粗糙表面超声探伤耦合剂的研究

　　前言

　　在常规超声检测中,探头声源与工件之间必须填充耦合介质以实现声能的传递。它在工件与探头接触面上具有排除空气,充填不平的凹坑和间隙并兼有防磨方便移动的功能。通常在检测部位先涂耦合剂,再放上探头进行检测。在对粗糙表面、斜面、顶部、弯曲表面及垂直平面检测时,一般的耦合剂流失严重,耦合损耗大,声能透过率减小,从而使检测灵敏度降低,若使用润滑脂、黄油等,又会给涂沫、回收带来麻烦,清洗也不方便。粗糙表面耦合剂是采用亲水性的聚合物,用甘油或水作载体配制而成的。它的声阻抗与透声性均有较大的提高,从而提高了检测灵敏度,由于该耦合剂制备简单,使用损耗少,因此成本较低,在粗糙表面状态上超声波检测中可保证耦合损耗小,声能通过率增加,提高检测灵敏度,具有很好的应用前景。

　　1　粗糙表面耦合剂的研制

　　耦合剂在工件表面的流失损耗主要取决于它的湿润性。从减少流失损耗的角度考虑应减少耦合剂与工件的湿润性[1],因此选用表面张力较大的水与甘油作载体制备粗糙表面耦合剂,其表面张力分别为72.68×10^-5N/cm和69.9×10^-5N/cm,而水的成本低廉,可大大降低耦合剂成本,甘油的透声性较好,可制备高灵敏度的耦合剂。粗糙表面耦合剂是不溶于有机溶剂亲水性强的聚合物。在制备表面张力较大的粗糙表面耦合剂时,聚合物虽然是亲水性的,但它与甘油等载体的亲和力较弱,配制有一定难度,需改进常规溶剂的配制方法。除严格控制化学反应温度、浓度、pH值等因素外,还需改变其作用条件、搅拌方式。本方法采用功率超声振动乳化装置来配制溶液的新方法,使行溶液里的颗粒非常细小,可使载体与聚合物产生稳定的化合态。放置较长时间也不会产生沉淀现象。从而保证耦合剂的稳定。

　　实验中采用江苏张家港市港威超声仪器厂生产的CG-60型超声振动乳化机,该机带有一容量为2升的不锈钢容器,功率可达60 W。它采用自激式电路选频调节回路,具有结构合理、体积小、重量轻、工作稳定、价格比高等特点,非常适合化学试剂的配制。粗糙表面超声探伤用耦合剂具体配制过程如下:

　　用海藻酸钠5份,加蒸水80℃100份,纯甘油30份,放入超声乳化机容器内,再加入甲醛(防腐剂)0.1份,启动超声乳化机,容器下放置的大功率超声换能器即将超声波振动能量引入溶液中,使溶液中产生“空化”作用,将溶液中的颗粒破碎得非常细小,达到乳化的目的。所谓“空化”作用是指当超声波这种交变声压在液体中传播时出现稀疏密集状态。在密集状态时,液体受到正压力(约几个大气压),而在稀疏状态时,液体受到拉力即负压力。一般液体都含有一定的气体,在稀疏状态时,气泡增长,并吸收更多的液体中分离出来的气体,而当再压缩时,气泡不断缩小,在此过程中,液体质点的运动是与逐渐减小的气泡半径成反比的,因此,当半径趋于零时,质量运动速度在理论中应趋于无穷大,如果这一快速度运动的气泡闭合时突然停止,则集中微小容器内的动能就要释放出来,一部分变为压缩能。此时,从闭合泡的中心向外传播一个球形冲突波,在这一点压力下有数十个大气压,若超声频率为20kHz左右时,这种空化作用也是每秒钟进行两万次左右。仪器设置有0～1小时连续可调的定时器,一般设置15～20分钟即可,最后加入硝酸钠(防锈剂)0.03份,再通电作用5～10分钟即成。