渗透检测
出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第400页（9328字）
渗透探伤是利用毛细管作用的原理，利用黄绿色的荧光渗透液或红色的着色渗透液对狭窄缝隙良好的渗透性，经过渗透清洗，显示处理后显示出放大了的缺陷痕迹，用目视法来观察，对缺陷的性质和尺寸作出评价的检验方法。
渗透探伤适用于表面非多孔性工件表面开口的裂纹、疏松、针孔等缺陷的检测，而对埋藏缺陷无法检出。渗透探伤是一种最古老的探伤技术。随着化学工业的发展，液体渗透探伤已日益完善，被广泛应用于机械、航空、造船、化学工业等各个领域。
1．液体渗透探伤原理
任何具有浸润作用的液体对固体表面都具有一定的附着力，所以当毛细管插入液体时，液体沿着管壁上升，其液面是呈弯月面的。而不具有浸润作用的液体，在毛细管内不是升高而是下降，其液面呈凸形。具有浸润作用的液体具有一定的渗透性。而不浸润的液体则不具有渗透性。浸润液体在毛细管内上升的高度与液体的表面张力、浸润作用强弱、液体密度、毛细管的直径及重力加速度有关。即：
h=4×a×cosθ／(d×ρ×g)
式中 h．液体在毛细管内上升(下降)的高度；
a．液体的表面张力系数；
θ．毛细管内液体和管壁的接触角；
d．毛细管直径；
ρ．液体的密度；
g．重力加速度。
从式中可以清楚看出液体在毛细管内升高(下降)的高度与液体表面张力、液体对固体的浸润作用强弱成正比，而与毛细管直径、液体密度、重力加速度成反比。亦即液体密度过大，液体重力加速度是影响渗透剂渗透性能的不利因素。液体的表面张力过大，液体和固体之间的附着力便很难超出液体分子之间的内聚力，凹下的液体表面难于形成，渗透能力就差。从式子分析来看，起主要作用的还是接触角的余弦。表面张力增大，余弦值将迅速减小，接触角增大，液体的渗透能力降低。表面探伤时表面张力和接触角取适当数值，可取得较好的渗透结果。
液体渗透探伤的基本原理可以从以下四个方面表述：
(1)渗透 把工件浸在渗透液中(或用喷灌、毛刷把渗透液均匀地涂布于工件表面)，当工件表面存在表面开口缺陷时，渗透液逐渐浸润而渗入缺陷内部。
(2)清洗 渗透液充分渗入缺陷内部以后，用水(自乳化水洗型渗透液)或溶剂(溶剂清洗型渗透液)把工件表面多余的渗透液清洗干净。
(3)显像 用显像剂均匀地调配在水或溶剂中配制成显像液(湿法显像)或直接把颗粒微小的白色显像剂(干法显像)均匀地涂敷在工件表面，残留在缺陷内的渗透液按毛细作用原理被显像剂吸附至工件表面形成放大的黄绿色(荧光渗透液)或红色(着色渗透液)的缺陷显示痕迹。
(4)观察 用荧光渗透液显示的缺陷在3650埃波长的紫外线照射下显示黄绿色的荧光。用着色渗透液显示的缺陷在自然光下显示红色。检验人员用目视法在适当光线下进行观察。
2．液体渗透探伤方法的分类
根据渗透剂和显像剂种类不同，检测方法可按表1－12－31和表1－12－32进行分类。
表1－12－31 按渗透剂种类分类的渗透检测方法
表1－12－32 按显像方法分类的渗透检测方法
不同的渗透剂和显像剂的组合，有不同的操作程序，根据所使用的渗透剂和显像剂的种类，检测步骤列于表1－12－33。
表1－12－33 渗透探伤检测步骤
注：表中“〇”表示要求该步骤。
3．渗透探伤设备、方法选择及工艺
便携式渗透探伤设备主要是专用喷罐，固定式探伤装置则包括预处理装置、渗透及滴落装置、乳化装置、清洗装置、显像装置、干燥装置和后处理装置。
便携式设备是一个小箱子，里面装有渗透液喷罐、去除剂喷罐和显像剂喷罐，以及清理擦拭零件用的金属刷、毛刷。如果采用荧光法，还要装有紫外线灯。这种设备多用于现场检查。
喷罐一般由探伤的盛装容器和探伤剂的喷射机构两部分组成。
喷罐内装有渗透探伤剂和气雾剂。气雾剂采用乙烷或氟利昂等，通常在液态时装入罐内，常温下气化，形成高压。使用时只要压下头部的阀门，探伤液就会呈雾状从头部的喷嘴自动喷出。喷罐内部压力因探伤剂和温度不同而异，温度越高，压力越高。40℃左右可产生0．29～0．49MPa的压力。
对比试块主要用于检验检测剂性能及操作工艺。其类型分为：铝合金试块和不锈钢镀铬试块。
选择渗透探伤方法，首先必须考虑检验灵敏度的要求，同时应考虑零件批量大小、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、宽而浅裂纹、表面光洁度高的零件的检验，宜选用后乳化型荧光法或后乳化型着色法。疲劳裂纹、磨削裂纹及其他微小裂纹的检验，宜选用后乳化型荧光法或溶剂去除法。
小零件批量生产时，宜选用水洗型荧光法或水洗型着色法。大零件的局部检验，宜选用溶剂去除型荧光法或溶剂去除着色法。零件表面粗糙时，宜选用水洗型荧光法或水洗型着色法。检验场所无电源及暗室时，宜选用着色法。
(1)不同的渗透剂、显像剂种类的组合，使用于不同的工件。各种渗透探伤方法的选择如表1－12－34，各种渗透探伤方法的优缺点列表于1－12－35～表1－12－38。
表1－12－34 渗透探伤方法选择指南
表1－12－35 水洗型(自乳化)荧光渗透探伤法优缺点
表1－12－36 后乳化型荧光渗透探伤法优缺点
表1－12－37 溶剂清洗型着色渗透探伤法优缺点
表1－12－38 水洗型(自乳化)着色渗透探伤法优缺点
(2)渗透探伤工序安排 一般在最终成品上进行渗透探伤，工序安排原则一般如下：
渗透检验应在喷漆、镀层、阳极化、涂层、氧化及其他表面工序前进行。表面处理后还局部机加工的，对该局部机加工表面需再次进行渗透检验。
零件要求腐蚀检验时，渗透检验紧接在腐蚀工序后进行。
焊接件在热处理后进行渗透检验。如果需进行两次以上热处理，可在温度较高的一次热处理后进行渗透检验。
使用过的零件应去除表面积炭层及漆层后进行渗透检验。完整无缺的脆漆层，可不必去除就直接进行渗透探伤。在漆层上检验发现裂纹后，去除裂纹部位的漆层，再渗透检查基体金属上有无裂纹。
(3)常用渗透探伤液配方：
①水洗型着色液包括水基着色液和油基着色液。水基着色液以水作溶剂，在水内溶解红色染料。油基是以油作溶剂。其常用配方如表1－12－39和表1－12－40。
表1－12－39 水基着色的典型配方
注：染料刚果红可溶于热水，且具有酸性，故用氢氧化钾中和。
表1－12－40 油基自乳化型着色液的典型配方
注：吐温－60为亲水性较强的乳化剂，能产生凝胶现象。汽油及二甲基萘有增加凝胶现象。
②后乳化型着色液 后乳化型着色液的基本成分是在高渗透性油基溶剂和有机溶剂内溶解油溶性红色颜料。但不含乳化剂。该类着色液的特点是渗透力强，探伤灵敏度高，因而在实际探伤中应用较广，特别适用于检查浅而宽的表面缺陷，但不适于检查表面粗糙或有盲孔和螺纹的零件。
③溶剂去除型着色液 溶剂去除着色液的基本成分与后乳化型着色液类似。溶剂去除时所用去除剂大都是丙酮。该类着色液多装在压力喷罐中使用，闪点和挥发性的要求不像在开口槽中使用的渗透液那样严格。该类着色液与溶剂悬浮式显像剂配合使用，可得到与荧光检验法相类似的灵敏度。溶剂去除型着色液的典型配方如表1－12－41所示。
表1－12－41 溶剂去除型着色液的典型配方
④水洗型荧光液 水洗型荧光液由油基渗透溶剂、互溶剂、荧光染料、乳化剂等组成。由于荧光液中含有乳化剂，故又称“自乳化型”荧光液。
荧光液中乳化剂含量越高，越容易清洗，但检验灵敏度越低。渗透液中荧光染料浓度越高，荧光亮度越高，但渗透液价格也提高，低温下染料析出的可能性增大，去除也困难。
水洗型荧光液中的乳化剂，除使荧光液便于去除外，尚可促使染料溶解，起增溶作用。
⑤后乳化型荧光液 后乳化型荧光液由油基渗透溶剂、互溶剂、荧光染料、润湿剂组成。后乳化荧光液的典型配方如表1－12－42所示。
表1－12－42 后乳化型荧光液的典型配方
⑥溶剂去除型荧光液 溶剂去除型荧光液与后乳化型荧光液的基本成分相类似。
(4)渗透探伤工艺过程：
①表面准备和预清洗 渗透探伤前，受检零件的整个表面应无锈蚀、氧化皮、焊渣、飞溅、油脂、油渣、碳粉、镀层、灰尘等杂物，故必须进行表面准备和预清洗，清除被检零件表面所有污染。对被检零件表面进行局部探伤时，也应在渗透探伤前，进行表面准备和预清洗。一般渗透探伤工艺方法标准规定：渗透检测准备工艺范围应从检测部位四周向外扩展25mm。清除污物的方法分为：
机械方法：包括振动光饰、抛光、干吹砂、钢丝刷及超声波清洗等。
化学方法：包括碱洗和酸洗。碱洗适用于去除油污、抛光剂、积炭等，多用于铝合金。强酸溶液用于去除严重的氧化皮，中等强度的酸溶液用于去除轻微氧化皮，弱酸溶液用于去除零件表面薄层金属。
溶剂去除方法：包括溶剂蒸气除油和溶剂液体清洗。溶剂蒸气除油通常为三氯乙烯蒸气除油。溶剂液体清洗通常用酒精、丙酮或汽油、三氯乙烯等溶剂清洗或擦洗，常用于零件局部区域的清洗。
在探伤的表面准备和预清洗中，要防止由于清理和清洗方法的不当，造成开口缺陷的堵塞。
②渗透：
a．渗透液施加方法 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状态。具体施加方法如下：
喷涂：静电喷涂、喷罐喷涂或低压循环泵喷涂等。适用于零件的局部或全部检查。
刷涂：刷子、棉纱、抹布刷涂。适用于局部检查、焊缝检查。
浇涂(流涂)：将渗透液直接浇在零件表面上。适用于零件的局部检查。
浸涂：把整个零件全部浸入渗透液中。适用于小零件的全面检查。
b．渗透时间及温度 渗透时间指施加渗透液到开始乳化处理或清洗处理之间的时间，包括排液所需的时间。具体指施加渗透液时间和滴落时间之和。一般渗透探伤工艺方法标准规定：在15～50℃的温度条件下，渗透液的渗透时间一般不得少于10min。对于怀疑有缺陷的零件，渗透时间可相对较长，或者额外施加渗透液，以保证所有缺陷全部显示出来。
渗透温度一般控制在15～50℃范围内。温度太高，渗透液易干在零件上，给清洗带来困难；温度太低，渗透液变稠，渗透速度受影响。
③去除 从零件表面上去除掉所有的渗透液，又不将已渗入缺陷中的渗透液清洗出来。水洗型渗透液直接用水去除，后乳化型渗透液先乳化后再用水去除，溶剂去除型渗透液用有机溶剂擦除。去除或擦除渗透液时，要防止过清洗或过乳化；同时，为取得较高灵敏度，应使荧光背景或着色底色保持在一定的水准上。
水洗型渗透液可用水喷法喷水清洗，水喷法的水压不得大于0．35MPa，水温不超过40℃。水洗型荧光液用水喷法清洗时，应由下而上进行，以避免留下一层难以去除的荧光薄膜。喷洗时，应使用粗水柱，喷头距离零件300mm左右，并注意不要污染邻近槽中的乳化剂。
后乳化型渗透液的去除方法是先用水预清洗，然后乳化，最后再用水冲洗。施加乳化剂时，只能用浸涂、浇涂和喷涂，不用刷涂。因为刷涂不均匀。要防止过乳化，在保证允许的荧光背景和着色底色的前提下，乳化时间应尽量短。油基乳化剂的乳化时间在2min之内，水基乳化剂的乳化时间在5min之内。
溶剂去除型渗透液的去除方法是先用干布擦，然后再用沾有有机溶剂的布擦；不允许用有机溶剂冲洗，因为流动的有机溶剂会冲掉缺陷中的渗透液。
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。用水清洗的零件，采用干粉显像或非水基湿式显像时，零件在显像前必须进行干燥处理；若采用水基湿式显像，水洗后直接显像，然后进行干燥处理。
干燥的方法有干净布擦干、压缩空气吹干、热风吹干、热空气循环烘干装置烘干等方法。
干燥温度不能太高，干燥时间不能太长。否则会将缺陷中渗透液烘干，不能形成缺陷显示。一般规定：金属零件干燥温度不宜超过80℃，塑料零件通常用40℃以下的温风吹干。干燥时间越短越好，一般规定不宜超过10min。
⑤显像 显像的过程是用显像剂将缺陷处的渗透液吸附至零件表面，产生清晰可见的缺陷图像。
干粉显像主要用于荧光法。零件干燥后，应立即进行显像，因热零件能得到较好的显像效果。干粉显像可将零件埋入显像粉中进行，也可用喷枪或喷粉柜喷粉显像，但最好采用喷粉柜进行喷粉显像。
显像时间不能太长，显像剂不能太厚，否则缺陷显示会变模糊。一般渗透探伤工艺方法标准规定：显像时间应一般不少于7min，显像剂厚度为0．05～0．07mm。
非水基湿式显像主要采用压力喷罐喷涂。喷涂前应摇动喷罐中的弹子，使显像剂均匀。喷涂时要预先调节好，调节到边喷边形成显像剂薄膜的程度。
水基湿式显像可采用浸涂、流涂或喷涂，多数采用浸涂，涂复后进行滴落，然后再在热空气循环烘干装置中烘干。干燥过程就是显像过程。
溶剂悬浮显像剂中含有常温下易于挥发的有机溶剂，有机溶剂在显像表面的迅速挥发，能大量吸热。由于显像剂的吸附是放热过程，所以溶剂迅速挥发，大量吸热，能促进显像剂对缺陷中回渗的渗透液的吸附，加快并加剧了吸附作用，使显像灵敏度得以提高。即溶剂悬浮显像剂灵敏度较高。
⑥检验 着色检验在白光下进行，白光强度要足够，为确保检查细微的缺陷，被检零件上的照度应至少达到500LX。
荧光探伤在暗室里进行，暗室里的白光强度不应超过20LX。暗室中黑光强度要足够，一般规定：距离黑光灯380mm处，其强度不低于1000μW／cm2。
观察显示痕迹应在显像剂施加后7～30min内进行，如果显示痕迹的大小不发生变化，也可超过上述时间。
⑦后处理 完成渗透探伤全过程，包括对痕迹显示的解释，把受检件分成合格，报废及返修几类之后，应当去除显像剂涂层、渗透液残留痕迹及其他污物，这就是后处理。
后处理的目的是为保证渗透探伤后，不发生对受检件的损害及危害，并且去除任何会影响后续处理的残余物。
4．渗透探伤标准介绍
标准规定了检验的方法、程序、结果分级和验收级别，国内外主要的渗透探伤标准介绍如下：
ZBJ04003－873《控制渗透探伤材料质量的方法》是一个渗透探伤材料质量和测试方法标准，规定了渗透探伤用主要材料(渗透液、显像剂)和主要设备(黑光灯)的质量要求及校验方法。
GB5097－85《黑光源的间接评定方法》规定了用间接比较方式评定黑光源强度时的测试装置和操作方法，它适用于检查黑光源的强度，并可在荧光磁粉和荧光渗透探伤时，检查被检物表面上黑光强度以及荧光渗透荧光性能的变化。
ZBJ04005《渗透探伤方法》是一个渗透探伤工艺方法标准，该标准规定了检验表面开口缺陷的渗透探伤方法及缺陷显示痕迹的等级分类。该标准把检验结果分为七级，一级最高。该标准规定了渗透探伤主要操作步骤的主要工艺要求及实施方法，这些主要操作步骤是：前处理、渗透、清洗、去除、干燥、显像、观察检测、复验和后处理等。该标准还规定了渗透探伤结果的标识与记录方法。
JB4730－94《压力容器无损检测》第十二章，渗透检测，是一个渗透探伤综合性标准，它包括渗透探伤剂材料、对比试块、渗透探伤方法、操作、缺陷分类及登记评定等内容，是金属材料制压力容器及零部件渗透探伤时执行的主要标准，JB4730－94压力容器无损检测，该标准是压力容器行业强制性标准适用于金属材料制成的压力容器及其零部件表面开口缺陷的检测方法和缺陷等级评定。该标准是目前渗透探伤方法分类标准中内容叙述较为全面详细的标准之一。检测结果累积长度分为V级，Ⅰ级最高。
GB9443－88《铸钢件渗透探伤及缺陷显示痕迹的评级方法》是一个综合性技术标准，包括渗透探伤标准、渗透探伤设备标准和渗透探伤工艺方法标准。并且规定依据缺陷痕迹显示大小和分布，将缺陷显示痕迹分为七个等级，当线状缺陷和点状缺陷确认为是裂纹时，应定为不合格。
JB／T6062－92《焊接渗透检验方法和缺陷痕迹的分级》，该标准适用于非磁性材料的金属焊缝及其邻近母材的表面开口性缺陷的渗透检验。规定了检验方法及过程要求，并对检验结果进行了分级。根据该标准检验结果其可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，Ⅰ级最高，Ⅳ最低。Ⅰ级焊缝内不允许有痕迹≥0．3mm的缺陷显示。Ⅱ级焊缝内不允许有裂纹，未焊透。Ⅲ、Ⅳ级焊缝不允许有裂纹。
美国材料与试验协会标准：ASTME165《液体渗透检测的标准推荐操作法》，该标准非常详细地叙述了渗透探伤操作程序，渗透探伤方法的分类及渗透探伤材料的类型。
德国标准：DIN54152《第一部分，渗透探伤实施方法》；《第二部分：渗透探伤剂的检验》，该标准第一部分是两个国际文献(I．国际标准化组织ISO出版，ISO／DIS3879《焊接件——渗透探伤法应用范围》Ⅱ．国际标准化组织ISO制定的国际标准草案ISO／DIS3452《无损检测——渗透检测——基本原理》)的基础上编制的，该标准第一部分，也可以普遍使用，也适用于焊接件。
日本标准：JISZ2343《液体渗透探伤方法及缺陷指示等级分类》，该标准叙述了试验方法、试验装置、渗透探伤剂、对比试块及缺陷指示的等级分类等。