耦合劑用好用對了，真的可以讓你超聲檢測事半功倍嗎？
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發(fā)布日期：2020-11-13 17:21

本期，小翼同學(xué)將為各位收集一份關(guān)于耦合劑資料，希望這不起眼的小東西，在超聲檢測探傷中可是扮演著不可或缺的角色！

超聲波探頭與被檢工件之間存在空氣時(shí)，超聲波將被反射而無法進(jìn)入被檢工件，為了使超聲波能順利透射進(jìn)入被檢工件，在超聲波探頭與被檢工件檢測面之間需要施加能透聲的耦合介質(zhì)，也就是俗稱的耦合劑，并且要排除此間的空氣。

嗯，你若要抬杠的話，認(rèn)為不是有空耦么？

騷年，工地抬杠的師傅都沒有你厲害！目前，空耦還是有一定條件要求，但目前大家超聲檢測經(jīng)常還是要接觸到耦合劑！

超聲檢測耦合2個方式

視耦合方式的不同，可以分為：

1.接觸法：

超聲波探頭與工件檢測面直接接觸，其間施以耦合劑。

耦合劑一般為液體或流質(zhì)，它的作用是填平表面上的凹凸不平，便于探頭在工件檢測面上移動掃查，并且排除（取代）探頭與檢測面之間的空氣。

在采用接觸法檢測表面粗糙的工件時(shí)，還可以在檢測表面鋪放細(xì)棉布或的確良布，甚至紗布等，用干凈的水浸潤，探頭則在布上移動掃查，也能得到較好的耦合效果（相當(dāng)于水間隙耦合）。

對毛糙表面的接觸法檢測中的耦合方法還有采用潤滑油作底層，上面鋪設(shè)膠片（如廢的X光膠片）或金屬箔，再涂布機(jī)油，或者用機(jī)油作底層，上面鋪設(shè)塑料薄膜等等，不過這些耦合方法的檢測靈敏度通常較低。

在以接觸法檢測時(shí)，要特別注意考慮工件的表面光潔度，表面光潔度越高，界面上因漫散射造成的聲能損失越少，透入工件的聲能就越多，檢測靈敏度也就越高，越有利于發(fā)現(xiàn)較小的缺陷，這時(shí)的耦合劑粘度可不必太大。

當(dāng)工件表面粗糙時(shí)，毛糙界面對入射超聲波的漫散射干擾使得透入工件的聲能減小，而且始波占寬加大，降低了近表面分辨率和檢測靈敏度，為此而需要提高儀器的增益和發(fā)射強(qiáng)度，犧牲信噪比，而且也需要采用粘度較大的耦合劑為宜。

此外，被檢工件的表面應(yīng)該是清潔的，沒有妨礙檢測的污物、浮銹（松動的氧化皮）等，至于鍛件上常見的致密細(xì)薄的氧化層，以及像精密鑄件、冷軋鋼板表面所呈現(xiàn)的黑皮狀態(tài)等，由于它們與基體結(jié)合很緊密而且比較平整，在接觸法超聲波檢測時(shí)基本上不會影響耦合效果，有時(shí)甚至比經(jīng)過機(jī)械粗加工狀態(tài)還好，因此不必除去。

還有一個要考慮的因素是耦合層的厚度，因?yàn)轳詈蠈拥拇嬖跇?gòu)成了中間透聲層，為了提高透聲效果，不僅要考慮聲能在耦合層中的衰減和多次反射干擾造成的始波占寬加大、近表面分辨率降低，還要考慮超聲波在多薄層介質(zhì)中透過時(shí)的匹配，這與耦合劑、被檢介質(zhì)、探頭的壓電晶片、保護(hù)膜，或者斜探頭的斜楔材料的聲阻抗，以及耦合層中的超聲波長等諸多因素有關(guān)。

在連續(xù)波理論中推導(dǎo)的匹配層厚度（λ/2）是指單一波長（單一頻率）的情況，工業(yè)超聲波檢測中使用的是有一定頻帶寬度的脈沖波，因此應(yīng)主要考慮聲能衰減及多次反射干擾的影響，通過實(shí)驗(yàn)證明，在滿足檢測靈敏度要求的條件下應(yīng)使耦合層越薄越好。

這也是接觸法探傷時(shí)要求探頭對檢測面的接觸壓力達(dá)到1.5~2.5kg的原因。

在用平面探頭探測曲表面工件時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意到耦合劑在邊緣形成厚度不均勻的情況，相當(dāng)于形成斜楔，有可能會產(chǎn)生變型波（特別是變型表面波）的干擾。

2.水浸法：

超聲波探頭與工件檢測面之間有一定厚度的水層，水層厚度視工件厚度、材料聲速以及檢測要求而異，對水的要求是對工件有潤濕能力，其溫度應(yīng)與被檢工件相同，否則會對超聲波檢測造成較大干擾，水質(zhì)必須清潔無雜質(zhì)、無氣泡，以防止這些微小的懸浮體成為超聲波的散射體造成干擾，或者附著在探頭輻射面上阻礙超聲波的發(fā)射與接收，附著在被檢工件的表面上阻礙超聲波的透射。

為此，對于用作耦合介質(zhì)的水（通常是自來水）可以采取靜置24小時(shí)以上，必要時(shí)還可加入例如明礬等凈水劑，使水中雜質(zhì)自然沉淀以及排氣，或者對水加熱以加速排氣。

耦合劑的6個選用原則

1）耦合劑的聲阻抗應(yīng)盡量與工件的聲阻抗接近以提高透聲性；

2）潤濕性好，在工件表面易于鋪展并與工件表面結(jié)合，以利排除空氣與異物的干擾；

3）粘度適當(dāng)，便于探頭在檢測面上的移動掃查，也要易于清洗或清除；

4）對工件無腐蝕，對操作人員無毒、無損害；

5）價(jià)格便宜；

6）來源方便；

工業(yè)中可用作耦合劑使用的

1）機(jī)油：多使用20~40號機(jī)油，呈液體狀，易流動，應(yīng)當(dāng)注意不同編號的機(jī)油有不同的粘度（編號越大，粘度越高），當(dāng)環(huán)境溫度不同時(shí)其粘度也有一定變化。

用機(jī)油作耦合劑，多用于一般的毛糙表面和機(jī)械加工零部件的超聲檢測。

由于機(jī)油的價(jià)格相對比較便宜，來源方便，對工件無腐蝕，對操作人員無害，因此是最廣泛應(yīng)用的耦合劑。

但是，利用機(jī)油作耦合劑的缺點(diǎn)是對聲接觸壓力比較敏感，即施加在探頭上的壓力不同時(shí)，接收到的超聲回波幅度變化比較顯著，因此對操作人員的操作技能（保持接觸耦合力度的穩(wěn)定性）要求高一些。

2）潤滑油：這里特指如壓縮機(jī)潤滑油、蒸汽機(jī)潤滑油、錠子油、工業(yè)凡士林、黃油、潤滑脂等粘度較高的、流動性較差的潤滑油，適用于表面較粗糙的工件以及用于仰探或立探（側(cè)探）等場合。

3）甘油（丙三醇，C3H5(OH)3）：這是一種透聲效果很好，并且對聲接觸壓力不敏感的耦合介質(zhì)，以化學(xué)分析純的等級為最好，適用于表面光潔度較高的工件。

缺點(diǎn)是價(jià)格較高，而且它所具有的吸水性強(qiáng)的特點(diǎn)容易導(dǎo)致在敞開的容器中放置一段時(shí)間后就會因?yàn)槲湛諝庵械乃侄贡旧頋舛劝l(fā)生變化-粘度變化，影響作為耦合劑的性能一致性。

應(yīng)當(dāng)注意正是它所具有的這種吸濕性，使得被檢驗(yàn)過的工件需要用水及時(shí)清洗，防止殘留的甘油吸濕引起工件的銹蝕，濃度高的甘油也會對操作人員的皮膚吸濕導(dǎo)致皮膚干裂，因此應(yīng)戴塑膠手套或者工作后及時(shí)用清水洗凈。此外，甘油對工件表面的潤濕性不夠好也是其缺點(diǎn)。

4）水玻璃（硅酸鈉，Na2SiO3）：水玻璃的透聲效果也是較好的，而且價(jià)格較便宜，但是和甘油具有相同的吸水性強(qiáng)的特點(diǎn)，在敞開的容器中放置一段時(shí)間后就會因?yàn)槲湛諝庵械乃侄節(jié)舛热菀装l(fā)生變化。

在實(shí)際應(yīng)用中為了保持聲耦合效果的穩(wěn)定，要求在每個工作班使用前用波美比重計(jì)測試其比重，在必要時(shí)進(jìn)行濃度調(diào)整以保持最佳耦合效果時(shí)的比重。水玻璃有弱堿性，對操作人員的皮膚及被檢工件（特別是鋁、鎂合金）有一定的腐蝕性，使用后必須及時(shí)用清水沖洗干凈。

水玻璃主要用于表面粗糙的工件，特別是可以采用所謂“地毯法”耦合，即在被檢工件粗糙的檢測表面上先均勻涂布一層濃度較高的水玻璃，待其干涸后即已將粗糙表面填平為平整表面，再在上面涂布較稀的水玻璃或機(jī)油耦合進(jìn)行檢測，可以獲得較好的耦合效果。

5）專用的超聲波檢測耦合劑：這是綜合考慮了耦合劑所需要的透聲性（聲阻抗）、潤濕性、粘度等要求而專門配制的超聲波檢測耦合劑，目前已有商品化產(chǎn)品出售，耦合效果較好，但價(jià)格較高。

6）化學(xué)漿糊（羧甲基纖維素，又稱強(qiáng)力CMC、糊精或化學(xué)漿糊）：這是一種由淀粉（如玉米等）提煉而成的食品添加劑，其應(yīng)用范圍極廣，如食品增稠劑，藥物輔料等。

它是優(yōu)良的水溶性膠料，一般可以1:10左右的比例與自來水調(diào)配成“工業(yè)膠水”用作超聲波檢測的耦合劑，適用于一般粗糙度表面的工件，價(jià)格很便宜（工業(yè)純的等級即可），對工件無腐蝕，對人體無害，但是由于其干涸后黏附在工件表面會影響工件外觀以及后續(xù)表面處理，因此檢測后也要求及時(shí)用清水沖洗干凈。

7）高溫耦合劑：這也是專門配制的商品化超聲波檢測耦合劑，具有較好的隔熱性能，適用于處在較高溫度（例如100甚至更高）的工件的在役超聲波檢測。

以上這7中適用于接觸法中

在水浸法檢測時(shí)，應(yīng)注意

1）在水中垂直入射或傾斜入射（用于在工件中激發(fā)折射橫波或小角度折射縱波等）時(shí)，應(yīng)特別注意入射角度的準(zhǔn)確性。

因?yàn)樗目v波聲速約為鋼中縱波聲速的四分之一左右，當(dāng)水中入射角有1°的變化時(shí)，在鋼制工件中將有約4°的變化，這是必須注意的。

此外，水的聲速會隨溫度變化，以及有溫差存在時(shí)，水會發(fā)生對流，也將會影響檢測靈敏度并導(dǎo)致聲路彎曲。