关于渗透检测理论解析

以下内容节选自《渗透检测理论解析与工艺技术的发展》一文。

渗透检测(PT)是以毛细现象为基础，检测与表面相通缺陷的无损检测方法。

渗透检测的毛细现象是一种特殊的界面现象，研究渗透检测理论的基础是界面物理化学。

渗透检测与磁粉检测相比，两者都是检测表面缺陷的方法，都是把缺陷图像扩大，以目视观察判别及确定缺陷的性质、尺寸及形貌等；

但两者的方法原理完全不同，适用范围也相差很大。

渗透检测与磁粉检测均可用于铁磁性材料表面细微裂纹的检测（检测灵敏度均明显高于射线检测和超声检测），但就可靠性而言，磁粉检测明显高于渗透检测。

渗透检测可用于对非铁磁性材料及有色金属材料表面细微裂纹的检测，而磁粉检测是无能为力的。

渗透检测中，渗透液对受检试件表面开口缺陷的渗透，实质是渗透液的毛细作用。

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(例如裂纹、夹渣和分层断面上的缝隙等)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。

渗透检测时，产生毛细作用的不规则 “渗漏缺陷”，就与贯穿型缺陷类似。

在实际渗透检测中，受检试件中的贯穿型缺陷是不常见的；常见的是非贯穿型缺陷，而非贯穿型缺陷的一端是封闭的。

受检试件中的缺陷类型不同，缺陷形状也不同，缺陷内液体形成的弯曲液面也不同。例如表面气孔常为圆柱形，其液面为球形液面；表面裂纹可认为是两平行板间的毛细现象，其液面为柱形液面。

以表面裂纹为例，渗透液渗入受检试件表面裂纹的先决条件是渗透液对其良好润湿。只有当渗透液能充分地润湿受检试件表面裂纹时，渗透液才能向狭窄的表面开口裂纹内渗透，渗透检测才有可能进行。

渗透液的润湿性能是渗透液的重要指标，是表面张力和接触角两种物理性能的综合反映。渗透检测时，要求渗透液的接触角不大于5°。

常用渗透检测系统的检测灵敏度为1μm数量级。

AMS-2644《检验材料 渗透液》、ISO3452《无损检测 渗透检测》、GB/T18851《无损检测-渗透检测》等标准要求：超高灵敏度的渗透检测材料应清晰地显示宽0.5μm、深10μm、长1mm左右的细微裂纹；有关资料介绍：渗透检测的最高灵敏度可达0.1μm。

常规渗透检测方法只能检出非多孔性零件和材料的表面开口缺陷。缺陷虽未开口，但与表面相通，例如疲劳裂纹、晶间腐蚀裂纹，也可使用渗透检测方法检测。

但必须彻底清洗好被检表面及延长渗透时间(某些渗透检测工艺要求渗透时间长达4小时)等。

被检对象为多孔性材料时，例如陶类制品、粉末冶金制品、碳素纤维制品等，需要使用过滤性微粒渗透液的特殊渗透检测方法。

(1) 被检对象为陶瓷类制品时，要注意制品是否上釉；上釉者为瓷，可以使用常规渗透检测方法进行检测。

(2) 被检对象为石墨类制品时，要注意制品是否经过浸铜等工艺处理；经过浸铜等工艺处理后，石墨类制品中的细微孔洞被填充，就可以使用常规渗透检测方法进行检测。

(3) 被检对象为粉末冶金类制品时，要注意区分是松孔类制品，还是致密类制品；如果是致密类制品，就可以使用常规渗透检测方法进行检测。

渗透检测过程时，渗透液在表面裂纹(或其它表面开口缺陷)中形成截留。

理想状态下，用乳化剂或清洗去除剂去除受检试件表面多余渗透液时，虽然截留的渗透液存在扩散和急剧挥发现象，但仍然会没有损失地截留在适当位置。

在乳化和清洗去除过程中，截留的渗透液被去除的趋势取决于渗透液的溶解及清洗去除特性。

下图为使用油质荧光渗透液进行裂纹检测的横截面图，在渗透液截留中，至少可辨别出以下5种扩散范围：

缺陷截留渗透液所呈现的扩散区

(1) 进入裂纹而接近表面的可洗范围；

(2) 在裂纹中延伸较深的溶解范围；

(3) 在裂纹中最深的不溶解范围；

(4) 水扩散范围；

(5) 乳化扩散范围。

上面所列的范围对渗透过程的缺陷截流效率至关重要。

后乳化型渗透液重复检验的重现性好。这是因为后乳化型渗透液不含乳化剂，第一次检验后，残留在缺陷中的后乳化型渗透液可以用溶剂或三氯乙烯蒸气清洗掉；因而在第二次检验时，不影响渗透液的渗入，故缺陷能重复显示。

水洗型渗透液中含有乳化剂，第一次检验后，只能清洗去除渗透液中的油基部分，乳化剂将残留在缺陷中，妨碍渗透液的第二次渗入，这也是水洗型渗透检测系统重现性差的主要原因。