王樹志，肖雄暉，劉廣華，高文博，曹合明，白 銥

(中國航發(fā)北京航空材料研究院 航空材料檢測與評價北京市重點實驗室材料檢測與評價航空科技重點實驗室，北京 100095)

在金屬鑄件凝固過程中，合金成分、工藝條件及參數(shù)等均可能導(dǎo)致夾雜、縮松、氣孔和裂紋等缺陷的產(chǎn)生[1-2]。這些缺陷會造成零件提前失效,因此需要對金屬鑄件進(jìn)行無損檢測,而熒光滲透檢測是檢測鑄件表面質(zhì)量的較為重要的無損檢測手段。

目前，在單晶鑄造葉片上發(fā)現(xiàn)的冶金缺陷尺寸微小，夾雜、疏松和腐蝕坑等均為點狀缺陷，且尺寸極小[3-5]。

利用DD5單晶高溫合金材料制作人工盲孔缺陷試塊，采用不同系統(tǒng)靈敏度的熒光滲透液對該試塊進(jìn)行檢測，對比分析熒光滲透檢測對孔洞類缺陷的檢測靈敏度及檢出能力。研究結(jié)果可為滲透檢測方法選擇、缺陷評價以及質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)支持，為發(fā)動機(jī)的安全運行和設(shè)計制造提供保障與支撐。

1 試驗設(shè)備與方法

試塊制作步驟如下：① 鑄造出尺寸為100 mm×28 mm×12 mm(長×寬×高，下同)的毛坯鑄件；② 從毛坯鑄件上取樣，制作出尺寸為70 mm×28 mm×6 mm的試塊；③ 進(jìn)行熒光滲透檢測，確保試塊上無冶金缺陷；④ 采用超快激光加工,在試塊上制作出不同直徑和深度的人工盲孔缺陷，其排列情況如圖1所示；⑤ 在每處盲孔位置2 mm×2 mm(長×寬)的范圍內(nèi)制作同一深度和直徑的9個3 mm×3 mm(長×寬)盲孔正方形矩陣；⑥ 對人工盲孔缺陷試塊進(jìn)行熒光滲透檢測，記錄檢測結(jié)果。

圖1 試塊缺陷排列示意

滲透液型號為ZL19(1級水洗)、ZL60D(2級水洗)、ZL67(3級水洗)、ZL27A(3級后乳化)和ZL37(4級后乳化)。乳化劑型號為ZR-10B，濃度為15%。顯像劑型號為ZP-4B，干粉顯像劑，再次顯像使用ZP-9F型非水濕顯像劑。滲透時間為20 min，乳化時間為30 s，烘干時間為10 min，干粉顯像時間為30 min，非水濕顯像時間為3 min。

2 試驗結(jié)果與分析

使用1級靈敏度水洗滲透劑對試塊進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖2所示。

圖2 試塊1級水洗熒光滲透檢測結(jié)果

經(jīng)干粉顯像后，直徑30～100 μm和深度為20～150 μm組合的盲孔均可以被檢測出，深度為5 μm的所有盲孔未被檢出,直徑為15 μm的所有盲孔均無法檢出；直徑為30 μm時，深度為20～150 μm的盲孔雖然可以被檢出，但熒光亮度較為微弱，即直徑相同時，缺陷深度越大檢出難度越大。使用丙酮擦拭后，直徑為30 μm盲孔的顯示均消失。

使用非水濕顯像劑進(jìn)行二次顯像后，直徑為30 μm的盲孔略有顯示，而直徑為30 μm和深度為40，20 μm的盲孔則無顯示。

使用2級靈敏度水洗滲透劑對試塊進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖3所示。

圖3 試塊2級水洗熒光滲透檢測結(jié)果

干粉顯像后，直徑為30～100 μm和深度為70～150 μm組合的盲孔均可以被檢測出，深度為5 μm的所有盲孔未被檢出,直徑為15 μm的所有盲孔均無法檢出。當(dāng)直徑為50～100 μm時，深度為40 μm和20 μm的盲孔可以被發(fā)現(xiàn)。直徑為30 μm盲孔顯示的亮度略高于1級滲透顯示的亮度，可見，直徑相同時，缺陷深度越小檢出難度越大。

使用丙酮擦拭后，直徑為30 μm的盲孔略有顯示，且深度為40，20 μm的盲孔顯示消失；同時直徑為50 μm和深度為40，20 μm的盲孔顯示也消失不見。

使用非水濕顯像劑二次顯像后，各顯示沒有明顯的變化。另外與1級滲透液相比，2級滲透液對盲孔缺陷的檢出能力略低于1級滲透液的檢出能力，但干粉顯像后其顯示亮度整體高于1級滲透液的顯示亮度，擦拭后盲孔中滲透液的截留能力要強(qiáng)于1級滲透液的，且整體亮度也高于1級滲透液的。

使用3級靈敏度水洗滲透劑對試塊進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖4所示。

圖4 試塊3級水洗熒光滲透檢測結(jié)果

干粉顯像后,直徑為30～100 μm和深度為20～150 μm組合的盲孔均可以被檢測出。深度為5 μm的所有盲孔未被檢出,直徑為15 μm的所有盲孔未被檢出。

使用丙酮擦拭后，直徑為30 μm的盲孔顯示基本消失，同時直徑為50 μm和深度為20 μm的盲孔顯示也消失不見。使用非水濕顯像劑二次顯像后，各顯示沒有明顯的變化。

另外與1級和2級滲透液相比，3級滲透液對盲孔缺陷的檢出能力與1級滲透液的檢出能力相當(dāng)，但亮度明顯高于1級和2級滲透液的亮度，擦拭后盲孔中滲透液的截留能力較1級和2級滲透液的略弱。

使用3級靈敏度后乳化滲透劑對試塊進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖5所示。

圖5 試塊3級后乳化熒光滲透檢測結(jié)果

干粉顯像后，直徑為30～100 μm和深度為5～150 μm組合的盲孔均可檢出(除直徑為30 μm和深度為5 μm的盲孔未檢出外)，直徑為15 μm的所有盲孔則無法檢出，其顯示亮度均高于1，2，3級水洗熒光滲透液的顯示亮度。深度為5 μm的盲孔可以被發(fā)現(xiàn)，但熒光亮度較微弱，說明后乳化滲透液對深度較淺的缺陷更為敏感，這與理論上認(rèn)為的后乳化方法更容易發(fā)現(xiàn)淺而寬的缺陷相符。

使用丙酮擦拭后，直徑為30 μm盲孔的均消失，同時深度為5 μm盲孔的顯示也消失不見，使用非水濕顯像劑二次顯像后，盲孔顯示無明顯變化。

使用4級靈敏度后乳化滲透劑對試塊進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖6所示。

圖6 試塊4級后乳化熒光滲透檢測結(jié)果

干粉顯像后，直徑為30～100 μm和深度為20～150 μm組合的盲孔均可以被檢測出，深度為5 μm時只能檢出直徑為100 μm和70 μm的盲孔，直徑為15 μm的所有盲孔則無法檢出；其顯示亮度較3級后乳化滲透液和水洗型滲透液的高，但深度為5 μm的盲孔顯示效果不如3級后乳化滲透液的顯示效果，說明4級后乳化滲透液對直徑小且淺缺陷的檢出能力弱于3級后乳化的。使用丙酮擦拭后，盲孔缺陷對滲透液整體的截留能力要弱于3級后乳化的。

使用非水濕顯像劑二次顯像后，消失的盲孔仍然沒有重新出現(xiàn)。擦拭后缺陷的顯示亮度明顯增強(qiáng)，返滲明顯加強(qiáng)，這一點要優(yōu)于1，2，3級水洗滲透液和3級后乳化滲透液。

3 結(jié)果分析

(1) 從不同系統(tǒng)靈敏度滲透液的對比試驗可知，后乳化滲透液的靈敏度較水洗(自乳化)滲透液的靈敏度高很多，即便是相同系統(tǒng)靈敏度的滲透液，水洗(自乳化)滲透液的靈敏度要明顯低于后乳化滲透液的。

(2) 對于水洗(自乳化)滲透液而言，雖然系統(tǒng)靈敏度級別不同，但對盲孔缺陷的檢測結(jié)果差異不明顯。3級和2級水洗滲透液的效果甚至不如1級水洗滲透液的效果，但3級和2級水洗滲透液盲孔顯示的亮度明顯高于1級水洗滲透液的。

(3) 4級后乳化滲透液對盲孔缺陷的檢測效果明顯差于3級后乳化滲透液的，且返滲程度也較低，但亮度基本相當(dāng)。原因可能有兩方面，一方面可能是4級后乳化過于注重抗過洗和截留能力，而在干燥和顯像過程中返滲能力變?nèi)?；另一方面可能是其靈敏度越高，熒光染料濃度越高，而高的染料濃度需要增加溶解染料的溶劑的比例，溶劑的表面張力和抗水洗性一般情況下低于石油烴類溶劑和表面活性劑的，造成了圓形盲孔缺陷的檢測效果不佳。

(4) 對于滲透液材料而言，系統(tǒng)靈敏度沒有絕對高與低。沒有萬能的適用于所有情況的滲透液，需根據(jù)不同缺陷類型，表面狀態(tài)以及滲透材料配制的傾向性和適宜性來選擇滲透液。

(5) 試驗中直徑為15 μm的所有盲孔均無法檢出，結(jié)合工程實際經(jīng)驗，認(rèn)為試樣制作時受現(xiàn)代精細(xì)加工技術(shù)的限制，無法準(zhǔn)確制作出不同深度下直徑為15 μm的盲孔。

4 結(jié)論

(1) 對于盲孔型缺陷，后乳化滲透液的靈敏度整體高于水洗型滲透液的靈敏度。

(2) 由檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，并不是系統(tǒng)靈敏度越高檢測能力越強(qiáng)，只是熒光亮度、抗擦拭、返滲能力以及二次返滲能力上的特點不一。

(3) 由于條件所限且試樣盲孔缺陷只涵蓋了部分滲透檢測最高要求的邊界缺陷，因此結(jié)果只作參考，并不能代表滲透液本身系統(tǒng)靈敏度級別出現(xiàn)問題。