УФ-светильник как источник ультрафиолетового облучения для капиллярной и магнитопорошковой дефектоскопии с флюоресцентными материалами​

Ультрафиолетовые светильники (УФ-светильники, источники УФ-облучения) применяются для магнитопорошкового (МПК) и капиллярного (ПВК) неразрушающего контроля (НК) при работе с люминесцентными и флюоресцентными дефектоскопическими материалами. Для ПВК используются пенетранты, для МПК – порошки и суспензии. Особенность флуоресцентных индикаторных материалов в том, что они обеспечивают более высокую чувствительность контроля и чёткость индикаторных рисунков под воздействием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 365 нм. Флуоресцирующие индикации, резко контрастирующие с фоном, помогают выявлять даже мельчайшие дефекты. УФ-светильники чаще всего применяются для осмотра объекта контроля при проведении ПВК и МПК в затемнённых кабинах или камерах. Люминофор поглощает энергию ультрафиолетового освещения и преобразует её в видимый свет. Вследствие этого индикации в УФ-свете приобретают яркое свечение (чаще всего жёлто-зелёного цвета), хорошо заметное и на тёмных, и на светлых поверхностях. Базовые требования к УФ-светильникам отражены в ГОСТ 28369-89 «Контроль неразрушающий. Облучатели ультрафиолетовые. Общие технические требования и методы испытаний», который по состоянию на август 2023 года продолжает действовать.

Содержание:​

Назначение УФ-светильников
Как устроены источники ультрафиолетового облучения для НК
Подбор УФ-светильников
Где купить хороший источник ультрафиолетового облучения для ПВК и МПК

Для чего применяются УФ-светильники​

При использовании ультрафиолетового освещения и флуоресцентных магнитных индикаторов концентрация последних может быть снижена до 5±1 г/л (при контроле способом остаточной намагниченности) или даже 1 г/л (для способа приложенного поля). В случае с обычными чёрными или цветными нелюминесцентными магнитными индикаторами, для сравнения, их концентрация должна составлять 20±5 г/л и 3-5 г/л соответственно. Кроме того, для работы с флуоресцентными материалами может оказаться достаточной шероховатость Rz=20 мкм (для цветной дефектоскопии – Rz=10 мкм). Правда, на грубой поверхности выявляемость дефектов может ухудшиться, что естественно.

УФ-светильники для дефектоскопии выпускаются в портативном, передвижном и стационарном – настенном либо подвесном – исполнении. Большинство портативных моделей представляют собой компактные переносные приборы с пистолетной рукоятью с источником ультрафиолетового облучения, а также с электронным блоком управления, кабелем питания и аккумулятором для автономной работы. Многие модели выпускаются в форм-факторе обычного карманного фонарика («Волна-УФ365», УФО-3-20Ф) со встроенными батарейками. Также на рынке можно найти налобные ультрафиолетовые фонари, с которыми у оператора остаются свободными обе руки. Пример – Labino UVG5-Head. Также для магнитопорошкового контроля немецкая фирма Helling выпускала так называемые индукционные источники ультрафиолетового излучения, которые закреплялись непосредственно на полюсных наконечниках электромагнита (ярма или крестового) и работали от индукционного тока при возбуждении магнитного поля. Питания от аккумулятора или от сети не требовалось. Поворотная головка позволяла направлять излучение под нужным углом. Но это, скорее, экзотика – чаще всего в капиллярной и магнитопорошковой дефектоскопии применяются переносные источники ультрафиолетового освещения.

Для работы с люминесцентными пенетрантами и магнитными индикаторами надлежит использовать УФ-светильники с длиной волны 315–400 нм и максимумом излучения в области 365±5 нм. Большинство руководящих документов по ПВК и МПД требуют, чтобы ультрафиолетовая освещённость зоны контроля составляла от 800 до 2000 мкВт/кв. см. При этом освещённость контролируемой поверхности видимым светом не должна превышать 10 лк. Применяемые в современных приборах светофильтры позволяют снизить интенсивность излучения в диапазоне видимого света до 1 лк и меньше. Разными отраслевыми стандартами и отдельными методиками могут предусматриваться иные значения.

При работе с УФ-светильниками важно соблюдать технику безопасности. Глаза и кожу нужно беречь от прямого попадания ультрафиолетового излучения. Поэтому работать разрешается только в защитных очках 1-го оптического класса, в спецодежде с длинным рукавом и перчатках из тёмного, не люминесцирующего хлопчатобумажного материала. Очки должны задерживать именно ультрафиолетовые лучи – цветопередача в видимом спектре должна осуществляться без искажений. Наиболее вредными считаются лучи UV-B и UV-C, поэтому у современных источников ультрафиолетового облучения в спектре присутствуют только UV-A лучи. Для дополнительной защиты глаз оператора на многих фонарях предусмотрена светонепроницаемая бленда.

Устройство УФ-светильников​

Портативные ультрафиолетовые облучатели состоят из нескольких важнейших частей и функциональных элементов.

• Светодиоды (реже – ртутная газоразрядная лампа). Принцип в том, чтобы преобразить электрическую энергию в нормированный поток ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн от 350 до 400 нм. Максимум – на длине волны 365 мм. В современных УФ-светильниках используется один (пример – «Волна-УФ365») или, чаще, несколько ультрафиолетовых светодиодов. У портативных моделей может насчитываться 4 («Элитест УФС-12»), 5 (EV6000), 6 («Бриз-УФ365») или даже 10 («Элитест УФС-220») светодиодов. Для обеспечения равномерной засветки зоны контроля каждый диод снабжается индивидуальной линзой. Дополнительно к этому во многих портативных моделях предусмотрен один или несколько белых светодиодов видимого света. Что касается стационарных УФ-светильников, то в них может использоваться 8 («Поток-УФ365-8Б»), 30 («Элитест УФС-500/4»), 45 или даже 54 (ZERO 700/6) ультрафиолетовых диода. Некоторые стационарные модели имеют модульную конструкцию, что позволяет объединять несколько панелей в разных конфигурациях, тем самым увеличивая зону контроля и повышая его производительность.
• Линзы для обеспечения необходимого угла раскрытия светового потока и формирования высокой интенсивности УФ-излучения с равномерным распределением по освещаемой поверхности. Как мы уже отметили, при наличии нескольких светодиодов все они комплектуются индивидуальной оптикой. Дополнительно к этому в УФ-светильниках используются чёрные стекла для задержки видимого части спектра, которые хоть и в небольшом количестве, но неизбежно излучаются ультрафиолетовыми диодами. Благодаря такому фильтру «паразитная» засветка видимым светом исключается либо существенно сокращается – и индикаторные рисунки в освещаемой зоне контроля становятся более контрастными, а нагрузка на органы зрения оператора уменьшается. Дополнительно к этому некоторые модели («Волна-УФ365», например) позволяют регулировать размер фокусного пятна.
• Управляющая электроника (пускорегулирующий аппарат, контроллер) и элементы управления. Речь, прежде всего, про кнопку включения питания для работы с УФ-освещением. Переключение между режимами может осуществляться повторным нажатием той же кнопки. Исполнение и расположение кнопки включения производители стараются подобрать такими, чтобы исключить случайное нажатие. Для включения видимого света (если в конструкции есть белые светодиоды) может быть предусмотрена отдельная кнопка. К органам управления УФ-светильником ещё относятся регуляторы интенсивности ультрафиолетового освещения, а также индикаторы состояния прибора и заряда аккумулятора.
• Блок питания. Сетевой адаптер 220В/24В (или 220В/48В) обеспечивает корректную работу устройства. Для соответствия требованиям электробезопасности, отражённым, в частности, в упомянутом выше ГОСТ 28369-89, особое внимание производители уделяют работоспособности УФ-облучателей при отклонениях напряжения в сети, а также потребляемой мощности, прочности изоляции и т.п.
• Аккумулятор. Ёмкость батарей чаще всего составляет 3000–3500 мА/ч. Обычно в зависимости от яркости этого может хватить для безостановочной работы в совокупности до 4–8 часов. Некоторые ультрафиолетовые фонари могут работать даже от батареек АА.
• Корпус. Поскольку УФ-светильники рассчитаны на эксплуатацию в цеховых условиях – заводских лабораториях либо иных производственных помещениях – то стандартом для них является исполнение класса IP54 или IP65. Чаще всего корпуса источников ультрафиолетового излучения для дефектоскопии изготавливаются из ударопрочных пластиков и анодированного алюминия. В обязательном порядке делаются вентиляционные отверстия для пассивного теплоотвода и защиты устройства от перегрева, а также крепления для установки прибора, например, на штативе или иной опоре. Ещё одно требование к портативным УФ-светильникам – малый вес. Основной блок у большинства моделей весит 0,5–1,5 кг. По межблочному кабелю длиной 4–6 м прибор подключается к аккумулятору, который обычно весит 1–1,3 кг. У некоторых моделей аккумулятор встраивается в корпус самого прибора (примеры – UV-Inspector 711, «Бриз-УФ365-АР»). Помимо распространённых УФ-светильников с пистолетной рукоятью, на рынке можно найти модели в «настольном» исполнении, в основании которых расположен пускорегулирующий аппарат. Сама лампа у таких приборов крепится на регулируемом штативе. Существуют и более компактные источники УФ-излучения: «Волна-УФ365» весит всего 194 г. Есть и более «радикальные» варианты исполнения – например, как у фонаря «ПЛАНЕТА-365» с поворотным излучателем, собранном на базе комплектующих Metabo, аналогичных тем, из которых изготавливают шуруповёрты.

В стационарных УФ-светильниках используется больше светодиодов. Благодаря этому обеспечивается большая площадь пятна с интенсивностью свыше 1000 мкВт/кв. см (на расстоянии 1 м до освещаемой поверхности). Стационарные облучатели тяжелее и габаритнее портативных. Особое внимание производители уделяют удобству и надёжности крепления, а также возможностям объединения нескольких источников УФ-освещения в одну сборную модульную конструкцию. Во многих стационарных моделях (например, «Элитест УФС-500/4»), как и у портативных приборов, дополнительно к ультрафиолету предусмотрены белые светодиоды для работы в режиме видимого света.

Как выбрать ультрафиолетовый светильник​

Подбор источников УФ-излучения, как и любого другого оборудования неразрушающего контроля, должен осуществляться в соответствии с руководящими документами – стандартами, регламентами, методиками, инструкциями. Дополнительно к тем характеристикам, о которых мы сказали выше, при рассмотрении источников ультрафиолетового освещения учитывают следующие важные параметры.

• Тип лампы. В облучателях старшего поколения (КД-3-3Л) использовались ртутные газоразрядные и другие галогеновые ультрафиолетовые лампы. Современные приборы в большинстве своём оснащаются светодиодными источниками УФ-освещения. Модели на светодиодах легче (в среднем на 30%), проще в обслуживании (металлогалогенные лампы, для сравнения, нужно периодически менять) и безопаснее с точки зрения экологии и защиты здоровья оператора (опять же, по сравнению с ртутными). К тому же светодиоды обходятся низковольтным питанием, что тоже упрощает труд оператора. Если у газоразрядных ламп срок службы не превышал 1 500 часов, то у светодиодов он заявляется на уровне 10 000 или даже 40 000 часов («Бриз-УФ365»). Фактический ресурс ультрафиолетовых диодов, правда, зависит от рассеиваемой мощности и рабочей температуры. По уже упомянутому ГОСТ 28369-89, например, УФ-облучатели (не путать с источниками УФ-излучения, в качестве которых данный стандарт предусматривает ртутные лампы) должны обладать средней наработкой на отказ не менее 17 000 часов, а полный средний срок службы должен составлять не менее 10 лет. Для защиты от перегрева и преждевременного выхода диодов из строя в некоторых УФ-светильниках предусмотрено автоматическое отключение либо снижение интенсивности излучения при достижении критической температуры (например, 60 градусов Цельсия). В первом случае нужно просто дать фонарю остыть. Во втором случае можно продолжать работу, «скомпенсировав» снижение интенсивности УФ-облучения сокращением расстояния до объекта контроля.
• Время выхода на полную мощность и продолжительность работы. Ещё одно преимущество светодиодов в том, что они достигают полной мощности ультрафиолетового излучения практически мгновенно после включения. Ртутным лампам, для сравнения, для этого требовалось до 8–10 минут. Продолжительность использования включённого УФ-светильника определяется длительностью расшифровки индикаторных рисунков. Ресурса аккумуляторов, как было отмечено выше, может хватать для безостановочной работы в течение 4–8 часов (суммарно). Однако поскольку технология капиллярной и магнитопорошковой дефектоскопии предполагает выполнение и других операций, а не только осмотра индикаций, то УФ-светильники рассчитаны на частые циклы «включение-выключение». Поэтому фактически заряда батареи может хватить и на больший срок. Ещё один фактор – интенсивность ультрафиолетового излучения, которую задаёт оператор. Для большего удобства производители комплектуют приборы, как минимум, двумя сменными аккумуляторами. Плюс всегда есть возможность работы от сети. В некоторых моделях доступен режим постоянного свечения. Так, ультрафиолетовый светильник «Элитест УФС-12» можно перевести в режим непрерывного излучения в течение 2–6 минут (в зависимости от интенсивности). Чем дольше УФ-фонарь работает без перерывов, тем сильнее он нагревается. ГОСТ Р 53700-2009 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Часть 3. Оборудование», например, требует, чтобы рукоятка прибора нагревалась не более чем до 40 градусов Цельсия.
• Интенсивность УФ-излучения. Для корректной оценки интенсивности необходимо, во-первых, учитывать расстояние от источника ультрафиолетового освещения до объекта контроля. Рекомендуемое расстояние между излучающими элементами и исследуемой поверхностью составляет от 300 до 500 мм. Большинство производителей УФ-светильников указывают максимальную интенсивность излучения и диаметр зоны контроля (пятна с интенсивностью не менее 2 000 мкВт/кв. см) для расстояния 380–400 мм. Соответственно, максимальная интенсивность ультрафиолетового излучения при таких условиях может достигать 5 000 мкВт/кв. см и больше. Во-вторых, в пределах освещаемой зоны контроля интенсивность УФ-излучения может сильно отличаться. Так, стационарный УФ-светильник «Поток-УФ365-12М» обеспечивает максимальную интенсивность УФ-облучения в 15 500 мкВт/кв. см в пределах пятна примерно 25x50 мм, однако интенсивность не менее 1 000 мкВт/кв. см достигается на гораздо большей площади, 300x350 мм (на расстоянии 380 мм до источника излучения). У другого прибора, «Элитест УФС-500/4», размеры области контроля при тех же вводных данных достигает 600x300 мм. Чтобы следить за интенсивностью непосредственно при проведении ПВК или МПД, при работе с УФ-светильниками может понадобиться измеритель ультрафиолетового излучения. Примеры – радиометры UV-2500-II от Helling, UV-340A (365NM) или UVe-Lux от Magnaflux. Последний способен измерять интенсивность УФ-освещения в диапазоне от 1 до 10 000 мкВт/кв. см и интенсивность видимого света в диапазоне от 0,1 до 5000 лк. При наличии такого измерителя на некоторых УФ-фонарях можно настроить так называемую эталонную интенсивность ультрафиолетового облучения. Такая опция есть, например, у светильника «Элитест УФС-12». Кроме этого, наличие радиометра позволяет периодически проверять ультрафиолетовую облучённость, как того требует ГОСТ Р 56512-2015 и другие руководящие документы.
• Весогабаритные характеристики и эргономичность. Для портативных УФ-светильников большую роль играет соотношение веса, ёмкости аккумулятора, удобство удержания фонаря одной рукой, наличие креплений для монтажа на вспомогательных поверхностях. Защищённость корпуса от ударов, влаги и грязи – тоже важный параметр (на форуме есть пример краш-теста такого прибора). Для стационарных систем – также желательно брызгозащищённое исполнение, наличие удобных и надёжных креплений.

Что касается конкретных производителей, то, помимо некогда популярных зарубежных брендов Magnaflux, Helling и Labino, на сегодняшний день в России существует целый ряд видных отечественных разработчиков систем УФ-освещения. Достойный портативный прибор производства РФ, например, можно приобрести в пределах 200 000 рублей. В случае с бюджетными моделями – можно и вовсе уложиться в 150 000 рублей.

Где купить ультрафиолетовый светильник​

Среди спонсоров проекта «Дефектоскопист.ру» есть сразу несколько производителей и дистрибьюторов портативных и стационарных источников УФ-излучения для капиллярной и магнитопорошковой дефектоскопии.