在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，鈦合金鑄件因其優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，如高強(qiáng)度、低密度、優(yōu)良的耐腐蝕性以及良好的生物相容性等，被廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)療、化工等諸多領(lǐng)域[1-2,14-15]。然而，鈦合金鑄件的生產(chǎn)過程復(fù)雜，容易出現(xiàn)各種缺陷，如裂紋、氣孔、疏松等，這對(duì)鑄件的質(zhì)量和使用性能造成了嚴(yán)重影響[3-5]。 

熒光滲透檢測（FPI）是一種廣泛應(yīng)用的無損檢測技術(shù)，基于毛細(xì)作用原理，主要用于檢測非疏孔性金屬和非金屬試樣表面的開口缺陷。滲透檢測的基本流程包括預(yù)處理、滲透、后清洗、干燥顯像和檢驗(yàn)。該方法通過將含有熒光染料的滲透液吸入被測材料的微小裂紋或缺陷中，然后在特定條件下使用紫外線照射，使熒光染料發(fā)出熒光，從而清晰地顯示缺陷的位置、形狀和大小[6-13,16-17]。 

顯像時(shí)間作為熒光滲透檢測的關(guān)鍵參數(shù)之一，對(duì)其開展研究是很有必要的，文章旨在探討顯像時(shí)間對(duì)鈦合金鑄件熒光滲透檢測效果的影響，以現(xiàn)有測試條件與材料，確定最優(yōu)顯像時(shí)間，以期為實(shí)際生產(chǎn)中熒光滲透檢測參數(shù)的選擇提供理論依據(jù)。該研究的結(jié)果可以為鈦合金鑄件，以及其他類型鑄件的熒光滲透檢測提供參考。同時(shí)，通過對(duì)顯像時(shí)間的研究，可以進(jìn)一步深入理解熒光滲透檢測的原理和方法，為其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供支持。 

1.   試驗(yàn)設(shè)計(jì)

此次試驗(yàn)采用控制變量法研究顯像時(shí)間對(duì)鈦合金鑄件熒光滲透檢測效果的影響。在熒光滲透檢測過程中，保持滲透時(shí)間、沖洗時(shí)間、沖洗水溫、沖洗水壓以及干燥時(shí)間等參數(shù)不變，僅設(shè)置不同的顯像時(shí)間進(jìn)行熒光滲透檢測，顯像時(shí)間由同一校準(zhǔn)周期內(nèi)的計(jì)時(shí)器進(jìn)行倒計(jì)時(shí)記錄。為確保熒光顯示尺寸的測量精度，在熒光顯示尺寸的最大方向上，采用校準(zhǔn)有效期內(nèi)的電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺進(jìn)行尺寸測量。對(duì)熒光顯示尺寸進(jìn)行3次手動(dòng)測量，取3次測量結(jié)果的平均值作為最終熒光顯示尺寸數(shù)據(jù)，并進(jìn)行記錄。 

通過對(duì)不同顯像時(shí)間下的PSM-5試件和某型號(hào)鈦合金鑄件（以下簡稱試件和鑄件）進(jìn)行熒光滲透檢測，對(duì)比不同顯像時(shí)間下的檢測結(jié)果，尋找既能使缺陷清晰可見，又能保證檢測效率和設(shè)備性能的最佳顯像時(shí)間。此外，在確保檢測結(jié)果可靠的前提下，探討如何盡可能縮短顯像時(shí)間，提高檢測效率。 

該研究采用半自動(dòng)化熒光檢測線對(duì)鑄件進(jìn)行熒光滲透檢驗(yàn)。依據(jù)ASTM E1417/E1417M-16標(biāo)準(zhǔn)，選擇I-A法-a型（水洗型熒光滲透液、干粉顯像）方法，滲透液使用SHERWIN公司的HM604型水洗型滲透液，顯像粉型號(hào)為D-90G，熒光滲透檢測流程如圖1所示。 

圖  1  熒光滲透檢測流程示意

在預(yù)處理階段，將零部件置于超聲波清洗槽內(nèi)，采用Daraclean 282型清洗劑進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間為5 min，水溫為30 ℃~40 ℃。接著進(jìn)行水淋洗并進(jìn)行水膜試驗(yàn)，觀察表面無斷層現(xiàn)象，保證清洗后試件和鑄件表面滿足滲透要求。然后進(jìn)行烘干處理，待零部件的溫度降至室溫后，進(jìn)行滲透處理，此過程需歷時(shí)8 min。隨后進(jìn)行滴落處理，耗時(shí)12 min。在滲透過程中，采用專用工具以防止零部件之間的相互接觸，觀察鑄件表面滲透液是否全表面覆蓋，必要時(shí)對(duì)零部件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，以防止液體積聚。接下來是自動(dòng)噴淋洗環(huán)節(jié)，時(shí)間為30 s，再進(jìn)行手工噴洗。在噴洗過程中，水壓應(yīng)控制在0.275 MPa以內(nèi)，水溫應(yīng)在10 ℃~38 ℃之間，噴頭與零部件的距離至少為30 cm，噴頭與零部件的傾斜角度為45°。在采用壓縮空氣去除零部件表面多余水分時(shí)，空氣壓力不得超過0.172 MPa。在干燥階段，采用烘箱進(jìn)行干燥處理，設(shè)定干燥溫度為60 ℃，在保證零部件剛好干燥的前提下，干燥時(shí)間越短越好，設(shè)定干燥時(shí)間為8 min。然后，采用D-90G型顯像粉對(duì)零部件進(jìn)行爆粉顯像處理，通過顯像槽窗口觀察爆粉過程，實(shí)時(shí)監(jiān)控確保所有表面均被顯像劑覆蓋，以獲得良好的背景。顯像時(shí)間分別設(shè)定為10 min，20 min，30 min，1 h，2 h和3 h。進(jìn)入暗室檢驗(yàn)階段，設(shè)置暗適應(yīng)時(shí)間為1 min，零部件表面白光光照強(qiáng)度不超過20 lx，待檢表面黑光強(qiáng)度不低于1 200 μW·cm−2。在后處理階段，可采用壓縮空氣或水進(jìn)行清洗，清洗完畢后的零部件需立即進(jìn)行干燥處理。 

2.   試驗(yàn)結(jié)果與分析

PSM-5試件在不同顯像時(shí)間下的滲透檢測結(jié)果如圖2所示，試件星裂點(diǎn)從上往下編號(hào)為1~5，不同顯像時(shí)間下試件各星裂點(diǎn)直徑如表1所示。 

圖  2  不同顯像時(shí)間下PSM-5試件的滲透檢測結(jié)果

由表1可以看出，顯像時(shí)間為10 min時(shí)，雖然試件的5個(gè)點(diǎn)均已顯現(xiàn)出來，但第4個(gè)點(diǎn)和第5個(gè)點(diǎn)略顯模糊；時(shí)間為20 min時(shí)，試件的5個(gè)點(diǎn)均清晰可見，直徑也逐漸變大；時(shí)間為30 min時(shí)，試件的缺陷逐漸變大，顏色開始加深，但對(duì)比度開始下降；時(shí)間為1 h時(shí)，點(diǎn)1和點(diǎn)4直徑持續(xù)增大，其余點(diǎn)直徑不變，顏色繼續(xù)加深，對(duì)比度持續(xù)下降；時(shí)間為2 h時(shí)，相較于1 h時(shí)，其直徑變化已經(jīng)不大，缺陷邊界已經(jīng)模糊；時(shí)間為3 h時(shí)，點(diǎn)1的直徑已經(jīng)不變了，缺陷形貌已經(jīng)趨于圓。 

按文中試驗(yàn)條件對(duì)某型號(hào)鈦合金鑄件進(jìn)行驗(yàn)證，顯像時(shí)間分別設(shè)定為10，20，30 min，1，2，3 h，不同顯像時(shí)間下不同鈦合金鑄件滲透檢測效果如圖3~6所示。其缺陷直徑變化如表2~5所示。在圖3中當(dāng)顯像時(shí)間超過20 min時(shí)，對(duì)于a、b、d這3個(gè)點(diǎn)狀缺陷，隨著顯像時(shí)間的延長，顯像劑在缺陷處積聚，夸大了缺陷的程度；對(duì)于c缺陷（線性缺陷），隨著顯像時(shí)間的延長，顯像劑在缺陷周圍擴(kuò)散，缺陷的邊界變得模糊不清，缺陷顏色由黃綠色開始泛白，背景過重，缺陷尺寸變大，降低缺陷的可辨識(shí)度。 

圖  3  1#鈦合金鑄件不同顯像時(shí)間下的滲透檢測效果

圖  4  2#鈦合金鑄件不同顯像時(shí)間下的滲透檢測效果

圖  5  3#鈦合金鑄件不同顯像時(shí)間下的滲透檢測效果

圖  6  4#鈦合金鑄件不同顯像時(shí)間下的滲透檢測效果

由圖4可見，當(dāng)鑄件顯像時(shí)間超過20 min時(shí)，隨著時(shí)間延長，出現(xiàn)過度顯像，導(dǎo)致缺陷周圍的顯像劑吸附過多滲透液，使缺陷顯示的尺寸較實(shí)際缺陷偏大，而造成對(duì)缺陷嚴(yán)重程度的誤判。同時(shí)，過度顯像使背景顏色加深，降低了缺陷與背景的對(duì)比度，影響了對(duì)缺陷的觀察和識(shí)別。 

由圖5可見，隨著顯像時(shí)間的延長，缺陷邊界模糊，顯像劑持續(xù)吸附滲透液并擴(kuò)散，導(dǎo)致缺陷邊界的顯像劑分布不再集中，線性缺陷的線條變得模糊，非連續(xù)性缺陷的邊緣也變得不清晰。長時(shí)間的顯像使鑄件表面微小起伏、雜質(zhì)或殘留的滲透液被顯像劑過度吸附，形成類似缺陷的顯示，產(chǎn)生假缺陷信號(hào)，干擾對(duì)真實(shí)缺陷的判斷。 

由圖6可見，隨著缺陷時(shí)間的延長，缺陷對(duì)比度降低，背景顯像劑吸附量增加，背景顏色進(jìn)一步加深，而缺陷處由于滲透液被過度吸附后擴(kuò)散，與背景的對(duì)比度逐漸降低。 

根據(jù)上述試驗(yàn)分析可知，顯像時(shí)間延長將導(dǎo)致以下結(jié)果：① 過度擴(kuò)散：顯像劑在表面上過度擴(kuò)散，導(dǎo)致缺陷的顯示變得模糊不清；缺陷痕跡寬度變寬，使得分辨力下降，難以準(zhǔn)確判斷其尺寸和形狀。② 過飽和：長時(shí)間的顯像導(dǎo)致顯像劑在缺陷處過度飽和，使得缺陷的顯示過于強(qiáng)烈，甚至掩蓋了一些細(xì)微的缺陷。③ 背景干擾：過長的顯像時(shí)間可能會(huì)導(dǎo)致背景顏色變深，從而增加了對(duì)缺陷的識(shí)別難度。背景的干擾可能使缺陷的顯示不夠突出，容易被忽視或誤判。 

3.   結(jié)論

以鈦合金鑄件為研究對(duì)象，通過控制變量法，在熒光滲透檢測系統(tǒng)其余各參數(shù)一致且滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，系統(tǒng)地研究了顯像時(shí)間對(duì)熒光滲透檢測結(jié)果的影響。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，確定了使用HM-604型自乳化滲透液，D-90G型干粉顯像劑對(duì)鈦合金鑄件進(jìn)行滲透檢測時(shí)，最佳的顯像時(shí)間為20 min。在該顯像時(shí)間下，檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性最高，保證了該條件下的滲透檢測可靠性和可實(shí)施性。

文章來源——材料與測試網(wǎng)