4.1 Princip

Metoden innebär möjlighet att visuellt lokalisera ytdefekter på solida material, som ej har en porös yta. Den bygger på principen att låta en vätska tränga in i ytfel på ett material med hjälp av kapillärkraften. Efter det att vätskan på ytan noggrant har borttagits, kan den vätskemängd, som trängt in i ytfelen föras upp till ytan med hjälp av en absorberande framkallare. Visuell inspektion av materialytan görs därefter i en belysning, som är nödvändig för det aktuella provsystemet.

Penetrerbarhet
Med penetrerbarhet hos en vätska menas förmågan att tränga in i ytfel och sprickor på fasta föremål. Det är en komplicerad egenskap, som bland annat påverkas av

• typ av vätska (penetrant)
• typ av ytbeskaffenhet hos provmaterialet
• temperatur hos material och vätska
• grad av förorening hos vätskan och på materialytan.

Viktiga egenskaper hos penetranten är vätförmågan och ytspänningen, vilken även påverkas av provobjektets ytbeskaffenhet. Viskositeten hos penetranten påverkar hur snabbt penetreringen sker.

En penetrant innehåller färgmedel, rött eller fluorescerande, och en ökning av koncentrationen ökar också indikerbarheten. En ökning av färgkoncentrationen kan ske genom upprepade doppningar och avrinningar eller sprayningar. Härigenom avdunstar penetrantens lösningsmedel mellan påföringarna, och mera färgmedel lämnas i ytfelen och känsligheten förbättras.

Vätskepenetrering i öppna ytfel ombesörjes av den naturkraft, som brukar kallas kapillärkraften.

Denna ger en bättre vätskeinträngning i tunna, rena sprickor än i breda. Storleken av en penetrantindikation bestäms av den vätskevolym (penetrantvolym), som lagrats i ytfelet. Volymen bestäms förstås av felets djup x bredd. Längden har också en avgörande betydelse om ögat skall kunna uppfatta indikationen.

Vid praktisk provning förekommer i många fall föroreningar (kontamineringar) i ytfel. Detta gäller särskilt material, som varit i drift och provats med avseende på utmattningssprickor. Penetranten måste här dela utrymme med kontamineringen, vilket minskar penetrantvolymen och ger en osäkrare indikering. Det är således viktigt med noggrann rengöring av kontaminerade material före penetrantprovning.

Penetranter indelas dels efter hur de är färgade och dels efter hur överskottspenetrant på materialytan borttages. De två vanliga huvudtyper, som förekommer, är färgpenetrant (röd) och fluorescerande. Det finns även fluorescerande färgpenetrant, vilken är färgad röd till orange och vilken kan utvärderas såväl i dags-som i UV-ljus.

Röd färg ger en hög kontrast mot andra färger och har hög skönjbarhet i tunna skikt. Den efteremulgerbara och lösningsmedelsavsköljbara anses ha högre känslighet, speciellt tillsammans med våtframkallare med lösningsmedel. Den enda fördelen gentemot den fluorescerande penetranten är att inspektionen kan ske i vanligt ljus. De fluorescerande har generellt en högre känslighet än färgpenetranter. Det beror på att de fluorescerande kan ge en lika klart indikerbar indikation som färgpenetranter men med mindre penetrantvolymer.

Fluorescerande penetrantvätska i ett ytfel absorberar energi i det ultravioletta (UV) området och omvandlar detta till synligt ljus. Den absorberande energin har våglängder i området 0,35– 0,40 μm (typiskt 0,365 μm) och skickar ut ljus med våglängder 0,475–0,575 μm. Detta motsvarar det gröna till det gula färgområdet.

Kvaliteten hos penetranternas färgämnen och speciellt den fluorescerande påverkas av åldring, exponering av ljus (både UV och dagsljus), värme och kontamineringar.

Fluorescerande ämnen är också känsliga för syror genom att färgämnets fluorescerande egenskaper då utarmas. Detta är särskilt märkbart i vattenavsköljbara penetranter. Det är därför viktigt att penetrantmateriel kontrolleras regelbundet, se avsnitt 5.6.

Fluorescerande penetranter måste fluorescera perfekt i UV-ljus även vid de lägsta färgämneskoncentrationer.

Det är viktigt, att den kemiska sammansättningen hos penetranten är anpassad till provobjektet. Speciellt gäller detta vid provning av austenitiska stål med hög nickelhalt, som kemiskt kan angripas av halogener (klor och fluor) samt svavel. Ett halogeninnehåll mindre än 1 % brukar i sådana fall krävas. Detsamma gäller även svavelinnehållet hos penetranten.

Framkallare
Den primära orsaken till att använda en framkallare, är att den lilla penetrantvolym som finns i ytfelet skall sugas upp på ytan och spridas i det pålagda framkallarskiktet.

Ovanstående ombesörjes med framkallarens kapillära egenskaper. Olika typer av framkallare och påföringssätt presenteras nedan:

Tabell 4.

Torrframkallare
Framkallaren består av pulver, som bildar en tunn hinna på provobjektet efter appliceringen. Framkallaren är känslig för fukt och ytan måste vara absolut torr vid påläggningen. Vid grova ytor (typ svetsar) är det i regel en fördel att använda torr- istället för våtframkallare. Torrpulver kan påföras elektrostatiskt eller i dimkammare vid halvautomatisk provning. Borttagning sker med tryckluft eller lätt vattenspray.

Vattenlösliga framkallare
Dessa består av pulver löst i vatten, vilket tillsammans bildar en klar vätska. Då vattnet avdunstar rekristalliserar pulvret. Vätmedel och korrosionshämmare ingår normalt i framkallaren. Vattenlösliga framkallare påförs efter borttagning av överskottspenetrant, och ytan behöver ej torkas före påföringen.

Torkning sker i regel efter det att framkallaren pålagts. Torktemperaturen bör ej överstiga 80ºC. Pulverkoncentrationen kontrolleras med hydrometer (densitetsmätning). Framkallaren har god vidhäftning och är ändå avsköljbar med vatten. Jämfört med lösningsmedelsframkallare har den dock nackdelar. Den är inte oljebaserad, vilket är det naturliga för penetranter. Vattenlösliga framkallare rekommenderas ej tillsammans med vattenavsköljbara penetranter på grund av risk för ursköljning.

Vattensuspenderade framkallare
Framkallaren inhandlas som torrpulver, som blandas ut med vatten. Pulvret löses ej i vattnet och framkallaren måste då och då omröras. För hög pulverkoncentration kan försämra detekterbarheten för små fel.

Lösningsmedelsbaserade framkallare
Denna framkallare har den högsta känsligheten. Detta beror på att den reagerar med penetranten i ytfelet, tunnar ut den och reducerar viskositeten hos penetranten. Volymen expanderar härmed, och indikationen förbättras. Genom att framkallaren är utsatt för avdunstning är den vanligaste påföringsformen med sprayburk.

Påläggningen är ett viktigt moment. Färgpenetranter kräver ett tjockare skikt än fluorescerande. För tjockt skikt kan emellertid maskera eventuella mindre fel. Påläggning bör göras i flera tunna skikt med lätt torkning mellan varje. Rekommenderat sprayavstånd är ~30 cm. Ytan måste vara torr, innan framkallaren pålägges. Om torkning i ugn har skett måste ytan ha antagit rumstemperatur, innan påläggning sker.

Plastfilmsframkallare
Känslighet och upplösning hos denna framkallare är mycket hög. Framkallningspartiklarna är lösta i ett lösningsmedel, som bildar en tunn plasthinna på objektet. Efter påläggning i flera skikt är det möjligt att avlägsna plasthinnan för dokumentation av indikationerna.