探傷用紫外線燈的兩大常用無損檢測行業標準

行業規范和行業標準等類似文件的制定，旨在為各種機構之間在實際應用中提供一致性，從而使產品、材料和服務的可靠性實現更大化。所有標準的目標是使產品更安全、更實用，從而提高兼容性，解決行業特有的問題；但是，實際操作中你會發現有許多重疊的標準，所以很難知道哪些是最適合的。在本文中，我們將著重介紹無損檢測行業中針對紫外線光源的兩個最常見的標準，它們分別是ASTM E2297和ASTM E3022。

ASTM E2297 標準

Standard Guide for Use of UV-A and Visible Light Sources and Meters used in the Liquid Penetrant and Magnetic Particle Methods
液體滲透和磁粉探傷方法中UV-A和可見光光源以及儀表的使用標準指南
該標準提供了用于熒光無損檢測中的傳統紫外光源、紫外輻射計和可見光測量儀的總體說明和要求。E2297同樣適用于磁粉探傷方法（參見ASTM E1444和ASTM E3024）和液體滲透探傷方法（參見ASTM E1417和ASTM E165）。對于紫外光源，E2297提供了關于水銀蒸汽燈和特殊燈類的詳細信息（關于LED燈的信息在ASTM E3022標準中有所涵蓋）。雖然每種類型的燈的發射光譜略有不同，但都需要一個UV-A濾光器，以確保發射的是UV-A。

水銀蒸汽燈
有兩種類型：低壓(熒光燈管)和中壓(手控燈泡燈)。
專業燈
包括：管道鏡、鉛筆燈、微放電燈（MDL或MPXL）、氙燈和高強度放電燈（HID）。
對于紫外輻射計
E2297標準給出了熒光無損檢測應用所需要的適當的靈敏度范圍和校準方法。UV-A的范圍被定義為320~400 nm，一個適用的輻射計必須包含過濾器，以限制儀表本身對該波長范圍的響應。輻射計所給出讀數的單位為μW/cm2。E2297也為可見光測量儀提供了適當的靈敏度范圍和校正方法。對于無損檢測技術，可見光范圍被定義為400~760 nm。與輻射計一樣，可見光測量儀也必須包括過濾器，以限制其本身對該波長范圍的影響。市場上有許多零售的測量儀都沒有合適的過濾器元件來限定范圍，因此不適合直接用于無損檢測中?？梢姽鉁y量儀給出了照度單位為英尺燭光或勒克斯。
注：英尺燭光是指距離一燭光的光源（點光源或非點光源）一英尺遠而與光線正交的面上的光照度，簡寫為1ftc（1lm/ft2，流明/英尺2），即每平方英尺內所接收的光通量為1流明時的照度，并且1lux=10.76*1ftc。

一個重要的注意事項
E2297標準提出可見光測量儀不能用來測量UV-A光源發出的可見光。這是因為它們的設計并不是用來測量在強烈的UV-A存在下的低水平可見光，否則其結果會低于測量系統的精度值。

 ASTM E3022標準 

Standard Practice for Measurement of Emission Characteristics and Requirements for LED UV-A Lamps Used in Fluorescent Penetrant and Magnetic Particle Testing
熒光滲透和磁粉探傷中LED UV-A燈的發射特性和要求的測量標準實施規程
該標準制定了關于UV-A LED紫外線燈的性能要求。與E2297一樣，它同樣適用于磁粉探傷（參見ASTM E1444和ASTM E3024）和液體滲透探傷（參見ASTM E1417和ASTM E165）。但是，與E2297提供的關于無損檢測UV燈的一般信息和要求不同的是，E3022是專門為制造商提供了他們所需的無損檢測用紫外燈的詳細程序和數據采集信息，以便最后能為產品頒發書面合格證書。該標準并不是給普通UV燈用戶參考的。
對于符合E3022標準的UV-A 紫外線燈，制造商需要執行兩種等級的認證：
1型號類型測試：以證明紫外線燈的設計是否合格；
2個別單元測試：以證明一些特殊設計的紫外線燈是否符合要求。
1型號類型測試：包括光束輪廓剖面圖或曲線圖、均勻光束的最小工作距離、連續操作期間的更高燈溫、穩定時間（從開始通電到紫外線輻射穩定的時間），以及UV-A通過濾波器的傳輸輪廓剖面圖等。在環境溫度和更高額定工作溫度的情況下，也需要對發射光譜進行分析。該分析包括峰值波長、更大半振幅的全峰寬度（FWHM）、更大半振幅的最長波長（LWHM），以及激發范圍（347~382 nm）內的輻照度。另外，通過線路供電的燈需要進行LED驅動電流波紋測試；電池供電的燈需要一個放電的節點或時間，直到它的輻照度下降到1000 μW/cm2以下。對于生產的每個型號的燈，制造商必須提供證書和型號類型測試結果。
2 個別單元測試
包括發射光譜（峰值波長、FWHM、LWHM和激發輻照度），以及15 in/38 cm的更大輻照度。每個單獨的燈都需要制造商提供合格證書。E3022詳細說明了LED燈的制造商要求，但不包括用戶需要執行的檢查。像檢查UV-A燈的強度和完整性一樣，其他的LED燈和UV光源也是如此。用戶對UV燈系統性能檢查的要求，詳見E165或E1417中對“滲透檢測”的要求，以及E1444或E3024中對“磁粉檢測”的要求。

紫外光源照明的無損檢測相關標準總覽

ASTM E1417  執行液體滲透檢測的說明，包括紫外線光源照明的系統性能檢查。常用于航空航天業。
ASTM E1444  執行磁粉檢測的說明，包括紫外線光源照明的系統性能檢查。常用于航空航天業。
ASTM E165  在一般工業應用中進行液體滲透檢測的說明，包括紫外線光源照明的系統性能檢查。
ASTM E2297  用于熒光無損檢測的傳統紫外線光源、紫外輻射計和可見光測量儀的一般信息和要求。
ASTM E3022  LED UV-A燈的性能要求，主要針對紫外燈制造商。
ASTM E3024  在一般工業應用中執行磁粉檢測的說明，包括紫外線光源照明的系統性能檢查。
RRES 90061適用于LED UV-A燈的Rolls-Royce規范，包括燈制造商和用戶的要求。

為什么ASTM E3022要求所有LED紫外光燈都必須配有UV-A通濾光片？

ASTM E3022規范要求所有LED UV-A紫外線燈都必須配有UV-A通濾光片，這一點為什么如此重要？
簡單而言就是：UV-A通濾光片可減少眩光，提高熒光顯示的對比度。從技術角度來看，ASTM定義UV-A波長為320-400 nm，可見光波長為400-760nm。UV-A LED的發射光譜在360-370nm的范圍內是單峰。但這并非一個緊密陡峭的尖峰，在其尾端，有可測量的波長大于400nm的發射。
與突出的的UV-A紫外線峰相比，波長大于400nm的可見光的發射量是非常少量的，但是它是可見的，表現為被照射表面的深紫色光輝。燈具制造商使用經校準的實驗室分光輻照度計，可測量和表征LED UV-A紫外線燈發射光譜尾端的發射。然而，通常用于檢查檢測區域內環境光的常規可見光照度計無法準確地測量這些尾光發射。即使實際可見光水平低于2英尺燭光或20勒克斯，也可能出現異常高的讀數。
ASTM E3022并未創建一個監測LED UV-A探傷燈的全新方法，而是要求紫外線探傷燈制造商在每個led探傷燈里配備一個UV-A通濾光片。紫外濾色片用于去除波長大于400nm的可見光發射，用可見光照度計（白光照度計）不能測量這些可見光。由于尾光發射是可見的深紫色光，因此添加UV-A通濾光片能夠消除眩光，使被照射工件表面的背景更暗。這樣，在使用熒光磁粉或熒光滲透技術時，就能夠提高熒光顯示與變暗的工件表面之間的對比度。

如何選擇符合ASTM E3022標準的探傷黑光燈？

由于更大的靈活性和較少的安全顧慮，通用照明行業已經將LED作為超過白熾燈、熒光燈的照明技術。然而，由于在熒光檢測（如熒光滲透檢測和熒光磁粉檢測）中，有著特殊照明要求和挑戰，無損檢測行業在接受LED技術上落后于其他行業。隨著近年來對無損檢測使用汞蒸汽燈監管豁免的到期，LED技術和生產的進步，高強度LED UV-A光源現在成為了無損檢測專業人員的解決方案。雖然靈活性是LED帶給無損檢測的的主要優勢之一，但同時也意味著需要制定更多的細節來確保無損檢測的可靠性。對于在熒光滲透或磁粉檢測中使用的黑光燈，必須考慮許多因素。
 

峰值波長&發射光譜
在研發確定熒光滲透劑和熒光磁粉的配方時，默認的UV-A光源是汞蒸氣燈，其能產生在365.4 nm處有單個UV-A峰值的汞元素發射譜線。因此，所有熒光滲透劑和熒光磁粉所用的染料都選擇為在波長365 nm的紫外線照射下能發出熒光者。當使用LED時，峰值波長是可變的，其取決于生產黑光燈所用的LED芯片的特性。為了確保LED黑光燈能夠激發熒光滲透劑和熒光磁粉產生熒光，這些LED芯片必須具有在360-370 nm范圍內的峰值波長。同樣重要的是，要考慮紫外線的發射光譜，因為LED的紫外線波長范圍比汞蒸氣產生的紫外線寬很多。在光譜末端存在一些波長在400nm以上的可見光，其可被觀察到，如來自光源的深紫色眩光即是。熒光滲透和磁粉檢測需要在黑暗的環境中進行以增加對比度，而可見光污染會降低檢測效果。對于航空航天檢測規范，如ASTM E3022, Nadcap AC7114 和Rolls-Royce RRES 90061，這種深紫色的眩光是無法接受的。因此，任何用于航空航天檢測的黑光燈，都必須包含只讓UV-A通過的濾鏡來阻擋可見光。
   

光束輪廓和工作距離
使用LED黑光燈，您將不會受限于使用單一的配置來進行所有的無損檢測。黑光燈可以為特定的應用和用途而設計。為近距離檢測而設計的黑光燈有一個高度聚焦的亮點，但是輻照范圍較小。所謂LED黑光燈的輻照范圍，是指對被照射表面上輻照度高于探傷所需的最小1000 μW/cm2 的范圍測量所得面積。要實現更大的輻照范圍，需要一個LED陣列。但是，如果LED陣列與被測表面太接近，則會產生明暗斑點圖案。這就要在工作距離和輻照范圍之間進行權衡。帶有小輻照范圍的黑光燈可用于檢查諸如孔、焊縫和內表面等區域。但是，當用于大型結構時，小光束會產生“隧道視覺”，使檢測人員的注意力集中在這一小塊區域，而其他區域的顯示容易被忽略。輻照范圍較大的燈能向眼睛注視（檢查）處的周邊區域提供UV-A照射，這使得檢測人員能夠快速找到并識別周邊區域中的熒光指示，以便仔細檢查。 工作距離指的是紫外線均勻覆蓋被照射表面時LED黑光燈和該表面的最小距離。當和被照表面距離很近時，燈具LED芯片陣列中的各個LED芯片投射出的光會分離開, 在兩兩之間會存在昏暗區域。這種不均勻的紫外線覆蓋面會降低檢測質量，可能導致漏檢。當將燈具遠離被照表面時, 燈具內各個單個的LED發出的光束將合并，在被照面得到平滑、均勻的照射。只有黑光燈與被測表面的距離大于最小工作距離時，才可進行檢測。

 電源
 因用低電壓工作，LED黑光燈可以電池作為電源使用數小時。這使燈具非常便于攜帶，現場檢測變得快速簡單。然而，由于LED的輻照強度與供電電壓和電流直接相關，電池供電的黑光燈也存在問題。當使用電池供電時，電流和電壓會下降，有典型的放電曲線。在LED黑光燈上，這會導致輻照強度隨著時間的推移而下降，甚至最終低于1000 μW/cm2的要求。先進的黑光燈將監控電池放電的恒流電路集成其中。這類黑光燈在它們無法維持1000 μW/cm2的更低輻照強度時會自動關閉。了解電池類型和放電曲線，對于確保使用電池供電的LED黑光燈進行檢測的質量至關重要。

 認證要求
不同行業有不同的檢測要求和容差。航空航天無損檢測行業，包括熒光滲透和磁粉檢測，對工藝的各個方面都有很高要求。經過五年的研究，在ASTM E3022標準中出臺了對航空航天檢測使用的LED黑光燈的規范要求。該標準為滿足熒光檢測，對黑光燈制造商提出了基礎性能要求。一臺由制造商認證符合ASTM E3022標準的LED黑光燈，如LUYOR-3105手持式LED黑光燈，會被所有的航空航天主機廠和代工廠商接受，并且符合Nadcap審核標準。然而這些要求只適用于航空航天檢測用的黑光燈。在其他行業使用的黑光燈，比如滲透清洗或沖洗站，通常不需要完全滿足ASTM E3022的要求。

對于諸如焊接、能源、管道或外場檢測等非航空航天行業，認證要求也較少。更多粗糙的工業檢測通常是在不太理想的條件下進行的，因此需要的紫外線輻照度也更高，以獲得能看到的熒光顯示。然而，研究顯示，當紫外線輻照強度在38cm距離處高于10000 μW/cm2 時，會導致熒光染料褪色。一臺工業應用的LED黑光燈，如新發布的LUYOR-3104雙光源黑光燈，應帶有制造商合格證，其中包括更高紫外線輻照度（規定低于10000 μW/cm2）。該證書還應包括峰值波長處于360-370nm范圍內，以確保黑光燈具有適當的發射光譜來誘發熒光。

LED黑光燈在設計和應用方面提供了更大的靈活性，提高了安全性，是無損檢測的寶貴進展。然而，在選擇正確的熒光檢測LED黑光燈時，仍有許多考量。使用LED黑光燈時，必須考慮發射光譜，輻照范圍和電源等因素。認證要求也是航空航天和其他高規格行業的一個考慮因素。 在購買一臺LED黑光燈前，無損檢測專家能夠通過仔細考量他們的檢測需求，確保他們會得到合適的燈具，來幫助他們的熒光滲透和磁粉檢測更快，更。