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探伤用紫外线灯的ASTM E2297和ASTM E3022标准

作者:无损检测事业部时间:2019-11-16 15:03:43浏览556 次

信息摘要:

ASTM E2297标准提供了用于荧光无损检测中的传统紫外光源、紫外辐射计和可见光测量仪的总体说明和要求。E2297同样适用于磁粉探伤方法和液体渗透探伤方法)。对于紫外光源,E2297提供了关于水银蒸汽灯和特殊灯类的详细信息。虽然每种类型的灯的发射光谱略有不同,但都需要一个UV-A滤光器,以确保发射的是UV-A。

探伤用紫外线灯的两大常用无损检测行业标准

行业规范和行业标准等类似文件的制定,旨在为各种机构之间在实际应用中提供一致性,从而使产品、材料和服务的可靠性实现更大化。所有标准的目标是使产品更安全、更实用,从而提高兼容性,解决行业特有的问题;但是,实际操作中你会发现有许多重叠的标准,所以很难知道哪些是最适合的。在本文中,我们将着重介绍无损检测行业中针对紫外线光源的两个最常见的标准,它们分别是ASTM E2297和ASTM E3022

ASTM E2297 标准

Standard Guide for Use of UV-A and Visible Light Sources and Meters used in the Liquid Penetrant and Magnetic Particle Methods
液体渗透和磁粉探伤方法中UV-A和可见光光源以及仪表的使用标准指南
该标准提供了用于荧光无损检测中的传统紫外光源、紫外辐射计和可见光测量仪的总体说明和要求。E2297同样适用于磁粉探伤方法(参见ASTM E1444和ASTM E3024)和液体渗透探伤方法(参见ASTM E1417和ASTM E165)。对于紫外光源,E2297提供了关于水银蒸汽灯和特殊灯类的详细信息(关于LED灯的信息在ASTM E3022标准中有所涵盖)。虽然每种类型的灯的发射光谱略有不同,但都需要一个UV-A滤光器,以确保发射的是UV-A。

水银蒸汽灯
有两种类型:低压(荧光灯管)和中压(手控灯泡灯)。
专业灯
包括:管道镜、铅笔灯、微放电灯(MDL或MPXL)、氙灯和高强度放电灯(HID)。
对于紫外辐射计
E2297标准给出了荧光无损检测应用所需要的适当的灵敏度范围和校准方法。UV-A的范围被定义为320~400 nm,一个适用的辐射计必须包含过滤器,以限制仪表本身对该波长范围的响应。辐射计所给出读数的单位为µW/cm2。E2297也为可见光测量仪提供了适当的灵敏度范围和校正方法。对于无损检测技术,可见光范围被定义为400~760 nm。与辐射计一样,可见光测量仪也必须包括过滤器,以限制其本身对该波长范围的影响。市场上有许多零售的测量仪都没有合适的过滤器元件来限定范围,因此不适合直接用于无损检测中。可见光测量仪给出了照度单位为英尺烛光或勒克斯。
注:英尺烛光是指距离一烛光的光源(点光源或非点光源)一英尺远而与光线正交的面上的光照度,简写为1ftc(1lm/ft2,流明/英尺2),即每平方英尺内所接收的光通量为1流明时的照度,并且1lux=10.76*1ftc。

一个重要的注意事项
E2297标准提出可见光测量仪不能用来测量UV-A光源发出的可见光。这是因为它们的设计并不是用来测量在强烈的UV-A存在下的低水平可见光,否则其结果会低于测量系统的精度值。

满足E2297标准的LUYOR-3105在磁粉现场工作

 ASTM E3022标准 

Standard Practice for Measurement of Emission Characteristics and Requirements for LED UV-A Lamps Used in Fluorescent Penetrant and Magnetic Particle Testing
荧光渗透和磁粉探伤中LED UV-A灯的发射特性和要求的测量标准实施规程
该标准制定了关于UV-A LED紫外线灯的性能要求。与E2297一样,它同样适用于磁粉探伤(参见ASTM E1444和ASTM E3024)和液体渗透探伤(参见ASTM E1417和ASTM E165)。但是,与E2297提供的关于无损检测UV灯的一般信息和要求不同的是,E3022是专门为制造商提供了他们所需的无损检测用紫外灯的详细程序和数据采集信息,以便最后能为产品颁发书面合格证书。该标准并不是给普通UV灯用户参考的。
对于符合E3022标准的UV-A 紫外线灯,制造商需要执行两种等级的认证:
1型号类型测试:以证明紫外线灯的设计是否合格;
2个别单元测试:以证明一些特殊设计的紫外线灯是否符合要求。
1型号类型测试:包括光束轮廓剖面图或曲线图、均匀光束的最小工作距离、连续操作期间的更高灯温、稳定时间(从开始通电到紫外线辐射稳定的时间),以及UV-A通过滤波器的传输轮廓剖面图等。在环境温度和更高额定工作温度的情况下,也需要对发射光谱进行分析。该分析包括峰值波长、更大半振幅的全峰宽度(FWHM)、更大半振幅的最长波长(LWHM),以及激发范围(347~382 nm)内的辐照度。另外,通过线路供电的灯需要进行LED驱动电流波纹测试;电池供电的灯需要一个放电的节点或时间,直到它的辐照度下降到1000 µW/cm2以下。对于生产的每个型号的灯,制造商必须提供证书和型号类型测试结果。
2 个别单元测试
包括发射光谱(峰值波长、FWHM、LWHM和激发辐照度),以及15 in/38 cm的更大辐照度。每个单独的灯都需要制造商提供合格证书。E3022详细说明了LED灯的制造商要求,但不包括用户需要执行的检查。像检查UV-A灯的强度和完整性一样,其他的LED灯和UV光源也是如此。用户对UV灯系统性能检查的要求,详见E165或E1417中对“渗透检测”的要求,以及E1444或E3024中对“磁粉检测”的要求。

紫外光源照明的无损检测相关标准总览

ASTM E1417  执行液体渗透检测的说明,包括紫外线光源照明的系统性能检查。常用于航空航天业。
ASTM E1444  执行磁粉检测的说明,包括紫外线光源照明的系统性能检查。常用于航空航天业。
ASTM E165  在一般工业应用中进行液体渗透检测的说明,包括紫外线光源照明的系统性能检查。
ASTM E2297  用于荧光无损检测的传统紫外线光源、紫外辐射计和可见光测量仪的一般信息和要求。
ASTM E3022  LED UV-A灯的性能要求,主要针对紫外灯制造商。
ASTM E3024  在一般工业应用中执行磁粉检测的说明,包括紫外线光源照明的系统性能检查。
RRES 90061适用于LED UV-A灯的Rolls-Royce规范,包括灯制造商和用户的要求。

 满足E2297标准的LUYOR-3105用于探伤

为什么ASTM E3022要求所有LED紫外光灯都必须配有UV-A通滤光片

ASTM E3022规范要求所有LED UV-A紫外线灯都必须配有UV-A通滤光片,这一点为什么如此重要?
简单而言就是:UV-A通滤光片可减少眩光,提高荧光显示的对比度。从技术角度来看,ASTM定义UV-A波长为320-400 nm,可见光波长为400-760nm。UV-A LED的发射光谱在360-370nm的范围内是单峰。但这并非一个紧密陡峭的尖峰,在其尾端,有可测量的波长大于400nm的发射。
与突出的的UV-A紫外线峰相比,波长大于400nm的可见光的发射量是非常少量的,但是它是可见的,表现为被照射表面的深紫色光辉。灯具制造商使用经校准的实验室分光辐照度计,可测量和表征LED UV-A紫外线灯发射光谱尾端的发射。然而,通常用于检查检测区域内环境光的常规可见光照度计无法准确地测量这些尾光发射。即使实际可见光水平低于2英尺烛光或20勒克斯,也可能出现异常高的读数。
ASTM E3022并未创建一个监测LED UV-A探伤灯的全新方法,而是要求紫外线探伤灯制造商在每个led探伤灯里配备一个UV-A通滤光片。紫外滤色片用于去除波长大于400nm的可见光发射,用可见光照度计(白光照度计)不能测量这些可见光。由于尾光发射是可见的深紫色光,因此添加UV-A通滤光片能够消除眩光,使被照射工件表面的背景更暗。这样,在使用荧光磁粉或荧光渗透技术时,就能够提高荧光显示与变暗的工件表面之间的对比度。

满足E3022标准的LUYOR-3105用于探伤

如何选择符合ASTM E3022标准的探伤黑光灯

由于更大的灵活性和较少的安全顾虑,通用照明行业已经将LED作为超过白炽灯、荧光灯的照明技术。然而,由于在荧光检测(如荧光渗透检测和荧光磁粉检测)中,有着特殊照明要求和挑战,无损检测行业在接受LED技术上落后于其他行业。随着近年来对无损检测使用汞蒸汽灯监管豁免的到期,LED技术和生产的进步,高强度LED UV-A光源现在成为了无损检测专业人员的解决方案。虽然灵活性是LED带给无损检测的的主要优势之一,但同时也意味着需要制定更多的细节来确保无损检测的可靠性。对于在荧光渗透或磁粉检测中使用的黑光灯,必须考虑许多因素。
 

峰值波长&发射光谱
在研发确定荧光渗透剂和荧光磁粉的配方时,默认的UV-A光源是汞蒸气灯,其能产生在365.4 nm处有单个UV-A峰值的汞元素发射谱线。因此,所有荧光渗透剂和荧光磁粉所用的染料都选择为在波长365 nm的紫外线照射下能发出荧光者。当使用LED时,峰值波长是可变的,其取决于生产黑光灯所用的LED芯片的特性。为了确保LED黑光灯能够激发荧光渗透剂和荧光磁粉产生荧光,这些LED芯片必须具有在360-370 nm范围内的峰值波长。同样重要的是,要考虑紫外线的发射光谱,因为LED的紫外线波长范围比汞蒸气产生的紫外线宽很多。在光谱末端存在一些波长在400nm以上的可见光,其可被观察到,如来自光源的深紫色眩光即是。荧光渗透和磁粉检测需要在黑暗的环境中进行以增加对比度,而可见光污染会降低检测效果。对于航空航天检测规范,如ASTM E3022, Nadcap AC7114 和Rolls-Royce RRES 90061,这种深紫色的眩光是无法接受的。因此,任何用于航空航天检测的黑光灯,都必须包含只让UV-A通过的滤镜来阻挡可见光。
   

光束轮廓和工作距离
使用LED黑光灯,您将不会受限于使用单一的配置来进行所有的无损检测。黑光灯可以为特定的应用和用途而设计。为近距离检测而设计的黑光灯有一个高度聚焦的亮点,但是辐照范围较小。所谓LED黑光灯的辐照范围,是指对被照射表面上辐照度高于探伤所需的最小1000 µW/cm2 的范围测量所得面积。要实现更大的辐照范围,需要一个LED阵列。但是,如果LED阵列与被测表面太接近,则会产生明暗斑点图案。这就要在工作距离和辐照范围之间进行权衡。带有小辐照范围的黑光灯可用于检查诸如孔、焊缝和内表面等区域。但是,当用于大型结构时,小光束会产生“隧道视觉”,使检测人员的注意力集中在这一小块区域,而其他区域的显示容易被忽略。辐照范围较大的灯能向眼睛注视(检查)处的周边区域提供UV-A照射,这使得检测人员能够快速找到并识别周边区域中的荧光指示,以便仔细检查。 工作距离指的是紫外线均匀覆盖被照射表面时LED黑光灯和该表面的最小距离。当和被照表面距离很近时,灯具LED芯片阵列中的各个LED芯片投射出的光会分离开, 在两两之间会存在昏暗区域。这种不均匀的紫外线覆盖面会降低检测质量,可能导致漏检。当将灯具远离被照表面时, 灯具内各个单个的LED发出的光束将合并,在被照面得到平滑、均匀的照射。只有黑光灯与被测表面的距离大于最小工作距离时,才可进行检测。

 电源
 因用低电压工作,LED黑光灯可以电池作为电源使用数小时。这使灯具非常便于携带,现场检测变得快速简单。然而,由于LED的辐照强度与供电电压和电流直接相关,电池供电的黑光灯也存在问题。当使用电池供电时,电流和电压会下降,有典型的放电曲线。在LED黑光灯上,这会导致辐照强度随着时间的推移而下降,甚至最终低于1000 µW/cm2的要求。先进的黑光灯将监控电池放电的恒流电路集成其中。这类黑光灯在它们无法维持1000 µW/cm2的更低辐照强度时会自动关闭。了解电池类型和放电曲线,对于确保使用电池供电的LED黑光灯进行检测的质量至关重要。

 认证要求
不同行业有不同的检测要求和容差。航空航天无损检测行业,包括荧光渗透和磁粉检测,对工艺的各个方面都有很高要求。经过五年的研究,在ASTM E3022标准中出台了对航空航天检测使用的LED黑光灯的规范要求。该标准为满足荧光检测,对黑光灯制造商提出了基础性能要求。一台由制造商认证符合ASTM E3022标准的LED黑光灯,如LUYOR-3105手持式LED黑光灯,会被所有的航空航天主机厂和代工厂商接受,并且符合Nadcap审核标准。然而这些要求只适用于航空航天检测用的黑光灯。在其他行业使用的黑光灯,比如渗透清洗或冲洗站,通常不需要完全满足ASTM E3022的要求。

满足E3022标准的LUYOR-3105用于探伤 

对于诸如焊接、能源、管道或外场检测等非航空航天行业,认证要求也较少。更多粗糙的工业检测通常是在不太理想的条件下进行的,因此需要的紫外线辐照度也更高,以获得能看到的荧光显示。然而,研究显示,当紫外线辐照强度在38cm距离处高于10000 µW/cm2 时,会导致荧光染料褪色。一台工业应用的LED黑光灯,如新发布的LUYOR-3104双光源黑光灯,应带有制造商合格证,其中包括更高紫外线辐照度(规定低于10000 µW/cm2)。该证书还应包括峰值波长处于360-370nm范围内,以确保黑光灯具有适当的发射光谱来诱发荧光。

LED黑光灯在设计和应用方面提供了更大的灵活性,提高了安全性,是无损检测的宝贵进展。然而,在选择正确的荧光检测LED黑光灯时,仍有许多考量。使用LED黑光灯时,必须考虑发射光谱,辐照范围和电源等因素。认证要求也是航空航天和其他高规格行业的一个考虑因素。 在购买一台LED黑光灯前,无损检测专家能够通过仔细考量他们的检测需求,确保他们会得到合适的灯具,来帮助他们的荧光渗透和磁粉检测更快,更高效。

 


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