CN1109594A - 用于声发射检测的声耦合方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种声发射检测的声耦合方法，属检测技术领 域。本方法用有磁性的换能器及有磁性的液体耦合 剂来进行声发射检测。磁性液体耦合剂由磁性微粒(可为Fe₃O₄、Fe、Co、GrO₂)、载体(可为机油、水、烃类化合物)，分散剂(可为油酸、琥珀酸及其衍生物)组成。换能器按磁性材料安放位置的不同可有内置式和外置式两种。用本发明方法进行声发射检测可以在不同检测位置(倾斜、垂直等)都确保耦合剂不流失，获得良好的耦合效果。

Description

本发明涉及声发射检测的声耦合方法，属检测技术领域。

声发射检测是一种重要的无损检测技术，它是利用材料在内力或外力作用下产生变形或断裂时所出现的声发射信号来确定其中缺陷的产生、运动和发展情况。它广泛应用于断裂分析、结构完整性评价以及在设备安全监测等方面。尤其在压力容器的安全评价方面具有重要意义，其中包括出厂水压试验时的声发射监测、定期检修时水压试验的监测以及压力容器运行过程中的实时监测等。

在声发射检测中，声发射换能器与工件的声耦合至关重要，它的好坏直接影响检测结果的精度和可靠性。由于换能器以及它与工件的接触面通常不在水平位置，因此给换能器的安装固定和声耦合带来了一定的困难。由于接触面常常倾斜一定角度，采用普通的液体耦合剂，如甘油、机油等就会因流失而导致耦合不良，影响检测结果，因此声发射检测中普遍采用粘稠的耦合材料，如黄油、硅脂等。然而用粘稠材料作耦合剂，其耦合层的厚度通常不容易控制，难以保证各换能器的声耦合均匀一致。而且粘稠的耦合材料的透声性往往不如液体耦合剂，降低了检测灵敏度。使用粘稠耦合材料的另一个问题是温度影响，比如夏日的室外检测，由于工件温度较高导致粘稠的耦合材料部分变稀、变滑，容易使换能器声耦合不良，严重时还会使换能器及其固定装置产生滑动，影响声发射定位。

本发明的目的是提供一种能在倾斜面上进行声发射检测，防止耦合剂流失的声耦合方法及装置。

本发明的方法是用有磁性的换能器和有磁性的液体耦合剂来进行声发射检测。由于耦合剂为有磁性的液体，且换能器也有磁性。所以换能器能吸附耦合剂，使之不易流失，确保耦合良好。

说明附图如下：

图1为本发明换能器结构示意图（内置式换能器）

图2为本发明换能器结构示意图（外置式换能器）

结合附图说明实施例如下：

本发明的方法是用有磁性的换能器和有磁性的液体耦合剂来进行声发射检测。磁性液体耦合剂是强磁性固体微粒高度弥散于基液中而构成的稳定的胶体溶液，由三部份组成：磁粉微粒（固相）、载体（液相）和分散剂（液相）。其中磁粉微粒可用各种磁性材料，如Fe₃O₄、Fe、Co、GrO₂等加工制成。载体可以用机油、水、烃类化合物等。分散剂为油酸琥珀酸及其衍生物等，是一种表面活性物质，它在磁粉微粒表面形成一层单分子包覆层，使磁粉微粒弥散于载体溶液中，并依靠分子的布朗运动防止它们凝聚。

磁性液体耦合剂的制备工艺可用机械研磨或化学合成法。机械研磨法是将磁性材料在含有分散剂的溶液中长时间粉碎、研磨、再经过滤、分离等工艺制备磁性液体。但制作周期长，颗粒不均匀。化学合成法是在Fe²⁺和Fe³⁺的溶液中加入碱性溶液进行反应，生成Fe₃O₄微粒，再经过清洗、分选、最后加入载体、分散剂制得磁性液体。以Fe₃O₄（磁粉微粒）、机油（载体）和油酸（分散剂）磁性耦合剂为例，其制备过程如下：

化学反应式为：FeCl₂·4H₂O+2FeCl₃·6H₂O+8NH₄OH

→Fe₃O₄↓+8NH₄Cl+20H₂O

反应条件为PH值9～12，温度40～50℃反应完成后，去除多余反应液体，用蒸馏水反复清洗Fe₃O₄微粒，然后从溶液中分离出Fe₃O₄微粒。以Fe₃O₄微粒∶油酸∶机油为（65～70%）∶（10～15%）∶（15～25%）的比例将油酸加入Fe₃O₄中，同时不断搅拌，加入机油充分调匀后，加热至70～80℃脱水最后，对磁性液体进行离心分离，去除粗大颗粒。

磁性换能器根据磁铁位置不同可分为内置式和外置式两种。内置式磁性换能器如图1所示。

其中1为被测工件，2为磁性液体耦合剂，3为换能器前端的保护膜，通常由刚玉铝或铜等制成，4为压电晶片，通常为压电陶瓷、压电单晶材料等，5为背衬吸收块，一般用环氧-钨粉制作，6为外壳，7为导线，8为接插件，9为永久磁铁，10为限位套。其中3，4，5，6，7，8为普通换能器所共有结构。本磁性换能器的特点是在换能器中央位置放置一永久磁铁9，其一端制成半球形以提高换能器中心部位磁场强度，其尾部与钢制外壳固定在一起，使磁力线沿外壳传至工件，并由工件回到磁铁头部，使磁场集中在换能器前端，有利于吸附磁性耦合剂和固定换能器。限位套的作用是防止磁性耦合剂在外壳四周吸附。

外置式磁性换能器结构如图2所示。

其中11为被测工件，12为磁性液体耦合剂，13为换能器的限位套，14为换能器芯，其内部结构如图1中3，4，5，6，7，8组成，即普通换能器结构，15为U形磁铁，16为固定磁铁15和换能器芯14的螺钉。该换能器的特点是把换能器芯固定在U形磁铁15中央，U形磁铁15头部为半园柱形结构，用以改善换能器端面上的磁场分布，使它把换能器固定在工件11上的同时，也把磁性耦合剂12吸附在换能器与工件之间。限位套13的作用与图1所示限位套作用相同。

实践证明采用磁性液体耦合剂和磁性换能器不仅可以保证换能器与工件的声耦合均匀一致，透声良好，而且可以保证耦合剂在任何角度的耦合面上不流失，同时还大大方便了换能器的安装与固定。

利用磁性液体和磁性换能器作为声发射检测中声耦合的方法在绝大多数声发射检测中都可以采用。以球罐类压力容器的声发射检测为例，换能器安装在球罐不同部位，尤其在上、下半球面上。此时换能器与球罐的耦全面通常呈一定角度，利用磁性液体和磁性换能器的声耦合方法可充分保证换能器耦合均匀、稳定、透声良好，并使操作简单，为提高检测灵敏度和检测结果的可靠性提供了必要的保证。

Claims (6)

1、一种声发射检测的声耦合方法，其特征是用有磁性的换能器和有磁性的液体耦合剂来进行声发射检测。

2、根据权利要求1所说的声发射耦合方法，其特征是所说的有磁性的液体耦合剂由磁性微粒（固相）、载体（液相）、和分散剂（液相）所组成。

3、根据权利1、2所说的声耦合方法，其特征是所说的磁性微粒为Fe₃O₄、Fe、Co、GrO₂中的任何一种，所说的载体为机油、水、烃类化合物中的任一种，所说的分散剂为油酸、琥珀酸及其衍生物中的任一种。

4、根据权利要求1、2、3所说的声耦合方法、其特征是磁性液体耦合剂的配方为：（重量比）

Fe₃O₄微粒∶油酸∶机油为65～70%∶10%～15%∶15%～25%。

5、一种声发射检测的磁性换能器，其特征是在常规换能器外壳内中央部位放置一永久磁铁，该磁铁一端制成半球形，另一端与换能器外壳固定在一起，在外壳下端与工件接触处有一限位套。

6、一种声发射检测的磁性换能器，其特征是常规的换能器芯（除去外壳）固定在U形磁铁中，U形磁铁的头部制成半圆柱形，在U形磁铁下端与工件接触处有一限位套。