荧光渗透检测中使用LED黑光灯出现异常原因及应对措施

徐　健，李　泽，王晓滨，张　文，周文博

(西安航空发动机(集团)有限公司 无损检测中心， 西安 710021)



荧光渗透检测中使用LED黑光灯出现异常原因及应对措施

徐健，李泽，王晓滨，张文，周文博

(西安航空发动机(集团)有限公司 无损检测中心， 西安 710021)

就磁通公司EV5000型LED黑光灯配备ZWB2型滤光片的相关问题开展了对比试验，试验结果表明，黑光灯配备滤光片后，能够有效减少背景光干扰，降低黑光灯漏白光照度及黑光辐射照度。另外，还阐述了LED黑光灯使用过程中的注意事项，以供同行参考。

渗透检测；LED黑光灯；滤光片

荧光渗透检测所用的紫外线也称黑光，紫外线灯也称黑光灯[1]。黑光波长范围在330～390 nm，中心波长约365 nm。老式黑光灯一般为高压水银蒸气黑光灯。随着科技发展，市场已经出现LED黑光灯。LED黑光灯有无需预热、黑光辐射照度衰减慢、综合费用低等优点。

笔者就LED黑光灯使用过程中需要注意的事项开展了对比试验，试验结果表明，黑光灯配备滤光片后，能够有效减少背景光干扰，降低黑光灯漏白光照度及黑光辐射照度。

1　高压水银蒸气灯的组成及优点

老式黑光灯一般为高压水银蒸气灯。主要部件有高压水银蒸气弧光灯、黑光滤光片和镇流器等。

图1　100 W高压水银蒸气黑光灯的输出功率>随电压变化的曲线

高压水银蒸气灯的主要优点有：① 产品成熟，国内外荧光渗透检测的相关标准均可使用；② 输出的黑光光束均匀。其主要缺点有：① 使用前需要预热5～10 min；② 不能频繁开启/关闭，每断电一次，灯的寿命大约缩短3 h；③ 输出功率随电压变化波动较大(见图1)[1]；④ 使用过程中，黑光辐射照度衰减现象较为明显(笔者所在单位使用情况为：每天开启16 h，平均每个月需要更换一次新的黑光灯泡，以确保黑光辐射照度持续符合规范要求)。

2　UV-A LED黑光灯

2.1LED黑光灯简介

荧光渗透检测用的LED黑光灯，是近几年上市的产品。LED黑光灯采用的是冷光源，其主要优点有：① 使用前无需预热；② 频繁的开启或关闭不会降低灯的使用寿命(不使用的时候及时关闭，有利于增加灯的使用寿命)；③ 使用过程中，黑光辐射照度衰减缓慢。其主要缺点有：① 部分渗透检测规范尚未批准使用LED黑光灯，或对其使用条件有限制；② LED 黑光灯在离被检工件表面距离较近时，可能会产生光束不均匀的现象(见图2)。

图2　被检表面光束示意

2.2LED黑光灯不均匀光束产生的原因

目前，市场上用于荧光渗透检测的LED黑光灯，一般有一组LED光源，其常见光源结构如图3所示。

图3　常见的LED黑光灯光源结构示意

由于各LED光源之间一般会存在间隙(图3中标注尺寸d)，单个光源产生的光束为圆锥形，故当一组光源产生的光束照射在工件表面(距离较近)时，有可能会产生光束不均匀的现象(存在暗区)，如图4所示。

图4　LED黑光灯照射在工件表面形成暗区示意

图4中d′为LED黑光灯照射在工件表面时，存在光束不均匀现象时的距离。一般来说，LED黑光灯与被检测表面越近，越有可能在被检测表面产生不均匀的光束。

2.3LED黑光灯不均匀光束的应对措施

(1) 控制LED黑光灯与被检测表面的距离

图4中d′的测量方法为：① 开启LED黑光灯，在暗场环境下，将黑光垂直照射在深色平面上；② 将LED黑光灯从距离平面38 cm处缓慢垂直下移，同时注意观察平面上光束的均匀性；③ 当平面上出现类似图2(a)所示的光束不均匀现象时，停止移动LED黑光灯； ④ 测量此时平面距LED黑光灯的高度，该值为d′。

在使用LED黑光灯时，应确保LED黑光灯到工件表面距离大于d′，且小于等于38 cm。

(2) 购买LED黑光灯时选择光源间隙小的产品

由图4可知,假设在其他条件均不改变的情况下，减小LED光源之间的间隙d，相应的d′也会随之减小。当d′值较小时，只有当LED黑光灯离工件表面过近时才会产生光束不均匀现象，因此，较小的d′值对使用LED黑光灯进行荧光渗透检测是有利的。所以在选购LED黑光灯时，应尽量选择光源间隙较小的产品。

3　EV5000型LED黑光灯使用中的异常现象

笔者所在单位于近期新购买了一批磁通公司EV5000型LED黑光灯，在试用过程中发现，该型黑光灯普遍存在异常现象：暗场环境下，黑光照射在工件表面时，背景光干扰较为严重。

SP公司生产的FC-100/F型黑光灯在国防科技工业无损检测人员资格鉴定与认证培训教材《渗透检测》第3章中有简单介绍，该型号黑光灯是“可供选择的”，而且该型号黑光灯得到了NADCAP认证机构以及罗·罗、普惠等外贸公司的认可，故将其作为EV5000型LED黑光灯对比试验的基准。LED黑光灯与传统黑光灯照射工件效果对比如图5所示。

图5　LED黑光灯与传统黑光灯照射工件效果对比

从图5可以看出，与FC-100/F型黑光灯相比，EV5000型LED黑光灯所产生的黑光照射在工件表面时，缺陷显示与背景之间的对比度有所降低，且工件表面的背景整体偏紫蓝色。这种情况不利于发现细小的缺陷显示，也更容易造成视觉疲劳。

4　EV5000型LED黑光灯使用中出现异常现象的原因分析

4.1波长分析

FC-100/F型黑光灯产生的黑光中心波长约为365 nm(其铭牌见图6)。

图6　FC-100/F型黑光灯铭牌

试验所用的2365#EV5000型LED黑光灯产生的黑光的中心波长为365.506 nm，在330～390 nm范围内，其波长分布情况见图7。

图7　2365# EV5000型LED黑光灯波长分布

对比结果：2365#EV5000型LED黑光灯产生的黑光的中心波长与FC-100/F型黑光灯产生的黑光的波长相比无明显差异，均符合渗透检测相关规范的要求。

4.2黑光照度及漏白光

2365#EV5000型LED黑光灯的黑光辐射照度及漏白光照度经测量分别为4 490 μW·cm-2和5.49 lx，均符合相关渗透检测规范的要求。

4.3灯的结构

2365#EV5000型LED黑光灯配备了滤光片，但仔细观察实物后发现，该黑光灯配备的滤光片并不是常见的深紫色耐热玻璃。

综上所述，2365#EV5000型LED黑光灯产生的黑光的中心波长、黑光辐射照度、漏白光照度均符合渗透检测的要求，但滤光片存在不足。

5　EV5000型LED黑光灯异常现象的解决措施

5.1定制滤光片

测量EV5000型LED黑光灯原有滤光片的尺寸后，定制了ZWB2型滤光片，该型滤光片可有效让365 nm左右波长的黑光通过，并能过滤掉330～390 nm波长以外的黑光。ZWB2型滤光片的透射特性见图8，定制好的实物见图9。

图8　ZWB2型滤光片透射特性

图9　定制的ZWB2型滤光片实物

5.2改进后效果验证

将定制好的ZWB2型滤光片安装在2365#EV5000型LED黑光灯上(原有滤光片未拆除)，验证上文所述异常现象是否得到消除。

从图10及图5(b)可以看出，2365#EV5000型LED黑光灯在增加ZWB2型滤光片后，工件表面背景干扰明显减少，效果与FC-100/F黑光灯照射效果差别不明显。

图10　2365# EV5000 LED黑光灯增加ZWB2型滤光片前后照射工件效果

5.3改进后黑光及漏白光照度验证2365#EV5000型LED黑光灯安装ZWB2型滤光片后，对其黑光及漏白光照度进行了测量，结果分别为3 237 μW·cm-2和1.18 lx，均符合相关渗透检测规范的要求。在增加滤光片后2365#EV5000型LED黑光灯的黑光辐射照度及漏白光照度均有所降低，特别是黑光辐射照度的降低值较大，超过了1 200 μW·cm-2。

6　LED黑光灯使用时的注意事项

6.1配备合适的滤光片虽然LED黑光灯生产厂家给出了相关的合格证明，但是用户在使用时应注意观察是否有异常情况产生。对于磁通公司生产的EV5000型LED黑光灯，建议在使用前配备ZWB2型(或其他等效)滤光片。

6.2增加滤光片后照度的变化

用户在增加或更换滤光片后，应该重新测定黑光灯的黑光及漏白光照度，以确保符合规范要求。

6.3LED黑光灯的合法性

HB/Z 61-1998《渗透检验》、GJB 2367A-2005《渗透检验》，GE公司规范P3TF2-S29FluorescentPenetrantInspection以及P3TF47-S5FluorescentPenetrantInspection均未提及LED黑光灯的相关事项。

ASTM E1417-13StandardPracticeforLiquidPenetrantTesting第7.8.4.1条规定了黑光灯的要求。对于LED黑光灯，除了要满足标准中规定的黑光灯的基本要求外，还应注意下列事项：① LED黑光灯产生的黑光的峰值波长应在365～370 nm之间，峰值波长可用分光辐射谱仪测量。应要求制造商提供相应的证明材料；② LED黑光灯具有散发过量白光的特性，高强度的黑光有可能减弱荧光或产生杂光，这些都会显著降低检测结果的可靠性。

罗·罗公司的规范RRP 58003 D版FluorescentPenetrantInspection第3.3.2.3.4条规定：125 W自滤光黑光灯泡或LED黑光灯禁止使用。

普惠公司规范FPM MASTER F版FluorescentPenetrantInspection附录B第1条规定了黑光灯的要求。对于LED黑光灯，除了要满足标准中规定的黑光灯的基本要求外，还应该注意下列事项：① 所 有黑光灯(包括LED黑光灯)产生的黑光的峰值波长应在360～370 nm之间。制造商应确保在使用温度下(10～40 ℃)，该要求得到实现；② 38.1 cm处的黑光辐射照度最大不超过10 000 μW·cm-2；③ LED黑光手电灯不得用于全部检测区域的检测，但局部检测时可以使用(如焊缝的修理部位，在暗室外评估荧光显示等)；④ 当LED黑光手电灯间歇性地用于评估显示时，应在使用前和每班工作结束以后测量黑光辐射照度；⑤ 当LED黑光灯用于最终检测时，应该控制好黑光灯与被检测表面的距离，防止产生不均匀的光束。一般来说，LED黑光灯与被检测表面越近，越有可能在被检测表面产生不均匀的光束。

荧光渗透检测时，如果要使用LED黑光灯，应满足相关规范、标准的要求。

7　结语

介绍了LED黑光灯光束不均匀现象的产生原因及应对措施。通过对比试验，验证了2365#EV5000型黑光灯安装ZWB2型黑光滤光片后，能有效减少黑光照射工件时背景光的干扰。通过对航标、国军标以及部分外贸公司的渗透检测规范分析，给出了LED黑光灯使用时的注意事项。

[1]林猷文，任学冬.渗透检测[M].北京:机械工业出版社,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，学士，工程师，主要从事无损检测工作。

徐健, E-mail: 389564579@qq.com。

10.11973/wsjc201609015

TG115.28

B

1000-6656(2016)09-0057-04