡穩(wěn)定）管口放開管內氣壓減弱（氣泡縮小，漸成液滴）。試驗說明：㈠氣泡內的壓力＞泡外的壓力時，氣泡穩(wěn)定㈡氣泡內的壓力（只有大氣壓）＝泡外的壓力時（只有大氣壓），氣泡收縮成液滴，收縮的原因是氣泡液面上有一個附加的壓力。

②彎曲液面下的附加壓力附加壓力（PS）只存在于彎曲液面表面張力越大，曲率半徑越小，附加壓強越大。附加壓力形成的原因：表面張力第五十五頁，共118頁。第五十六頁，共118頁。2.4.2彎曲液面的附加壓強附加壓力的變化規(guī)律1.三通氣泡試驗：分別將三通二端的氣泡吹大（一大一?。┓艢?，使使三通連通?，F(xiàn)象：小泡愈來愈小大泡愈來愈大原因：小泡的附加壓力比大泡的附加壓力大2.變化規(guī)律

①在一定溫度下，同種液體附加壓力隨曲率增大（曲率半徑減?。┒龃螅?/p>

②附加壓力的理論計算：

PS=α（1/r1+1/r2）

討論：

①液面是球面時，r1=r2PS=2α/r②液面是園柱面時，r2---∝r1=RPS=α/R第五十七頁，共118頁。第五十八頁，共118頁。2.4.3毛細現(xiàn)象中的液面高度1.毛細管內液面高度毛細管中受力狀態(tài)的分析:如圖，毛細管插在潤濕的液體中，由于潤濕作用，靠內壁的液面上升而形成凹面，從而擴大液體的表面，在彎曲面表面張力的作用下，液體表面向收縮而形成平面，隨后，潤濕又起主導作用，重新形成凹面，而表面張力又使其收縮成平面，如此循環(huán)，使毛細管內的液面逐漸上升，直至表面張力沿管壁方向的上升分力與管內液體重量相等時，達到平衡，液面不再升高。第五十九頁，共118頁。2.4.3毛細現(xiàn)象中的液面高度1.毛細管中上升高度的計算毛細管中使液體上升的力F上可用下式表示。

F上＝α2πrcosθ

式中：α——液體表面張力系數(shù)；θ——接觸角；r——毛細管內壁半徑。毛細管中使液體下降的力F下可用下式表示：

F下＝πr2ρgH

式中：ρ——液體的密度；g——重力加速度；H——液體在管內的上升高度。當毛細管內液面停止上升，處于平衡狀態(tài)時，F(xiàn)上=F下，可得：α2πrcosθ=πr2ρgH

液體在毛細管中上升的高度，可用以下公式計算：

H=2α（cosθ/rρg）第六十頁，共118頁。第六十一頁，共118頁。2.4.3毛細現(xiàn)象中的液面高度2.平行板間的潤濕液體上升高度的計算∵

d為板間距離,R為液面半徑,θ為液面切線夾角∴d/2=Rcosθ液面是園柱面時PS=

2αcosθ/d當附加壓力與水柱重量平衡時,液體不再上升即:PS=2αcosθ/d=ρghh=2αcosθ/dρg（0405模擬）如果有一個直徑為d的毛細管,在同種液體中的上升高度:H=2αcosθ/rρg=2h（∵r=d/2）毛細管內液體的上升高度和哪些因素有關？（III級）第六十二頁，共118頁。第六十三頁，共118頁。2.4.3毛細現(xiàn)象中的液面高度

3.缺陷內液面高度滲透過程中，滲透液對受檢表面開口缺陷的滲透作用；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等，實質上都是液體的毛細作用。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。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檢測時滲透液滲入裂紋的毛細現(xiàn)象。裂紋模型如圖2-7，為開口于零件表面的裂紋，但不穿透。當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表面，裂紋內將形成向液體內凹陷的彎曲液面，并在彎曲凹面上產(chǎn)生指向液體外部（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透液向裂紋內滲透的同時，就壓縮裂紋內已被滲透液封閉的氣體。隨著滲透液的不斷滲透，裂紋內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，就必須將裂紋內氣體完全排除。（采取一定的措施）第六十四頁，共118頁。第六十五頁，共118頁。2.4.3毛細現(xiàn)象中的液面高度缺陷內液面高度計算實例1.（表面張力計算）已知毛細管的半徑為0.055cm,某滲透液在20℃時的密度為0.8771g/cm3,該液體在毛細管中上升高度為1.201cm,彎液面為半球形，試求該滲透液液體的表面張力系數(shù)為多少？解：根據(jù)題意可用

h=2α（cosθ/rρg）計算考慮在毛細管中液體是全潤濕的，所以cosθ=1。則：

α=rρgh/2=0.055×0.871×980×1.201/2=28.39（mN/m）計算實例2.（計算上升高度）在完全潤濕的情況下，毛細管的半徑為0.1mm，水的α=72（mN/m），密度為103kg/m3，求液體在毛細管中上升高度？解：按：h=2α（cosθ/rρg）計算（注意單位）

cosθ=1，h=2×72×10-3/1×10-4×103×9.8=0.147（m）第六十六頁，共118頁。滲透液在非貫穿性缺陷中的滲入高度的計算實際檢測中，工件中的貫穿性缺陷是不常見的，非貫穿性的缺陷一端是封閉的，滲透液滲入缺陷后，缺陷內的空氣和滲透液產(chǎn)生的氣體被壓縮將產(chǎn)生反向的壓力，使液面的上升高度受到限制；而且缺陷也并非圓形，它具有長度、寬度和深度，這都影響滲透液在缺陷中的滲入高度，如圖所示。滲透液在非貫穿性缺陷中的滲入高度h’可根據(jù)附加壓力Ps、大氣壓P0、被壓縮氣體Pk的反壓力之間的平衡關系計算：

Ps+P0=Pk滲透液在非貫穿性缺陷中的滲入高度的計算根據(jù)玻意爾-馬略特定律，整理：當L＞＞d時，

h’=2H/〔2+dP0/αcosθ〕第六十七頁，共118頁。2.4.4毛細現(xiàn)象的產(chǎn)生機理毛細現(xiàn)象的產(chǎn)生是由表面層和附著層的特殊情況決定的，是附著層的收縮力或推斥力與表面張力共同作用的結果。第六十八頁，共118頁。2.4.5滲透檢測中的毛細現(xiàn)象

1滲透與毛細作用

2顯像與毛細作用第六十九頁，共118頁。2.5.1固體表面（固-液界面和固-氣界面）的吸附1.概念：二種物質的混合物澄清后形成的一相物質遷移到界面并富集于界面的現(xiàn)象稱為固體表面的吸附現(xiàn)象。2.吸附劑和吸附質吸附劑：起吸附作用的固體稱吸附劑吸附質：被吸附的液體或氣體中的某種成分稱為吸附質第七十頁，共118頁。2.5.1固體表面（固-液界面和固-氣界面）的吸附3.例：白土＋煤油白土能夠吸附煤油中的棕黃色物質白土－－吸附劑；棕黃色物質－－吸附質顯象劑＋滲透液顯象劑能夠吸附缺陷中的滲透液顯象劑－－吸附劑滲透液－－吸附質第七十一頁，共118頁。2.5.2液體表面（液-液界面和液-氣界面）的吸附1.概念：一種液體與另一種液體（或氣體）接觸時，能夠將被接觸的液體或氣體中的某些成分吸附到該液體表面的現(xiàn)象稱為液體表面的吸附現(xiàn)象。2.例：水-油界面+表面活性劑,降低水-油界面的界面張力;第七十二頁，共118頁。第七十三頁，共118頁。2.5.3物理吸附與化學吸附物理吸附：多發(fā)生在低溫下，隨著溫度的升高，吸附量下降。其特點是，吸附熱小，吸附速度快，作用力很小，沒有選擇性?；瘜W吸附：化學吸附釋放出的熱量比物理吸附時的大得多，在大多數(shù)情況下，隨溫度升高，其吸附速度顯著增加。只有在高溫下才能建立平衡，有選擇性，對吸附劑的性質特別敏感。第七十四頁，共118頁。2.5.4吸附機理（兩親分子的存在）固體表面的吸附由于表面活性劑具有“‘兩親”分子的特殊結構，使它具有自溶液中“逃離”的趨勢，故容易吸附并富集于溶液的表面，且形成定向的排列，非極性的親油基朝外，如圖所示。當表面活性劑分子在溶液表面的吸附近于飽和時，水的極性表面在很大程度上已被“兩親”分子所覆蓋，于形成一層由碳氫鏈形成的表面層，這就大大地改變了表面的性質，與產(chǎn)生潤濕、乳化、消泡及洗滌等作用都有極大的關系。例如水不能潤濕石臘，但在水中加入適當?shù)谋砻婊钚詣┮院螅湍軡櫇袷D。又如使用活性劑，就可以使本來不相溶混的油和水溶混在一起，形成穩(wěn)定的乳狀液。第七十五頁，共118頁。2.5.5滲透檢測中的吸附現(xiàn)象1.乳化過程中的吸附:滲透液+乳化劑，便于清洗2.滲透過程中的吸附:工件吸附滲透劑3.顯象過程中的吸附:顯象劑吸附滲透液第七十六頁，共118頁。2.6.1溶解現(xiàn)象及溶解度1．在一定溫度下，溶液中的溶質達到飽和狀態(tài)時，溶質的含量稱為溶解度；2．液中染料的溶解度愈高，發(fā)光強度愈高，對探傷愈有利。第七十七頁，共118頁。2.6.2滲透劑的濃度1．概念：溶質在溶液中的含量，稱為溶質的濃度；2．在溶解度的范圍內，溶質濃度的變化引起溶液性能的變化。3．濃度的表示方法：①百分比濃度（％）=溶質（染料）的質量（克）/溶液（染料+溶劑）的質量（克）×100（％）②摩爾濃度（M）=溶質（染料）的量（摩爾）/溶液的體積（升）*摩爾是表示物質的量的一個單位，一摩爾表示

6.02×1023個微粒（通常為分子），如：一摩爾苯含有6.02×1023個苯分子。第七十八頁，共118頁。2.6.2滲透劑的濃度某種物質的量用摩爾表示時，可用下式計算：物質的量（摩爾）=物質的質量（克）/物質的摩爾質量（克/摩爾）一摩爾任何分子的摩爾質量，單位為克數(shù)值等于該分子的分子量例：一摩爾水應為18克，摩爾質量為18克/摩爾則180克水恰好為180/18=10摩爾

5摩爾水為90克。第七十九頁，共118頁。2.6.3相似相溶經(jīng)驗法則1.溶液的構成：溶質+溶劑=溶液（染料）+（煤油、苯、二甲苯）=著色（熒光）滲透液2.相似相溶原理

①化學結構相似，相互容易溶解：蘇丹紅、燭紅；

②極性相似的物質，相互容易溶解：水和乙醇。第八十頁，共118頁。2.6.4滲透檢測與溶解度、濃度著色（熒光）強度1．概念：從缺陷中被吸附出來的著色（熒光）滲透液，在顯象時所具有的發(fā)光強度。2．影響著色（熒光）強度的因素：

①滲透液中染料的種類；

②滲透液中染料的溶解度。第八十一頁，共118頁。2.6.4滲透檢測與溶解度、濃度著色（熒光）強度1．消光值（K）度量法

①概念：光線通過某溶液時被吸收的程度，與溶質的濃度和液層厚度的乘積成正比，可用下式計算：

K=lg（I0/IL）=αcL

式中I0：入射光強度；IL：光穿透滲透液層L后的強度；C：滲透液濃度；

L：滲透液層厚度；α：比例常數(shù)②規(guī)律：K大，著色（熒光）強度愈大，缺陷顯示愈清晰。第八十二頁，共118頁。2.6.4滲透檢測與溶解度、濃度熒光發(fā)光效率

1.概念：熒光染料吸收紫外線后轉換成可見熒光強度與紫外強度之比，稱為熒光發(fā)光效率，記為If/I02.計算If/I0=φ（1-e-kcx）c-染料含量k-消光值x-液層厚度3.發(fā)光效率與各參數(shù)之間的關系由式可知：k、c、x值增大時，發(fā)光效率提高即熒光增大。但X值增加到一定厚度時，由于自熄作用，熒光強度不再增加。第八十三頁，共118頁。2.6.4滲透檢測與溶解度、濃度臨界厚度度量法①臨界厚度概念：著色（熒光）強度隨吸附厚度而變化，達到一定厚度時開始發(fā)光，并隨厚度增加而增加。當達到某一值時，再增加其厚度，其強度不再增加，開始發(fā)光的厚度稱為臨界厚度；

②規(guī)律：臨界厚度愈小，著色（熒光）強度就愈大，愈有利于缺陷的顯示。第八十四頁，共118頁。第八十五頁，共118頁。2.7.1表面活性與表面活性劑的定義1.溶質濃度與溶液表面張力的關系把不同的物質溶于水中，會使表面張力發(fā)生變化，其濃度與表面張力的關系如圖所示。曲線1表示：在濃度較稀時，表面張力隨濃度的增加而急劇下降，但降至一定程度后（此時溶液的濃度仍然很低），下降減慢或不再下降，有的溶液還會出現(xiàn)表面張力最低值的·情況（如圖中下墜曲線所示）。肥皂、洗滌劑等物質的水溶液就具有這樣的特性。曲線2表示：表面張力隨溶液濃度的增加而下降，如乙醇、醋酸等物質的水溶液曲線3表示：表面張力隨溶液濃度的增加而緩慢上升，如氯化鈉，硝酸等物質的水溶液。2.概念：使溶液的表面張力降低的性質稱為表面活性。表面活性劑是隨其濃度增加可使溶劑表面張力下降比較急劇的表面活性物質。第八十六頁，共118頁。第八十七頁，共118頁。2.7.2表面活性劑的種類、結構特點及H.L.B值1表面活性劑的種類表面活性劑溶于水時，凡能電離生成離子的叫離子型表面活性劑；凡不能電離生成離子的稱為非離子型表面活性劑。第八十八頁，共118頁。2.7.2表面活性劑的種類、結構特點及H.L.B值由于非離子型表面活性劑在水溶液中不電離，所以穩(wěn)定性高，不易受強電解質的無機鹽所影響，也不易受酸和堿的影響，與其他類型的表面活性劑的相溶性好，能很好地混合使用，在水和有機溶劑中，均具有較好的溶解性能，所以，滲透檢測中，通常采用非離子型的表面活性劑。第八十九頁，共118頁。2.7.2表面活性劑的種類、結構特點及H.L.B值不論何種類型的表面活性劑，表面活性劑分子一般總是由非極性的親油疏水的碳氫鏈部分和極性的親水疏油的基團共同構成的，而且兩部分分處兩端，形成不對稱的結構。表面活性劑分子是一種兩親分子，具有親油和親水的兩親性質。這種兩親分子既能吸附在油水的界面上，降低油水界面的張力，又能吸附在水溶液的表面上，降低水溶液的表面張力，從而使不混合在一起的油和水變得可以互相混合。第九十頁，共118頁。2.7.2表面活性劑的種類、結構特點及H.L.B值表面活性劑的親水性用親憎平衡值（H.L.B）來表示。非離子型表面活性劑的H.L.B值可以用下式計算：親水基部分的分子量100H.L.B=-----------------------×------

表面活性劑的分子量5第九十一頁，共118頁。2.7.3表面活性劑的作用例：辛基酚聚氧乙稀的HLB，其分子結構：-C-C-C-C-C-C-C-C-（H11C6H10）--（OCH2CH2）10-OH

親油基親水基親水基部分的分子量：20C+41H+11O=20×12+41×1+11×16=457親油基部分的分子量：14C+21H=14×12+21×1=189總的分子量：457+189=646457100因此：H.L.B=------×------=14.16465表面活性劑的H.L.B值和其作用的大概關系如圖所示，從圖可知：表面活性劑具有潤濕、洗滌、乳化、增溶、消泡等作用。從圖中還可以看出：H.L.B值越高，親水性愈好；H.L.B值越低，親油性愈好。表面活性劑的H.L.B的估計值見書表2---4。第九十二頁，共118頁。2.7.4乳化作用1.概念：一種或幾種物質分散存在于另一種物質之中，所形成的物質體系稱為分散體系。被分散物質：稱為分散相、內相、不連續(xù)相分散物質：稱為分散介質2.分散程度：分散相在分散介質內的分散程度取決于分散相的尺寸，分散相尺寸愈小，分散程度愈高。第九十三頁，共118頁。2.7.4乳化作用1.乳化現(xiàn)象和乳化劑由于表面活性劑的作用使用本來不能混合到一塊的兩種液體能夠混合在一起的現(xiàn)象稱乳化現(xiàn)象。例：油和水不相溶，加入某種物質后油珠能很好的分散在水中即乳化現(xiàn)象。2.乳狀液概念：一種液體以細小的液珠形式穩(wěn)定地分散在另一種與它互不相溶的液體之中所形成的膠體分散體系，稱為乳狀液。類型：內相、不連續(xù)相、分散相/外相、連續(xù)相、分散介質分散相大?。?0-5～10-3

水包油型（O/W型）：油分散在水中，如牛奶油包水型（W/型O）：水分散在油中，如含水的原油第九十四頁，共118頁。2.7.4乳化作用乳狀液的不穩(wěn)定性：由于油和水接觸界面很大，所以其表面很高而形成不穩(wěn)定狀態(tài)，相互碰撞、自動凝聚而減少其界面使油水分層。使乳狀液穩(wěn)定的辦法：克服分散相液珠的碰撞集聚，加入乳化劑。3.乳化劑：概念：具有乳化作用的物質稱為乳化劑。乳化劑材料：表面活性劑（肥皂、洗滌劑等）具有親水性的大分子化合物（明膠、蛋白質、樹脂等）第九十五頁，共118頁。第九十六頁，共118頁。2.7.4乳化作用4.乳化方法：將少量乳化劑加入到兩種互不相溶的液體之中，經(jīng)劇烈攪拌或超聲振蕩便成乳狀液。判斷乳狀液類型的辦法：在顯微鏡下滴一滴“水”或“油”滴“水”：若水與分散介質混合，則是O/W型。滴“油”：若油與分散介質混合，則是W/O型。5.乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生機理（00）降低水油界面張力分散相（油）液滴周圍產(chǎn)生保護膜6.滲透檢測中的乳化現(xiàn)象后乳化型滲透液+水包油（O/W）型乳化劑：乳化后，滲透液液滴被水包圍，可與水一起沖走達到清洗目的。第九十七頁，共118頁。第九十八頁，共118頁。2.7.5表面活性劑在溶液中的作用1表面活性劑的內部性質（膠團形成）2表面活性劑的表面性質（吸附）什么叫凝膠區(qū)？如何利用表面活性劑的凝膠現(xiàn)象提高滲透檢測的靈敏度？（III級）第九十九頁，共118頁。第一百頁，共118頁。第一百零一頁，共118頁。第一百零二頁，共118頁。光的本性發(fā)光及光致發(fā)光光度學對比度和可見度缺陷顯示及裂紋檢出能力第一百零三頁，共118頁。3.1.1光是一種電磁波-波動性可見光是電磁波中的一個特定波段（380-760nm）圖3-1排列順序原子能級躍遷的結果3.1.2光子說-粒子性光是具有質量、能量和動量的粒子所組成的粒子流。量子理論E=hυ3.1.3光的波粒二象性第一百零四頁，共118頁。第一百零五頁，共118頁。光的基本性質：光速（30萬千米）、反射、折射、干涉、衍射、光電效應3.2.1發(fā)光理論發(fā)射體的溫度：熱光源、冷光源。激發(fā)能源的方式：化學發(fā)光、生物發(fā)光、場致發(fā)光、光致發(fā)光、射線（輻射）致發(fā)光。自輻射發(fā)光、受激輻射發(fā)光。原子發(fā)光：外層電子躍遷發(fā)出熒光分子發(fā)光：分子能級躍遷發(fā)出可見光第一百零六頁，共118頁。3.2.2光致發(fā)光（熒光、磷光）光致發(fā)光：紫外照射熒光體發(fā)光，如熒光、磷光.受激發(fā)光：激勵態(tài)原子再受激發(fā)光，如激光.第一百零七頁，共118頁。3.2.3滲透檢測用光著色滲透檢測時，使用白光，其波長范圍為400~760nm;熒光滲透檢測時，使用紫外線，其波長范圍為330~390nm，中心波長約365nm。紫外線能使熒光滲透劑產(chǎn)生熒光，其波長范圍為510~550nm。紫外線有生理