鑄件顯微疏松熒光滲透檢驗標(biāo)準(zhǔn)圖譜研制

任富華，劉海強(qiáng)，彭志江

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)公司 產(chǎn)品檢驗檢測中心，沈陽 110043）

在航空航天工業(yè)，發(fā)動機(jī)的發(fā)展與鑄造金屬零件的發(fā)展是齊頭并進(jìn)的。由于大型精鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚跨度大，會產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)圖譜是用于記錄鑄件表面及機(jī)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(biāo)準(zhǔn)圖譜規(guī)定缺陷的級別要求與產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中缺陷的級別要求一致。該標(biāo)準(zhǔn)圖譜能夠如實地反映出熒光滲透檢驗產(chǎn)品表面的實際缺陷情況，并與國外的標(biāo)準(zhǔn)圖譜技術(shù)水平相當(dāng)，指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

筆者在研制鑄件顯微疏松滲透檢驗標(biāo)準(zhǔn)圖譜時，是先采集不同合金材料、不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品、不同等級鑄件疏松的樣件，對選擇件進(jìn)行金相組織與熒光形貌對比分析，然后用計算機(jī)技術(shù)模擬得到模擬圖譜，再經(jīng)格式轉(zhuǎn)換，并與國外顯微疏松的標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對比，最后制成鑄件顯微疏松熒光檢驗用系列標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)X射線檢驗均有不同程度的顯微疏松。將試樣解剖后進(jìn)行金相觀察、分析，根據(jù)金相組織分析結(jié)果參照Q/3B1608－2005中的“顯微疏松評比圖1～6級”，將金相圖片進(jìn)行排序，選出有代表性的試樣。再按照順序?qū)鹣嘣嚇硬捎?級超高靈敏度熒光滲透液進(jìn)行檢驗。對熒光顯示結(jié)果進(jìn)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(yīng)的熒光顯示形貌。因4級以上的熒光顯示是零件的內(nèi)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(jù)金相圖片疏松（顯微疏松、宏觀疏松）尺寸大小、形態(tài)分布及熒光形貌，利用常用的軟件對顯微疏松圖像進(jìn)行繪制、編輯和處理?；趫D像都是呈現(xiàn)中間密集周圍松散的點狀排布的特點，設(shè)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(shù)進(jìn)行排布，通過控制這些點和線的粗細(xì)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(jìn)行編輯。在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增減相關(guān)點和線，使之更接近該級別的圖像顯示。再經(jīng)圖形轉(zhuǎn)換軟件，轉(zhuǎn)換成最終的模擬圖譜。

電腦模擬圖像基本完成后，計算機(jī)顯示效果已經(jīng)基本為大家所認(rèn)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(guān)的線能顯示，無法顯示點。分析之后，問題出在設(shè)定的分辨率過高（圖像尺寸過大，因而細(xì)節(jié)顯示過于精細(xì)，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(biāo)準(zhǔn)圖片在熒光燈下觀察，發(fā)現(xiàn)圖譜上的疏松與實際的疏松存在差異，具體表現(xiàn)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(dǎo)致圖譜上顯示的點少于實際存在的點。經(jīng)分析，造成這種現(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換時又存在一定的影像轉(zhuǎn)換損失，使部分細(xì)節(jié)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(zhuǎn)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(jī)軟件專業(yè)人員進(jìn)行了多次的研討，并查閱相關(guān)資料之后，找到了圖形失真嚴(yán)重的原因。經(jīng)數(shù)次后續(xù)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(xiàn)一些輕微的鋸齒狀。為使顯示效果更好，經(jīng)多方查找分析，最終找到一種虛擬打印機(jī)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(diào)節(jié)，圖案的基本構(gòu)成元素——點，也可以進(jìn)行形狀、大小、位置的微調(diào)。

對照渦輪工作葉片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將小的疏松點在圖片上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)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(chǔ)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(jīng)過修訂定后的熒光圖譜

經(jīng)修改后的熒光檢驗標(biāo)準(zhǔn)圖譜清晰、明亮，與國外的熒光標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較，效果基本相當(dāng)。

3 試驗驗證

對某DZ22合金高壓渦輪工作葉片進(jìn)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(jīng)驗的熒光滲透檢驗人員進(jìn)行檢驗，熒光標(biāo)準(zhǔn)圖譜檢驗的一致性與金相分析結(jié)果基本吻合，驗證結(jié)果見表1。

表1 某DZ22合金高壓渦輪工作葉片試驗驗證結(jié)果

4 討論與分析

熒光檢驗用標(biāo)準(zhǔn)圖譜中疏松的級別，對鑄件表面、零件的機(jī)加面經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(zhuǎn)換到圖片上，采用電腦模擬軟件作圖、圖形轉(zhuǎn)換格式輸出及虛擬打印機(jī)、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(biāo)準(zhǔn)圖譜與國外的標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比，效果相當(dāng)。

表1中標(biāo)準(zhǔn)圖譜檢驗的結(jié)果大部分與金相分析結(jié)果吻合。個別試樣出現(xiàn)了偏離標(biāo)準(zhǔn)圖譜檢驗級別的原因是：試件經(jīng)金相研磨后的疏松狀態(tài)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(jié)果也說明，將研制的標(biāo)準(zhǔn)圖譜運用于熒光檢驗時，所給出的靈敏度更真實。

5 結(jié)論

（1）鑄件熒光檢驗用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)圖譜符合產(chǎn)品客觀實際。

（2）該標(biāo)準(zhǔn)圖譜經(jīng)反復(fù)修訂后，在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)的要求。與國外熒光檢驗標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比，效果相當(dāng)。

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

［1］李家偉，陳積懋.無損檢測手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.1.

［2］國防科技工業(yè)無損檢測人員資格與認(rèn)證培訓(xùn)教材編審委員會.滲透檢測［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.10.