[发明专利]一种核级超声波探伤耦合剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核级超声波探伤耦合剂及其制备方法，用于耦合超声波探头和工件，检测工件缺陷，属于无损检测超声波探伤技术领域。

背景技术

超声波检测是五种常规无损检测方法(渗透检测、磁粉检测、射线检测、超声波检测、涡流检测)中的一种，用以检测工件是否存在缺陷。同其他无损检测方法一样，超声波检测也是以不破坏被检对象为前提，对各种工程材料、零部件和产品进行有效的检验，借以评价它们的完整性、连续性及安全可靠性。超声波检测是产品制造和使用维修中保证产品质量和使用安全的重要手段。

超声波依靠介质进行传播，并在不同的介质上进行反射、折射，两种介质声阻抗差越大，反射就越多，超声检测就基于此原理，从而检测出工件中存在的缺陷。空气和工件的声阻抗差很大，在空气和工件形成的界面上大量超声波被反射，减弱了进入工件中的超声波。为保证超声波能量尽量多地进入被检物内，就需要在超声探头和工件之间填充有利于超声波传播的耦合剂。

从工业超声波检测上考虑，要求液体耦合剂具备如下功能：容易附着在工件的表面上，有足够的浸润性以排除探头和工件之间由于表面粗糙造成的空气隙；其声阻抗尽量与工件材料的声阻抗有较小的相差，以利于声能尽可能多的进入工件；从实用角度还要对工件无腐蚀作用，容易清除、来源方便、价格低廉(无损检测手册/李家伟，陈积懋主编，北京：机械工业出版社，2002.1)。

以上只是耦合剂基本功能，实际操作中根据不同的需要对耦合剂还会有更高的要求。粘度上的要求：工业上的超声波检测与医疗上的超声波检测的检测对象不同，工业上要针对各种不同的对象，有平面的、立面的、仰面的，因此要求耦合剂要有一定的粘度，利于附着于工件而不流挂；防锈功能上的要求：有的需要耦合剂有一定的防锈功能；另外，核工业上使用的超声波耦合剂，需要对氟、氯、硫含量进行控制。

核工程文件中规定了三种有害元素，它们是氟、氯、硫，对它们的游离态和化合态的含量都必须做出严格控制。例如ASME《锅炉及压力容器规范国际性标准第V卷无损检测》T-433.2中明确规定用于核工业设备检测的耦合剂中的氟加氯的含量不得高于250ppm，硫含量不得高于250ppm。核工业设备大量使用镍基合金、钛合金及奥氏体钢，且重要金属部件长时间处于高温、高压、高通量辐射的恶劣环境中。据研究发现，硫元素在高温下会对镍基合金的工件产生热腐蚀(也叫热脆)，卤族元素如氟、氯很容易与钛合金及奥氏体钢材料作用，在应力存在的情况下，产生应力腐蚀。

现在用于探伤的超声波耦合剂主要有：水，甘油，机油，凡士林，羧甲基纤维素等，它们都能满足基本的探伤要求，但都存在一定的不足。以水为耦合剂：容易使工件生锈，且水粘度太小，无法在工件上涂敷，只能将超声探头和工件都浸入水中进行操作；以甘油为耦合剂：甘油的粘度随着温度的变化较大，20℃至50℃粘度的变化范围为1412mPa·S至142mPa·S，温度较低时还可以勉强在立面上涂敷，温度较高时，在仰面和立面上涂敷就会流淌，达不到耦合的效果；以机油为耦合剂：不能用于仰面和立面的涂敷，且后续清洗工作比较麻烦，机油为矿物油，也不符合现在环保的要求；以凡士林为耦合剂：可涂敷于立面和仰面，但后续清理工作麻烦；以羧甲基纤维素为耦合剂：虽然粘度可以根据不同的需要进行调节，但是有难以消除的细微气泡，气泡的存在使耦合效果将大打折扣。

现有的普通超声波耦合剂中的氟、氯、硫含量没有特别地去控制，因此也就达不到核工业的要求。

作为核工业设备检测用的超声波探伤耦合剂除了氟、氯、硫含量严格控制外，还应该平衡其各方面的性能，使其成为性能优越的产品，具体涉及以下一些方面：

1.外观：无色无味，纯净透明，无气泡，凝胶啫喱状均匀流体。

2.环境要求：无毒无害，配方中不含有禁用的化学成分。

3.粘度：具有合适的粘度，可用于立面和仰面上的探伤，不流挂。

4.易清除：完全水溶，可根据需要兑去离子水调节粘度，易于用水清除。

5.防锈性：具有一定的防锈性。

6.稳定性：粘度稳定，不易变色，不易霉变。

7.腐蚀性：对工件无腐蚀性。

8.透声性：声阻抗应尽量与工件材料的声阻抗有较小的相差，以利于声能尽可能多的进入工件。

9.硫和卤的控制：能运用于核工业设备的检测，硫含量要低于250ppm，卤含量低于250ppm。

发明内容