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(cè)（FPI）是一種廣泛應(yīng)用的無損檢測(cè)技術(shù)，基于毛細(xì)作用原理，主要用于檢測(cè)非疏孔性金屬和非金屬試樣表面的開口缺陷。滲透檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)效果的影響，以現(xiàn)有測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)效果的影響。在熒光滲透檢測(cè)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(cè)，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(cè)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(cè)量。對(duì)熒光顯示尺寸進(jìn)行3次手動(dòng)測(cè)量，取3次測(cè)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(jiǎn)稱試件和鑄件）進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)，對(duì)比不同顯像時(shí)間下的檢測(cè)結(jié)果，尋找既能使缺陷清晰可見，又能保證檢測(cè)效率和設(shè)備性能的最佳顯像時(shí)間。此外，在確保檢測(cè)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(cè)效率。 

該研究采用半自動(dòng)化熒光檢測(cè)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(cè)流程如圖1所示。 

圖  1  熒光滲透檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(cè)效果

圖  4  2#鈦合金鑄件不同顯像時(shí)間下的滲透檢測(cè)效果

圖  5  3#鈦合金鑄件不同顯像時(shí)間下的滲透檢測(cè)效果

圖  6  4#鈦合金鑄件不同顯像時(shí)間下的滲透檢測(cè)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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)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(cè)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(cè)時(shí)，最佳的顯像時(shí)間為20 min。在該顯像時(shí)間下，檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性最高，保證了該條件下的滲透檢測(cè)可靠性和可實(shí)施性。

文章來源——材料與測(cè)試網(wǎng)