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声发射耦合剂的选用

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声发射耦合剂的选用

声发射检测时耦合剂的选用原则

发布日期:2016-10-31 14:30    浏览次数:

    声发射检测时由于声发射传感器与被检工件之间存在空气时,声发射信号将被空气界面反射而无法完全进入传感器,为了使声发射信号能尽量被传感器捕捉到,在声发射传感器与被检工件检测面之间需要施加能透声的耦合介质来排除此间的空气,这就是常说的声发射耦合剂。常规的声发射检测都是接触法,声发射传感器(常用型号PXR15)与工件检测面直接接触,其间施以耦合剂。耦合剂一般为液体或流质,它的作用是填平表面上的凹凸不平,便于传感器在工件检测面上移动扫查,并且排除(取代)传感器与检测面之间的空气。
 
声发射耦合剂的选用原则主要有以下六个方面:
 
1、耦合剂的声阻抗应尽量与工件的声阻抗接近以提高透声性;
2、耦合剂的温度范围要能满足声发射检测的温度要求,譬如高温传感器需匹配高温的耦合剂来使用;
3、润湿性好,在工件表面易于铺展并与工件表面结合,以利排除空气与异物的干扰;
4、粘度适当,挥发性低,便于传感器在检测面长时间检测,也要易于清洗或清除;
5、对工件无腐蚀,对操作人员无毒、无损害;
6、价格便宜;
7、来源方便;
 
工业声发射检测中常用的耦合剂有:
 
1、机油:多使用20~40号机油,呈液体状,易流动,应当注意不同编号的机油有不同的粘度(编号越大,粘度越高),当环境温度不同时其粘度也有一定变化。
用机油作耦合剂,多用于一般的毛糙表面和机械加工零部件的声发射检测。由于机油的价格相对比较便宜,来源方便,对工件无腐蚀,对操作人员无害,因此是广泛应用的耦合剂。但是,利用机油作耦合剂的缺点是对声接触压力比较敏感,即施加在传感器上的压力不同时,接收到的声发射信号幅度变化比较显著,因此对传感器夹具的压力一致性(保持接触耦合力度的一致性)要求高一些。
 
2、润滑油:这里特指如压缩机润滑油、蒸汽机润滑油、锭子油、工业凡士林、黄油、润滑脂等粘度较高的、流动性较差的润滑油,适用于表面较粗糙的工件的声发射检测。
 
3、甘油(丙三醇,C3H5(OH)3):这是一种透声效果很好,并且对声接触压力不敏感的耦合介质,以化学分析纯的等级为最好,适用于表面光洁度较高的工件。缺点是价格较高,而且它所具有的吸水性强的特点容易导致在敞开的容器中放置一段时间后就会因为吸收空气中的水分而使本身浓度发生变化-粘度变化,影响到耦合剂的性能,并从而影响到声发射通道的一致性。应当注意正是它所具有的这种吸湿性,使得被检验过的工件需要用水及时清洗,防止残留的甘油吸湿引起工件的锈蚀,浓度高的甘油也会对操作人员的皮肤吸湿导致皮肤干裂,因此应戴塑胶手套或者工作后及时用清水洗净。此外,甘油对工件表面的润湿性不够好也是其缺点。
 
4、水玻璃(硅酸钠,Na2SiO3):水玻璃的透声效果也是较好的,而且价格较便宜,但是和甘油具有相同的吸水性强的特点,在敞开的容器中放置一段时间后就会因为吸收空气中的水分而使浓度容易发生变化,从而影响到声耦合效果的稳定性。另外水玻璃有弱碱性,对操作人员的皮肤及被检工件(特别是铝、镁合金)有一定的腐蚀性,使用后必须及时用清水冲洗干净。水玻璃主要用于表面粗糙的工件,特别是可以采用所谓“地毯法”耦合,即在被检工件粗糙的检测表面上先均匀涂布一层浓度较高的水玻璃,待其干涸后即已将粗糙表面填平为平整表面,再在上面涂布较稀的水玻璃或机油耦合进行检测,可以获得较好的耦合效果。
 
5、专用的声发射检测耦合剂:这是综合考虑了耦合剂所需要的透声性(声阻抗)、润湿性、粘度等要求而专门配制的声发射检测耦合剂,目前已有商品化产品出售,耦合效果较好,价格也适中,譬如鹏翔科技的PXUAC型声发射耦合剂,温度范围可达-60~250℃,100ml规格的价格也不到百元。
 
6、化学浆糊(羧甲基纤维素,又称强力CMC、糊精或化学浆糊):这是一种由淀粉(如玉米等)提炼而成的食品添加剂,其应用范围极广,如食品增稠剂,药物辅料等。它是优良的水溶性胶料,一般可以1:10左右的比例与自来水调配成“工业胶水”用作声发射检测的耦合剂,适用于一般粗糙度表面的工件,价格很便宜(工业纯的等级即可),对工件无腐蚀,对人体无害,但是由于其干涸后黏附在工件表面会影响工件外观以及后续表面处理,因此检测后也要求及时用清水冲洗干净。
 
    以上就是目前声发射检测中最常用的耦合介质,探伤时具体选用何种耦合介质来当做耦合剂还需要根据现场被检工件的材质、表面状况以及后续加工程序等多种因素来考虑,如一般大批量检测的钢结构、压力管道探伤,可以直接选用机油作为耦合介质,既便宜又防锈,但有些被检工件属于原材料,后续还需要做表面加工处理,或者是需要长期监测的,这时就需要选用专用声发射耦合剂来做耦合剂了。
 
    在以接触法做声发射检测时,要特别注意考虑工件的表面光洁度,表面光洁度越高,界面上因漫散射造成的声能损失越少,透入传感器的声能就越多,检测灵敏度也就越高,越有利于发现较小的缺陷。此外,被检工件的表面应该是清洁的,没有妨碍检测的污物、浮锈(松动的氧化皮)等,至于锻件上常见的致密细薄的氧化层,以及像精密铸件、冷轧钢板表面所呈现的黑皮状态等,由于它们与基体结合很紧密而且比较平整,在接触法声发射检测时基本上不会影响耦合效果,如果发现灵敏度不够,也可将表面打磨直至露出金属光泽。
 
    还有一个要考虑的因素是耦合层的厚度,因为耦合层的存在构成了中间透声层,为了提高透声效果,不仅要考虑声能在耦合层中的衰减和多次反射造成的干扰,还要考虑声发射信号在多薄层介质中透过时的匹配,这与耦合剂、被检介质、探头的压电晶片、保护膜以及耦合层中的声发射长等诸多因素有关。通过实验证明,在满足检测灵敏度要求的条件下应使耦合层越薄越好。这也是接触法声发射检测时要求传感器对检测面的接触压强达到10~20N的原因。
 
    在用平面声发射传感器探测曲表面工件时,应当注意到耦合剂在边缘形成厚度不均匀的情况,相当于形成斜楔,有可能会产生变形波(特别是变形表面波)的干扰。因此在测量曲面工件时,尽可能采用小口径传感器,或者狭长型的传感器,譬如鹏翔科技专为管道的声发射检测就推出了一款接触面宽度仅为8mm,而长度为44mm的PXR15P传感器,在检测时可以沿着管道长度方向固定,可以获得很高的灵敏度。
 
    当然,在非接触的声发射检测中,使用空气耦合传感器(如PXR04A)就不再需要耦合剂,但需要注意空气耦合声发射传感器对指向性要求较高,传感器需尽量对准被测对象,以便获得最高的灵敏度。

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