從外貿(mào)航空發(fā)動機(jī)零部件的熒光檢測要求淺析熒光檢測時規(guī)范與工藝控制的重要性

劉素平

（四川成發(fā)航空科技股份有限公司，成都 610503）

熒光滲透檢測是國際上用于航空發(fā)動機(jī)零件表面缺陷檢測的一種重要方法。由于熒光滲透檢測工藝規(guī)范的合理性與關(guān)鍵工藝的控制直接影響其檢測結(jié)果與檢測可靠性，因此，世界上著名航空發(fā)動機(jī)公司，如RR（英國羅爾斯羅伊斯公司）、GEPS（美國通用動力公司）、GEAE（美國通用航空發(fā)動機(jī)制造公司）近年來都在不斷更新其熒光檢測方法規(guī)范，以符合 NADCAP（National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program—美國國家宇航與國防簽約認(rèn)證項目）AC7114／1審核清單的要求。各公司熒光檢測系統(tǒng)的要求不但特點(diǎn)突出，適用性強(qiáng)，而且在工藝操作控制、熒光檢測材料選用及系統(tǒng)靈敏度及工藝性能的質(zhì)量控制方面各有特色。筆者通過總結(jié)對比，分析各公司要求的特點(diǎn)與關(guān)鍵工藝，為國內(nèi)提高滲透檢驗系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性、優(yōu)化熒光滲透檢測規(guī)范提供幫助。

1 熒光滲透檢測前零件的預(yù)清洗

1.1 預(yù)清洗的重要性

1.1.1 問題的提出

在滲透檢驗過程中常常會忽略零件表面的清潔狀況，而采用最簡單的擦拭方法對零件表面進(jìn)行預(yù)處理，造成在滲透工位出現(xiàn)滲透液局部不潤濕或完全不潤濕零件表面的情況［1］，其結(jié)果勢必造成熒光滲透檢驗的誤判甚至漏檢。類似預(yù)清洗不合格的情況頻頻在客戶NDT代表審核供應(yīng)商現(xiàn)場時被發(fā)現(xiàn)，從而被迫停產(chǎn)整頓，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。所以嚴(yán)格控制熒光檢測前零件預(yù)清洗非常有必要。

1.1.2 清洗的目的

零件預(yù)清洗的目的是使零件表面及表面開口性不連續(xù)內(nèi)清潔干燥且沒有可能阻礙滲透液進(jìn)入不連續(xù)而形成不良背景的各種殘留物，它是檢驗結(jié)果可靠與否的保證。若污染物堵塞缺陷，就有可能降低顯示的亮度、顏色或形成干擾背景，產(chǎn)生虛假顯示或掩蓋相關(guān)顯示，甚至污染滲透劑槽液［2］。

1.1.3 清洗效果對滲透檢驗工藝的影響

毛細(xì)作用是滲透檢驗的理論基礎(chǔ)，而產(chǎn)生毛細(xì)作用的兩個重要指標(biāo)是液體的表面張力及潤濕能力。潤濕能力是確定滲透劑是否具有好的滲透性能從而產(chǎn)生毛細(xì)作用的必不可少的要素。滲透劑對零件表面或?qū)θ毕莸臐櫇衲芰κ怯媒佑|角來表示，接觸角是受液體與液體之間的分子引力和液體與固體之間的分子引力大小來決定的，前者為液體間的內(nèi)聚力，后者為液體和固體間的附著力［3］。只有當(dāng)液體和固體間的附著力大于液體分子間的內(nèi)聚力時，液體才會沿固體表面擴(kuò)散開來，發(fā)生潤濕現(xiàn)象。也只有發(fā)生了潤濕現(xiàn)象，將零件表面潤濕，滲透劑才能滲入到表面不連續(xù)開口缺陷中去。所以零件的清洗效果直接影響滲透劑的潤濕性能。

1.2 清洗工藝方法

表1列出了RR，GEPS和GEAE目前采用的熒光滲透檢測預(yù)清洗工藝及其特點(diǎn)。

1.2.1 RR公司清洗工藝特點(diǎn)

（1）零件浸沒在符合RPS461水基清洗溶劑中10～15min后，需用去離子水充分漂洗零件以去除附著在零件的清洗劑 。由于去離子水無任何水質(zhì)污染產(chǎn)生，故充分漂洗后可防止清洗液殘留在零件表面，從而避免在后續(xù)檢驗時形成不良背景。

（2）水膜試驗方法為：將充分漂洗后的零件完全浸沒至去離子水槽中，然后慢慢將零件從水中取出，1min內(nèi)持續(xù)觀察水膜應(yīng)連續(xù)無破裂。如果水膜完全連續(xù)則零件清洗干凈，如有局部水膜斷開的情況則水膜斷開處未清洗干凈，需重新進(jìn)行清洗。

（3）由于殘留在零件表面的水分會大大降低檢驗靈敏度且污染滲透液，所以RR規(guī)范要求零件清洗后必需送烘干箱內(nèi)干燥，在120℃溫度下持續(xù)干燥1h，然后在室溫下冷卻到手可以觸摸的溫度。

可見，按RR公司RPS461規(guī)范嚴(yán)格清洗后的零件，能很好地潤濕零件表面，為下一工序熒光液的滲透做好充分的準(zhǔn)備，也為最終檢驗提供了最優(yōu)的背景，大大提高了產(chǎn)品檢測的可靠性。該方法對零件、操作者、環(huán)境均無危害，可代替三氯乙烯蒸汽除油，克服了三氯乙烯蒸汽除油對環(huán)境的污染。

1.2.2 GEPS公司清洗工藝特點(diǎn)

GEPS公司針對具體被檢零件制定相應(yīng)的清洗工藝，例如，對燃?xì)廨啓C(jī)葉片采用超聲波清洗，超聲波清洗的基本原理是以每秒2.5萬次的振動在液體中產(chǎn)生空化作用，這種空化作用是由于液體在超聲波的作用下形成空化泡，在空化泡消失時有很大的沖擊力，當(dāng)被清洗物受到這個力的沖擊時，粘附在物體中的各類污物就被剝落，從而達(dá)到清洗目的，該方法對幾何形狀較簡單的葉片，清洗效果更為明顯。由于GE燃機(jī)葉片表面光潔度好且批次多、數(shù)量大，超聲波清洗劑酒精在零件清洗后揮發(fā)快，所以更加適合采用超聲波清洗，即節(jié)約時間又降低成本，且滿足了規(guī)范要求。超聲波清洗之后的最終清洗效果驗證方法是GEPS工藝的另一特點(diǎn)。它是采用被油垢污染的瓷環(huán)，用酒精清洗劑在超聲波清洗機(jī)中清洗20min后，檢查瓷環(huán)表面是否已清潔、無污染來驗證，這個驗證需每周進(jìn)行一次，并記錄清洗結(jié)果。

表1 RR，GEPS，GEAE預(yù)清洗工藝及其特點(diǎn)

1.2.3 GEAE公司清洗工藝及其特點(diǎn)

GEAE公司的零件熒光滲透前的清洗要求介于RR與GEPS之間，對常規(guī)材料無專用清洗規(guī)范要求。針對不同的材料可使用不同的清洗方式，如對焊接后的零件，允許直接采用酒精溶劑清洗焊縫表面，而對鈦合金材料機(jī)加后熒光前的清洗則需采用專用的化學(xué)腐蝕方法，也就是采用一定比例的硝酸和氫氟酸溶液，時間不超過5min，在15.6～35℃溫度下去除掉一定量的有可能遮避表面的軟金屬來達(dá)到清洗的目的。

綜上所述，如果檢驗人員嚴(yán)格按不同的清洗工藝要求對零件進(jìn)行清洗并對清洗過程進(jìn)行監(jiān)控就會發(fā)現(xiàn)，各公司對整個清洗過程的控制各有所長，各有優(yōu)勢，針對不同零件采用恰當(dāng)?shù)那逑垂に囀亲罴训倪x擇。

2 熒光滲透工藝

2.1 后乳化的影響

后乳化熒光滲透檢測方法是航空零件及航空關(guān)鍵件如渦輪葉片、渦輪盤等檢驗的一種高靈敏度方法，在整個后乳化熒光滲透檢驗工藝中乳化濃度和乳化時間的控制非常嚴(yán)格。

2.1.1 乳化劑的濃度對乳化工藝的影響

在后乳化型熒光滲透劑中，由于滲透劑本身不含乳化劑，所以在后乳化工藝中增加了一個乳化過程。乳化的目的是去除零件表面多余的滲透劑而使缺陷中的滲透液不被洗掉。所以乳化劑濃度的控制對滲透劑的清洗至關(guān)重要。親水型乳化劑的粘度一般比較高，通常都是用水稀釋后再使用。稀釋后的乳化劑濃度愈高，乳化能力愈強(qiáng)，乳化速度較快，因而乳化時間較難控制［4］。所以要嚴(yán)禁零件被過乳化，為此可在清洗槽上方配備黑光燈，以避免零件過洗。為了很好地控制乳化濃度，需要通過試驗得出所配制乳化劑濃度與折射儀刻度關(guān)系曲線，如圖1所示。試驗方法為：取純凈水配制5份，配成濃度分別為5%，10%，15%，20%和25%的美國磁通公司ZR－10B乳化劑，然后用折射儀測定這些樣品的折射率，并繪制出折射率對應(yīng)于乳化劑濃度的校驗曲線圖，以供滲透檢測現(xiàn)場掌握所配制的乳化劑達(dá)到最佳清洗效果時的濃度值。經(jīng)過反復(fù)進(jìn)行乳化劑去除性試驗驗證，乳化劑濃度規(guī)定在14%±3%時有最佳滲透劑去除效果。折射儀是用來測量乳化劑含水量的儀器，無論何時只要乳化劑的型號或批次有所改變，都需制作一個新的校驗曲線圖。2.1.2 乳化時間對乳化工藝的影響

圖1 乳化ZR－10B濃度與折射儀刻度關(guān)系

對于表面光潔度高極易造成過洗的零件，如GEPS葉片，為使乳化均勻，應(yīng)將零件完全浸在乳化劑中，而不允許采用刷涂的方法施加乳化劑，因為刷涂法會造成乳化不均勻，乳化時間也無法精確控制。如GEPS公司用于檢測后乳化系統(tǒng)靈敏度的不銹鋼鏡面試片，試片在乳化劑中乳化的時間需控制在10±5s，清洗時間控制在25±5s時，才能清晰地顯示試片上所有橫向裂紋。所以說乳化及清洗時間的確定是根據(jù)零件表面清潔度、形狀、清洗零件數(shù)量不同而變化的。在保證清洗效果的前提下，乳化時間越短越好。

2.2 滲透工藝特點(diǎn)分析

表2是RR，GEPS，GEAE目前采用的熒光滲透工藝及其對比。盡管各家的滲透和乳化工藝有所不同，但清洗工藝基本相同。

（1）GEPS公司特別強(qiáng)調(diào)零件干燥后表面溫度不能超過51℃。因為如果干燥時間過長，零件溫度過高就會導(dǎo)致滲透液汽化，從而引起熒光顯示衰減，造成檢測靈敏度下降。所以為了避免零件在烘箱放置時間超出表面干燥的必要時間，筆者在實(shí)際應(yīng)用中，通過試驗在GE零件熒光檢測現(xiàn)場配備表面溫度儀，用于實(shí)時監(jiān)控烘箱中零件的溫度，并通過調(diào)整零件在烘箱中的干燥時間及調(diào)整烘箱的預(yù)設(shè)溫度及數(shù)量來達(dá)到控制零件表面溫度不超過51℃的要求。對葉片的滲透檢測應(yīng)用效果表明，干燥時間必須控制在10min之內(nèi)。

（2）RR公司在整個滲透檢驗過程中特別強(qiáng)調(diào)清洗用水清潔度的問題，目的是避免由于水污染而干擾顯示的評定。另一方面RR公司在對懷疑顯示用“擦試”技術(shù)進(jìn)行驗證也很有特點(diǎn)?！安猎嚒边x用的溶劑丙酮比酒精有更好的揮發(fā)性，能使顯示的復(fù)現(xiàn)性更好?！安猎嚒庇弥睆讲怀^4mm軟刷，而且使用噴罐式非水濕顯像劑施加一層薄而均勻的顯像劑比在零件上噴撒干粉顯像劑可操作性強(qiáng)。

表2 RR，GEPS，GEAE公司熒光滲透工藝對比

（3）GEAE公司滲透工藝要求在黑光燈下施加滲透劑，以避免個別區(qū)域未涂覆上滲透劑。在檢驗過程中規(guī)定了目視不能達(dá)到區(qū)域的檢驗方法，如對于長徑比＞3的零件，要求零件內(nèi)表面檢查借助反光鏡或內(nèi)窺鏡完成，建議視力與零件表面成垂直或與表面法線成＜45°時是最佳檢驗位置。GEAE對顯示評定所使用的塞尺，也因其柔性和可緊貼顯示表面，可準(zhǔn)確地評定顯示尺寸從而得到同行的認(rèn)可。對線性顯示和圓形顯示評定特點(diǎn)是：對于線性顯示“擦試”后必須進(jìn)行重新顯像且重新顯像的時間與第一次顯像時間相同，對于圓形顯示“擦試”后則無需重新顯像可直接按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定。

3 熒光滲透檢測系統(tǒng)綜合性能控制

熒光滲透檢驗系統(tǒng)綜合性能直接影響檢測結(jié)果，當(dāng)PSM－5試板的靈敏度顯示不合格且造成漏檢時，熒光滲透線必須全線停產(chǎn)，立即查找產(chǎn)生原因，制定相應(yīng)的預(yù)防措施，并要求所有FPI檢測人員重新培訓(xùn)，重新考試后才能上崗?？梢婌`敏度試板對系統(tǒng)綜合性能影響非常重要，是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的必不可少的前提條件。RR，GEPS，GEAE對熒光滲透檢測系統(tǒng)各關(guān)鍵要素的綜合性能制定了嚴(yán)格的要求和細(xì)致的技術(shù)指標(biāo)校驗要求，如RR公司FPI系統(tǒng)校驗項目及要求為：

（1）每班校驗項目：采用靈敏度試板SHERWIN PSM－5，滲透劑牌號為ZL－60D時，顯示點(diǎn)數(shù)為4，牌號為ZL－27時，顯示點(diǎn)數(shù)為5；水溫10～38℃，水壓0.17MPa，氣壓0.17MPa；氣管清潔度為將壓縮空氣吹到距離為75cm過濾白紙上以檢查管路清潔度；設(shè)備的槽液應(yīng)保持在規(guī)定水平面；紫外燈泡應(yīng)完好。

（2）每周校驗項目：干粉顯像劑在直徑為10cm范圍內(nèi)熒光亮點(diǎn)＜10個且保持干燥、松散；乳化劑濃度14%±3%；熒光液要求的對比試驗亮度變化不明顯。

（3）每月校驗項目：紫外線強(qiáng)度＞1200uw／cm2；環(huán)境白光強(qiáng)度＜5lux；含水量＜5%。

（4）每季校驗項目：熒光液發(fā)光強(qiáng)度要求為使用過的熒光液與未使用過熒光液強(qiáng)度誤差＜10%。

GEPS公司FPI系統(tǒng)校驗項目及要求為：

（1）每班校驗項目：采用靈敏度試板TAM146040時，滲透劑牌號為ZL－67時，顯示點(diǎn)數(shù)為5，牌號為ZL－27時，顯示點(diǎn)數(shù)為5；水溫10～38℃，水壓0.27MPa，空壓0.17MPa；干粉顯像劑狀態(tài)為在直徑為10cm范圍內(nèi)熒光亮點(diǎn)小于10個且保持干燥、松散；滲透劑無污染；紫外燈強(qiáng)度＞1200uw／cm2；環(huán)境白光強(qiáng)度＜20lux。

（2）每周校驗項目：乳化劑濃度＜18%±2%。

（3）每月校驗項目：熒光液含水量＜5%；零件表面干燥溫度＜51℃。

GEAE公司FPI系統(tǒng)校驗項目及要求為：

（1）每班校驗項目：系統(tǒng)靈敏度在滲透劑牌號為ZL－67時，顯示點(diǎn)數(shù)為5；牌號為ZL－27時，顯示點(diǎn)數(shù)為5；牌號為ZL－37時，顯示點(diǎn)數(shù)為5；水溫10～38℃，水壓0.27MPa，氣壓0.17MPa；紫外燈泡應(yīng)完好無損壞；黑光燈白光發(fā)射強(qiáng)度＜20lux；黑光強(qiáng)度＞1200μw／cm2；干粉顯像時，在直徑為10cm范圍內(nèi)熒光亮點(diǎn)＜10個且保持干燥、松散。

（2）每周校驗項目：親水性乳化劑濃度14%±3%；檢驗區(qū)域清潔度應(yīng)無污染；環(huán)境白光＜20lux。

（3）每月校驗項目：水洗型熒光液含水量＜5%；滲透劑去除性良好；乳化劑去除性良好；滲透劑靈敏度為試板各點(diǎn)顯示誤差＜±30%。

（4）每季校驗項目：熒光液發(fā)光強(qiáng)度為使用過的熒光液與未使用過熒光液強(qiáng)度誤差90%～110%范圍內(nèi)。

從以上內(nèi)容可以看出：GEAE對系統(tǒng)的性能控制要求項目最全面也最嚴(yán)格，它的最大特點(diǎn)在于，在最初建立GEAE FPI系統(tǒng)時，為了得到最佳的PSM－5靈敏度試板的顯示，需采用未使用過的滲透劑、乳化劑和顯像劑，通過選擇最佳的試驗參數(shù)，得到滿意的工作試板1∶1的原始數(shù)碼照片，以供檢測現(xiàn)場每工作班進(jìn)行比較時使用。從GEAE規(guī)范中還可以看出，GEAE在PSM－5靈敏度試板裂紋顯示的點(diǎn)數(shù)上要求也很科學(xué)。如無論采用何種牌號、何種靈敏度的熒光液，只要在建立最初的BASE LINE時，試板裂紋顯示是幾個點(diǎn)，今后每工作班的試板顯示就與之進(jìn)行比較，而不是機(jī)械地按熒光液的靈敏度等級來確定試板應(yīng)有幾個點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)裂紋顯示。另一方面，在監(jiān)控試板各點(diǎn)裂紋顯示尺寸變化的每月靈敏度降級校驗中，需使用新的熒光液、乳化劑（如果使用）和顯像劑及建立最初的BASE LINE時使用的工藝參數(shù)進(jìn)行校驗。若發(fā)現(xiàn)有哪一點(diǎn)顯示超過標(biāo)準(zhǔn)值的±30% 則該試板需進(jìn)行更換。因為造成裂紋顯示尺寸變化的原因要么是缺陷被堵塞，使得顯示尺寸變小（可以通過超聲波清洗恢復(fù)顯示尺寸）；要么就是由于試板靈敏度下降，裂紋顯示擴(kuò)展而引起尺寸變大。所以一旦發(fā)現(xiàn)試板各點(diǎn)尺寸誤差超過±30%，該試板應(yīng)立刻從現(xiàn)場撤走。

4 結(jié)語

（1）制定合理的熒光滲透檢測工藝參數(shù)及工藝對航空發(fā)動機(jī)零件的檢測非常重要，通常需要結(jié)合被檢測零件的特點(diǎn)和檢測要求。從RR，GEPS，GEAE對零件預(yù)清洗、影響后乳化滲透工藝的因素及綜合系統(tǒng)性能試驗要求對比中，可以看出RR公司的預(yù)清洗工藝是最佳的清洗方法，值得參考。

（2）熒光滲透檢測工藝參數(shù)及工藝的控制對航空發(fā)動機(jī)零件的檢測同樣非常重要，在這方面，GEAE公司在FPI質(zhì)量控制方面要求最嚴(yán)謹(jǐn)，系統(tǒng)性最強(qiáng)，最有利于現(xiàn)場的監(jiān)控。

（3）在多年與RR，GEPS，GEAE公司合作中，我們深深地體會到，檢測人員的責(zé)任心和專業(yè)技能至關(guān)重要，檢測人員的素質(zhì)高低，理解客戶規(guī)范要求的水平高低，體現(xiàn)了一個企業(yè)是否達(dá)到了滿足外貿(mào)航空零件國際市場需要的能力，與企業(yè)持續(xù)發(fā)展的生命力息息相關(guān)。

［1］美國無損檢測學(xué)會.美國無損檢測手冊（滲透卷）［M］.上海：世界圖書出版社，1994.

［2］董德玉.滲透檢測［M］.南昌：南昌航空工業(yè)學(xué)院，1988.

［3］國防科技工業(yè)無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材編審委員會.國防科技工業(yè)無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材 滲透檢測［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［4］張?zhí)靹?表面活性應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.