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,4.2.1.2表面张力系数,表面张力与液面的长度l成正比fl,f/l,称为表面张力系数,单位N/m。
因此,表面张力是施于液体表面单位长度上的力。
表面张力系数与液体的种类和温度以及有无杂质有关。
一般,易挥发液体的表面张力系数比不易挥发的液体的表面张力系数小;
同种液体,温度越高,表面张力系数越小,表面张力也越小;
当液体中含有杂质时,会使表面张力系数降低。
(常用液体材料的表面张力系数见表4-3),液体与固体交界有两种现象:
第一种是液体分子之间的作用力大于液体和固体分子之间的作用力,称之为固体不被液体润湿,如水银在玻璃表面收缩成水银珠那样。
第二种是液体分子之间的相互作用力小于液体分子和固体分子之间的作用力,称之为固体被液体润湿,如水滴滴在干净的玻璃板上,水滴会慢慢散开。
4.2.2润湿现象4.2.2.1润湿和不润湿,能被水润湿的物质叫亲水物质,如玻璃、石英、方解石、长石等;
不能被水润湿的物质叫做疏水物质,如石蜡、石墨、硅黄等。
4.2.2.2接触角和润湿方程,1.接触角液面在接触点的切线与包括该液体的固体表面之间的夹角(从三相交点向液体表面做切线,与固液界面之间的夹角即为接触角。
)2.润湿方程:
cos=(FS-FSL)/FL(这是因为FS=FLcos+FSL),90度,称为不润湿渗透检测中,渗透液对工件表面的良好润湿是进行渗透检测的先决条件。
只有当渗透液能充分润湿工件表面时,渗透液才能向狭窄的缝隙内渗透。
此外,渗透液还必须能润湿显像剂。
(接触角的实测数据见表4-4),将一根很细的管子插入盛有液体的容器中,如果液体能润湿管子,那么液体会在管子内上升,使管内的液面高于容器的液面。
如果液体不能润湿管子,管内的液面就会低于容器的液面。
4.2.3毛细现象4.2.3.1毛细管和毛细现象,4.2.3毛细现象4.2.3.1毛细管和毛细现象,润湿的液体在毛细管中呈凹面并且上升,不润湿的液体在毛细管中呈凸面并且下降的现象,称为毛细现象。
4.2.3.2毛细现象中的液面高度,1.毛细管内的液面高度管内液体形成凹面,产生拉应力使管内液面上升:
FU=2r2/R=2rcos管内液体自重:
FD=r2hg则h=2cos/rg,2.两平行板间的液面高度,润湿的液体在间距很小的两平行板间也会产生毛细现象。
同样有:
h=cos/rg。
柱形液面上升的高度与球形液面上升的高度。
可将零件表面的开口缺陷看作是毛细管或毛细缝隙。
由于所采用的渗透液都是能润湿零件的,因此渗透液在毛细作用下能渗入表面缺陷中去,使缺陷附近的表面有所不同。
此时可以直接进行观察,而如果使用显像剂进行显像,灵敏度会大大提高。
显像过程也是利用渗透的作用原理。
显像剂是一种细微粉末,显像剂微粉之间可形成很多半径很小的毛细管,这种粉末又能被渗透液所润湿,所以当清洗完零件表面多余的渗透液后,给零件的表面敷散一层显像剂,根据上述的毛细现象,缺陷中的渗透液就容易被吸出,形成一个放大的缺陷显示。
4.2.4表面活性和表面活性剂,4.2.4.1定义能使溶剂表面张力降低的性质称为表面活性。
具有表面活性的物质称为表面活性物质。
当在溶剂中加入少量的表面活性物质时,能明显的降低溶剂的表面张力,改变溶剂的表面状态,产生润湿、乳化、起泡及增溶等一系列作用,这种表面活性物质称为表面活性剂。
4.2.4.2表面活性剂的种类和特点,1.离子型2.非离子型水溶液中不电离,稳定性高,具有较好的溶解性能,在一般固体表面上也不发生强烈吸附。
渗透检测中常用的是非离子型表面活性剂。
5.2.4.3表面活性剂在溶液中的特性,1.胶团化作用表面活性剂在溶液中的浓度超过一定值时,会从单体缔合形成胶态聚集物,形成胶团。
形成胶团时,亲油基聚集于胶团之内,亲水基朝外。
2.吸附作用,表面活性剂在两相界面上发生的相对聚集的现象。
吸附使表面活性剂分子形成定向排列,极性的亲水基朝向水或水溶液,亲油基朝外。
3.增溶作用,水溶液中表面活性剂的存在能使原来不溶或微溶于水的有机化合物的溶解度显著增加。
在未达到临界胶团浓度以前,并没有增溶作用。
表面活性剂在溶液中的浓度越大,胶团形成越多,增溶作用越显著。
4.亲水性,表面活性剂是否溶于水是衡量表面活性剂的一项重要指标。
亲水性用亲憎平衡值表示:
H.L.B(亲水基部分的分子量/表面活性剂的分子量)20,4.2.5乳化作用5.2.5.1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起的两种液体能够混合在一起的现象称为乳化现象。
具有乳化作用的表面活性剂称为乳化剂。
4.2.5.2乳化作用的机理,1.改变界面的性质和状态,降低界面张力,使油滴的表面能不会急剧增加;
2.在分散的液滴表面形成一种具有一定强度的保护膜,防止液滴重新聚集。
4.2.5.3乳化形式1.水包油型(O/W)H.L.B在818之间的表面活性剂的乳化剂,又称为亲水性乳化剂,如牛奶。
2.油包水型(W/O)H.L.B在3.66之间的表面活性剂的乳化剂,又称为亲油性乳化剂,如原油。
4.2.6渗透检测中的光学知识4.2.6.1可见光和紫外线1.可见光(白色光)着色渗透检测时,白光下可观察到缺陷的显示。
白色光波长400760nm,日光、白炽灯或高压水银灯均可发出白色光。
2.紫外线(黑光)荧光渗透检测时,在紫外线照射下,缺陷发出明亮的荧光,在暗场才可以观察到。
紫外线波长330390mm。
4.2.6.2光致发光被紫外线激发而发光的现象,称为光致发光。
光致发光物质分为磷光物质和荧光物质。
前者在外界光源停止照射后,仍可持续发光,后者则立刻停止发光。
光致发光现象是原子从高能级轨道跃迁到低能级轨道时产生的。
4.2.7可见度和对比度,1.可见度可见度是观察者相对于背景、外部条件下能看到显示的一种特征,是用来衡量缺陷能否被观察到的指标。
2.对比度某一个显示和围绕这个显示周围的表面背景之间的亮度或颜色之差。
对比度可用某个显示和显示的表面背景之间的反射光或发射光的相对量来表示,这个相对量称为对比率。
4.3渗透检测材料,渗透检测试剂主要有渗透液、显像剂和去除剂三大类组成。
4.3.1渗透液,4.3.1.1理想渗透液应具有的性能1.润湿性能好;
2.渗透能力强,渗透速度快;
3.色泽好,对比度高;
4.化学稳定性好;
5.闪点燃点高,安全性好;
6.不易挥发,容易清除;
7.对工件无腐蚀,对人体无害,价格合理。
4.3.1.2渗透液的分类与组成,1.着色渗透液
(1)水洗型着色渗透液a水基型着色渗透液以水作为渗透溶剂,在水中溶解染料,可直接用水清洗。
价格便宜、易清洗、安全无毒、不可燃、不污染环境。
渗透能力差,检测灵敏度低,检测对灵敏度要求不高、渗透液与工件发生反应而破坏工件及同油类接触易爆炸的部件。
b自乳化型着色渗透液由油基溶剂、互溶剂、红色染料、乳化剂等组成。
渗透能力强,灵敏度比水基着色渗透液高,成本低,本身含有乳化剂,可以直接用水清洗,也因此称为水洗型着色渗透液。
易吸收空气中的水分产生浑浊、沉淀。
(2)后乳化型着色渗透液基本成分为油基渗透溶剂、互溶剂、染料、增光剂、润湿剂等。
渗透能力强,灵敏度高,毒性低,不含乳化剂因而不能直接用水清洗,需经过乳化工序后才能用水清洗。
不适于检测表面粗糙、有盲孔或带螺纹的工件检验,渗透液中乙酸已酯有难闻的刺激性气味。
适于检查浅而细微的表面缺陷。
(3)溶剂去除型着色渗透液基本成分是红色染料、油性溶剂、互溶剂润湿剂等。
着色渗透能力强,用丙酮等有机溶剂直接清洗,灵敏度较高。
常装在喷灌中,与清洗剂、显像剂配套出售。
适于大型工件的局部检测和无电无水的野外作业,但检查成本高,效率低,有毒性。
2.荧光渗透液
(1)水洗型荧光渗透液a水基型荧光渗透液基本成分是荧关染料和水,特点及适用范围与水基型着色渗透液基本相同,但灵敏度高。
b自乳化型荧光渗透液基本成分是荧光染料、油性溶剂、渗透溶剂、乳化剂等。
渗透能力强,可直接用水冲洗,成本低,检测灵敏度高。
(2)后乳化型荧光渗透液基本成分为荧光染料、油性溶剂、渗透溶剂、互溶剂、润湿剂等。
缺陷中的渗透液不易清洗,所含溶剂的比例比自乳化型荧光渗透液高,目的在于溶解更多的染料。
密度比水小,抗水污染能力强,不受酸或碱的影像。
检测灵敏度高,特别适于检测浅而细微的表面缺陷,适用于要求较高的工件检测,同样要求工件表面光洁、无盲孔和螺纹等。
3.溶剂去除型荧光渗透液,基本成分为荧光染料、油性溶剂、渗透剂、增光剂等。
直接用有机溶剂清洗,灵敏度较高,可用于无水的地方检验。
4.其它渗透液
(1)着色荧光渗透液在灯光下或日光下呈暗红色,在紫外灯下发出明亮的荧光。
它是由特殊的染料、溶剂、渗透剂及某些附加成分组成,并不是着色染料与荧光染料混在一起。
(2)化学反应渗透液将无色或淡黄色的染料溶解在无色的溶剂中形成。
这种渗透液在与配套的无色显像剂接触时会发生化学反应,产生鲜艳的颜色,在紫外灯照射下发出明亮的荧光,从而形成清晰的缺陷显示。
化学反应型渗透液缺陷显示清晰,不污染操作者的衣服及皮肤,也不会污染零件和工作场地,冲洗出的废水也是无色的,避免了颜色污染。
(3)过滤性微粒渗透液,是一种悬浮液,将粒度大于裂纹宽度的染料悬浮在溶剂中配制而成。
当渗透液流进裂纹时,染料微粒不能流进裂纹,微粒就会聚集在开口的裂纹处,提供裂纹显示的信息。
粒可根据实际需要进行选择着色或荧光的。
不需显像剂。
染料微粒必须适当。
5.渗透液的选择原则
(1)灵敏度满足探伤要求;
(2)渗透液对被检工件无腐蚀;
(3)价格低,毒性小,易清洗;
(4)化学稳定性好,能长期使用;
(5)使用安全,不易着火;
4.3.2去除剂(清洗液),4.3
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