清洗时间对钛合金铸件荧光渗透检测的影响

张军威，王本志，杨硕，焦国丽，张国旺

（1. 北京百慕航材高科技股份有限公司 特检中心，北京 100094；2. 中国航发北京航空材料研究院 铸钛中心，北京 100095；3.北京市先进钛合金精密成型工程技术研究中心，北京 100095）

采用钛合金精密铸造技术可以直接制造不同类型近净尺寸的钛及钛合金铸件。目前钛合金铸件已被广泛应用到航空发动机、导弹、人造卫星等关键部件上[1—3]，对于这些关键部件用的钛合金铸件，必须确保表面质量符合技术要求，不能有超标的线性和点状荧光缺陷，否则会导致铸件可靠性和疲劳寿命下降。渗透检测是一种以毛细作用原理为基础，用于检测非疏孔性金属和非金属试件表面开口性缺陷的无损检测方法。渗透检测的基本过程为预处理、渗透、后清洗、干燥、显像和检验。每道工序对表面缺陷的荧光显示都至关重要。荧光渗透检测主要用于钛合金铸件表面非目视可见类缺陷的检验[4—8]。

实际中，钛合金铸件以浸涂法进行荧光渗透检测对比试验时，经常出现检测准确性波动的情况。通过对荧光渗透检测系统进行分析，在排除检验员技能水平的差异带来的影响后，发现在使用不同尺寸工装框放置铸件，或每次进行渗透检测放置的零件数量不同造成清洗时间不同时，会导致检测准确性变化。

为探索渗透清洗时间对渗透检测结果的影响，本文结合标准试块进行清洗时间实验，对某型号铸件荧光渗透检测清洗时间及一次清洗总数量提供工艺参考，保证荧光渗透检测结果的可靠性。

文中将铸件从开始清洗到进入烘箱的时间统称为清洗时间[13—14]，当多件铸件同时进行渗透检测时，第一个铸件开始清洗到最后一个铸件完成清洗的时间，称为本批铸件的最大清洗时间。

1 相关标准分析

针对清洗时间是否有具体要求，查阅相关标准后发现，国内外相关荧光渗透检测标准中，对整个荧光渗透检测的水温、铸件温度、水压、冲洗距离、渗透、显像时间等关键参数都均有详细规定，但对于清洗时间均未明确规定。

Nadcap审核渗透检测检查标准AC7114/1中[9]，渗透检测中需配置计时器的工序为渗透、乳化、显像和暗适应。对去除渗透液的后清洗工序，冲洗时水枪的操作手法、冲洗水温、冲洗水压、冲洗距离作出了明确规定，但对清洗时间无具体要求。

ASTM E 1417 Standard Practice for Liquid Penetrant Testing[10]中同样对清洗时间没有具体规定，仅介绍了清洗之后去除零件表面多余水分的方法：使用不脱毛的软布或吸水纸从零件表面吸除多余的水分。AC7114/4及ASTM E1417相关标准只规定可以使用压力小于170 kPa洁净的压缩空气去除盲腔、零件凹陷等容易积液部位的积水。

GJB 2367A[11]渗透检测规定，也没有针对清洗时间的规定，只是提出了清洗零件应在适当的黑光照度下进行，尽量缩短清洗时间，以零件表面形成合适的本体为宜，避免过洗、过去除。过洗、过去除的标志是零件表面完全没有残存的渗透剂。另外规定了水温范围、水压、喷嘴距离，采用气-水混合喷枪进行手工清洗时的空气压力。零件水洗后，通过移动或翻动使其表面上的水分滴落干净，然后用吸水材料吸干，或者用清洁干燥的压缩空气吹干，空气压力不大于0.17 MPa。

HB/Z61[12]中强调清洗后应排除零件表面的水分，一般采用转动零件或用过滤的压缩空气吹干，压缩空气压力应小于0.17 MPa；也可用无毛、清洁的布擦干。

2 工艺流程设计及实验

本文涉及到的荧光渗透检测方法为Ⅰ-A-a法（水洗型荧光渗透液、干粉显像），渗透液使用磁通公司的ZL-60D水洗型渗透液，显像粉为ZP-4B干粉显像。首先使用该荧光渗透检测系统的基准试块 PSM-5试块进行实验，荧光渗透工艺流程见图1。按文中对清洗时间的定义，从自动喷淋洗开始至手工补洗结束，到将零件放入烘箱的这段时间就是清洗时间。

图1 荧光渗透工艺流程Fig.1 FPI process flow

由于铸件结构差异和同时进行渗透检测零件数量不同的影响，现场实际操作中清洗时间通常为10～30 min。本实验通过设定不同的清洗时间，观察渗透检测系统基准试块 PSM-5试块的检验结果，评价清洗时间对渗透检测的影响。

图2 不同清洗时间下渗透检测系统PSM-5试块的结果对比Fig.2 Result comparison of penetrant testing system PSM-5 panel under different washing time

PSM-5试块的暗室检验结果见图2。保持自动喷淋洗时间30 s不变，PSM-5试块的清洗时间分别设定为15, 20, 40 min，按文中的定义，从开始清洗到进入烘箱这段时间统称为清洗时间。达到设定的清洗时间之后将 PSM-5试块放入烘箱充分干燥，显像时间均为20 min，显像结束后立即进行暗室检验。

由图 2基准试块不同清洗时间下的实验结果可以看出：清洗时间为15 min时，渗透检测系统基准试块PSM-5试块5个点全部清晰可见；清洗时间为20 min时，PSM-5试块的第5个点消失，第4点可见；清洗时间为40 min时，第5点消失，第4点模糊。

某钛合金铸板按实验一的实验条件进行验证，钛合金铸板的清洗时间分别设定为15, 20, 40 min，达到设定的清洗时间之后将钛合金铸板放入烘箱充分干燥，显像时间均为20 min，显像结束后立即进行暗室检验。钛合金铸板的暗室检验结果见图3。

图3 钛合金铸板清洗时间不同时结果对比Fig.3 Result comparison of titanium casting board under different washing time

从图4可以看出：当清洗时间大于15 min时，对于钛合金铸板A和B区域内标识出微小的线性缺陷，显示能力依次变弱。对于C区域内尺寸较大的缺陷，随着清洗时间增加，缺陷内渗透液扩散严重，缺陷形貌失真严重。

图4 清洗铸件表面时可能发生的状态Fig.4 Possible status of surface during washing time

对上述实验现象进行分析，当钛合金铸件采用水洗型荧光渗透液进行检测的过程，用水去除铸件表面多余渗透液时，铸件表面保持润湿状态。此时缺陷内的渗透液可能发生如下两种状态：对于微小缺陷，缺陷内的残留液较少，润湿状态下，水分持续将缺陷内的渗透液去除，导致铸件表面的微小缺陷存在过洗风险；对于窄而深的缺陷，长时间的润湿状态，渗透液在表面水分的作用下，在铸件表面缺陷开口的附近形成稀释的渗透液薄层，显像后造成缺陷的荧光显示变宽，缺陷边界出现模糊、不清晰的现象。

3 结论

1) 在本渗透检测系统条件下，清洗时间为 15 min，然后进行烘干、显像，荧光渗透检测效果最佳。在线产品荧光渗透检测时，清洗时间尽量控制在 15 min以内。

2) 在建立多件产品同时检测的荧光渗透工艺时，应实际测算单件产品的清洗时间，将第1件产品开始清洗到最后 1件产品完成清洗的总时间作为本批次铸件最大清洗时间，应控制最大清洗时间不超过15 min。

3) 本单位对某型号钛合金铸件进行渗透检测时，单件操作时间为0.75 min，则单次检测零件数量不宜超过20件。

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