第六单元 渗透检测第六单元 渗透检测

1 渗透检测基础知识

1.1 渗透探伤定义Penetrant Testing 简称 PT (Penetrate) 渗透探伤是以毛细管作用原理为基础的检查表面开口缺陷的一种常规的无损检测方法。1.2 渗透探伤的工作原理和操作步骤工作原理：零件表面被施加含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间的渗透，渗透液可以渗进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液和干燥后；再在零件表面施加显象剂；同样，在毛细管作用下，显象剂将吸引缺陷中的渗透液，即渗透液回渗到显象剂中；在一定的光源下（黑光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示（黄绿色荧光或红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。

操作步骤操作步骤 见图见图 1-11-1

渗透检测可以检查金属、非金属零件或材料的表面开口缺陷，例如裂纹、疏松、气孔、夹渣、冷隔、折叠等。 渗透探伤不受零件化学成分限制，不受零件结构限制，也不受缺陷形状限制。可以检查磁性材料，也可以检查非磁性材料；可以检查黑色金属，有色金属，也可以检查非金属；可以检查焊接件，铸件，锻件和机加工件；只需要一次探伤，即可把零件表面各个方向及形状的缺陷全部检查出来。

但是，渗透探伤不适用于检查表面是吸收性的零件或材料，例如粉末冶金零件。 渗透检测的重复性差，污染较严重。

1.3 渗透探伤的分类

1 根据染料分类： 荧光法、着色法和荧光着色法

2 根据去除方式分类： 水洗型、后乳化型和溶剂去除型

3 根据显象方式分类： 干式、湿式、速干式、自显象（一般分类）

显象剂的种类： 干式显象剂、湿式显象剂湿式显象剂包括：水溶式，水悬浮式，溶剂悬浮式（速干式）， 塑料薄膜式（干粉悬浮于树脂清漆中）4 各种渗透探伤方法的优缺点 着色法只需在白光或日光下进行，在没有电源的场合下也能工作，荧光法需要配备黑光灯和暗室，无法在没电的场合下工作。 水洗型渗透适于检查表面较粗糙的零件（铸造件、螺拴、齿轮、键槽等），操作简便，成本较低，特别适合批量零件的渗透检测。而对于水基渗透液可以检查不能接触油类的特殊零件（液氧容器） 后乳化型渗透适于表面光洁，灵敏度要求高的零件，例如发动机涡轮片，涡轮盘等，特别是后乳化型荧光法配合速干式显象被认为是灵敏度最高的一种渗透方法。

溶剂去除型着色法由于可以使用在没有水和电的场合，因而应用非常广泛，特别是喷罐使用，可简化操作，适用于大型零件的局部检测（如锅炉、压力容器的焊缝检测等），该法成本较高，不适于大批量零件的渗透检测。

1.4 渗透探伤与磁粉探伤和涡流探伤的比较 P.7 表 1-2

2 渗透探伤的物理化学基础 液体分子间作用力 表面张力 弯曲液面附加压强 毛细管现象2.1 分子论

2.1.1 分子运动论 宏观物体由大量分子组成、分子在永不停息地运动、分子间存在互相作用力

2.1.2 最小能量理论 分子动能、分子势能、物体的内能

2.1.3 自然界的三种物质形态 气态、液态和固态 不同的物质介质相接触，出现界面。一般存在如下几种界面：液－－气界面、固－－气界面、液－－液界面和液－－固界面。人们习惯于把有气相参与组成的相界面叫表面，其他的相界面称界面。因此常称液－－气界面为液体表面，固－－气界面为固体、表面。 在液－－气表面，把跟气体接触的液体薄层称为表面层。 在液－－固界面，把跟固体接触的液体薄层称附着层。 表面层的分子，一方面收到液体内部分子的作用，另一方面受到气体分子的作用。附着层的分子，一方面受到液体内部分子的作用，另一方面，受到固体分子的作用。

2 .2 表面张力和表面张力系数 体积一定的几何形体中，球体的表面积最小。因此，一定量的液体从其它形状变为球形时，就伴随着表面积的减小。另外，液膜也有自动收缩的现象。这些都说明液体表面有收缩到最小面积的趋势。这是液体表面最基本的特性。 根据力学知识，液体能够从其它形状变为球形是由于有力的作用。把这种存在于液体表面，使液体表面收缩的力称为液体的表面张力。表面张力一般用表面张力系数表示。 表面张力系数 α为任一单位长度上的收缩表面的力，也常称为表面张力。它和液体表面相切且垂直于液体边界。它是液体的基本性质之一，以牛顿 /米（ N/m ）为单位。 一定成分的液体，在一定的温度下有一定的表面张力系数 α 值。不同的液体， α 值是不同的。一般液体的 α 值随温度上升而下降；少数金属熔融液体（铜、镉）的表面张力系数随温度上升而增高。容易挥发的液体，表面张力系数更小，含有杂质的 α 值也小。

表面张力的产生机理 液体分子作用间的作用力 液体表面层分子和内部分子互相作用示意图间图 2-1 。

图 2-1 液体表面层和内部分子的互相作用

分子作用半径 r ：分子作用力所能达到的最大距离，图 2-1

分子作用球：半径为 r 的球形作用范围。 在图 2-1 中， MN 为液体与气体的分界面， A 、 B 及 C 为液体中处于不同位置的分子。分子 A 处于液体内部，分子 B靠近液体表面，分子 C 处于液体表面。分子 B距液体表面 MN 的距离小于分子作用半径 r ，分子 C距表面 MN 的距离为 0 ，即分子作用球只

有一半部分在液体内部，而另一半部分在液体之外。在液体之外，分子作用力就是液面上的气体分子对分子 B 和 C 的作用力，其大小与液体内分子作用力相比可以忽略不计。在液体内部，分子 B 、 C 的分子作用球内的分子，对分子 B 、 C 的作用力较大，不能忽略。因此，分子 B 、 C 的合力不为零。合力 R 的方向指向液体内部。分子距离液

面MN距离越小，合力 R 就越大。 分子 A 处于液体内部，在液体中有大量的其它分子处于分子 A 的分子作用球内，这些分子作用于分子 A上的引力指向各个不同方向，总体上这些引力是互相抵消的，其合力为零。

所以，在图 2-1 中， R1>R2>R3

综上所述，每一个到液体表面的距离小于分子作用半径r 的分子，都受到一个指向液体内部的力的作用，而这些分子组成的表面层，即由表面分子及近表面分子组成的液体表面层，都受到垂直于液面而且指向液体内部的力的作用。这种作用力就是液体表面层对整个液体施加的压力，其实质是液体分子间的作用力。液体表面越小，受到这种力作用的分子数目越少，系统的能量相应越低，系统就越稳定。于是液体表面有自行收缩的趋势。 另外，处于液体表面的分子，分布比较稀疏，表面分子间存在互相吸引的力，这样，就使得液体表面能够实现自行收缩。这些就是液体表面张力产生的机理。因此，液体分子间的互相作用力是表面张力产生的根本原因。

表面过剩自由能 表面过剩自由能是单位面积表面分子的自由能与单位面积内部分子的自由能的差值。 表面张力系数是单位液体方面的过剩自由能，常称为表面过剩自由能，它是将液体表面扩大（缩小）单位面积，表面张力所作的功。

界面张力与界面能 正如液体的自由表面具有表面张力与表面能一样，液－－液界面与液－－固界面等两相之间的界面也有类似的界面张力与界面能。 对于界面而言，两相之间的化学特点越接近，它们之间的界面张力就越小；界面张力值总是小于两相各自的表面张力之和，这是因为两相之间总会有某些吸附力。 同液体的表面张力一样，界面张力也有使其界面自发减少的趋势

2.3 润湿现象

1 润湿（或不润湿）现象 润湿作用是一种表面及界面过程。普遍而言，表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程就是润湿。因此，润湿作用必然涉及三相，而其中至少两相为流体。一般情况下，润湿是指固体表面上的气体被液体取代，有时是一种液体被另一种液体所取代。润湿现象是固体表面结构与性质，固－－液两相分子间相互作用等微观特性的宏观表现。

润湿液体装在容器里，靠近容器壁处的液面呈凹面，不润湿液体装容器里，零件容器壁处的液面呈凸面，容器的内径越小，这种现象越显著。见图 2-2所示。

因为水或水溶液是特别常见的取代气体的液体，所以，一般就把能增强水或水溶液取代固体表面空气的物质称为润湿剂。

2 润湿方程与接触角

图 2-3 ，将一滴液体滴在固体平面上，可有三种界面，即液－－气，固－－气及固－－液界面。与该三种界面一一对应，存在三种界面张力。液－气界面张力实际上是液体的表面张力，它力图使液体表面收缩，用 γL 表示，固－气界面存在固体与气体的界面张力，它力图使液滴表面铺开，用 γS 表示，固－液界面存在固体与液体的界面张力，它力图使液滴表面收缩，用 γSL 表示。

接触角：液－固界面经过液体内部到液－气表面之间的夹角，用 θ表示。 当液滴停留在固体平面上时，三种界面张力相平衡，它们之间的

关系为：

此式是润湿的基本公式，常称为润湿方程。

cos LSLS

经变换，可公式变为：

3 润湿的三种方式和四个等级 沾湿润湿、浸湿润湿、铺展润湿 当 θ≤180º时，发生沾湿润湿； 当 θ≤90º ，发生浸湿润湿； 当 θ≤0º ，发生铺展润湿。 当接触角 θ为 0º，即 cosθ ＝ 1时，液滴在固体表面接近于薄膜

的形态，此情况称为完全润湿。 当接触角 θ在 0º和 90º 之间，即 0<cosθ<1 时，液滴在固体表

面上成为小于半球形的球冠，这种情况称为润湿。

L

SLS

cos

当接触角 θ在 90º和 180º 之间，即 － 1<cosθ<0 时，液滴在固体表面上成为大于半球形的球冠，这种情况称为不润湿。 当接触角 θ为 180º，即 cosθ ＝－ 1 时，液滴在固体表面上成

为球形，它与固体之间仅有一个接触点，这种情况称为完全不润湿。同一种液体，对不同的固体而言，它可能是润湿的，也可能是不润湿的。 在液体中加入表面活性剂，则液体的表面张力变小，接触角变小，润湿性能提高。 润湿现象所反映的润湿性能综合反映了液体的表面张力和接触角两种物理性能指标。

2.4 毛细现象 2 毛细现象（ 1 ）圆管中的毛细管现象

润湿液体在毛细管中呈凹面并且上升，不润湿液体在毛细管中呈凸面并且下降的现象，称为毛细管现象。 毛细现象并不局限于一般意义上的毛细管，例如两平行板间的夹缝，各种各样的棒、纤维、颗粒堆积物的空隙都是特殊形式的毛细管。

2 弯曲液面的附加压强 由于液体表面张力的存在，弯曲的液面会产生附加的压强。液体的表面张力系数越大，弯曲液面的曲率半径越小，则产生的附加压强越大。 任意形状的弯曲液面下的附加压强的拉普拉斯公式：

)11

(21 RR

P

3 毛细现象中的液面高度

毛细管在润湿液体中，由于润湿作用，靠近管壁的液面就会上升，形成表面凹下，在弯曲液面的附加压强下，液体表面向上收缩，而形成平面；随后，润湿作用又起主导作用，靠近管壁的液面又上升，重新形成表面凹下的弯曲液面，弯曲液面在附加压强的作用下又上升。如此循环，使毛细管的液面逐渐上升，一直到向上的弯曲液面附加压强的作用力与毛细管内升高的液柱重量相等时，达到平衡，才停止上升。 毛细管中上升力 F 上 ，为毛细管内壁弯曲液面的附加压强产生的压力： F 上＝α·cosθ·2πr

α－液体的表面张力系数， θ－接触角， r－毛细管内壁半径。 毛细管中下降力 F 下，等于液柱的重量：

F 下＝ πr2•d •g •h g－重力加速度， d－液体密度， h－液体在管中上升的高度。 液面停止上升时，上升力与下降力平衡， F 上＝ F 下，即 α·cosθ·2πr ＝ πr2•d •g •h 整理，得

从上式可以看出，毛细管曲率半径越小，管子越细，则上升高度越高。 如果液体不润湿管壁，则管内液面是下降的凸液面，该弯曲液面

gdrh

cos2

对液体的附加压强是指向液体内部，使管内液面将低于管外液面，所下降的高度同样可用该公式计算。

（ 2 ）两平行板间的毛细现象

润湿液体在间距很小的两平行板间也会产生毛细现象，如图 2-6所示。 其上升高度的公式为

gdrh

cos

缺陷内液面高度 以长 a ，宽 C ，深 b 的狭长细槽作零件上的裂纹模型来分析讨论渗透探伤时渗透液渗入裂纹的毛细现象。裂纹模型如下图，为开口于零件表面的裂纹，但不穿透。 当渗透液施加于有表面开口裂纹的零件表面时，具有足够润湿性能的渗透液将润湿裂纹内表面，裂纹内将形成向液体内凹陷的弯曲液面，并在弯曲凹面上产生指向液体外部（裂纹）的附加压强 P 。裂纹宽度越小，附加压强越大。这个附加压强迫使渗透液向裂纹内渗透的同时，就压缩裂纹内已被渗透液封闭的气体。

随着渗透液的不断渗透，裂纹内气体体积将越来越小，而气体的反压强 P 气将越来越大，直到气体的反压强与液面上的附加压强完全平衡为止。

如果考虑零件外部大气压强 P0 ，平衡时有： P＋ P0＝ P 气

要使渗透液完全占有裂纹空间，就必须将裂纹内气体完全排除。（采取一定的措施）

渗透探伤中的毛细现象（ 1 ）渗透与毛细作用 渗透过程中，渗透液对受检表面开口缺陷的渗透作用；实质上是液体的毛细作用。例如，渗透液对表面点状缺陷（如气孔、砂眼等）的渗透，就类似于渗透液在毛细管内的毛细作用；渗透液对表面条状缺陷（如裂纹、夹渣和分层等）的渗透，就类似于渗透液在间距很小的两平行板间的毛细作用。（ 2 ）显像与毛细作用 显象过程中，渗透液从缺陷中回渗到显象剂中形成缺陷显示痕迹，也是由于毛细作用。显像剂通常有两个基本功能： 吸附足量的从缺陷中回渗到工件表面的渗透剂 通过毛细作用将渗透剂在工件表面横向扩展，放大缺陷显示 提供一个可观察的背景

2.5 吸附现象1 固体表面的吸附（固－液界面和固－气界面） 吸附：物质自一相内部富集于界面的现象即为吸附现象。吸附现象在各种界面上都可发生。当固体和液体或气体接触时，凡能把液体或气体中的某些成分聚集到固体表面上来的现象，就是固体的吸附现象。能起吸附作用的固体称为吸附剂，例如显象剂粉末、活性碳、硅胶、分子筛等；被吸附在固体表面上的液体或气体称为吸附质。例如显象过程中，显象剂粉末吸附缺陷中回渗的渗透液，显象剂粉末是吸附剂，渗透液是吸附质。 用吸附量衡量吸附剂的吸附能力，是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质质量，有时也指吸附剂单位表面积上所吸附质量。吸附量数值越大，吸附剂吸附能力越强。 固体被用作吸附剂，是因为固体吸附剂有很大的表面积和很大的比表面。

2 液体表面的吸附 吸附现象不仅发生在固体表面，还可发生在液体表面（液－液界面和液－气界面）。在溶液吸附中（溶液是吸附剂），作为吸附质使用最广的是能降低表面张力和界面张力的表面活性剂。 表面活性剂吸附在水表面上（液－气界面）上，能降低水表面的表面张力；表面活性剂吸附在油－水界面上，能降低油－水界面的

界面张力。

3 物理吸附和化学吸附 按照吸附现象的本质，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。

4 渗透探伤中的吸附现象 显象过程中显象剂粉末吸附从缺陷中回渗的渗透液，从而形成缺陷显示。此吸附现象属于固体表面（固－液界面）的吸附，显象剂粉末是吸附剂，回渗的渗透液是吸附质。显象剂粉末越细，比表面越大，吸附量越多，缺陷显示越清晰。另外，由于吸附为放热过程如果显象剂中含有常温下易挥发的溶剂，当溶剂在显象表面迅速挥发时，能大量吸热，从而促进了显象剂粉末对缺陷中回渗的渗透液的吸附，加快并加剧了吸附显象，可提高显象灵敏度。 自乳化渗透法或后乳化渗透法，表面活性剂被当作乳化剂使用，吸附在渗透液－水界面，降低了界面张力，使零件表面多余的渗透液得以顺利乳化清洗。表面活性剂分子的“两亲”性质，使

其能吸附在油－水界面上，降低油－水界面的界面张力，使乳化清洗顺利进行。

2.6 溶解现象2.6.1 溶解现象及溶解度

2.6.2 渗透剂的浓度

2.6.3 相似相溶经验法则 化学结构相似的物质，彼此容易相互溶解；极性相似的物质彼此容易相互溶解。2.6.4 渗透检测与溶解度、浓度1 着色（荧光）强度 显象剂中的白色粉末构成毛细管，产生毛细作用，吸附渗透液。但是，吸附上来同样数量的渗透液，有的看得见，有的看不见，这是由于渗透液的着色强度或荧光强度不同所致。

所谓着色强度或荧光强度，实际上是缺陷内被吸附出来的一定数量的渗透液在显象后显示色泽的能力。它与渗透液中着色染料或荧光染料的种类有关，与染料在渗透液中溶解度有关。 着色（荧光）强度用两种方法来度量，一种是用渗透液的消光值K来度量（着色），另一种是用渗透液的临界厚度来度量。 渗透液的消光值越大，着色强度就越大，缺陷显示就越清晰。提高渗透液的浓度，就可增大消光值 K 。（对着色液而言） 渗透液的临界厚度，是指被显象剂吸附上来的渗透液，厚度到达某一值时，在增加其厚度，该渗透液的着色（荧光）强度不再增加，此时的液层厚度叫做渗透液的临界厚度。可见，临界厚度越小，着色（荧光）强度就越大，越有利于缺陷的显示。

2.7 表面活性与表面活性剂 1 表面活性：凡能使溶剂的表面张力降低的性质。 2 表面活性剂：是这样一种物质，它在加入量很少时，能大大将低溶剂（一般为水）表面张力或液－液界面张力，改变体系界面状态，产生润湿、乳化、起泡及加溶等一系列作用，从而达到实际使用的要求。

在右图中，曲线 1 和 2

为表面活性物质，曲线 1

为表面活性剂， 3 为非表面活性物质。

表面活性剂的种类 渗透检测常用非离子型

表面活性剂的分子结构 表面活性剂分子一般总是由非极性的亲油疏水的碳氢链部分和极性的亲水疏油的基团共同组成的，而且这两部分分处两端，形成不 对称的结构。因此，表面活性剂分子是一种两亲分子，具有既亲水又亲油的两亲性质。这种两亲分子能吸附在油水界面上，降低油水界面的界面张力；能吸附在水溶液表面上，降低水溶液的表面张力。

表面活性剂的亲水性 亲水性大小是表面活性剂的一项非常重要的指标。 非离子型表面活性剂的亲水性，可用亲水基的分子量大小来表示，称为亲憎平衡值，即 H.L.B值：

亲水基部分的分子量 100H.L.B= × 表面活性剂的分子量 5 H.L.B值越高，亲水性越强。

由于经济上及其它一些方面的原因，工业生产的表面活性剂从来就不可能制备得很纯，其实也没有必要制备得很纯；恰恰相反，表面活性剂中加入另外一种表面活性剂或其它添加剂后，比单一的表面活性剂有更好的效果，而且溶液的物理化学性质也有明显的变化。 几种成分的非离子型表面活性剂混合后，其 H.L.B值为：

a 、 b 、 c －组成混合乳化剂的各表面活性剂的 H.L.B值； x 、 y 、 z －各表面活性剂的重量。 举例计算： P.35 分清亲水基和亲油基

2.7.3 表面活性剂的作用

P.35 图 2-26

zyx

czbyaxBLH ..

2.7.4 乳化作用1 乳化现象和乳化剂 由于表面活性剂的作用使本来不能混合到一块的两种液体（油水）能够混合到一起的现象称为乳化现象。具有乳化作用的表面活性剂称乳化剂。2 乳化形式 乳状液是一种液体分散于另一种不相溶的液体中形成的胶体分散体系，外观常呈乳白色不透明液状。乳状液中以液滴形式存在的那一相称为分散相（也称内相、不连续相），另一相是连成一片的，称为分散介质（也称外相、连续相）。 常见的乳状液，一般都有一相是水或水溶液，通常称为“水”相；另一相是与水不相溶的有机相，常称为“油”相。外相为水内相为

油的乳状液叫做水包油型乳状液（牛奶），以 O/W 表示；外相为油，内相为水的乳状液叫做油包水型乳状液（原油），以 W/O 表示。

3 渗透探伤中的乳化现象 渗透探伤时，使用后乳化型渗透液，去除零件表面多余的渗透液时，一般使用水包油型乳化剂进行乳化清洗。此时，渗透液是乳化

的对象，由于乳化的目的是要将零件表面多余的渗透液清洗掉，故乳化剂还应有良好的洗涤作用。 H.L.B值在11~15范围内的乳化剂，既具有乳化作用，又有洗涤作用，是比较理想的去除剂。

2.7.5 表面活性剂在溶液中的特性

利用表面活性剂的凝胶现象可提高渗透探伤的灵敏度。“非离子型”乳化剂与水混合，其粘度随含水量变化，在某一含水量范围内粘度有极大值，此范围称为“凝胶区”。 清洗时，零件表面接触大量的随，乳状液的含水量超过了凝胶区，粘度小而易被水冲走，缺陷缝隙处接触水量少，含水量在凝胶区，形成凝胶，缺陷内的渗透液不易被水冲走，从而提高了探伤灵敏度。

3 渗透探伤的光学基础3.1 光的本性3.2 发光及光致发光1 发光 2 光致发光（荧光、磷光） 原来在白光下不发光的物质，在紫外线等外辐射源的作用下，能够发光，这种现象称为光致发光。当外辐射源停止后，发光立即停止的称为荧光，否则称为磷光。

3 渗透检测用光着色探伤时，观察时使用白光，其波长范围为 400-760nm ，可由白炽灯、日光灯或日光等得到。荧光探伤时，使用紫外线，它是一种比可见光波长更短的不可见光，也称黑光。其波长范围为 330-390nm ，中心波长 365nm ，一般用黑光灯得到。 紫外线能使荧光液产生荧光，荧光探伤就是利用荧光液受紫外线照射而激发产生荧光这一现象为基础的。其荧光波长约为 510-550 nm ，其中心波长为 550nm ，呈黄绿色。

3.3 光度学 发光强度是指光源向某方向单位立体角发射的光通量，单位坎德拉（ cd ）。 光通量是指能引起眼睛视觉强度的辐射通量，单位是流明（ lm ）。 照度是指被照射物单位面积上所接受的光通量，单位是勒克斯（ lx ）， 1勒克斯＝ 1 流明 /m2 ，照度是表示物体被照亮的程度。 渗透探伤时，工作场地保持一定的照度，对于确保探伤灵敏度及提高工作效率是非常必要的。一般要求，着色探伤时，被检物表面上可见光照度应在 500lx 以上。 黑光灯强度为 1000uw/cm2

3.4 对比度和可见度3.4.1 对比度 某个显示和围绕这个显示的背景之间的亮度和颜色之差，称为对比度。 试验表明，红色染料显示与白色显象剂背景之间的对比率越为6:1 ，而荧光显示与不发荧光的背景之间的对比率却有 300:1 ，甚至更大到 1000:1 。这是荧光探伤灵敏度较高的一个原因。

3.4.2 可见度 人眼的观察机能：在强白光下，对颜色和对比度的差别的辨别能力强，在暗光中（黑暗），对微弱发光体辨别能力强。

3.5 缺陷显示及裂纹检出能力3.5.1 缺陷显示 缺陷容积越大，它容纳的渗透液就越多，留在缺陷中可供回渗的渗透液就越多，缺陷显示就越明显。显象剂显示的缺陷图像比缺陷的实际尺寸要大。 缺陷的长度是缺陷显示的主要尺寸，它能提供一个可供肉眼观察的实测尺寸。

3.5.2 裂纹检出能力 裂纹检出能力是相对于背景及外部光等条件，裂纹缺陷内的渗透液能形成可用肉眼直接观察裂纹缺陷显示的能力。

渗透液中染料种类及浓度将影响裂纹检出能力。渗透液被化学药品污染，荧光液长时间受紫外光照射，着色液长时间受日光照射等，将降低裂纹检出能力。先浸后滴落的施加渗透液的方法，可使渗透液中的大量挥发性成分挥发掉，而留下更多粘度较大的组分，染料的浓度相对于原渗透液中的浓度更高，可提高裂纹检出能力。

3.3 显象剂的显象特性1 显象剂的显象功能 显象是利用显象剂吸附从缺陷中回渗到受检零件表面的

渗透液，形成一可见的缺陷显示。显象剂的显象过程同渗透

液的渗透过程一样，是由于毛细作用。 显象剂通常有两个基本功能： （ 1 ）吸附足量的从缺陷中回渗到零件表面的渗透液； （ 2 ）通过毛细作用将渗透液在零件表面横向扩展，使

缺陷的显示放大到可见。2 显象剂的显象过程

着色探伤时，观察缺陷图形显示是在明亮的白光下，通过色彩反差进行的，整个白色衬底上只有缺陷部分呈现红色显示。由于缺陷图形显示周围的背景，必须是某种程度的白色，因此着色探伤不使用干式显象剂。而使用溶剂悬浮显象剂（速干式）显象时，显象过程中，由于溶剂的迅速挥发，促进了渗透液的回渗，挥发中带走大量的热量，促进了显象剂对回渗的渗透液的吸附，使显象灵敏度得到提高。 荧光探伤时，无缺陷区域呈深蓝紫色，唯有缺陷部分发出黄绿色光，观察缺陷显示在黑暗中进行。荧光探伤中常使用干粉显象剂，也可使用其它的显象剂或自显象。由于干粉显象剂只吸附在缺陷部位，即使经过一段时间后，缺陷轮廓图形也不散开，仍能显示出清晰的图形，所以使用干粉显象剂可以分开显示出互相接近的缺陷，即显象分辨力高。

4 渗透检测剂4.1 渗透液的分类及组分1 渗透液的分类

几种特殊类型的渗透液 着色荧光渗透液、过滤性微粒渗透液、化学反应型渗透液、高温下使用的渗透液。

2 渗透液的组成成分 渗透液一般由染料、溶剂、乳化剂和多种改善渗透液性能的附加成分所组成。在实际的渗透液配方中，一种化学试剂往往同时起几种作用。（ 1 ）红色染料 着色液中所用染料多为红色染料，因为红色染料能与显象剂的白色背景形成鲜明的对比，产生良好的反差。着色液中的染料应满足色泽鲜艳，易溶解、易清洗、杂质少、无腐蚀、对人体无害等。

染料有油溶型、醇溶型和油醇混合型等。一般着色液中多使用油溶型偶氮染料。常用的染料有苏丹红、 128烛红、223号烛红、荧光桃红、刚果红和丙基红等。其中以苏丹 IV

使用最为广泛，它的化学名称为偶氮苯。

（ 2 ）荧光染料 荧光染料是荧光液的关键材料之一。荧光染料应具有很强的荧光，发出的荧光应为黄绿色。同时应耐黑光、耐热和对金属无腐蚀等。 荧光染料的荧光强度和波长与所用的溶剂及其浓度有关。 荧光液的荧光强度随着浓度的增加而增加，但浓度达到某一数值后，就不再继续增加，甚至会减弱。 利用“串激”的方法可以增强荧光亮度。即在荧光液中加入两种利用“串激”的方法可以增强荧光亮度。即在荧光液中加入两种

或或两种以上的荧光染料，组成激活系统，起到“串激”作用。所谓两种以上的荧光染料，组成激活系统，起到“串激”作用。所谓“串“串

激”就是第二种染料发出的荧光波长与第一种染料吸收光谱的波长激”就是第二种染料发出的荧光波长与第一种染料吸收光谱的波长相同，即第二种染料的荧光谱与第一种染料的吸收谱一致。这时，相同，即第二种染料的荧光谱与第一种染料的吸收谱一致。这时，

第一种染料在溶剂中吸收第二种染料的荧光得到激发，第一种染料在溶剂中吸收第二种染料的荧光得到激发，增强了自身发出的荧光强度增强了自身发出的荧光强度。

（ 3 ）溶剂 溶剂有两个主要作用：一 溶解染料；二 起到渗透作用。因此，渗透液中所用溶剂应具有渗透能力强，对染料溶解性能好，挥发性小、毒性小、对金属无腐蚀等性能，且经济易得。多数情况下，渗透液都是将几种溶剂组合使用，使各成分的特性达到平衡。 溶剂可分为基本溶剂和起稀释作用的溶剂两类。基本溶剂应充分溶剂染料，使渗透液着色（荧光）强度大。稀释剂除具有适当调节粘度与流动性目的外，还起到降低材料费用的作用。基本溶剂与稀释溶剂能否平衡地配合，就直接影响渗透液特性（粘度、表面张力、润湿性能等），是决定渗透性能好坏的重要因素。 煤油是最常用的溶剂。它具有表面张力小，润湿能力强等优点，但它对染料的溶解度小。加入邻苯二甲酸二丁酯不仅提高了对染料

的溶解度，又可在较低温度下，使染料不致沉淀出来，此外还可调整渗透液的粘度和沸点，减少溶剂的挥发，使渗透液具有优良的 综合性能。 乙二醇单丁醚、二乙二酸丁醚常用作偶合溶剂。使渗透液具有较好的乳化性、清洗性和互溶性。 染料在溶剂中的溶解度与温度有关，为使染料在低温下不从溶剂中分离出来，还需在渗透液中加入一定量的稳定剂。

（ 4 ）乳化剂 在水洗型着色液与水洗型荧光液中，表面活性剂作为乳化剂加到渗透液内，使渗透液容易被水洗。乳化剂应与溶剂互溶，不应影响红色染料的红色色泽，或不影响荧光染料的荧光亮度。

4.2 渗透液的性能1 渗透液的综合性能 a 渗透力强，容易渗入零件的表面缺陷中。 b 荧光液应具有鲜明的荧光，着色液应具有鲜艳的色泽。 c 清洗性好，容易从零件表面清洗掉。 d 润湿显象剂的性能好，容易从缺陷中被吸附到显象剂表面，而

将缺陷显示出来。 e 无腐蚀，对零件和设备无腐蚀性。 f 稳定性好，在光与热的作用下，材料成份和荧光亮度或色泽能维

持较长时间。 g 毒性小，或无毒。 h 其它：检查钛合金与奥氏体不锈钢材料时，要求渗透液低氟低氯，检查镍合金材料时，要求渗透液低硫；检查与氧、液氧接触的工件时，要求渗透液与氧不发生反应。

2 渗透液的物理性能 粘度 表面张力和接触角 密度 挥发性 闪点和燃点 电导性

闪点：可燃性液体在温度上升过程中，液面上方挥发出大量可燃性蒸气，这些可燃性蒸气和空气混合，接触火焰时，会出现爆炸闪光现象。刚刚出现闪光现象时，液体的最低温度称为闪点。 燃点：指液体加热到能被接触的火焰点燃并能继续燃烧时的液体的最低温度。 对同一液体而言，燃点高于闪点。闪点低，燃点也低，着火的危险性大。

3 渗透液的化学性能 a 化学惰性 要求渗透液对被检材料和盛装容器不腐蚀，呈化学惰性。注意：水洗型渗透液中乳化剂可能呈若碱性，可能腐蚀铝镁合金。 渗透液中硫、钠等元素的存在，在高温下会对镍基合金零件产生热腐蚀（热脆），渗透液中的卤族元素很容易与钛合金及奥氏体不锈钢材料作用，在应力的作用下，产生应力腐蚀裂纹。 b 清洗性 c 含水量和容水量 渗透液总的水含量与渗透液总量之比的百分数称含水量。渗透液中含水量超过某一极限时，渗透液出现分离、混浊、凝胶或灵敏度下降等现象，这一极限值称为渗透液的容水量。 渗透液含水量越小越好，渗透液容水量指标越高，抗水污染能力越强。 d 毒性 e 溶解性 f 腐蚀性能

综上所述，粘度、表面张力、接触角与清洗性能等影响渗透液的灵敏度；闪点、燃点、电导性与化学惰性，毒性等涉及操作者的安全及零件和设备的腐蚀。 任何一种渗透液，不可能具备一切优良性能，也不能只用某一项性能来评价渗透液的优劣。

4.1.4 着色渗透剂1 水洗型着色液 灵敏度太低，用在极少场合。 一种是水基的，另一种是自乳化的。2 后乳化型着色液3 溶剂去除型着色液 与速干式显象配合使用，灵敏度较

高。 着色渗透液灵敏度较低，不能用于探测临界疲劳裂纹、应力腐蚀

裂纹或晶间腐蚀裂纹等非常微小的裂纹。

4.1.5 荧光渗透液1 水洗型荧光液 （自乳化型荧光液） 分低、中、高灵敏度。 常用水洗型低灵敏度检查铝镁合金铸造件，批量螺拴、键槽、齿轮等零件。 容易受到水污染。2 后乳化型荧光液 分标准灵敏度、高灵敏度、超高灵敏度。 用于表面光洁的，灵敏度要求较高的零件检查。 抗水污染能力强，也不易受酸或铬酸的影响。3 溶剂去除型荧光液

4.2 去除剂 水、乳化剂和水、溶剂4.2.1 乳化剂 分亲水和亲油两大类。 若乳化剂的浓度高，乳化能力强，乳化速度快，乳化时间难以控制且乳化剂拖带损耗大； 若浓度低，乳化能力弱，乳化速度慢，乳化时间常。应根据被检零件的大小、数量、表面光洁度等情况，通过试验来选择最佳浓度和时间。

乳化剂的性能1 综合性能 外观能与渗透液明显区别；受少量水或渗透液污染不降低性能；乳化性能适中，乳化时间合理，容易操作；存储保管中，温度稳定性好，性能不变；对操作者的健康无害，无毒及无不良气味；

闪点高，挥发性低，废液及去除污水的处理简便等。

2 物理性能 粘度：影响乳化时间，最短的乳化时间大于等于 30s 。 闪点：不低于 50°C 。 挥发性：应低。

3 化学性能 毒性：无毒。 容水性：应能允许混入 5% 的水含量。 与渗透液的相容性：应允许混入 20% 的渗透液而不变质。

特殊性能：水洗性，荧光，槽液寿命，温度稳定性，停留时间。

4.2.2 溶剂去除剂 分类： 卤化型、非卤化型、特殊用途 性能要求： 溶剂渗透液适度，去除时挥发适度，存储保管中稳定，不使金属腐蚀与变色，无不良气味，毒性小等。 一般多使用丙酮、乙醇、汽油或三氯乙烯等有机溶剂。

4.3 显象剂4.3.1 显象剂的种类、组分及特点显象剂的种类： 干式显象剂 湿式显象剂湿式显象剂包括：水溶式，水悬浮式，溶剂悬浮式（速干式）， 塑料薄膜式（干粉悬浮于树脂清漆中）。1 干式显象剂－干粉显象剂 适用于螺纹及粗糙表面零件的荧光检验。干粉显象剂为白色无机粉末，如氧化镁、氧化锌、碳酸钙、氧化钛粉末等。一般与荧光液配合使用。 要求： P.702 湿式显象剂（ 1 ）水悬浮式显象剂 ：干粉悬浮于水中，加入润湿剂、分散剂、

限制剂和防锈剂。 呈弱碱性，常时间停留会腐蚀铝镁合金。 要求零件表面有较高的光洁度。

（ 2 ）水溶性湿式显象剂 显象粉溶解在水中，也加有润湿剂、分散剂、防锈剂和限制剂等。（ 3 ）溶剂悬浮式湿式显象剂 显象剂粉末加在挥发性的有机溶剂中配制而成。常用丙酮、煤油等，该类显象剂中也加有限制剂和稀释剂等。 该类显象剂通常装在喷罐中使用，并且常与着色液配合使用。 单就显象方法而言，该类显象剂灵敏度较高，因为显象剂中的有机溶剂有较强的渗透能力，能渗入到缺陷中，挥发过程中把缺陷中的渗透液带回到零件表面，故显象灵敏度高。 另外，有机溶剂挥发快，缺陷显示扩散小，显示轮廓清晰，分辨力高。（错误）

4.3.2 显象剂的性能 1 综合性能 吸湿能力强，吸湿速度快，容易被缺陷处的渗透液所润湿并吸出足量渗透液。 显象剂粉末颗粒细微，对零件表面有一定的粘附力，能在零件表面形成均匀的薄覆盖层，将缺陷显示的宽度扩展到足以用肉眼看到

2 物理性能颗粒度：应足够细，不大于 3μm干粉密度：松散时 <0.075kg/l ，包装状态 <0.130kg/l 。悬浮性：足够3 化学性能毒性、腐蚀性（ F 、 Cl 、 S 等）、温度稳定性、污染。

4.4 渗透探伤剂系统4.4.1 渗透探伤剂系统的定义及同族组1 渗透探伤剂系统 主要由渗透液、乳化剂、去除剂和显象剂所构成的特定组合系统。既要满足各自的要求，又要互容，达到检测缺陷的目的。2 渗透探伤系统同族组 同族组：指完成一个特定的渗透探伤全部检验过程所必须的一系列材料，含渗透液、乳化剂、去除剂和显象剂。 渗透探伤时，必须采用同一厂家提供的同族组的产品，不同族组的产品不能混用。

3 渗透探伤剂系统的选择原则 （ 1 ）同族组要求： （ 2 ）灵敏度要求 （ 3 ）根据被检工件状态进行选择 （ 4 ）价格、毒性、清洗性 （ 5 ）特殊性等

4.5 国内外渗透探伤剂简介 P.73

5 渗透探伤设备5.1 便携式设备及压力喷罐 渗透探伤剂（包括渗透液、去除剂和显象剂），通常装在密闭的喷罐内使用。喷罐一般由探伤剂的盛装容器和探伤剂的喷射机构两部分组成。典型结构见图 10-1 。 罐内装有探伤剂和气雾剂，40°C左右可产生 0.29~0.49

Mpa 的压力。 显象剂喷罐内还装有玻璃弹子，起搅拌作用。

5.2 固定式设备 预清洗装置、渗透装置、乳化装置、水洗装置、干燥装置、显象装置、后清洗装置等。

5.3 检验场地及光源5.3.1 检验场地5.3.2 检测光源1 白光灯 80W日光灯在 1米处的照度为 500勒克斯。2 黑光灯 P.88

工作原理 与镇流器的串接 使用主要事项（开关、电压）3 黑光强度检测仪

5.4 测量设备5.4.1 黑光辐射强度计 直接测量法，读数为微瓦 /厘米 2 ；

5.4.2 黑光照度计 间接测量法，读数来勒克斯，又称为黑光照度计。

5.4.3 白光照度计5.4.4 荧光亮度计

5.5 渗透检测试块1 铝合金淬火试块（ A 型试块） 图 5-19 P.93

作用： a 用于两种不同渗透液灵敏度对比 b 一种渗透液不同操作工序的灵敏度对比 清洗和保存 按 JB4730标准的方法进行

在试块中心用气体灯加热发到 426°C左右，再放入冷水中淬火，然后在 110°C 下干燥 15 分钟，冷却至室温保存。

2 不锈钢镀铬辐射状裂纹试块（ B 型试块） 该试块主要用于校验操作方法和工艺系统灵敏度。 通常与塑料复制品或照片对照使用。 清理和保存按标准要求或参照黄铜试块。

3 黄铜板镀铬裂纹试块（ C 型试块） 主要用于鉴别各类渗透探伤剂性能和确定灵敏度等级。

清理和保存办法

5.5.4 其他试块

美国 PSM-5试块 吹砂钢试块 陶器试块 缺陷试件

6 渗透检测方法6.1 水洗型渗透探伤法包括水洗型着色和水洗型荧光，广泛应用的是水洗型荧光法。使用场合： a 灵敏度要求不高； b 检验大体积或大面积零件； c 检验开口窄而深的缺陷； d 检验螺纹和带有键槽的零件； e 检验表面很粗糙的零件。渗透时间和显象时间的确定： a 根据零件的状态和缺陷的种类以及环境温度确定渗透时间； b 根据零件材料的种类，表面状态，渗透液类型来确定显象时间。显象方式的选择： 着色液，任何表面状态都选用溶剂悬浮式显象剂； 荧光液，光洁表面，选用溶剂悬浮式显象剂，粗糙表面选用干式 显象。 优缺点 P.102

6.2 后乳化型渗透探伤法 后乳化型荧光法是广泛应用的一种方法。使用场合： a 表面阳极化工件，镀铬工件及复查工件； b 检验要求比水洗型灵敏度高的零件； c 被酸或其它化学试剂污染的零件， d 检验开口浅而宽的缺陷； e 被检零件的缺陷可能被脏物污染； f 检验应力裂纹、晶间腐蚀裂纹和磨削裂纹； g 灵敏度可以改变 主要应用在：经机加工的光洁零件的检验，如发动机的涡轮叶片， 气轮机叶片，涡轮盘等零件的检验。 去除时首先是预水洗，然后乳化，再最后水洗。 乳化时间是最关键的控制因素 根据零件表面光洁度，乳化剂浓度，乳化剂温度，被污染的程度和渗透液来确定，一般用试验的方法确定。优缺点： P.104

6.3 溶剂去除型渗透探伤法 溶剂去除型着色法是广泛应用的一种方法。 溶剂去除型渗透探伤法适用于焊接件和表面光洁零件的检验，特别适用于大零件的局部检验，也适用于非批量零件的检验和现场检验（着色法）。该方法多配用溶剂悬浮式显象法 优缺点： P.106

6.4 特殊的渗透检测方法

6.5 渗透检测方法的选用 选择渗透探伤方法，首先考虑检测缺陷类型和灵敏度的要求，其次考虑零件批量大小、表面状况及几何形状，还应考虑检验场所的水源、电源、气源及检验费用等。

细小裂纹、宽而浅的裂纹，表面光洁度高的零件，选用后乳化型荧光或着色法； 疲劳裂纹、磨削裂纹及其它微小裂纹的检验，选用后乳化型荧光或溶剂去除型荧光法。 小零件批量生产时，选用水洗型荧光法。 大零件的局部检验，选用溶剂去除型荧光或着色法。 粗糙表面的零件，选用水洗型荧光或着色。 检验场所无电源及暗室时，选用着色法。

P.110 表 6-5 渗透探伤方法选择指南

7 渗透检测工艺 六大基本步骤：表面准备和预清洗、渗透、去除、干燥、六大基本步骤：表面准备和预清洗、渗透、去除、干燥、 显象、观察（检验） 。显象、观察（检验） 。检测时机安排

7.1 表面准备和预清洗1 污物类别 固体污物：表面清理；液体污物：预清洗。2 污物的影响（ P.113 4条）3 清除污物的方法机械法，化学方法，溶剂去除方法，其它方法。

7.2 施加渗透剂1 渗透液施加方法 应根据零件大小、形状、数量和检查部位来选择。所选方法应保证被检部位完全被渗透液覆盖，并在整个渗透时间内保持润湿。 主要有：喷涂，刷涂，浇涂，浸涂。２渗透时间及温度　　一般不少于 10min ，温度控制在 15~50°C 。 具体按标准要求7.3 去除多余的渗透液 要求从零件表面去除所有的渗透液，又不将渗入缺陷中的渗透液清洗出来。 水洗型渗透液用水去除，水喷法的水压不超过 0.35Mpa ，水温不超过 40°C ，水洗时间在得到合格背景的前提下，越短越好，可以用黑光灯控制荧光液的去除程度。

后乳化型渗透液去除时，先用水预清洗，然后乳化，最后再用水清洗。施加乳化剂时，只能用浸涂、浇涂或喷涂，不能用刷涂。要防止过乳化，控制好乳化时间。 溶剂去除型渗透液的去除方法是先用干布（纸）擦，然后再用沾有有机溶剂的布擦，不允许直接用有机溶剂冲洗。图 8-1 为去除方法与缺陷中渗透液保留程度的关系。

7.4 干燥 溶剂去除法渗透探伤时，不必进行专门的干燥处理，应自然干燥，不得加热干燥。用水清洗的零件，采用干式或非水基湿式显象时，零件在显象前必须进行干燥处理；若采用水基湿式显象，水洗后直接显象，然后进行干燥处理。 干燥一般使用热空气循环烘干装置，干燥温度不能太高，时间不能太长。7.5 显象 显象的过程是用显象剂将缺陷处的渗透液吸附到零件表面，产生清晰可见的缺陷图像。 干式显象主要用于荧光法，干燥后立即进行显象，最好用喷粉柜进行喷粉显象。 非水基湿式显象主要采用压力喷罐喷涂。喷涂前应摇动喷罐中的弹子，使显象剂均匀。边喷边形成显象剂薄膜。

水基湿式显象多采用浸涂。涂复后进行滴落，然后再干燥。干燥过程就是显象过程，显象时要不断搅拌，以防显象剂沉淀。 显象时间不能太长，显象剂不能太厚。一般规定：显象时间一般不少于 7min ，显象剂厚度为 0.05~0.07mm 。 显象时间 干式显象：指从施加显象剂起到开始观察的时间。 湿式显象：指从干燥起到开始观察的时间，也就是干燥时间。 速干式显象：施加显象剂后，到观察完成的时间。

7.6 观察和评定观察的光线要求 着色观察时，被检零件上白光的照度要不小于 500lx 。荧光观察时，黑光灯的强度为，在距离黑光灯 380mm 处，其强度不低于1000uw/cm2 。

荧光观察时： a 进入暗室时，黑暗适应。 b 真伪缺陷的判定 c 缺陷性质的判定，作出合格与否的判定。 d 缺陷的表示和记录

重复检查的规定： a 一般不进行重复检查，渗透探伤的重复性不好； b 着色法不允许复查； c 荧光法检查的不允许用着色法复查。

7.7 后清洗及复验

8 显示的解释与缺陷评定8.1 显示的解释和分类 显示的分类 相关显示、非相关显示和虚假显示相关显示、非相关显示和虚假显示 相关显示：真实缺陷形成的； 非相关显示：零件的加工工艺和结构外形以及划伤、刻痕、毛刺等 ; 虚假显示：零件表面渗透液的污染产生。

8.2 缺陷的评定 缺陷显示的分类 线状、圆形、密集形、纵（横）向显示线状、圆形、密集形、纵（横）向显示

缺陷的分类 原材料缺陷、工艺缺陷和使用缺陷渗透检测能发现的常见缺陷 气孔、裂纹、8.3 标准关于显示的分类和评定要求

8.4 渗透检测记录和报告

缺陷记录方式： 草图法、可剥性塑料薄膜显象剂、

照相法检验的原始记录 检验的见证、执行工艺卡的见证、报告的来源

渗透探伤报告

按照相关标准的要求 JB/T4730.5-2005

报告格式和原始记录格式都是受控文件，不能随便更改

9 9 质量控制与安全防护质量控制与安全防护9.1 质量控制的必要性9.1.1 渗透检测剂的性能校验9.1.2 渗透检测剂系统灵敏度鉴定9.1.3 渗透检测剂的质量控制9.1.4 渗透检测设备、仪器和试块的质量控制9.1.5 渗透检测工艺操作的质量控制

9.2 渗透检测安全防护9.2.1 防火安全9.2.2 卫生安全

10 渗透检测应用

10.1 焊接件的渗透检测10.2 铸件的渗透检测10.3 锻件的渗透检测10.4 非金属工件的渗透检测10.5 在用承压设备与维修件渗透检测

11 11 特种设备渗透检测通用工艺规程和工艺特种设备渗透检测通用工艺规程和工艺卡卡

工艺规程（通用工艺）和工艺卡（专用工艺）工艺规程（通用工艺）和工艺卡（专用工艺）

渗透探伤工艺规程的基本内容渗透探伤工艺规程的基本内容 适用范围；引用的标准法规；受检零件的状态；所用设适用范围；引用的标准法规；受检零件的状态；所用设备器材及材料；探伤工艺方法；探伤标准和验收级别；记备器材及材料；探伤工艺方法；探伤标准和验收级别；记录和报告；编制签名等录和报告；编制签名等

12 12 章（略）章（略）