利用渗透现象的无损检测技术
- 发布时间：2006/3/1 15:59:54
- 浏览次数：1951
渗透检测的原理是通过喷洒、刷涂或浸渍等方法，把渗透力很强（表面张力小，或者说与固体的接触角很小）的渗透液（着色渗透液-在白光下一般呈现为鲜艳的红色，或者荧光渗透液-能在紫外线辐照下发出黄绿色荧光）施加到已清洗干净的试件表面，经过一定的渗透时间，待渗透液基于毛细管作用的机理渗入试件表面上的开口缺陷后，将试件表面上多余的渗透液用擦拭、冲洗等方法清除干净，然后在试件表面上用喷撒或涂抹等方法施加显像剂（干粉状或液态），显像剂能将已渗入缺陷的渗透液吸附引导到试件表面，而显像剂本身提供了与渗透液的颜色形成强烈对比的背景衬托，因此反渗出来的渗透液将在试件表面开口缺陷的位置形成可供观察的迹痕，反映出缺陷的状况（形状、取向以及二维平面上的大小）。这种迹痕视所应用渗透液的种类，可以是着色渗透液因颜色对比而在白光下观察（这时称为着色渗透检验），也可以是荧光渗透液因其荧光作用而需要在紫外光辐照下观察（这时称为荧光渗透检验）。渗透检测的基本过程如下图所示：
对试件的预清洗，清除表面可能影响渗透液渗入的污物 施加渗透液在试件表面并保证充分渗透 中间清洗，去除试件表面上多余的渗透液 施加显像剂形成背景衬托和迹痕显示以供观察评定
根据采用的渗透液和显示方式的不同，渗透检测主要分为着色渗透检验和荧光渗透检验，它们的基本检验程序如下：
§2.5.1 着色渗透检验的基本检验程序
（1）试件表面的预清洗：试件表面可经过如酸洗、碱洗、溶剂清洗等使试件表面清洁，防止表面污物遮蔽缺陷和形成不均匀的背景衬托造成判别困难，并且应尽可能地去除表面开口缺陷中的填充物，清洗后还需进行干燥，以保证渗透效果。预清洗工序中特别要注意采用的清洗介质不能影响所应用的渗透液的性能（即不应与渗透液能发生反应而导致渗透液失效或性能下降）。
（2）渗透：着色渗透检验采用的着色渗透液一般是加入了红色染料的有机溶剂，并含有增强渗透能力的界面活性剂以及其他为保障渗透液性能的添加剂。也有一种着色渗透液属于反应型渗透液，它本身是无色透明的，但是遇到显像剂后将会发生化学反应而在白光下呈现红色。
渗透液的施加通常可以采用特殊包装的喷罐进行喷涂，或者刷涂，适应于现场检验或者大型共建、构件的局部检验，对于生产线上或者批量小零件，则可以采用浸渍方式，使被检测的试件均匀敷设渗透液并在润湿状态下保持一段时间（工艺上称为渗透时间）以保证充分渗透。
（3）清洗：渗透后清洗或称作中间清洗，根据渗透液种类的不同，有不同的清洗方法。对于溶剂型渗透液采用专门的溶剂型清洗液，对水洗型渗透液可直接采用清水。清洗工序的目的是通过擦拭或冲洗方式将试件表面上多余的渗透液清除干净，但应注意防止清洗时间过长或者清洗用的水压过大以致造成过清洗（即连同渗入缺陷内的渗透液也被清洗掉而失去检验的可靠性），但也不能欠清洗（清洗不足）而导致试件表面残留较多的渗透液以至在施加显像剂时形成杂乱的背景干扰对检测迹痕的辨别。
（4）干燥：清洗后的试件还需经过一定时间的自然干燥（如溶剂型清洗液）或人工干燥（如清水清洗，采用冷风或热风干燥，或者木屑干燥等）。
（5）显像：着色渗透检验的显像剂一般采用白色粉末（例如氧化锌、氧化镁等，用以提高试件上的背景对比度）加入到有机溶剂中并含有一定的胶质（有利于固定、约束迹痕，防止迹痕的扩张弥散而难以辨认），组成均匀的悬浮液。
显像剂的施加方法同样可以采取喷罐喷涂、刷涂，或者快速浸渍后立即提起垂挂滴干等方式，要点是能迅速地在试件表面敷设一层薄而均匀的显像剂覆盖在试件的被检验表面。施加显像剂后，视具体显像剂产品的要求，需要有一个显像时间能让缺陷中的渗透液反渗出来形成迹痕，这个时间一般很短（通常只需要数秒钟，有的甚至即喷即显）。
（6）观察评定：在足够强的白光或自然光下用肉眼观察被检查的试件表面，并对显现的迹痕进行判断与评定。由于是依靠人眼对颜色对比进行辨别，因此除了对于观察用的光强有一定要求外，也对检验人员眼睛的视力和辨色能力有一定的要求（例如不能有色盲）。
（7）后清洗：经过着色渗透检验后的试件必须及时进行清洗，以防止检验介质（渗透液、显像剂）对试件产生腐蚀。
§2.5.2 荧光渗透检验的基本检验程序
（1）自乳化型荧光渗透液的检验程序：
a.试件表面的预清洗与干燥：与§2.5.1（1）相同。
b.渗透：渗透液的施加方法与§2.5.1（2）相同。自乳化型荧光渗透液除了含有荧光物质、有机溶剂、界面活性剂以及适当的添加剂外，还含有乳化剂，因此渗透后可直接用清水清洗，其荧光辉度高，成本较低，但检测灵敏度不如后乳化型荧光渗透液，检测过程中缺陷重复显示的次数（重复性）也较少。
c.清洗：渗透后清洗或称作中间清洗，可直接用清水以受限制的水压和水温冲洗。
d.干燥：与§2.5.1（4）相同。
e.显像：荧光渗透检验zui常用的是干法显像（也有使用湿法即使用显像液进行显像的，但较少采用）。以干燥蓬松微细的氧化镁粉（白色）作为显像剂，其自身在紫外线辐照下无荧光产生，当把其均匀撒布在试件表面上后，在有缺陷处将会把渗入缺陷内的渗透液吸附出来，渗透液在紫外线辐照下激发出荧光，从而显示出缺陷迹痕（氧化镁粉经多次使用后会因为掺入了渗透液的荧光物质而在紫外光下发生杂乱荧光，干扰背景，妨碍对缺陷迹痕的观察评定，此时即需要更换氧化镁粉）。
f.观察评定：在暗室中用足够强的紫外光（由紫外线灯产生）辐照被检试件，对显示的缺陷迹痕进行判断与评定。紫外光对人体皮肤，特别是眼睛有伤害作用，应注意防护。
g.后清洗：经过荧光渗透检验后的试件也同样必须及时进行清洗，以防止检验介质（渗透液、显像剂）对试件产生腐蚀。
（2）后乳化型荧光渗透液的检验程序：
a.试件表面的预清洗与干燥：与§2.5.1（1）相同。
b.渗透：渗透液的施加方法与§2.5.1（2）相同。后乳化型荧光渗透液中不含乳化剂，需要在渗透后单独进行乳化处理（乳化工序）以改善水洗性（可清洗性），然后才能直接用清水清洗。
c.乳化：将乳化剂通过喷洒或快速浸渍方式均匀地、薄薄地涂布在已渗透的试件表面。
利用后乳化型荧光渗透液进行的荧光渗透检验具有较高的检验灵敏度，渗透时间较短，缺陷重复性好，但是不适合用于检验表面较粗糙的试件。
d.清洗：可直接用清水以受限制的水压和水温冲洗。
e.干燥：与§2.5.1（4）相同。
f.显像：与自乳化型荧光渗透液检验相同。
g.观察评定：与自乳化型荧光渗透液检验相同。
h.后清洗：与自乳化型荧光渗透液检验相同。
影响渗透检验质量的因素包括有：
①试件的表面光洁度：试件表面粗糙时，多余的渗透液不容易清除干净，因而在显像时容易造成背景衬托不清楚而可能产生伪显示（假迹痕）或者遮蔽、干扰对缺陷迹痕的判断与评定。
②试件的预清洗与渗透后清洗：试件预清洗不良时，表面污染将会妨碍渗透的进行，特别是表面缺陷内的充填物太多时，将缺陷堵塞，妨碍渗透液的渗入，因而使得缺陷可能无法检出。在渗透后或乳化后的清洗中，清洗过度（例如清洗时间过长、清洗用水的水压过大或者水温过高等）会使一部分已经渗入缺陷的渗透液被洗掉，从而不能检出缺陷，而清洗不足则导致试件表面残留较多的渗透液以至在施加显像剂时形成杂乱的背景，干扰对检测迹痕的辨别甚至出现伪显示。
③渗透液的性能：包括渗透能力、着色渗透液的颜色与显像剂的对比度、荧光渗透液的荧光强度等等。
④显像剂性能：包括吸附渗透液的能力、与渗透液的对比度（背景衬度）、污染情况（特别是荧光渗透检验使用干粉法的氧化镁粉的荧光污染）等。
⑤观察评定的环境条件：包括着色渗透检验时的白光强度、荧光渗透检验时的紫外线辐射强度及环境黑暗度等。
⑥操作人员的经验与技术水平、身体状况。
在渗透检测中，为了保证检测质量，相关的辅助设备器材包括渗透检验灵敏度试块、渗透液性能校验试块、荧光强度计、白光照度计、紫外线强度计等等。
渗透检测适用于具有非吸收的光洁表面的金属、非金属，特别是无法采用磁性检测的材料，例如铝合金、镁合金、钛合金、铜合金、奥氏体钢等的制品，可检验锻件、铸件、焊缝、陶瓷、玻璃、塑料以及机械零件等的表面开口型缺陷。
渗透检测的优点是灵敏度较高（已能达到检测开口宽度达0.5μm的裂缝），检测成本低，使用设备与材料简单，操作轻便简易，显示结果直观并可进一步作直观验证（例如使用放大镜或显微镜观察），其结果也容易判断和解释，检测效率较高。缺点是受试件表面状态影响很大并只能适用于检查表面开口型缺陷，如果缺陷中填塞有较多杂质时将影响其检出的灵敏度。
§2.5.3 过滤微粒法检验
对于水泥、耐火材料、石墨以及陶瓷等多孔性材料，是不适合采用渗透检验的，这主要是因为表面的渗透液无法清洗掉。对于这类材料可以使用流动性好、渗透力强的有机溶剂或水等无色液体作为直径大于缺陷开口宽度的着色微粒或荧光颗粒的载体来施加到多孔材料试件的表面，当遇到表面开口缺陷时，液体将渗入缺陷，而显示介质（着色微粒或荧光颗粒）因直径大于缺陷开口宽度而不能进入缺陷，以至堆积在缺陷开口处，因而能被观察到，达到检测的目的。其原理如右图所示。
过滤微粒法检