在現代工業生產中，鈦合金鑄件因其優良的物理和化學性能，如高強度、低密度、優良的耐腐蝕性以及良好的生物相容性等，被廣泛應用于航空航天、生物醫療、化工等諸多領域[1-2,14-15]。然而，鈦合金鑄件的生產過程復雜，容易出現各種缺陷，如裂紋、氣孔、疏松等，這對鑄件的質量和使用性能造成了嚴重影響[3-5]。 

熒光滲透檢測（FPI）是一種廣泛應用的無損檢測技術，基于毛細作用原理，主要用于檢測非疏孔性金屬和非金屬試樣表面的開口缺陷。滲透檢測的基本流程包括預處理、滲透、后清洗、干燥顯像和檢驗。該方法通過將含有熒光染料的滲透液吸入被測材料的微小裂紋或缺陷中，然后在特定條件下使用紫外線照射，使熒光染料發出熒光，從而清晰地顯示缺陷的位置、形狀和大小[6-13,16-17]。 

顯像時間作為熒光滲透檢測的關鍵參數之一，對其開展研究是很有必要的，文章旨在探討顯像時間對鈦合金鑄件熒光滲透檢測效果的影響，以現有測試條件與材料，確定最優顯像時間，以期為實際生產中熒光滲透檢測參數的選擇提供理論依據。該研究的結果可以為鈦合金鑄件，以及其他類型鑄件的熒光滲透檢測提供參考。同時，通過對顯像時間的研究，可以進一步深入理解熒光滲透檢測的原理和方法，為其在其他領域的應用提供支持。 

1.   試驗設計

此次試驗采用控制變量法研究顯像時間對鈦合金鑄件熒光滲透檢測效果的影響。在熒光滲透檢測過程中，保持滲透時間、沖洗時間、沖洗水溫、沖洗水壓以及干燥時間等參數不變，僅設置不同的顯像時間進行熒光滲透檢測，顯像時間由同一校準周期內的計時器進行倒計時記錄。為確保熒光顯示尺寸的測量精度，在熒光顯示尺寸的最大方向上，采用校準有效期內的電子數顯游標卡尺進行尺寸測量。對熒光顯示尺寸進行3次手動測量，取3次測量結果的平均值作為最終熒光顯示尺寸數據，并進行記錄。 

通過對不同顯像時間下的PSM-5試件和某型號鈦合金鑄件（以下簡稱試件和鑄件）進行熒光滲透檢測，對比不同顯像時間下的檢測結果，尋找既能使缺陷清晰可見，又能保證檢測效率和設備性能的最佳顯像時間。此外，在確保檢測結果可靠的前提下，探討如何盡可能縮短顯像時間，提高檢測效率。 

該研究采用半自動化熒光檢測線對鑄件進行熒光滲透檢驗。依據ASTM E1417/E1417M-16標準，選擇I-A法-a型（水洗型熒光滲透液、干粉顯像）方法，滲透液使用SHERWIN公司的HM604型水洗型滲透液，顯像粉型號為D-90G，熒光滲透檢測流程如圖1所示。 

圖  1  熒光滲透檢測流程示意

在預處理階段，將零部件置于超聲波清洗槽內，采用Daraclean 282型清洗劑進行清洗，清洗時間為5 min，水溫為30 ℃~40 ℃。接著進行水淋洗并進行水膜試驗，觀察表面無斷層現象，保證清洗后試件和鑄件表面滿足滲透要求。然后進行烘干處理，待零部件的溫度降至室溫后，進行滲透處理，此過程需歷時8 min。隨后進行滴落處理，耗時12 min。在滲透過程中，采用專用工具以防止零部件之間的相互接觸，觀察鑄件表面滲透液是否全表面覆蓋，必要時對零部件進行翻轉，以防止液體積聚。接下來是自動噴淋洗環節，時間為30 s，再進行手工噴洗。在噴洗過程中，水壓應控制在0.275 MPa以內，水溫應在10 ℃~38 ℃之間，噴頭與零部件的距離至少為30 cm，噴頭與零部件的傾斜角度為45°。在采用壓縮空氣去除零部件表面多余水分時，空氣壓力不得超過0.172 MPa。在干燥階段，采用烘箱進行干燥處理，設定干燥溫度為60 ℃，在保證零部件剛好干燥的前提下，干燥時間越短越好，設定干燥時間為8 min。然后，采用D-90G型顯像粉對零部件進行爆粉顯像處理，通過顯像槽窗口觀察爆粉過程，實時監控確保所有表面均被顯像劑覆蓋，以獲得良好的背景。顯像時間分別設定為10 min，20 min，30 min，1 h，2 h和3 h。進入暗室檢驗階段，設置暗適應時間為1 min，零部件表面白光光照強度不超過20 lx，待檢表面黑光強度不低于1 200 μW·cm−2。在后處理階段，可采用壓縮空氣或水進行清洗，清洗完畢后的零部件需立即進行干燥處理。 

2.   試驗結果與分析

PSM-5試件在不同顯像時間下的滲透檢測結果如圖2所示，試件星裂點從上往下編號為1~5，不同顯像時間下試件各星裂點直徑如表1所示。 

圖  2  不同顯像時間下PSM-5試件的滲透檢測結果

由表1可以看出，顯像時間為10 min時，雖然試件的5個點均已顯現出來，但第4個點和第5個點略顯模糊；時間為20 min時，試件的5個點均清晰可見，直徑也逐漸變大；時間為30 min時，試件的缺陷逐漸變大，顏色開始加深，但對比度開始下降；時間為1 h時，點1和點4直徑持續增大，其余點直徑不變，顏色繼續加深，對比度持續下降；時間為2 h時，相較于1 h時，其直徑變化已經不大，缺陷邊界已經模糊；時間為3 h時，點1的直徑已經不變了，缺陷形貌已經趨于圓。 

按文中試驗條件對某型號鈦合金鑄件進行驗證，顯像時間分別設定為10，20，30 min，1，2，3 h，不同顯像時間下不同鈦合金鑄件滲透檢測效果如圖3~6所示。其缺陷直徑變化如表2~5所示。在圖3中當顯像時間超過20 min時，對于a、b、d這3個點狀缺陷，隨著顯像時間的延長，顯像劑在缺陷處積聚，夸大了缺陷的程度；對于c缺陷（線性缺陷），隨著顯像時間的延長，顯像劑在缺陷周圍擴散，缺陷的邊界變得模糊不清，缺陷顏色由黃綠色開始泛白，背景過重，缺陷尺寸變大，降低缺陷的可辨識度。 

圖  3  1#鈦合金鑄件不同顯像時間下的滲透檢測效果

圖  4  2#鈦合金鑄件不同顯像時間下的滲透檢測效果

圖  5  3#鈦合金鑄件不同顯像時間下的滲透檢測效果

圖  6  4#鈦合金鑄件不同顯像時間下的滲透檢測效果

由圖4可見，當鑄件顯像時間超過20 min時，隨著時間延長，出現過度顯像，導致缺陷周圍的顯像劑吸附過多滲透液，使缺陷顯示的尺寸較實際缺陷偏大，而造成對缺陷嚴重程度的誤判。同時，過度顯像使背景顏色加深，降低了缺陷與背景的對比度，影響了對缺陷的觀察和識別。 

由圖5可見，隨著顯像時間的延長，缺陷邊界模糊，顯像劑持續吸附滲透液并擴散，導致缺陷邊界的顯像劑分布不再集中，線性缺陷的線條變得模糊，非連續性缺陷的邊緣也變得不清晰。長時間的顯像使鑄件表面微小起伏、雜質或殘留的滲透液被顯像劑過度吸附，形成類似缺陷的顯示，產生假缺陷信號，干擾對真實缺陷的判斷。 

由圖6可見，隨著缺陷時間的延長，缺陷對比度降低，背景顯像劑吸附量增加，背景顏色進一步加深，而缺陷處由于滲透液被過度吸附后擴散，與背景的對比度逐漸降低。 

根據上述試驗分析可知，顯像時間延長將導致以下結果：① 過度擴散：顯像劑在表面上過度擴散，導致缺陷的顯示變得模糊不清；缺陷痕跡寬度變寬，使得分辨力下降，難以準確判斷其尺寸和形狀。② 過飽和：長時間的顯像導致顯像劑在缺陷處過度飽和，使得缺陷的顯示過于強烈，甚至掩蓋了一些細微的缺陷。③ 背景干擾：過長的顯像時間可能會導致背景顏色變深，從而增加了對缺陷的識別難度。背景的干擾可能使缺陷的顯示不夠突出，容易被忽視或誤判。 

3.   結論

以鈦合金鑄件為研究對象，通過控制變量法，在熒光滲透檢測系統其余各參數一致且滿足標準要求的前提下，系統地研究了顯像時間對熒光滲透檢測結果的影響。通過對試驗數據的分析，確定了使用HM-604型自乳化滲透液，D-90G型干粉顯像劑對鈦合金鑄件進行滲透檢測時，最佳的顯像時間為20 min。在該顯像時間下，檢測的靈敏度和準確性最高，保證了該條件下的滲透檢測可靠性和可實施性。

文章來源——材料與測試網