《無損檢測儀器與設備》課件第1章

1.1滲透檢測裝置1.2試塊1.3黑光燈1.4黑白光檢測儀器

習題1.1.1固定式滲透檢測裝置

當零件數量較多、要求布置流水作業(yè)線時，一般采用固定式滲透檢測裝置。固定式滲透檢測裝置由一系列分離的裝置組成，這些分離的裝置包括預清洗裝置、滲透裝置、乳化裝置、水洗裝置、干燥裝置、顯像裝置和檢查室等。1.1滲透檢測裝置

1．預清洗裝置

常用的預清洗裝置有三氯乙烯蒸氣除油槽、堿性或酸性腐蝕槽、超聲波清洗裝置等。

三氯乙烯蒸氣除油槽的結構如圖1-1所示，槽中的三氯乙烯液體被加熱器加熱至沸騰，產生三氯乙烯蒸氣，槽的上部是蛇形管冷凝器，蛇形管內不斷地通冷水冷卻，使三氯乙烯蒸氣在冷凝器上冷凝成液體，從而保證三氯乙烯蒸氣不再上升，并使其保持在一定的水平面上，被冷凝的三氯乙烯液體被收集后流回槽中重復使用。槽壁裝有溫度控制器，當三氯乙烯蒸氣上升時，溫度控制器能自動切斷電源，起到安全保護作用。槽的上部有抽風口，可抽掉揮發(fā)在槽口的三氯乙烯蒸氣。

使用三氯乙烯蒸氣除油槽時，應注意如下幾點：

(1)要保持除油槽的清潔，防止槽液與污染物發(fā)生化學反應而呈酸性。

(2)操作零件進出槽口要緩慢，防止過多的蒸氣被帶出槽外。

(3)要經常添加三氯乙烯，防止加熱器露出液面，引起過熱而產生劇毒氣體。

(4)操作現場禁止抽煙，防止吸入有毒氣體。圖1-1三氯乙烯蒸氣除油槽的結構

2．滲透裝置

滲透裝置主要包括滲透劑槽、滴落架等，如圖1-2所示。其中滲透劑槽體一般用鋁合金或不銹鋼薄板制成，滴落架一般直接安裝在滲透液槽上，并與其成為一體，這樣既能使滴落的滲透劑直接流到滲透劑槽中，又能為實際操作提供一個操作位置。

3．乳化裝置

乳化裝置與滲透裝置相似，但乳化裝置中需安裝攪拌器，供定期或不定期地對乳化劑進行攪拌時使用。圖1-2帶滴落架的滲透裝置

4．水洗裝置

常用的水洗裝置主要有攪拌水槽、噴洗槽等，如圖1-3所示。其槽體是由普通鋼板或不銹鋼板焊接而成的，槽底水平安放著管子，管子上有孔眼，空氣通過孔眼進入槽底。為了控制槽中水溫、水壓，槽壁安裝有水溫表和水壓表。清洗噴嘴安裝在槽的側面，噴嘴的角度可以調節(jié)，使用時會形成扇形噴射水流，噴洗后的水從槽的底部流出。圖1-3水洗裝置

5．干燥裝置

常用的干燥裝置是熱空氣循環(huán)干燥器，它是由加熱器、循環(huán)風扇、恒溫控制系統(tǒng)所組成的，如圖1-4所示。

6．顯像裝置

顯像裝置分為濕式顯像裝置和干式顯像裝置兩大類。

濕式顯像裝置的結構與滲透劑槽相似，也是由槽體和滴落架組成的，顯像槽中安裝漿式攪拌器，以進行不定期的攪拌。

常用的干式顯像裝置有噴粉柜或噴粉槽等，如圖1-5所示。柜內裝有支撐零件用的格柵，底部裝有顯像粉，加熱器使柜中的顯像粉保持干燥松散狀態(tài)，壓縮空氣管下方有孔眼，當通入壓縮空氣時，壓縮空氣將顯像粉吹揚起來形成霧狀，充滿密封柜的全部空間。圖1-4罩式熱空氣循環(huán)干燥器圖1-5

噴粉柜結構示意圖

7．檢查室

采用熒光法檢測時，必須有暗室，為解釋、評定缺陷，室內還應配備有標準的黑光源和白光照明裝置。1.1.2便攜式滲透檢測裝置

便攜式滲透檢測裝置便于攜帶、使用方便，適用于現場檢測或大型零件的局部檢測。

1．便攜式裝置的構成

便攜式裝置主要由滲透劑噴罐、清洗劑噴罐、顯像劑噴罐、檢測燈等部分組成。若采用熒光法檢測，則所用檢測燈應為黑光燈；若采用著色法檢測，則所用檢測燈應為白光燈。

2．噴罐的結構

噴罐的結構如圖1-6所示，在噴罐內封裝滲透檢測材料的同時，按一定的比例裝入了氣霧劑(如乙烷、氟利昂等)，氣霧劑在常溫下會汽化，形成壓力。使用時，只要壓下頭部的閥門，滲透檢測材料就會從頭部的噴嘴自動噴出。噴罐內部的壓力隨滲透檢測材料的種類和溫度的不同而異，溫度越高，壓力越大。圖1-6噴罐的結構

3．使用噴罐的注意事項

(1)噴嘴與被測件表面之間應保持一定的距離。在滲透檢測材料剛從噴嘴噴出時，由于氣流集中，滲透檢測材料呈液滴狀而還未形成霧狀，距離太近，會使?jié)B透檢測材料施加不均勻。

(2)噴罐不宜放在靠近火源、熱源處。

(3)對于廢棄的噴罐，應破壞空罐密封性后再遺棄。1.1.3整體式滲透檢測裝置

整體式滲透檢測裝置占地面積小，各部分連接緊湊，既適于連續(xù)的大批量中小型零件的滲透檢測，也便于進行自動檢測。

1.1.4靜電噴涂裝置

1．靜電噴涂原理

噴槍接通負高壓，使噴出的滲透劑或顯像劑帶負電，零件接地為陽極，在高壓靜電場的作用下，使?jié)B透劑或顯像劑吸附到零件表面上，如圖1-7所示。圖1-7靜電噴涂法示意圖

2．靜電噴涂裝置

靜電噴涂裝置由負高壓發(fā)生器、高壓空氣泵、粉末漏斗柜及噴槍等組成。

(1)負高壓發(fā)生器供給噴槍負高壓，發(fā)生器中裝有過電流自動保護裝置。

(2)高壓空氣泵將滲透劑加壓后送入噴槍中進行噴涂。

(3)粉末漏斗柜用來將顯像粉壓入噴槍中進行噴粉顯像。

(4)噴槍用于噴涂滲透劑或顯像粉。噴槍柄上裝有低壓開關，與靜電發(fā)生器上的繼電器相連接，開關打開時，繼電器工作，產生靜電，滲透劑或顯像粉到達噴槍頭上。槍柄上還安裝有觸發(fā)安全鎖，以保證偶然掉地或碰撞時，滲透劑或顯像劑不會噴射出來。

3．靜電噴涂的特點

(1)靜電噴涂可使?jié)B透檢測材料均勻地分布在零件表面上，并增加其對零件表面的附著力，因而靈敏度可相應提高。

(2)滲透檢測材料噴射量的70%以上都能夠吸附到零件上，若噴涂速度調節(jié)得當，很少會有液滴或粉末飛出靜電場，既可大量節(jié)約滲透檢測材料，又可減少環(huán)境污染，保持工作場所的清潔。

(3)采用同工位操作，不需要滲透液槽、顯像粉柜等一系列容器，占地面積小。

常用試塊類型主要為鋁合金淬火裂紋試塊、不銹鋼鍍鉻裂紋試塊、黃銅板鍍鎳鉻層裂紋試塊、自然缺陷試塊、吹砂鋼試塊與組合試塊。在滲透檢測中，試塊主要有以下幾個

作用：

(1)評價所用滲透劑等級、滲透檢測系統(tǒng)和工藝的靈敏度。

(2)確定滲透檢測的工藝參數。

(3)比較不同滲透檢測系統(tǒng)的相對優(yōu)劣。1.2試

塊1.2.1鋁合金淬火裂紋試塊

鋁合金淬火裂紋試塊也稱A型試塊，其形狀如圖1-8所示。它主要用于對比試驗，可在同一工藝條件下，比較兩種不同的滲透檢測系統(tǒng)的靈敏度，也可使用同一組滲透檢測材料，在不同的工藝條件下進行工藝靈敏度試驗。理論上，試塊刻槽兩側上的裂紋形狀和分布應是對稱的，但實際上有時會有所不同，因此，使用時應予以注意。

圖1-8鋁合金淬火裂紋試塊鋁合金淬火裂紋試塊的優(yōu)點是制作簡單，在同一試塊上可具有多種尺寸的裂紋，且形狀類似于自然裂紋。其缺點是裂紋尺寸較大且不能控制，試塊表面易氧化，清洗效果不佳，多次使用后重現性較差。因此，鋁合金淬火裂紋試塊不適用于滲透檢測材料的靈敏度鑒別，且使用次數不能多于3次。1.2.2不銹鋼鍍鉻裂紋試塊

不銹鋼鍍鉻裂紋試塊又稱B型試塊，其形狀如圖1-9所示。它主要用于校驗操作方法與工藝系統(tǒng)的靈敏度。其具體做法是：按預先規(guī)定的工藝程序對B型試塊進行滲透檢測，再把實際的顯示圖像與標準工藝圖像照片相比較，從而評定操作方法正確與否或確定工藝系統(tǒng)的靈敏度。

這種試塊的優(yōu)點是裂紋深度尺寸可控，一般不超過鍍鉻層厚度，在同一試塊上可具有多種尺寸的裂紋，制作工藝簡單，重復性好，使用方便。其缺點是由于試塊檢測面沒有分開，故不便于比較不同滲透檢測材料或不同工藝方法靈敏度的優(yōu)劣。圖1-9不銹鋼鍍鉻裂紋試塊1.2.3黃銅板鍍鎳鉻層裂紋試塊

黃銅板鍍鎳鉻層裂紋試塊又稱C型試塊，其形狀如圖1-10所示。它既可用于某一滲透檢測系統(tǒng)性能的對比試驗和校驗，也能進行兩個滲透檢測系統(tǒng)的性能比較。當進行對比試驗時，不僅要評價缺陷條紋的完整性，還要評價試塊上顯示的亮度、清晰度和靈敏度。圖1-10黃銅板鍍鎳鉻層裂紋試塊及彎曲夾具示意圖(a)圓柱面夾具；(b)等距離分布的裂紋；(c)非圓柱面夾具；(d)由密到疏排列的裂紋

這種試塊的優(yōu)點是裂紋較淺，易于清洗，不易被堵塞，可多次重復使用。其缺點是試塊的鍍層表面光潔，使表面多余的滲透液易于清洗，與實際零件的檢驗情況差異較大，因而所得結論不能認為可等同于在工業(yè)檢測零件上所獲得的結果；制作比較困難，特別是裂紋尺寸的有效控制更為困難；在制造過程中，不會生成兩塊完全相同裂紋尺寸的試塊，因此，使用時應予以注意。1.2.4自然缺陷試塊

為克服人工裂紋試塊與實際被檢零件兩者的表面粗糙度、清洗狀況及檢驗情況相差較大的缺點，可選擇帶有缺陷的零件與人工裂紋試塊一起使用。

選擇自然缺陷試塊時應注意以下幾點：

(1)應選擇有代表性的零件作為缺陷試塊。

(2)試塊上所帶的缺陷應有代表性。

(3)最好選擇帶有細小裂紋和其他細小缺陷的試件，同時，還要選擇淺而寬的開口缺陷試件。

(4)選擇好缺陷試件后，應用草圖或照相的方法記錄好缺陷的位置和大小，以備校驗時對照。1.2.5吹砂鋼試塊與組合試塊

吹砂鋼試塊主要用于滲透劑的清洗性能校驗和去除劑的去除性能校驗，也用于校驗去除零件表面多余滲透劑的工藝方法是否妥當。

還可將不銹鋼鍍鉻五點裂紋試塊與吹砂鋼試塊等兩種不同的試塊組合在一起，構成組合試塊，用于監(jiān)測滲透檢測系統(tǒng)性能的變化。由普惠飛機公司研制的PSM試塊的示意圖如圖1-11所示。圖1-11PSM試塊示意圖1.3.1黑光燈的結構

黑光燈也稱水銀石英燈，由高壓水銀蒸氣弧光燈、紫外線濾光片和鎮(zhèn)流器所組成。高壓水銀蒸氣弧光燈的結構如圖1-12所示。燈內的石英內管充有水銀和氖氣，管內有兩個主電極、兩個輔助電極，輔助電極與其中一個主電極靠得很近。開始通電時，主電極與輔助電極首先通過氖氣產生電極放電，因限流電阻的作用，會使放電電流相當小，但卻足以使管內的水銀蒸發(fā)。水銀蒸發(fā)會導致兩主電極之間產生電弧放電，這就表示黑光燈已開始點燃，但這時放電電壓不穩(wěn)定，一般要經5～10min后電壓才能穩(wěn)定，此時管內水銀蒸氣壓力可達0.4～0.5MPa。1.3

黑

光

燈圖1-12

高壓水銀蒸氣弧光燈的結構

高壓水銀蒸氣弧光燈輸出的光譜范圍很寬，除黑光外，還有可見光和紅外線。波長大于390nm以上的可見光會在工件上產生不良的襯底，使熒光顯示不鮮明，330nm以下的短波紫外線會傷害人的眼睛，熒光檢測需要波長為365nm的黑光束激發(fā)熒光，故需選擇合適的濾光片，以濾去波長過短或過長的光線。常用于制作濾光片的材料是深紫色耐熱玻璃。黑光燈需與鎮(zhèn)流器串接才能使用，具體的接線方法如圖1-13所示。圖1-13黑光燈的接線圖

鎮(zhèn)流器在線路中起鎮(zhèn)流作用，它在主、輔電極放電或兩主電極放電時起阻止電流增加的作用，使放電電流趨于穩(wěn)定，以保護高壓水銀蒸氣燈不致過載。另外，由主、輔電極放電轉為兩主電極放電的一瞬間，主、輔電極斷電，在鎮(zhèn)流器上產生一個阻止電流減少的反向電動勢，這個反向電動勢加到電源電壓上，使兩主電極之間的放電電壓高于電源電壓，這有助于高壓水銀燈的點燃。1.3.2使用黑光燈的注意事項

使用黑光燈應注意以下幾點：

(1)

應盡量減少不必要的開關次數。黑光燈點燃并穩(wěn)定工作后，石英內管中的水銀蒸氣壓力很高，在這種狀態(tài)下關閉電源時，在斷電的瞬間，鎮(zhèn)流器上產生一個阻止電流減少的反向電動勢，這個反向電動勢加到電源的電壓上，使兩主電極之間的電壓高于電源電壓，此時管內水銀蒸氣壓力很高，會使高壓水銀蒸氣弧光燈處于瞬時擊穿狀態(tài)，從而減少燈的使用壽命。

(2)

必須對黑光燈進行定期的校驗。因為使用中，黑光燈的輻照度會不斷降低或變化，從而降低了檢測靈敏度。

輻照度降低或變化的主要因素如下：

①黑光燈本身的質量差異。

②黑光燈所輸出的功率與所施加的電壓成正比。

③隨著使用時間的不斷增加，黑光燈的輸出功率不斷降低。

④黑光燈上集積的灰塵將嚴重降低黑光燈的輸出功率。

⑤黑光燈的使用電壓超過額定電壓時，壽命會下降。1.4.1黑光輻照度檢測儀

黑光輻照度檢測儀有直接測量法和間接測量法兩種形式。

直接測量法是使黑光燈直接輻射到距黑光燈一定距離處的光敏電池上，測得黑光輻射照度值，以μW/cm2來表示。這種黑光輻照度