清洗時(shí)間對(duì)鈦合金鑄件熒光滲透檢測(cè)的影響

張軍威，王本志，楊碩，焦國麗，張國旺

（1. 北京百慕航材高科技股份有限公司 特檢中心，北京 100094；2. 中國航發(fā)北京航空材料研究院 鑄鈦中心，北京 100095；3.北京市先進(jìn)鈦合金精密成型工程技術(shù)研究中心，北京 100095）

采用鈦合金精密鑄造技術(shù)可以直接制造不同類型近凈尺寸的鈦及鈦合金鑄件。目前鈦合金鑄件已被廣泛應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星等關(guān)鍵部件上[1—3]，對(duì)于這些關(guān)鍵部件用的鈦合金鑄件，必須確保表面質(zhì)量符合技術(shù)要求，不能有超標(biāo)的線性和點(diǎn)狀熒光缺陷，否則會(huì)導(dǎo)致鑄件可靠性和疲勞壽命下降。滲透檢測(cè)是一種以毛細(xì)作用原理為基礎(chǔ)，用于檢測(cè)非疏孔性金屬和非金屬試件表面開口性缺陷的無損檢測(cè)方法。滲透檢測(cè)的基本過程為預(yù)處理、滲透、后清洗、干燥、顯像和檢驗(yàn)。每道工序?qū)Ρ砻嫒毕莸臒晒怙@示都至關(guān)重要。熒光滲透檢測(cè)主要用于鈦合金鑄件表面非目視可見類缺陷的檢驗(yàn)[4—8]。

實(shí)際中，鈦合金鑄件以浸涂法進(jìn)行熒光滲透檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)檢測(cè)準(zhǔn)確性波動(dòng)的情況。通過對(duì)熒光滲透檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，在排除檢驗(yàn)員技能水平的差異帶來的影響后，發(fā)現(xiàn)在使用不同尺寸工裝框放置鑄件，或每次進(jìn)行滲透檢測(cè)放置的零件數(shù)量不同造成清洗時(shí)間不同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)準(zhǔn)確性變化。

為探索滲透清洗時(shí)間對(duì)滲透檢測(cè)結(jié)果的影響，本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行清洗時(shí)間實(shí)驗(yàn)，對(duì)某型號(hào)鑄件熒光滲透檢測(cè)清洗時(shí)間及一次清洗總數(shù)量提供工藝參考，保證熒光滲透檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

文中將鑄件從開始清洗到進(jìn)入烘箱的時(shí)間統(tǒng)稱為清洗時(shí)間[13—14]，當(dāng)多件鑄件同時(shí)進(jìn)行滲透檢測(cè)時(shí)，第一個(gè)鑄件開始清洗到最后一個(gè)鑄件完成清洗的時(shí)間，稱為本批鑄件的最大清洗時(shí)間。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

針對(duì)清洗時(shí)間是否有具體要求，查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外相關(guān)熒光滲透檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)整個(gè)熒光滲透檢測(cè)的水溫、鑄件溫度、水壓、沖洗距離、滲透、顯像時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)都均有詳細(xì)規(guī)定，但對(duì)于清洗時(shí)間均未明確規(guī)定。

Nadcap審核滲透檢測(cè)檢查標(biāo)準(zhǔn)AC7114/1中[9]，滲透檢測(cè)中需配置計(jì)時(shí)器的工序?yàn)闈B透、乳化、顯像和暗適應(yīng)。對(duì)去除滲透液的后清洗工序，沖洗時(shí)水槍的操作手法、沖洗水溫、沖洗水壓、沖洗距離作出了明確規(guī)定，但對(duì)清洗時(shí)間無具體要求。

ASTM E 1417 Standard Practice for Liquid Penetrant Testing[10]中同樣對(duì)清洗時(shí)間沒有具體規(guī)定，僅介紹了清洗之后去除零件表面多余水分的方法：使用不脫毛的軟布或吸水紙從零件表面吸除多余的水分。AC7114/4及ASTM E1417相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定可以使用壓力小于170 kPa潔凈的壓縮空氣去除盲腔、零件凹陷等容易積液部位的積水。

GJB 2367A[11]滲透檢測(cè)規(guī)定，也沒有針對(duì)清洗時(shí)間的規(guī)定，只是提出了清洗零件應(yīng)在適當(dāng)?shù)暮诠庹斩认逻M(jìn)行，盡量縮短清洗時(shí)間，以零件表面形成合適的本體為宜，避免過洗、過去除。過洗、過去除的標(biāo)志是零件表面完全沒有殘存的滲透劑。另外規(guī)定了水溫范圍、水壓、噴嘴距離，采用氣-水混合噴槍進(jìn)行手工清洗時(shí)的空氣壓力。零件水洗后，通過移動(dòng)或翻動(dòng)使其表面上的水分滴落干凈，然后用吸水材料吸干，或者用清潔干燥的壓縮空氣吹干，空氣壓力不大于0.17 MPa。

HB/Z61[12]中強(qiáng)調(diào)清洗后應(yīng)排除零件表面的水分，一般采用轉(zhuǎn)動(dòng)零件或用過濾的壓縮空氣吹干，壓縮空氣壓力應(yīng)小于0.17 MPa；也可用無毛、清潔的布擦干。

2 工藝流程設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)

本文涉及到的熒光滲透檢測(cè)方法為Ⅰ-A-a法（水洗型熒光滲透液、干粉顯像），滲透液使用磁通公司的ZL-60D水洗型滲透液，顯像粉為ZP-4B干粉顯像。首先使用該熒光滲透檢測(cè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)試塊 PSM-5試塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，熒光滲透工藝流程見圖1。按文中對(duì)清洗時(shí)間的定義，從自動(dòng)噴淋洗開始至手工補(bǔ)洗結(jié)束，到將零件放入烘箱的這段時(shí)間就是清洗時(shí)間。

圖1 熒光滲透工藝流程Fig.1 FPI process flow

由于鑄件結(jié)構(gòu)差異和同時(shí)進(jìn)行滲透檢測(cè)零件數(shù)量不同的影響，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中清洗時(shí)間通常為10～30 min。本實(shí)驗(yàn)通過設(shè)定不同的清洗時(shí)間，觀察滲透檢測(cè)系統(tǒng)基準(zhǔn)試塊 PSM-5試塊的檢驗(yàn)結(jié)果，評(píng)價(jià)清洗時(shí)間對(duì)滲透檢測(cè)的影響。

圖2 不同清洗時(shí)間下滲透檢測(cè)系統(tǒng)PSM-5試塊的結(jié)果對(duì)比Fig.2 Result comparison of penetrant testing system PSM-5 panel under different washing time

PSM-5試塊的暗室檢驗(yàn)結(jié)果見圖2。保持自動(dòng)噴淋洗時(shí)間30 s不變，PSM-5試塊的清洗時(shí)間分別設(shè)定為15, 20, 40 min，按文中的定義，從開始清洗到進(jìn)入烘箱這段時(shí)間統(tǒng)稱為清洗時(shí)間。達(dá)到設(shè)定的清洗時(shí)間之后將 PSM-5試塊放入烘箱充分干燥，顯像時(shí)間均為20 min，顯像結(jié)束后立即進(jìn)行暗室檢驗(yàn)。

由圖 2基準(zhǔn)試塊不同清洗時(shí)間下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：清洗時(shí)間為15 min時(shí)，滲透檢測(cè)系統(tǒng)基準(zhǔn)試塊PSM-5試塊5個(gè)點(diǎn)全部清晰可見；清洗時(shí)間為20 min時(shí)，PSM-5試塊的第5個(gè)點(diǎn)消失，第4點(diǎn)可見；清洗時(shí)間為40 min時(shí)，第5點(diǎn)消失，第4點(diǎn)模糊。

某鈦合金鑄板按實(shí)驗(yàn)一的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行驗(yàn)證，鈦合金鑄板的清洗時(shí)間分別設(shè)定為15, 20, 40 min，達(dá)到設(shè)定的清洗時(shí)間之后將鈦合金鑄板放入烘箱充分干燥，顯像時(shí)間均為20 min，顯像結(jié)束后立即進(jìn)行暗室檢驗(yàn)。鈦合金鑄板的暗室檢驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 鈦合金鑄板清洗時(shí)間不同時(shí)結(jié)果對(duì)比Fig.3 Result comparison of titanium casting board under different washing time

從圖4可以看出：當(dāng)清洗時(shí)間大于15 min時(shí)，對(duì)于鈦合金鑄板A和B區(qū)域內(nèi)標(biāo)識(shí)出微小的線性缺陷，顯示能力依次變?nèi)酢?duì)于C區(qū)域內(nèi)尺寸較大的缺陷，隨著清洗時(shí)間增加，缺陷內(nèi)滲透液擴(kuò)散嚴(yán)重，缺陷形貌失真嚴(yán)重。

圖4 清洗鑄件表面時(shí)可能發(fā)生的狀態(tài)Fig.4 Possible status of surface during washing time

對(duì)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，當(dāng)鈦合金鑄件采用水洗型熒光滲透液進(jìn)行檢測(cè)的過程，用水去除鑄件表面多余滲透液時(shí)，鑄件表面保持潤濕狀態(tài)。此時(shí)缺陷內(nèi)的滲透液可能發(fā)生如下兩種狀態(tài)：對(duì)于微小缺陷，缺陷內(nèi)的殘留液較少，潤濕狀態(tài)下，水分持續(xù)將缺陷內(nèi)的滲透液去除，導(dǎo)致鑄件表面的微小缺陷存在過洗風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于窄而深的缺陷，長時(shí)間的潤濕狀態(tài)，滲透液在表面水分的作用下，在鑄件表面缺陷開口的附近形成稀釋的滲透液薄層，顯像后造成缺陷的熒光顯示變寬，缺陷邊界出現(xiàn)模糊、不清晰的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

1) 在本滲透檢測(cè)系統(tǒng)條件下，清洗時(shí)間為 15 min，然后進(jìn)行烘干、顯像，熒光滲透檢測(cè)效果最佳。在線產(chǎn)品熒光滲透檢測(cè)時(shí)，清洗時(shí)間盡量控制在 15 min以內(nèi)。

2) 在建立多件產(chǎn)品同時(shí)檢測(cè)的熒光滲透工藝時(shí)，應(yīng)實(shí)際測(cè)算單件產(chǎn)品的清洗時(shí)間，將第1件產(chǎn)品開始清洗到最后 1件產(chǎn)品完成清洗的總時(shí)間作為本批次鑄件最大清洗時(shí)間，應(yīng)控制最大清洗時(shí)間不超過15 min。

3) 本單位對(duì)某型號(hào)鈦合金鑄件進(jìn)行滲透檢測(cè)時(shí)，單件操作時(shí)間為0.75 min，則單次檢測(cè)零件數(shù)量不宜超過20件。

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