熒光滲透檢測中使用LED黑光燈出現異常原因及應對措施

徐　健，李　澤，王曉濱，張　文，周文博

(西安航空發動機(集團)有限公司 無損檢測中心， 西安 710021)

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熒光滲透檢測中使用LED黑光燈出現異常原因及應對措施

徐健，李澤，王曉濱，張文，周文博

(西安航空發動機(集團)有限公司 無損檢測中心， 西安 710021)

就磁通公司EV5000型LED黑光燈配備ZWB2型濾光片的相關問題開展了對比試驗，試驗結果表明，黑光燈配備濾光片后，能夠有效減少背景光干擾，降低黑光燈漏白光照度及黑光輻射照度。另外，還闡述了LED黑光燈使用過程中的注意事項，以供同行參考。

滲透檢測；LED黑光燈；濾光片

熒光滲透檢測所用的紫外線也稱黑光，紫外線燈也稱黑光燈[1]。黑光波長范圍在330～390 nm，中心波長約365 nm。老式黑光燈一般為高壓水銀蒸氣黑光燈。隨著科技發展，市場已經出現LED黑光燈。LED黑光燈有無需預熱、黑光輻射照度衰減慢、綜合費用低等優點。

筆者就LED黑光燈使用過程中需要注意的事項開展了對比試驗，試驗結果表明，黑光燈配備濾光片后，能夠有效減少背景光干擾，降低黑光燈漏白光照度及黑光輻射照度。

1　高壓水銀蒸氣燈的組成及優點

老式黑光燈一般為高壓水銀蒸氣燈。主要部件有高壓水銀蒸氣弧光燈、黑光濾光片和鎮流器等。

圖1　100 W高壓水銀蒸氣黑光燈的輸出功率>隨電壓變化的曲線

高壓水銀蒸氣燈的主要優點有：① 產品成熟，國內外熒光滲透檢測的相關標準均可使用；② 輸出的黑光光束均勻。其主要缺點有：① 使用前需要預熱5～10 min；② 不能頻繁開啟/關閉，每斷電一次，燈的壽命大約縮短3 h；③ 輸出功率隨電壓變化波動較大(見圖1)[1]；④ 使用過程中，黑光輻射照度衰減現象較為明顯(筆者所在單位使用情況為：每天開啟16 h，平均每個月需要更換一次新的黑光燈泡，以確保黑光輻射照度持續符合規范要求)。

2　UV-A LED黑光燈

2.1LED黑光燈簡介

熒光滲透檢測用的LED黑光燈，是近幾年上市的產品。LED黑光燈采用的是冷光源，其主要優點有：① 使用前無需預熱；② 頻繁的開啟或關閉不會降低燈的使用壽命(不使用的時候及時關閉，有利于增加燈的使用壽命)；③ 使用過程中，黑光輻射照度衰減緩慢。其主要缺點有：① 部分滲透檢測規范尚未批準使用LED黑光燈，或對其使用條件有限制；② LED 黑光燈在離被檢工件表面距離較近時，可能會產生光束不均勻的現象(見圖2)。

圖2　被檢表面光束示意

2.2LED黑光燈不均勻光束產生的原因

目前，市場上用于熒光滲透檢測的LED黑光燈，一般有一組LED光源，其常見光源結構如圖3所示。

圖3　常見的LED黑光燈光源結構示意

由于各LED光源之間一般會存在間隙(圖3中標注尺寸d)，單個光源產生的光束為圓錐形，故當一組光源產生的光束照射在工件表面(距離較近)時，有可能會產生光束不均勻的現象(存在暗區)，如圖4所示。

圖4　LED黑光燈照射在工件表面形成暗區示意

圖4中d′為LED黑光燈照射在工件表面時，存在光束不均勻現象時的距離。一般來說，LED黑光燈與被檢測表面越近，越有可能在被檢測表面產生不均勻的光束。

2.3LED黑光燈不均勻光束的應對措施

(1) 控制LED黑光燈與被檢測表面的距離

圖4中d′的測量方法為：① 開啟LED黑光燈，在暗場環境下，將黑光垂直照射在深色平面上；② 將LED黑光燈從距離平面38 cm處緩慢垂直下移，同時注意觀察平面上光束的均勻性；③ 當平面上出現類似圖2(a)所示的光束不均勻現象時，停止移動LED黑光燈； ④ 測量此時平面距LED黑光燈的高度，該值為d′。

在使用LED黑光燈時，應確保LED黑光燈到工件表面距離大于d′，且小于等于38 cm。

(2) 購買LED黑光燈時選擇光源間隙小的產品

由圖4可知,假設在其他條件均不改變的情況下，減小LED光源之間的間隙d，相應的d′也會隨之減小。當d′值較小時，只有當LED黑光燈離工件表面過近時才會產生光束不均勻現象，因此，較小的d′值對使用LED黑光燈進行熒光滲透檢測是有利的。所以在選購LED黑光燈時，應盡量選擇光源間隙較小的產品。

3　EV5000型LED黑光燈使用中的異常現象

筆者所在單位于近期新購買了一批磁通公司EV5000型LED黑光燈，在試用過程中發現，該型黑光燈普遍存在異常現象：暗場環境下，黑光照射在工件表面時，背景光干擾較為嚴重。

SP公司生產的FC-100/F型黑光燈在國防科技工業無損檢測人員資格鑒定與認證培訓教材《滲透檢測》第3章中有簡單介紹，該型號黑光燈是“可供選擇的”，而且該型號黑光燈得到了NADCAP認證機構以及羅·羅、普惠等外貿公司的認可，故將其作為EV5000型LED黑光燈對比試驗的基準。LED黑光燈與傳統黑光燈照射工件效果對比如圖5所示。

圖5　LED黑光燈與傳統黑光燈照射工件效果對比

從圖5可以看出，與FC-100/F型黑光燈相比，EV5000型LED黑光燈所產生的黑光照射在工件表面時，缺陷顯示與背景之間的對比度有所降低，且工件表面的背景整體偏紫藍色。這種情況不利于發現細小的缺陷顯示，也更容易造成視覺疲勞。

4　EV5000型LED黑光燈使用中出現異常現象的原因分析

4.1波長分析

FC-100/F型黑光燈產生的黑光中心波長約為365 nm(其銘牌見圖6)。

圖6　FC-100/F型黑光燈銘牌

試驗所用的2365#EV5000型LED黑光燈產生的黑光的中心波長為365.506 nm，在330～390 nm范圍內，其波長分布情況見圖7。

圖7　2365# EV5000型LED黑光燈波長分布

對比結果：2365#EV5000型LED黑光燈產生的黑光的中心波長與FC-100/F型黑光燈產生的黑光的波長相比無明顯差異，均符合滲透檢測相關規范的要求。

4.2黑光照度及漏白光

2365#EV5000型LED黑光燈的黑光輻射照度及漏白光照度經測量分別為4 490 μW·cm-2和5.49 lx，均符合相關滲透檢測規范的要求。

4.3燈的結構

2365#EV5000型LED黑光燈配備了濾光片，但仔細觀察實物后發現，該黑光燈配備的濾光片并不是常見的深紫色耐熱玻璃。

綜上所述，2365#EV5000型LED黑光燈產生的黑光的中心波長、黑光輻射照度、漏白光照度均符合滲透檢測的要求，但濾光片存在不足。

5　EV5000型LED黑光燈異常現象的解決措施

5.1定制濾光片

測量EV5000型LED黑光燈原有濾光片的尺寸后，定制了ZWB2型濾光片，該型濾光片可有效讓365 nm左右波長的黑光通過，并能過濾掉330～390 nm波長以外的黑光。ZWB2型濾光片的透射特性見圖8，定制好的實物見圖9。

圖8　ZWB2型濾光片透射特性

圖9　定制的ZWB2型濾光片實物

5.2改進后效果驗證

將定制好的ZWB2型濾光片安裝在2365#EV5000型LED黑光燈上(原有濾光片未拆除)，驗證上文所述異常現象是否得到消除。

從圖10及圖5(b)可以看出，2365#EV5000型LED黑光燈在增加ZWB2型濾光片后，工件表面背景干擾明顯減少，效果與FC-100/F黑光燈照射效果差別不明顯。

圖10　2365# EV5000 LED黑光燈增加ZWB2型濾光片前后照射工件效果

5.3改進后黑光及漏白光照度驗證2365#EV5000型LED黑光燈安裝ZWB2型濾光片后，對其黑光及漏白光照度進行了測量，結果分別為3 237 μW·cm-2和1.18 lx，均符合相關滲透檢測規范的要求。在增加濾光片后2365#EV5000型LED黑光燈的黑光輻射照度及漏白光照度均有所降低，特別是黑光輻射照度的降低值較大，超過了1 200 μW·cm-2。

6　LED黑光燈使用時的注意事項

6.1配備合適的濾光片雖然LED黑光燈生產廠家給出了相關的合格證明，但是用戶在使用時應注意觀察是否有異常情況產生。對于磁通公司生產的EV5000型LED黑光燈，建議在使用前配備ZWB2型(或其他等效)濾光片。

6.2增加濾光片后照度的變化

用戶在增加或更換濾光片后，應該重新測定黑光燈的黑光及漏白光照度，以確保符合規范要求。

6.3LED黑光燈的合法性

HB/Z 61-1998《滲透檢驗》、GJB 2367A-2005《滲透檢驗》，GE公司規范P3TF2-S29FluorescentPenetrantInspection以及P3TF47-S5FluorescentPenetrantInspection均未提及LED黑光燈的相關事項。

ASTM E1417-13StandardPracticeforLiquidPenetrantTesting第7.8.4.1條規定了黑光燈的要求。對于LED黑光燈，除了要滿足標準中規定的黑光燈的基本要求外，還應注意下列事項：① LED黑光燈產生的黑光的峰值波長應在365～370 nm之間，峰值波長可用分光輻射譜儀測量。應要求制造商提供相應的證明材料；② LED黑光燈具有散發過量白光的特性，高強度的黑光有可能減弱熒光或產生雜光，這些都會顯著降低檢測結果的可靠性。

羅·羅公司的規范RRP 58003 D版FluorescentPenetrantInspection第3.3.2.3.4條規定：125 W自濾光黑光燈泡或LED黑光燈禁止使用。

普惠公司規范FPM MASTER F版FluorescentPenetrantInspection附錄B第1條規定了黑光燈的要求。對于LED黑光燈，除了要滿足標準中規定的黑光燈的基本要求外，還應該注意下列事項：① 所 有黑光燈(包括LED黑光燈)產生的黑光的峰值波長應在360～370 nm之間。制造商應確保在使用溫度下(10～40 ℃)，該要求得到實現；② 38.1 cm處的黑光輻射照度最大不超過10 000 μW·cm-2；③ LED黑光手電燈不得用于全部檢測區域的檢測，但局部檢測時可以使用(如焊縫的修理部位，在暗室外評估熒光顯示等)；④ 當LED黑光手電燈間歇性地用于評估顯示時，應在使用前和每班工作結束以后測量黑光輻射照度；⑤ 當LED黑光燈用于最終檢測時，應該控制好黑光燈與被檢測表面的距離，防止產生不均勻的光束。一般來說，LED黑光燈與被檢測表面越近，越有可能在被檢測表面產生不均勻的光束。

熒光滲透檢測時，如果要使用LED黑光燈，應滿足相關規范、標準的要求。

7　結語

介紹了LED黑光燈光束不均勻現象的產生原因及應對措施。通過對比試驗，驗證了2365#EV5000型黑光燈安裝ZWB2型黑光濾光片后，能有效減少黑光照射工件時背景光的干擾。通過對航標、國軍標以及部分外貿公司的滲透檢測規范分析，給出了LED黑光燈使用時的注意事項。

[1]林猷文，任學冬.滲透檢測[M].北京:機械工業出版社,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，學士，工程師，主要從事無損檢測工作。

徐健, E-mail: 389564579@qq.com。

10.11973/wsjc201609015

TG115.28

B

1000-6656(2016)09-0057-04