荧光技术在表面无损检测应用研究

梁云岳，黄宗晓，周丽琴，陈德盛

（广西电力职业技术学院，广西 南宁 530007）

0 引言

常用的无损检测的方法有射线照相检测、超声检测、涡流检测、磁粉检测、渗透检测、目视检测、泄漏检测、声发射检测、射线透视检测等。无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化。随着技术的发展，TOFD（衍射时差法超声检测）、相控阵超声检测、射线数字化成像检测技术，得到了较大的发展与应用[1]。但传统检测仍然在实际应用中占据重要位置，磁粉和渗透检测在表面无损检测中仍然不可替代。

在实际工程检测铁磁性材料过程中，还是使用红磁膏、黑磁膏的磁粉检测，红色渗透剂、白色显像剂的着色渗透检测。为了提高无损检测的检出率、灵敏度、分辨力，荧光磁粉检测、荧光渗透检测方法已列入检测标准，是表面无损检测中一种精确的有效方法。

通过采用荧光磁粉检测与红磁膏磁粉检测，荧光渗透检测与着色渗透检测进行对比，包括：平板对接焊缝实验、适用范围、环境、操作方法、检测对象、检测灵敏度、检测分辨率、检测率，以及检测劳动强度、成本等进行比对分析，为检测技术人员在选择检测时提供参考依据。同时，也可作为高职院校相关专业的课程应用，服务于专业教学。

1 试验器材和方法

1.1 试验器材

四块平板焊缝试件：MT1-15、MT1-34、MT1-33、MT1-40，为避免表面质量对试验的影响[2-3]，对试件焊缝两侧向外扩展25 mm表面影响检测的铁锈、氧化皮、焊接飞溅、铁屑、毛刺，分别开展着色渗透、荧光渗透、红磁膏磁粉、荧光磁粉检测比对试验。每块试件焊缝上表面缺陷有两处，为避免前一次试验对焊缝表面缺陷的影响，在每次试验完成时，利用清洗剂反复擦拭，直至上一次试验的痕迹消失，将表面污渍清洗干燥水分，并用丙酮和无水乙醇1∶1混合液浸泡一天，保证表面裂纹缺陷不被堵塞。

渗透检测：DPT-5着色渗透剂套装、Y-VT荧光渗透剂套装、标准镀铬试块（B型试块）。

磁粉检测：HR-1型红磁膏、YC-2荧光磁粉、便携式磁粉机，CX-230灵敏度试片、喷壶。

其他设备：黑光灯、相机、放大镜、照度计。

1.2 渗透检测方法

采用清洗剂对试块焊缝处表面清洗，干燥后着色或荧光渗透剂喷涂完全覆盖焊缝及两侧各25 mm，整个渗透时间不少于10 min，保持润湿状态。用干燥、洁净不脱毛的布擦拭大部分渗透剂，再蘸清洗剂进行擦拭，直至全部擦净，不得反复擦拭过洗。

在表面喷一层薄薄的显像剂自然风干，期间观察显像情况不少于7 min，放大镜观察，并使用相机拍照记录缺陷。若为荧光渗透，则应在黑光灯下观测显像情况。在试件一旁，将B型试块按照以上操作同时进行，验证以上检测方法的灵敏度和可行性。

1.3 磁粉检测方法

首先用喷壶在焊缝表面做水断试验，如果能够完全润湿表面证明试件表面清理干净，将CX-230灵敏度试片用透明胶布贴在试块表面，便携式磁粉机边磁化边喷磁悬液，并验证灵敏度试片上的磁痕是否清晰可见。若清晰可见，可将便携式磁粉机两触点连线与焊缝方向成一定角度，每个角度磁化时间1～3 s，边喷施磁悬液边观察磁痕，从上往下沿焊缝方向逐步向前探测。待试件焊缝上表面水分自然干燥，利用相机记录缺陷磁痕。若荧光磁粉检测则应在黑光灯下进行以上试验操作。

2 磁粉与渗透检测比对试验

对同一平板焊缝试件，进行着色渗透检测、荧光渗透检测、红磁膏磁粉检测、荧光磁粉检测，通过检测对比得出以下结果（表1）。

表1 焊接工艺参数（14mm钢板需要2层焊接）

表1 平板焊缝试件检测比对图列表

试验结果表明：

（1）无论是磁粉还是渗透，荧光分辨率和灵敏度明显增强，显示较清晰。对于焊缝区裂纹、缺陷细节磁粉均比渗透检测更清晰明显。

（2）对荧光渗透检测，焊缝表面质量对渗透的影响较大，凹槽处清理不干净，细节很容易过洗导致不显示，但对荧光磁粉影响较小。因此，荧光渗透对检测灵敏度提高小，荧光磁粉的灵敏度最高。

3 渗透检测与磁粉检测的比对

磁粉检测适用于铁磁性材料的表面及近表检测缺陷的检测，渗透检测适用于非多孔性材料的检测。对于铁磁性材料，优先使用磁粉检测。

试块对比试验结果表明荧光检测明显优于非荧光检测，但为探究实际应用中情况复杂多样，对于铁磁性材料，在什么情况下可用渗透检测代替磁粉检测，或者着色渗透、荧光渗透、红磁膏磁粉、荧光磁粉四种检测方法的优势和实际应用的选取条件。

磁粉检测与渗透检测应用很广泛[4-5]，荧光检测一般理解为是提高检测灵敏度的良好方法，但实际荧光检测普及率较少。现将着色渗透、荧光渗透检测、红磁膏磁粉检测、荧光磁粉检测四种方法进行多方位比较（表2）。

表2 渗透检测与磁粉检测的比对

（1）着色渗透检测

在表面无损检测中，常规的着色渗透检测，能够检测到大多数的肉眼难以分辨的裂纹，满足一般性表面检测的需求，且检测操作方便，但检测速度慢，适用于一般性的非铁磁性材料检测。而在实际应用过程中，根据生产现场的情况，在不方便磁粉检测的地方，如垂直面，顶面的检测，在要求低时，也可采用着色渗透法对铁磁性材料进行检测。

（2）荧光渗透检测

荧光渗透检测比着色渗透检测灵敏度要高，但需要在暗处，采用黑光灯观察分析。在检测现场实际工作中，采用黑光手电筒观察，效果较好。研究认为，荧光渗透与着色渗透相比，灵敏度提高不明显，有时在细节上表现还不如着色渗透，环境要求较高，成本较高，总体优势不明显。如没有特殊要求，一般可以不采用荧光渗透。

（3）红磁膏磁粉检测

磁膏磁粉检测一般有红磁膏和黑磁膏两种，都适用湿法磁粉探伤，红磁膏对于黑色金属工件表面探伤能提高缺陷显示的对比度。本课题采用红磁膏磁粉湿法检测，从检测效果对比，磁粉检测的比渗透检测灵敏度要提高很多，检出率大大提高，细节显示很明显，这就是铁磁性材料优先采用磁粉检测的原因。红磁膏磁粉检测能满足常规性的表面无损检测。

（4）荧光磁粉检测

从研究对比分析，荧光磁粉检测与红磁膏磁粉检测对比，灵敏度有较大的提高，细节显示很清晰。在黑光灯照射下对比度明显，特别适合于拍照记录，也大大提高了检测人员的分析准确性。但它需要在一定黑暗环境下进行分析。经研究，采用黑光手电筒观察，在一定范围内，可代替黑光灯。在检出率要求较高时，采用荧光磁粉检测是一种较好的办法，比磁膏检测灵敏度、分辨力都有较大提高，劳动强度相对减少，成本提高也不多。

4 磁粉和渗透检测光照度的分析

对于检测过程要求的“适用环境”中，对白光照度与黑光照度的要求，有“工件表面可见光照度大于等于1000 Lx”、“黑光辐照强度大于等于1000 μW/cm2，可见光照度应不大于20 Lx”的表述。正确选择光照度是保证表面检测工作质量的重要环节[6]，为了掌握白光照度的数值，采用白光照度计进行了不同环境和不同距离强光手电筒，实测参考值如表3所列。

表3 白光照度值测定数据表

在太阳光直射或明亮办公室里，不用补光即可满足光照度要求。在其他光照度不足的条件下可以通过强光手电补光达到光照度要求。

5 结语

通过对在铁磁性材料表面无损检测的渗透检测与磁粉检测进行比对，可得出以下结论：

（1）从灵敏度与分辨力的定性分析，从高到低分别为：荧光磁粉检测、红磁膏磁粉检测、荧光渗透检测、着色渗透检测。

（2）从定量分析，磁粉检测比渗透检测，灵敏度提高很大，能用磁粉检测的工件，一般不用渗透检测。

（3）对于普通材料渗透检测中，荧光渗透对比着色渗透，灵敏度提高不大，没有明显优势，综合评定不如着色渗透，没有特殊要求时可以不采用。

（4）磁粉检测中，荧光磁粉检测对比红磁膏检测，灵敏度、分辨力、对比度大大提高，有条件时建议采用，可得到较好的效果。