Контактная жидкость для ультразвуковой дефектоскопии
CONTACT LIQUID FOR ULTRASONIC FLAW DETECTION

Изобретение относится к области получения состава незамерзающей контактирующей жидкости (далее - НКЖ), предназначенной для обеспечения акустического контакта при ультразвуковом неразрушающем контроле съемными средствами дефектоскопии железнодорожных рельсов в пути, элементов стрелочных переводов и сварных стыков при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Контактные жидкости используются фактически во всех контактных исследованиях для облегчения передачи звукового импульса от датчика в тестовый образец и обнаружения дефектов. Под дефектами понимаются трещины, расслоения и другие, как правило, внутренние повреждения рельсов, обнаруживаемые ультразвуковыми, магнитными и другими приборами дефектоскопии
В тексте описания используются следующие термины и определения:
- Ультразвуковой неразрушающий контроль рельсов - метод акустического неразрушающего контроля, при котором применяются приборы и устройства, использующие ультразвуковой диапазон частот;
- Акустический контакт - соединение рабочей поверхности электроакустического преобразователя с объектом контроля;
- Незамерзающая контактная (контактирующая) жидкость - средство для обеспечения акустического контакта при контроле съемными средствами дефектоскопии рельсов в пути при отрицательных температурах;
- Коррозионное воздействие на металлы - способность компонентов незамерзающей жидкости вызывать коррозию металла
Технические требования к НКЖ, разработанные в ОАО «Российские железные дороги» в августе 2016 года должны соответствовать следующим основным техническим характеристикам:
- НКЖ должна не замерзать при температуре окружающего воздуха до минус 55°С-75°С;
- обеспечивать стабильный акустический контакт между пьезоэлектрическими преобразователями съемного дефектоскопа и поверхности головки рельса;
- не разрушать материалы рабочих органов применяемого оборудования (резино-технические изделия, органическое стекло и металлические элементы), электрических контактов и соединений, а также уплотнительных колец пьезоэлектрических преобразователей;
- отсутствие образования солей на элементах дефектоскопного оборудования;
- быть негорючим и нетоксичным продуктом;
- не иметь резкого запаха, раздражающего слизистые оболочки дыхательных путей человека;
- не ухудшать коэффициент сцепления колес подвижного состава с рельсом;
- обладать достаточно высокой испаряемостью и быть биоразлагаемой (не менее 80%);
- свободно поступать через шланги подачи жидкости дефектоскопного оборудования при положительных и отрицательных температурах атмосферного воздуха
- НКЖ должна иметь динамическую вязкость при температуре минус 50°С не выше 1 Па-с;
3
- НКЖ должна иметь плотность 0,7-1,5 г/см, при температуре окружающего воздуха от плюс 40 до минус 55°С;
- НКЖ должна обеспечивать значение коэффициента трения в системе «колесо - рельс» непосредственно в зоне контакта после нанесения НКЖ на рельс в интервале от 0°С до минус 50°С не менее 0,25.
Патентный поиск показал, что изобретений (патентов), защищающих НКЖ с таким комплексом технических характеристик не обнаружено, поэтому проблема создания НКЖ является актуальной, особенно для северных районов страны в области железнодорожного транспорта.
Известно достаточно много изобретений, защищающих составы контактных жидкостей с использований в качестве основы хлоридов металлов (SU 1379721, 07.03.1988; SU 1471117, 07.04.1989; SU 1525566, 30.11.1989; SU 1631406, 28.02.1991 (два последних содержат еще и метиловый спирт); SU 1652905, 30.05.1991; RU 2652380, 26.04.2018; SU 1652905, 30.05.1991; RU 2366940, 10.09.2009. Однако при использовании хлоридов металлов происходит их кристаллизация из водных растворов при низких температурах, что приводит к дополнительному загрязнению маслами и смазками, которые образуются, например, в колесных парах и что требует дополнительного удаления загрязнений с использованием большого количества спирта.
Известна контактная жидкость для ультразвукового контроля, содержащая компоненты при следующем соотношении, мас. %: этиловый или бутиловый спирт 0,5-15; пропиленгликоль 85-99,5 (SU 1455870, 10.12.1986).
Существенным недостатком известной жидкости является возможность проведения измерений в условиях температур до минус 40°С, что ограничивает ее использование только для контроля качества многослойных клееных конструкций и изделий из слоистых пластиков.
Известна контактная жидкость для ультразвукового контроля, содержащая следующие компоненты, мас. %: метиловый спирт 20-30, керосин или бензин 20-25, хлористый кальций 20-25, хлористый натрий 3-5, ПАВ 1,5-3, уротропин (ингибитор коррозии) 0,001-0,1, депрессор 0,3-0,5, антистатик 0,001-0,5 и вода - остальное (SU 1525566, 30.11.1989).
Указанная контактная жидкость выбрана в качестве наиболее близкого аналога к заявляемой.
Известная контактная жидкость обеспечивает возможность проведения измерений в условиях низких до минус 60°С температур. Однако содержащиеся в составе жидкости бензин и керосин относятся к веществам, загрязняющим окружающую среду, что не позволяет использовать эту жидкость для дефектоскопии путепроводов и рельсовых путей.
Метиловый, этиловый и бутиловый спирты относятся к ряду одноатомных первичных спиртов алифатического ряда, доступны для использования, однако в составе жидкостей указанных аналогах они имеют существенные ограничения и низкую производительность использования при температурах ниже минус 60°С, в частности в области железнодорожного транспорта.
Проблема низкой производительности дефектоскопии особенно актуальна в случае контроля железнодорожных путей сообщения, протяженность которых составляет десятки тысяч километров.
Сегодня, для того, чтобы провести измерения на каком-либо участке пути, измерительные бригады часами дожидаются так называемого «окна» в плотном графике движения поездов. Увеличение производительности дефектоскопии позволило бы решить упомянутую проблему за счет совмещения движения дефектоскопической аппаратуры с движением поездов.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание контактной жидкости, позволяющей осуществлять процесс дефектоскопии в условиях отрицательных температур и на высоких скоростях, близких к скорости движения железнодорожного состава.
Технический результат заключается в обеспечении надежного акустического контакта с контролируемым объектом при низких до минус 65-70°С диапазонах рабочих температур и высоких скоростей движения железнодорожного состава.
Другим техническим результатом является повышение стабильности физических свойств контактной жидкости при упрощенном составе.
Другим техническим результатом является возможность длительного хранения контактной жидкости, в процессе которого она сохраняет все свои свойства и качества.
Указанные технические результаты достигаются тем, что контактная жидкость для ультразвуковой дефектоскопии, содержащая одноатомный первичный спирт алифатического ряда, технологические добавки и воду, согласно изобретению дополнительно содержит ацетат аммония, а в качестве спирта изопропиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас. %: изопропиловый спирт 35-55; ацетат аммония 20-35; технологические добавки не более 2,0 и вода остальное, при этом технологические добавки содержат: ингибитор коррозии 0,5-1,0 мас. %; для цветности пигмент 0,002-0,006 мас. %; для запаха отдушку 0,02-0,2 мас. %; поверхностно-активное вещество 0,1-0,35 мас. %, в качестве которого используют, преимущественно синтанол, неонол или другие известные ПАВ.
Пример 1.
Контактную жидкость в количестве Ют готовят следующим образом. В емкость с принудительным перемешиванием загружают 3,5 т (35 мас. %) порошка ацетата аммония, добавляют 3,5 т (35 мас. %) изопропилового спирта и 0,622 мас. % технологических добавок: ингибитор коррозии 0,5 мас. %; неонол 0,1 мас. %; пигмент 0,002 мас. %; отдушка 0,02 мас. %, доливают воды до получения 10 т общего количества раствора, компоненты перемешивают до полного растворения ацетата и получения однородного состава.
Раствор контактной жидкости прозрачный. Температура замерзания жидкости минус 65°С. Полученный продукт фасуют и отправляют на хранение или реализацию.
Пример 2.
Все как в примере 1, но загружают 2,0 т (20 мас. %) порошка ацетата аммония, добавляют 5,5 т (55 мас. %) изопропилового спирта и технологических добавок 1,556 мас. %: ингибитор коррозии 1,0 мас. %; неонол 0,35 мас. %; пигмент 0,006 мас. %; отдушка 0,2 мас. %, наливают воды до 10 т, компоненты перемешивают до полного растворения ацетата.
Температура замерзания полученной контактной жидкости минус 67°С.
Пример 3.
Все как в примере 1, но загружают 30 мас. % порошка ацетата аммония, добавляют 45 мас. % изопропилового спирта и 1,255 мас. % технологических добавок: (ингибитор коррозии 0,8 мас. % (бензоата натрия); неонол 0,30 мас. %; пигмент 0,005 мас. %; отдушка 0,15), доливают до 10 т воды, компоненты перемешивают до полного растворения ацетата аммония.
Температура замерзания контактной жидкости минус 70°С.
Предлагаемая жидкость имеет не сложный состав, проста в приготовлении, имеет требуемую вязкость за счет того, что при низких температурах загустевает и не дает растекаться. Сочетание изопропилового спирта с ацетатом аммония обеспечивает получение синергетического эффекта, а именно: низкую температуру замерзания минус 67-70°С, вязкость и свойства контактной жидкости, соответствующие техническим требованиям к НКЖ, разработанные в ОАО «Российские железные дороги».
В качестве изопропилового спирта используют спирт по ГОСТ 9805-84, ацетат аммония по ГОСТ 3117-78.
В качестве ингибитора коррозии используют, преимущественно бензоат натрия, однако могут быть использованы и другие известные многочисленные ингибиторы коррозии.
Определение температуры замерзания (застывания) контактной жидкости осуществляли по стандартной методике, в соответствии с ГОСТ 20287-91 «Нефтепродукты. Методы определения температур текучести и застывания».
Как показали испытания при ультразвуковой дефектоскопии рельсов железнодорожных путей контактные жидкости всех составов имеют рабочую температуру в пределах от 0 до минус 70°С и повышение надежности акустического контакта при контроле изделий, за счет улучшения смачиваемости, контакта между исследуемым объектом и акустическим прибором.
Гарантийный срок хранения контактной жидкости составляет не менее трех лет. Как показали последующие исследования, все образцы при использовании сохранили свои физические свойства и рабочие характеристики.
В настоящее время контактная жидкость проходит испытания при температурах ниже 70°С при ультразвуковой дефектоскопии рельсов железнодорожных путей.
Контактная жидкость предлагаемого состава соответствует санитарным нормам и правилам по ГОСТ 12.1.007-076 и относится к IV классу безопасности (вещества малоопасные).