徐　健，李　澤，王曉濱，張　文，周文博

(西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司 無(wú)損檢測(cè)中心， 西安 710021)

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熒光滲透檢測(cè)中使用LED黑光燈出現(xiàn)異常原因及應(yīng)對(duì)措施

徐健，李澤，王曉濱，張文，周文博

(西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司 無(wú)損檢測(cè)中心， 西安 710021)

就磁通公司EV5000型LED黑光燈配備ZWB2型濾光片的相關(guān)問(wèn)題開(kāi)展了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，黑光燈配備濾光片后，能夠有效減少背景光干擾，降低黑光燈漏白光照度及黑光輻射照度。另外，還闡述了LED黑光燈使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)，以供同行參考。

滲透檢測(cè)；LED黑光燈；濾光片

熒光滲透檢測(cè)所用的紫外線也稱黑光，紫外線燈也稱黑光燈[1]。黑光波長(zhǎng)范圍在330～390 nm，中心波長(zhǎng)約365 nm。老式黑光燈一般為高壓水銀蒸氣黑光燈。隨著科技發(fā)展，市場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)LED黑光燈。LED黑光燈有無(wú)需預(yù)熱、黑光輻射照度衰減慢、綜合費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

筆者就LED黑光燈使用過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)開(kāi)展了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，黑光燈配備濾光片后，能夠有效減少背景光干擾，降低黑光燈漏白光照度及黑光輻射照度。

1　高壓水銀蒸氣燈的組成及優(yōu)點(diǎn)

老式黑光燈一般為高壓水銀蒸氣燈。主要部件有高壓水銀蒸氣弧光燈、黑光濾光片和鎮(zhèn)流器等。

圖1　100 W高壓水銀蒸氣黑光燈的輸出功率>隨電壓變化的曲線

高壓水銀蒸氣燈的主要優(yōu)點(diǎn)有：① 產(chǎn)品成熟，國(guó)內(nèi)外熒光滲透檢測(cè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均可使用；② 輸出的黑光光束均勻。其主要缺點(diǎn)有：① 使用前需要預(yù)熱5～10 min；② 不能頻繁開(kāi)啟/關(guān)閉，每斷電一次，燈的壽命大約縮短3 h；③ 輸出功率隨電壓變化波動(dòng)較大(見(jiàn)圖1)[1]；④ 使用過(guò)程中，黑光輻射照度衰減現(xiàn)象較為明顯(筆者所在單位使用情況為：每天開(kāi)啟16 h，平均每個(gè)月需要更換一次新的黑光燈泡，以確保黑光輻射照度持續(xù)符合規(guī)范要求)。

2　UV-A LED黑光燈

2.1LED黑光燈簡(jiǎn)介

熒光滲透檢測(cè)用的LED黑光燈，是近幾年上市的產(chǎn)品。LED黑光燈采用的是冷光源，其主要優(yōu)點(diǎn)有：① 使用前無(wú)需預(yù)熱；② 頻繁的開(kāi)啟或關(guān)閉不會(huì)降低燈的使用壽命(不使用的時(shí)候及時(shí)關(guān)閉，有利于增加燈的使用壽命)；③ 使用過(guò)程中，黑光輻射照度衰減緩慢。其主要缺點(diǎn)有：① 部分滲透檢測(cè)規(guī)范尚未批準(zhǔn)使用LED黑光燈，或?qū)ζ涫褂脳l件有限制；② LED 黑光燈在離被檢工件表面距離較近時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生光束不均勻的現(xiàn)象(見(jiàn)圖2)。

圖2　被檢表面光束示意

2.2LED黑光燈不均勻光束產(chǎn)生的原因

目前，市場(chǎng)上用于熒光滲透檢測(cè)的LED黑光燈，一般有一組LED光源，其常見(jiàn)光源結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　常見(jiàn)的LED黑光燈光源結(jié)構(gòu)示意

由于各LED光源之間一般會(huì)存在間隙(圖3中標(biāo)注尺寸d)，單個(gè)光源產(chǎn)生的光束為圓錐形，故當(dāng)一組光源產(chǎn)生的光束照射在工件表面(距離較近)時(shí)，有可能會(huì)產(chǎn)生光束不均勻的現(xiàn)象(存在暗區(qū))，如圖4所示。

圖4　LED黑光燈照射在工件表面形成暗區(qū)示意

圖4中d′為L(zhǎng)ED黑光燈照射在工件表面時(shí)，存在光束不均勻現(xiàn)象時(shí)的距離。一般來(lái)說(shuō)，LED黑光燈與被檢測(cè)表面越近，越有可能在被檢測(cè)表面產(chǎn)生不均勻的光束。

2.3LED黑光燈不均勻光束的應(yīng)對(duì)措施

(1) 控制LED黑光燈與被檢測(cè)表面的距離

圖4中d′的測(cè)量方法為：① 開(kāi)啟LED黑光燈，在暗場(chǎng)環(huán)境下，將黑光垂直照射在深色平面上；② 將LED黑光燈從距離平面38 cm處緩慢垂直下移，同時(shí)注意觀察平面上光束的均勻性；③ 當(dāng)平面上出現(xiàn)類似圖2(a)所示的光束不均勻現(xiàn)象時(shí)，停止移動(dòng)LED黑光燈； ④ 測(cè)量此時(shí)平面距LED黑光燈的高度，該值為d′。

在使用LED黑光燈時(shí)，應(yīng)確保LED黑光燈到工件表面距離大于d′，且小于等于38 cm。

(2) 購(gòu)買(mǎi)LED黑光燈時(shí)選擇光源間隙小的產(chǎn)品

由圖4可知,假設(shè)在其他條件均不改變的情況下，減小LED光源之間的間隙d，相應(yīng)的d′也會(huì)隨之減小。當(dāng)d′值較小時(shí)，只有當(dāng)LED黑光燈離工件表面過(guò)近時(shí)才會(huì)產(chǎn)生光束不均勻現(xiàn)象，因此，較小的d′值對(duì)使用LED黑光燈進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)是有利的。所以在選購(gòu)LED黑光燈時(shí)，應(yīng)盡量選擇光源間隙較小的產(chǎn)品。

3　EV5000型LED黑光燈使用中的異?，F(xiàn)象

筆者所在單位于近期新購(gòu)買(mǎi)了一批磁通公司EV5000型LED黑光燈，在試用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該型黑光燈普遍存在異常現(xiàn)象：暗場(chǎng)環(huán)境下，黑光照射在工件表面時(shí)，背景光干擾較為嚴(yán)重。

SP公司生產(chǎn)的FC-100/F型黑光燈在國(guó)防科技工業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材《滲透檢測(cè)》第3章中有簡(jiǎn)單介紹，該型號(hào)黑光燈是“可供選擇的”，而且該型號(hào)黑光燈得到了NADCAP認(rèn)證機(jī)構(gòu)以及羅·羅、普惠等外貿(mào)公司的認(rèn)可，故將其作為EV5000型LED黑光燈對(duì)比試驗(yàn)的基準(zhǔn)。LED黑光燈與傳統(tǒng)黑光燈照射工件效果對(duì)比如圖5所示。

圖5　LED黑光燈與傳統(tǒng)黑光燈照射工件效果對(duì)比

從圖5可以看出，與FC-100/F型黑光燈相比，EV5000型LED黑光燈所產(chǎn)生的黑光照射在工件表面時(shí)，缺陷顯示與背景之間的對(duì)比度有所降低，且工件表面的背景整體偏紫藍(lán)色。這種情況不利于發(fā)現(xiàn)細(xì)小的缺陷顯示，也更容易造成視覺(jué)疲勞。

4　EV5000型LED黑光燈使用中出現(xiàn)異常現(xiàn)象的原因分析

4.1波長(zhǎng)分析

FC-100/F型黑光燈產(chǎn)生的黑光中心波長(zhǎng)約為365 nm(其銘牌見(jiàn)圖6)。

圖6　FC-100/F型黑光燈銘牌

試驗(yàn)所用的2365#EV5000型LED黑光燈產(chǎn)生的黑光的中心波長(zhǎng)為365.506 nm，在330～390 nm范圍內(nèi)，其波長(zhǎng)分布情況見(jiàn)圖7。

圖7　2365# EV5000型LED黑光燈波長(zhǎng)分布

對(duì)比結(jié)果：2365#EV5000型LED黑光燈產(chǎn)生的黑光的中心波長(zhǎng)與FC-100/F型黑光燈產(chǎn)生的黑光的波長(zhǎng)相比無(wú)明顯差異，均符合滲透檢測(cè)相關(guān)規(guī)范的要求。

4.2黑光照度及漏白光

2365#EV5000型LED黑光燈的黑光輻射照度及漏白光照度經(jīng)測(cè)量分別為4 490 μW·cm-2和5.49 lx，均符合相關(guān)滲透檢測(cè)規(guī)范的要求。

4.3燈的結(jié)構(gòu)

2365#EV5000型LED黑光燈配備了濾光片，但仔細(xì)觀察實(shí)物后發(fā)現(xiàn)，該黑光燈配備的濾光片并不是常見(jiàn)的深紫色耐熱玻璃。

綜上所述，2365#EV5000型LED黑光燈產(chǎn)生的黑光的中心波長(zhǎng)、黑光輻射照度、漏白光照度均符合滲透檢測(cè)的要求，但濾光片存在不足。

5　EV5000型LED黑光燈異?，F(xiàn)象的解決措施

5.1定制濾光片

測(cè)量EV5000型LED黑光燈原有濾光片的尺寸后，定制了ZWB2型濾光片，該型濾光片可有效讓365 nm左右波長(zhǎng)的黑光通過(guò)，并能過(guò)濾掉330～390 nm波長(zhǎng)以外的黑光。ZWB2型濾光片的透射特性見(jiàn)圖8，定制好的實(shí)物見(jiàn)圖9。

圖8　ZWB2型濾光片透射特性

圖9　定制的ZWB2型濾光片實(shí)物

5.2改進(jìn)后效果驗(yàn)證

將定制好的ZWB2型濾光片安裝在2365#EV5000型LED黑光燈上(原有濾光片未拆除)，驗(yàn)證上文所述異?，F(xiàn)象是否得到消除。

從圖10及圖5(b)可以看出，2365#EV5000型LED黑光燈在增加ZWB2型濾光片后，工件表面背景干擾明顯減少，效果與FC-100/F黑光燈照射效果差別不明顯。

圖10　2365# EV5000 LED黑光燈增加ZWB2型濾光片前后照射工件效果

5.3改進(jìn)后黑光及漏白光照度驗(yàn)證2365#EV5000型LED黑光燈安裝ZWB2型濾光片后，對(duì)其黑光及漏白光照度進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果分別為3 237 μW·cm-2和1.18 lx，均符合相關(guān)滲透檢測(cè)規(guī)范的要求。在增加濾光片后2365#EV5000型LED黑光燈的黑光輻射照度及漏白光照度均有所降低，特別是黑光輻射照度的降低值較大，超過(guò)了1 200 μW·cm-2。

6　LED黑光燈使用時(shí)的注意事項(xiàng)

6.1配備合適的濾光片雖然LED黑光燈生產(chǎn)廠家給出了相關(guān)的合格證明，但是用戶在使用時(shí)應(yīng)注意觀察是否有異常情況產(chǎn)生。對(duì)于磁通公司生產(chǎn)的EV5000型LED黑光燈，建議在使用前配備ZWB2型(或其他等效)濾光片。

6.2增加濾光片后照度的變化

用戶在增加或更換濾光片后，應(yīng)該重新測(cè)定黑光燈的黑光及漏白光照度，以確保符合規(guī)范要求。

6.3LED黑光燈的合法性

HB/Z 61-1998《滲透檢驗(yàn)》、GJB 2367A-2005《滲透檢驗(yàn)》，GE公司規(guī)范P3TF2-S29FluorescentPenetrantInspection以及P3TF47-S5FluorescentPenetrantInspection均未提及LED黑光燈的相關(guān)事項(xiàng)。

ASTM E1417-13StandardPracticeforLiquidPenetrantTesting第7.8.4.1條規(guī)定了黑光燈的要求。對(duì)于LED黑光燈，除了要滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的黑光燈的基本要求外，還應(yīng)注意下列事項(xiàng)：① LED黑光燈產(chǎn)生的黑光的峰值波長(zhǎng)應(yīng)在365～370 nm之間，峰值波長(zhǎng)可用分光輻射譜儀測(cè)量。應(yīng)要求制造商提供相應(yīng)的證明材料；② LED黑光燈具有散發(fā)過(guò)量白光的特性，高強(qiáng)度的黑光有可能減弱熒光或產(chǎn)生雜光，這些都會(huì)顯著降低檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

羅·羅公司的規(guī)范RRP 58003 D版FluorescentPenetrantInspection第3.3.2.3.4條規(guī)定：125 W自濾光黑光燈泡或LED黑光燈禁止使用。

普惠公司規(guī)范FPM MASTER F版FluorescentPenetrantInspection附錄B第1條規(guī)定了黑光燈的要求。對(duì)于LED黑光燈，除了要滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的黑光燈的基本要求外，還應(yīng)該注意下列事項(xiàng)：① 所 有黑光燈(包括LED黑光燈)產(chǎn)生的黑光的峰值波長(zhǎng)應(yīng)在360～370 nm之間。制造商應(yīng)確保在使用溫度下(10～40 ℃)，該要求得到實(shí)現(xiàn)；② 38.1 cm處的黑光輻射照度最大不超過(guò)10 000 μW·cm-2；③ LED黑光手電燈不得用于全部檢測(cè)區(qū)域的檢測(cè)，但局部檢測(cè)時(shí)可以使用(如焊縫的修理部位，在暗室外評(píng)估熒光顯示等)；④ 當(dāng)LED黑光手電燈間歇性地用于評(píng)估顯示時(shí)，應(yīng)在使用前和每班工作結(jié)束以后測(cè)量黑光輻射照度；⑤ 當(dāng)LED黑光燈用于最終檢測(cè)時(shí)，應(yīng)該控制好黑光燈與被檢測(cè)表面的距離，防止產(chǎn)生不均勻的光束。一般來(lái)說(shuō)，LED黑光燈與被檢測(cè)表面越近，越有可能在被檢測(cè)表面產(chǎn)生不均勻的光束。

熒光滲透檢測(cè)時(shí)，如果要使用LED黑光燈，應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求。

7　結(jié)語(yǔ)

介紹了LED黑光燈光束不均勻現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及應(yīng)對(duì)措施。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了2365#EV5000型黑光燈安裝ZWB2型黑光濾光片后，能有效減少黑光照射工件時(shí)背景光的干擾。通過(guò)對(duì)航標(biāo)、國(guó)軍標(biāo)以及部分外貿(mào)公司的滲透檢測(cè)規(guī)范分析，給出了LED黑光燈使用時(shí)的注意事項(xiàng)。

[1]林猷文，任學(xué)冬.滲透檢測(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

The Abnormal Reason and Solutions for Attention on Using UV-A LED Light during Fluorescent Penetrant Inspection

XU Jian, LI Ze, WANG Xiao-bin, ZHANG Wen, ZHOU Wen-bo

(NDT Center of Xi′an Aero-Engine (Group) PLC, Xi′an 710021, China)

This paper introduced the differences when using the EV5000 UV-A LED light in FPI, with or without ZWB2 filter. According to the experiment results, the unexpected background light can be decreased significantly while using the ZWB2 filter. The intensity of UV-A light and visible light can be decreased as well. The points for attention on this usage were also introduced in this paper.

FPI; LED black light; Filter

2016-04-06

徐健(1987-)，男，學(xué)士，工程師，主要從事無(wú)損檢測(cè)工作。

徐健, E-mail: 389564579@qq.com。

10.11973/wsjc201609015

TG115.28

B

1000-6656(2016)09-0057-04