led黑光灯和传统探伤灯的性能对比

2018-06-11 10:43:56 261

LED黑光灯用于荧光磁粉和荧光渗透检测

50多年来,高压汞灯式黑光灯一直是荧光检测技术默认的探伤黑光灯。为了减少包括灯泡在内的汞废弃物,自20世纪90年代起,环境保护法开始实施,普通照明用汞气灯大部分已被淘汰,被荧光灯或LED技术所取代。但是,无损检测(NDT)行业是一个例外。由于对高强度探伤黑光灯的特殊要求,检测用灯曾不受限制。然而,从2016年起,此类豁免开始到期,无损检测(NDT)行业被迫逐步放弃高压汞灯式黑光灯。在过去10年里,LED制造工艺取得了一定进展,高强度LED黑光灯现已成为最佳替代方案。

 相对于白炽灯和荧光灯泡,照明行业已大体上将LED(发光二极管)视为首选技术。由于无损检测NDT行业有特殊的照明要求, 无损检测NDT行业在采用LED技术方面还相对落后。特别需要指出的是,液体荧光渗透或荧光磁粉检测还需面对UV-A光源带来的独特挑战。

LED黑光灯和灯泡式探伤灯的对比

LED黑光灯与过去传统使用的高压汞灯式黑光灯进行比较,LED黑光灯具有两个主要优势。首先,LED黑光灯在设计和应用方面非常灵活。LED黑光灯可配置一个LED或多个LED黑光灯组,以实现多种照射形态。其设计灵活多样,可用于近距离照射检测和一般用途,也可以设计成覆盖大面积区域的大型灯具。可使用市电交流电源、电池、可充电电池或上述种类的组合为此类灯供电。LED黑光灯工作时不会发热,因此灯壳可密封,即使在潮湿、肮脏的环境中工作也不会损坏。与高压汞灯式黑光灯不同,LED黑光灯无需预热便可达到完全的亮度,LED黑光灯在打开后便可立即用于检测。

LED黑光灯的第二个优势是安全。从高压汞灯式黑光灯改换到LED黑光灯可消除有害的汞废弃物。但LED黑光灯还具有更多的用户安全优势。高压汞灯式黑光灯泡会发出有害的UV-B和UV-C辐射,因此必须配备一个滤光器来保护检测人员。手持式高压汞灯式黑光灯功率为100W,吊顶式装置的功率为每个400W。功耗大也会产生大量的热量,使探伤灯黑光灯表面变热,给检测人员带来灼伤危险。高压汞灯式黑光灯采用易碎的玻璃灯泡和紫外滤色片制成,需防止撞击或溅上液体而造成的意外损坏。LED黑光灯可避免上述所有危险,大大增加检测人员和检测地点的安全性。

 led黑光灯用于工件的探伤图.1 - led黑光灯用于工件的探伤.
无损检测NDT的主要特性
虽然灵活性是LED技术的主要优势之一,但这也意味着需要了解更多该技术的详细信息,才能找到适合无损检测的性能。用于荧光渗透探伤或磁粉检测的黑光灯需要考虑许多因素,包括峰值波长、发射光谱、工作距离、照射形态、电源、认证要求等。如果您不了解什么是黑光灯,请看什么是LED黑光灯这篇文章。

 

 峰值波长与发射光谱
 在为荧光检测选择LED黑光灯时,峰值波长是最重要的因素。在以前研发确定荧光渗透剂和荧光磁粉的配方时,一直将汞蒸汽光源作为探伤黑光灯。汞蒸汽光源在365.4 nm处产生单个UV-A峰值,这是汞元素的发射谱线。因此,在所有荧光渗透剂和荧光磁粉的研发和制造中,染料选择时,都需要在波长365nm的紫外线照射下能发出荧光。LED黑光灯所发出的UV-A紫外线峰值波长可变,具体取决于内部半导体的掺杂剂。为了确保LED黑光灯能够使荧光渗透剂和荧光磁粉产生荧光,LED的峰值波长必须在360~370 nm的范围内。

 但峰值波长并非唯一的考虑要素。LED黑光灯的UV-A发射光谱比汞蒸汽产生的峰值波长要宽得多。在其光谱末端,包括一些400nm以上的可见光范围内的发射。从led黑光灯灯的深紫色炫光中即可观察到这一点。在黑暗环境下进行荧光渗透和磁粉检测,以增加对比度,但可见光污染会影响检测的观察。对于航空航天级别的探检测,这种深紫色炫光是不能接受的。因此,任何用于航空航天探伤的led黑光灯都必须配备一个UV-A通滤光片,以阻止可见光发射。

工作距离与照射形态
 使用LED黑光灯,可使用不止一个配置进行检测。LED黑光灯可针对特定应用和用途进行设计。用于贴近照射检测的灯具有聚焦的强光斑,但是照射面积较小。为了实现较大的照射面积,就需要一定数量的LED黑光灯珠。然而,如果发光的LED黑光灯组太靠近探伤面,就会产生亮斑和暗斑图案,这就要在工作距离和照射面积之间进行权衡。

LED黑光灯的照射面积是指被检表面上高于1000µW/cm2(探伤所需的最低值)黑光强度的面积。照射面积较小的黑光灯可用于检测较小的区域,如孔、焊接接头和内表面。当用于大型结构时,较小的照射面积会产生“隧道视觉”,检测人员只会专注于一个区域,照射区以外的指示会很容易地被错过。照射面积较大的灯能向眼睛注视(检查)处的周边区域提供UV-A照射。这样,有利于检测人员能够快速定位和识别这些区域的荧光显示,从而进行进一步的检测。

LED黑光灯的工作距离是指提供均匀照射覆盖所需的最小距离。当接近被检表面时, LED黑光灯组中的各个LED黑光灯珠将投射单独的光束,其间存在暗淡区域。这种不均匀的覆盖会影响检测质量,可能导致错误的显示。但是,如果将黑光灯远离被检表面,各个单个的LED黑光灯珠发出的光束将整合成平滑、均匀的形态。只有黑光灯将灯放在比最小工作距离更远的位置时才能进行检测。

电源
 在低电压下工作时,LED黑光灯可使用电池电源工作几个小时,这使得led荧光探伤灯灯便于携带,现场检测变得快速简单。然而,电池供电的荧光探伤灯也存在问题,因为LED的亮度与供电电压和电流直接相关。在使用电池时,电压和电流会降低,产生典型的放电曲线。使用LED黑光灯,照射强度可能随着时间的流逝降低,最终下降到低于所需的1000 µW/cm2最小值 。更高级的电池型LED黑光灯可加入恒流电路来监测电池的放电情况。如果无法保持1000µW/cm2的最小强度,此类LED黑光灯将自动关闭。了解电池的类型和放电曲线对于确保高质量的检测非常重要。

认证要求
 不同行业有不同的检测要求和容限。对于荧光渗透检测和磁粉检测,航空航天业对其工艺过程的各个方面都提出了高要求。经过5年的研究,ASTM E3022规范了航空航天业对LED UV-A黑光灯的要求。该标准为LED黑光灯制造商提供了荧光探伤的基准性能。通过了ASTM E3022认证的LED黑光灯可用于所有航空航天组织、OEM,并符合NADCAP审核标准。

LED UV-A黑光灯的认证包括型式测试和每台灯的单独测试。型式测试主要是测试LED黑光灯的性能 ,包括工作距离、照射形态、热稳定性、最大工作温度、电流控制、电池放电曲线和UV-A滤光片透射率。上述信息可用于编写检测的正确使用具体规程。此外还需要进行每台LED黑光灯的单独测试,以确定每台探伤灯的具体性能。这些测试在制造期间进行,包括峰值波长、发射光谱和最大UV-A照度。符合ASTM E3022的灯随附所有上述测试的认证记录。

led黑光灯安装在磁粉探伤机上使用
图.2 -led黑光灯安装在磁粉探伤机上使用.

 LED黑光灯在现场的使用和维护

 

 一般而言,LED黑光灯的用法与高压汞灯式黑光灯相同。在检测之前(或至少每天)应对UV-A辐照强度进行检查。根据被检测部件或区域的配置,可能需要多个灯以获得最佳结果。应注意须在距被检表面适当距离处使用LED黑光灯。均匀的UV-A光照覆盖能够产生最佳结果,根据需要移动灯具以检查更大的区域。建议佩戴LUV-10A紫外线安全防护眼镜,以减少眼疲劳,防止过多的UV-A辐照干扰视力。设计巧妙的手持式和固定式LED黑光灯能够连续工作,UV-A亮度不衰减,无闪烁,不产生热量。

 应定期检查探伤黑光灯的完整性,确保其洁净且处于良好的工作状态。对LED黑光灯完整性的检查应比高压汞灯式黑光灯更加详细、细致。对于阵列LED黑光灯的检查,需在灯前放置一张白纸,并透过这张纸观察各个LED。阵列中的所有LED应正常工作且亮度相同。许多标准都要求对LED黑光灯的完整性进行“白纸检查”,即使用一大张白纸执行此检查:把灯放在距离白纸38 cm (15 in)的位置,然后观察光照区;光照覆盖应均匀,无明显的亮斑或暗斑。白纸检查旨在找出明显不均匀的点。注意,这并非测量,只是对灯的性能进行快速检验。如果使用电池供电灯,请确保电池已充电并固定在灯中。

 其他的完整性检查与高压汞灯式黑光灯完全相同。包括确保滤光片洁净、状况良好。如果灯具有风扇冷却功能,应进行相关检查,确保风扇正常工作,并且通风口无灰尘和污垢。检查灯具的前面(出光面)是否存在过量的渗透剂或磁粉。在检测期间,荧光材料污染会造成环境光污染,降低检测面的对比度。查看电气连接是否牢固,电缆是否保养良好。

 LED黑光灯和传统高压汞灯的优势

LED黑光灯相对于高压汞灯式黑光灯有许多优势。LED黑光灯在设计和应用方面更加灵活。LED黑光灯一通电便可达到完全的辐照强度,使用前无需进行预热;使用起来更加安全,可降低检测人员的危险,消除有害的汞废弃物。为荧光检测选择适当的LED黑光灯需要考虑很多因素。使用LED黑光灯须考虑发射光谱、照射面积和电源等因素。对于航空航天和其他高标准行业,还需要考虑认证要求。如使用LED黑光灯,则应定期检查灯的完整性,确保其洁净且处于良好的工作状态。白纸检查有助于快速检验灯的性能。LED黑光灯具有配置灵活、安全性更高等优势,没有危险的汞废弃物,使荧光渗透剂和磁粉检测更快、更高效。

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