鑄件顯微疏松熒光滲透檢驗標準圖譜研制

任富華，劉海強，彭志江

（沈陽黎明航空發動機公司 產品檢驗檢測中心，沈陽 110043）

在航空航天工業，發動機的發展與鑄造金屬零件的發展是齊頭并進的。由于大型精鑄件結構復雜，壁厚跨度大，會產生各種鑄造缺陷，特別是顯微疏松類缺陷。對精鑄件顯微疏松類缺陷如何驗收，一直是困擾無損檢測的問題之一［1］。

鑄件熒光滲透檢驗標準圖譜是用于記錄鑄件表面及機加后表面的點狀或長寬比不大于3的非線性熒光滲透顯示缺陷。標準圖譜規定缺陷的級別要求與產品技術標準中缺陷的級別要求一致。該標準圖譜能夠如實地反映出熒光滲透檢驗產品表面的實際缺陷情況，并與國外的標準圖譜技術水平相當，指導實際生產。

筆者在研制鑄件顯微疏松滲透檢驗標準圖譜時，是先采集不同合金材料、不同結構的產品、不同等級鑄件疏松的樣件，對選擇件進行金相組織與熒光形貌對比分析，然后用計算機技術模擬得到模擬圖譜，再經格式轉換，并與國外顯微疏松的標準圖譜進行對比，最后制成鑄件顯微疏松熒光檢驗用系列標準圖譜。通過試驗驗證，自制圖譜可以滿足鑄件顯微疏松的熒光滲透檢驗評價［2］。

1 試樣采集、取樣與解剖

采集了不同鑄件金屬材料的渦輪葉片100多件，經X射線檢驗均有不同程度的顯微疏松。將試樣解剖后進行金相觀察、分析，根據金相組織分析結果參照Q/3B1608－2005中的“顯微疏松評比圖1～6級”，將金相圖片進行排序，選出有代表性的試樣。再按照順序對金相試樣采用4級超高靈敏度熒光滲透液進行檢驗。對熒光顯示結果進行拍照，圖1～9為試樣金相顯微疏松級別的形貌（所有照片均為100倍放大）。

圖10～15為顯微疏松等級所對應的熒光顯示形貌。因4級以上的熒光顯示是零件的內腔，無法拍照，故無照片。

圖1 無疏松

圖2 1級疏松形貌

圖3 1～2級疏松形貌

圖5 2～3級疏松形貌

圖6 3級疏松形貌

圖7 4級疏松形貌

圖8 5級疏松形貌

圖9 6級疏松形貌

2 圖譜的制作

圖10 無疏松熒光形貌

圖11 1級顯微疏松熒光形貌

圖12 1～2級顯微疏松熒光形貌

圖13 2級顯微疏松熒光形貌

圖14 2～3級顯微疏松熒光形貌

圖15 3級顯微疏松熒光形貌

根據金相圖片疏松（顯微疏松、宏觀疏松）尺寸大小、形態分布及熒光形貌，利用常用的軟件對顯微疏松圖像進行繪制、編輯和處理。基于圖像都是呈現中間密集周圍松散的點狀排布的特點，設計圖像的具體模擬方法為：先模擬一些點和線，作為最基本的單元，然后把這些基本單元按照特定的螺旋函數進行排布，通過控制這些點和線的粗細以及填充疏密程度，從而來控制圖像的顯示效果。然后選取6個疏密程度漸次增加的模擬圖案作為熒光圖譜6個級別疏松顯示的草圖，對它們進行編輯。在此基礎上適當增減相關點和線，使之更接近該級別的圖像顯示。再經圖形轉換軟件，轉換成最終的模擬圖譜。

電腦模擬圖像基本完成后，計算機顯示效果已經基本為大家所認可。

但是，第一次輸出后效果很不理想，圖像顯示太暗，只有相關的線能顯示，無法顯示點。分析之后，問題出在設定的分辨率過高（圖像尺寸過大，因而細節顯示過于精細，圖案等顯示淺而淡），降低分辨率后，部分點能顯示出來了。

將此時制成的熒光標準圖片在熒光燈下觀察，發現圖譜上的疏松與實際的疏松存在差異，具體表現為：圖譜上較大的疏松點不清晰，而且肉眼很難觀察到0.25～0.30mm的較小的疏松點，導致圖譜上顯示的點少于實際存在的點。經分析，造成這種現象的原因為：輸出來的點灰度值有高有低，而照相后圖像輸出只有兩個值（黑和白），這就使灰度值低的點被舍去等同于黑色輸出，從而無法顯示。同時由于軟件轉換的是矢量圖，點與點的顯示不盡相同，再逐個修改起來非常困難，到輸出轉換時又存在一定的影像轉換損失，使部分細節丟失。電腦模擬與制作的輸出格式不能兼容，必須有合適的軟件轉換。

初次繪制成的熒光圖譜圖形見圖16（a）。

為了找出解決方法，與計算機軟件專業人員進行了多次的研討，并查閱相關資料之后，找到了圖形失真嚴重的原因。經數次后續修改，選擇一種無損壓縮格式的軟件，輸出的效果圖比較讓人滿意。但是該軟件輸出格式是位圖，受分辨率限制，邊緣鋸齒明顯，在圖像輸出時，文字出現一些輕微的鋸齒狀。為使顯示效果更好，經多方查找分析，最終找到一種虛擬打印機可以直接把電腦模擬圖片生成制作輸出圖形格式的方法，并找到一款適合圖譜后期編輯修改的專門軟件。此時，疏松圖案可以任意調節，圖案的基本構成元素——點，也可以進行形狀、大小、位置的微調。

對照渦輪工作葉片技術標準，將小的疏松點在圖片上做適當的調整，使其在熒光燈下顯示的大小控制在0.25～0.30mm之間。在此基礎上，添加文字和圖案圖層，效果非常好。

修訂后定稿版的熒光檢驗圖片效果見圖16（b）。

圖16 初次繪制和經過修訂定后的熒光圖譜

經修改后的熒光檢驗標準圖譜清晰、明亮，與國外的熒光標準圖譜比較，效果基本相當。

3 試驗驗證

對某DZ22合金高壓渦輪工作葉片進行試驗驗證，得出使用與葉片實際熒光滲透檢驗同樣的工藝條件、同等靈敏度，由有經驗的熒光滲透檢驗人員進行檢驗，熒光標準圖譜檢驗的一致性與金相分析結果基本吻合，驗證結果見表1。

表1 某DZ22合金高壓渦輪工作葉片試驗驗證結果

4 討論與分析

熒光檢驗用標準圖譜中疏松的級別，對鑄件表面、零件的機加面經過熒光滲透檢驗暴露出來的缺陷，是具有代表性、包容性、普遍性于一體的標準參照物。因此，大量、廣泛地搜集疏松樣件顯得尤為重要。

針對某些顯微疏松缺陷，搜集了不同材料、不同結晶方式的鑄造高溫合金形成的顯微疏松。廣泛、深入地了解了各種疏松的大小、分布及形貌的特點；并將金相和熒光顯示中疏松的大小、分布及形貌特點轉換到圖片上，采用電腦模擬軟件作圖、圖形轉換格式輸出及虛擬打印機、模擬生成等方法制作出的熒光圖譜，無論是在日光下還是在紫外線黑光燈下效果都非常清晰、明亮。

將所研制的顯微疏松熒光檢驗用標準圖譜與國外的標準圖譜對比，效果相當。

表1中標準圖譜檢驗的結果大部分與金相分析結果吻合。個別試樣出現了偏離標準圖譜檢驗級別的原因是：試件經金相研磨后的疏松狀態較熒光檢驗時有所變化；另外，觀察金相組織時的視野與熒光檢驗時的視野不同。偏離結果也說明，將研制的標準圖譜運用于熒光檢驗時，所給出的靈敏度更真實。

5 結論

（1）鑄件熒光檢驗用標準圖譜研制的工作思路、工藝方法合理、可行。研制出的鑄件熒光檢驗標準圖譜符合產品客觀實際。

（2）該標準圖譜經反復修訂后，在生產現場進行了試驗驗證，滿足了某些高溫合金顯微疏松熒光缺陷檢驗標準的要求。與國外熒光檢驗標準圖譜對比，效果相當。

（3）該標準圖譜的完成，滿足了國內對鑄件顯微疏松熒光滲透檢驗標準圖譜的實際需要。

［1］李家偉，陳積懋.無損檢測手冊［M］.北京：機械工業出版社，2002.1.

［2］國防科技工業無損檢測人員資格與認證培訓教材編審委員會.滲透檢測［M］.北京：機械工業出版社，2004.10.