熒光技術在表面無損檢測應用研究

梁云岳，黃宗曉，周麗琴，陳德盛

（廣西電力職業技術學院，廣西 南寧 530007）

0 引言

常用的無損檢測的方法有射線照相檢測、超聲檢測、渦流檢測、磁粉檢測、滲透檢測、目視檢測、泄漏檢測、聲發射檢測、射線透視檢測等。無損檢測是指在不損害或不影響被檢測對象使用性能，不傷害被檢測對象內部組織的前提下，利用材料內部結構異常或缺陷存在引起的熱、聲、光、電、磁等反應的變化。隨著技術的發展，TOFD（衍射時差法超聲檢測）、相控陣超聲檢測、射線數字化成像檢測技術，得到了較大的發展與應用[1]。但傳統檢測仍然在實際應用中占據重要位置，磁粉和滲透檢測在表面無損檢測中仍然不可替代。

在實際工程檢測鐵磁性材料過程中，還是使用紅磁膏、黑磁膏的磁粉檢測，紅色滲透劑、白色顯像劑的著色滲透檢測。為了提高無損檢測的檢出率、靈敏度、分辨力，熒光磁粉檢測、熒光滲透檢測方法已列入檢測標準，是表面無損檢測中一種精確的有效方法。

通過采用熒光磁粉檢測與紅磁膏磁粉檢測，熒光滲透檢測與著色滲透檢測進行對比，包括：平板對接焊縫實驗、適用范圍、環境、操作方法、檢測對象、檢測靈敏度、檢測分辨率、檢測率，以及檢測勞動強度、成本等進行比對分析，為檢測技術人員在選擇檢測時提供參考依據。同時，也可作為高職院校相關專業的課程應用，服務于專業教學。

1 試驗器材和方法

1.1 試驗器材

四塊平板焊縫試件：MT1-15、MT1-34、MT1-33、MT1-40，為避免表面質量對試驗的影響[2-3]，對試件焊縫兩側向外擴展25 mm表面影響檢測的鐵銹、氧化皮、焊接飛濺、鐵屑、毛刺，分別開展著色滲透、熒光滲透、紅磁膏磁粉、熒光磁粉檢測比對試驗。每塊試件焊縫上表面缺陷有兩處，為避免前一次試驗對焊縫表面缺陷的影響，在每次試驗完成時，利用清洗劑反復擦拭，直至上一次試驗的痕跡消失，將表面污漬清洗干燥水分，并用丙酮和無水乙醇1∶1混合液浸泡一天，保證表面裂紋缺陷不被堵塞。

滲透檢測：DPT-5著色滲透劑套裝、Y-VT熒光滲透劑套裝、標準鍍鉻試塊（B型試塊）。

磁粉檢測：HR-1型紅磁膏、YC-2熒光磁粉、便攜式磁粉機，CX-230靈敏度試片、噴壺。

其他設備：黑光燈、相機、放大鏡、照度計。

1.2 滲透檢測方法

采用清洗劑對試塊焊縫處表面清洗，干燥后著色或熒光滲透劑噴涂完全覆蓋焊縫及兩側各25 mm，整個滲透時間不少于10 min，保持潤濕狀態。用干燥、潔凈不脫毛的布擦拭大部分滲透劑，再蘸清洗劑進行擦拭，直至全部擦凈，不得反復擦拭過洗。

在表面噴一層薄薄的顯像劑自然風干，期間觀察顯像情況不少于7 min，放大鏡觀察，并使用相機拍照記錄缺陷。若為熒光滲透，則應在黑光燈下觀測顯像情況。在試件一旁，將B型試塊按照以上操作同時進行，驗證以上檢測方法的靈敏度和可行性。

1.3 磁粉檢測方法

首先用噴壺在焊縫表面做水斷試驗，如果能夠完全潤濕表面證明試件表面清理干凈，將CX-230靈敏度試片用透明膠布貼在試塊表面，便攜式磁粉機邊磁化邊噴磁懸液，并驗證靈敏度試片上的磁痕是否清晰可見。若清晰可見，可將便攜式磁粉機兩觸點連線與焊縫方向成一定角度，每個角度磁化時間1～3 s，邊噴施磁懸液邊觀察磁痕，從上往下沿焊縫方向逐步向前探測。待試件焊縫上表面水分自然干燥，利用相機記錄缺陷磁痕。若熒光磁粉檢測則應在黑光燈下進行以上試驗操作。

2 磁粉與滲透檢測比對試驗

對同一平板焊縫試件，進行著色滲透檢測、熒光滲透檢測、紅磁膏磁粉檢測、熒光磁粉檢測，通過檢測對比得出以下結果（表1）。

表1 焊接工藝參數（14mm鋼板需要2層焊接）

表1 平板焊縫試件檢測比對圖列表

試驗結果表明：

（1）無論是磁粉還是滲透，熒光分辨率和靈敏度明顯增強，顯示較清晰。對于焊縫區裂紋、缺陷細節磁粉均比滲透檢測更清晰明顯。

（2）對熒光滲透檢測，焊縫表面質量對滲透的影響較大，凹槽處清理不干凈，細節很容易過洗導致不顯示，但對熒光磁粉影響較小。因此，熒光滲透對檢測靈敏度提高小，熒光磁粉的靈敏度最高。

3 滲透檢測與磁粉檢測的比對

磁粉檢測適用于鐵磁性材料的表面及近表檢測缺陷的檢測，滲透檢測適用于非多孔性材料的檢測。對于鐵磁性材料，優先使用磁粉檢測。

試塊對比試驗結果表明熒光檢測明顯優于非熒光檢測，但為探究實際應用中情況復雜多樣，對于鐵磁性材料，在什么情況下可用滲透檢測代替磁粉檢測，或者著色滲透、熒光滲透、紅磁膏磁粉、熒光磁粉四種檢測方法的優勢和實際應用的選取條件。

磁粉檢測與滲透檢測應用很廣泛[4-5]，熒光檢測一般理解為是提高檢測靈敏度的良好方法，但實際熒光檢測普及率較少。現將著色滲透、熒光滲透檢測、紅磁膏磁粉檢測、熒光磁粉檢測四種方法進行多方位比較（表2）。

表2 滲透檢測與磁粉檢測的比對

（1）著色滲透檢測

在表面無損檢測中，常規的著色滲透檢測，能夠檢測到大多數的肉眼難以分辨的裂紋，滿足一般性表面檢測的需求，且檢測操作方便，但檢測速度慢，適用于一般性的非鐵磁性材料檢測。而在實際應用過程中，根據生產現場的情況，在不方便磁粉檢測的地方，如垂直面，頂面的檢測，在要求低時，也可采用著色滲透法對鐵磁性材料進行檢測。

（2）熒光滲透檢測

熒光滲透檢測比著色滲透檢測靈敏度要高，但需要在暗處，采用黑光燈觀察分析。在檢測現場實際工作中，采用黑光手電筒觀察，效果較好。研究認為，熒光滲透與著色滲透相比，靈敏度提高不明顯，有時在細節上表現還不如著色滲透，環境要求較高，成本較高，總體優勢不明顯。如沒有特殊要求，一般可以不采用熒光滲透。

（3）紅磁膏磁粉檢測

磁膏磁粉檢測一般有紅磁膏和黑磁膏兩種，都適用濕法磁粉探傷，紅磁膏對于黑色金屬工件表面探傷能提高缺陷顯示的對比度。本課題采用紅磁膏磁粉濕法檢測，從檢測效果對比，磁粉檢測的比滲透檢測靈敏度要提高很多，檢出率大大提高，細節顯示很明顯，這就是鐵磁性材料優先采用磁粉檢測的原因。紅磁膏磁粉檢測能滿足常規性的表面無損檢測。

（4）熒光磁粉檢測

從研究對比分析，熒光磁粉檢測與紅磁膏磁粉檢測對比，靈敏度有較大的提高，細節顯示很清晰。在黑光燈照射下對比度明顯，特別適合于拍照記錄，也大大提高了檢測人員的分析準確性。但它需要在一定黑暗環境下進行分析。經研究，采用黑光手電筒觀察，在一定范圍內，可代替黑光燈。在檢出率要求較高時，采用熒光磁粉檢測是一種較好的辦法，比磁膏檢測靈敏度、分辨力都有較大提高，勞動強度相對減少，成本提高也不多。

4 磁粉和滲透檢測光照度的分析

對于檢測過程要求的“適用環境”中，對白光照度與黑光照度的要求，有“工件表面可見光照度大于等于1000 Lx”、“黑光輻照強度大于等于1000 μW/cm2，可見光照度應不大于20 Lx”的表述。正確選擇光照度是保證表面檢測工作質量的重要環節[6]，為了掌握白光照度的數值，采用白光照度計進行了不同環境和不同距離強光手電筒，實測參考值如表3所列。

表3 白光照度值測定數據表

在太陽光直射或明亮辦公室里，不用補光即可滿足光照度要求。在其他光照度不足的條件下可以通過強光手電補光達到光照度要求。

5 結語

通過對在鐵磁性材料表面無損檢測的滲透檢測與磁粉檢測進行比對，可得出以下結論：

（1）從靈敏度與分辨力的定性分析，從高到低分別為：熒光磁粉檢測、紅磁膏磁粉檢測、熒光滲透檢測、著色滲透檢測。

（2）從定量分析，磁粉檢測比滲透檢測，靈敏度提高很大，能用磁粉檢測的工件，一般不用滲透檢測。

（3）對于普通材料滲透檢測中，熒光滲透對比著色滲透，靈敏度提高不大，沒有明顯優勢，綜合評定不如著色滲透，沒有特殊要求時可以不采用。

（4）磁粉檢測中，熒光磁粉檢測對比紅磁膏檢測，靈敏度、分辨力、對比度大大提高，有條件時建議采用，可得到較好的效果。