НЕЗАМЕРЗАЮЩАЯ КОНТАКТНАЯ ЖИДКОСТЬ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ
ANTI-FREEZING CONTACT LIQUID FOR ULTRASONIC FLAW DETECTION OF RAILWAY RAILS

Изобретение относится к области получения состава незамерзающей контактирующей жидкости при ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных рельсов, элементов стрелочных переводов и сварных стыков при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Важнейшим условием проведения ультразвуковой дефектоскопии является обеспечение акустического контакта ультразвукового преобразователя с контролируемым объектом (железнодорожными рельсами, элементами стрелочных переводов и сварных стыков). Для обеспечения акустического контакта применяются контактные жидкости, наносимые на поверхность контролируемого объекта перед проведением ультразвуковой дефектоскопии. Плотность и другие физические свойства контактной жидкости должны обеспечивать значение коэффициента трения скольжения на контролируемом объекте после нанесения контактной жидкости и при полном ее высыхании не менее 0,15. Снижение коэффициента трения скольжения после использования контактной жидкости до значения ниже 0,15 приводит к уменьшению сцепления колеса с рельсом, превышению нормативных значений тормозного пути подвижного состава, повышению износа колеса и рельса вследствие боксования колеса.
В качестве контактных жидкостей могут применяться простые жидкости: вода, масло, глицерин, однако все они имеют существенные ограничения по температуре использования.
Известно использование в холодный период времени в качестве контактной жидкости растворов этилового спирта различной концентрации. Однако в этом случае встает проблема нецелевого использования упомянутых растворов, кроме того, исходные вещества этих растворов относятся к классу легко воспламеняющихся жидкостей и требуют особых условий хранения.
Также известна незамерзающая контактная жидкость, содержащая воду и растворенные в ней целевые добавки, изопропиловый спирт и этиленгликоль или пропиленгликоль технический, а также поверхностно активное вещество - додецилсульфат натрия и отдушку «Bubble gum» при следующем соотношении компонентов в мас.%: вода водопроводная 1,0 - 20,0, додецилсульфат натрия 0,1 - 3,0, спирт изопропиловый 44 - 93,4, этиленгликоль или пропиленгликоль технический 5,0 - 30,0, отдушка 0,5 - 3,0 [1].
Данный состав способствует повышению точности замеров и обеспечению высокой степени акустического контакта при ультразвуковом неразрушающем контроле рельсов, стрелочных переводов и сварных стыков съемными средствами дефектоскопии в условиях температур до минус 40°С, что является недостаточным для широкого использования данной жидкости. Кроме того, существенное количество изопропилового спирта повышает огнеопасность состава.
Известна контактная жидкость для ультразвуковой дефектоскопии, характеризующаяся следующим составом (мас.%): хлористый кальций или хлористый натрий (6,6-27,4), композиция на основе натриевых солей алкан- и алкилароматических сульфокислот (0,1 - 1,0), карбоксилметилцеллюлоза в качестве загустителя (0,02 - 2,5), ингибитор коррозии (нитрат натрия) (0,5 - 10,0) и вода остальное [2].
Недостатком данной контактной жидкости является недостаточно низкая (минус 45°С) температура замерзания контактной жидкости и невозможность ее длительного хранения, т.к. последняя подвержена достаточно быстрому расслоению и выпадению в осадок карбоксилметилцеллюлозы, используемой в качестве загустителя. Поэтому контактную жидкость такого состава готовят непосредственно перед использованием, что не всегда удобно.
Известна контактная жидкость для ультразвукового контроля, содержащая следующие компоненты (мас. %): хлористый кальций (20 - 25), хлористый натрий (3 - 5), метиловый спирт (20 - 30), керосин или бензин (20-25), ПАВ (1,5 - 3), уротропин (0,001 - 0,1), депрессор (0,3 - 0,5), антистатик (0,001 - 0,5) и остальное - вода [3].
Недостатками данной контактной жидкости является содержащиеся в составе жидкости бензин и керосин, которые относятся к веществам, загрязняющим окружающую среду, что не позволяет использовать эту жидкость для дефектоскопии путепроводов, рельсовых путей и пр.
Известен состав незамерзающей контактной жидкости для ультразвукового контроля, состоящий из хлористого кальция или магния 5 - 40, жидкого стекла 3-9, синтерола АМФ 1-3, карбамида 0-11, полиакриламида 0-0,5, нитрита натрия 0 - 5, остальное - вода [4].
Состав обеспечивает надежный акустический контакт с контролируемым объектом в широких диапазонах рабочих температур (до минус 68°С) и скоростей движения дефектоскопической тележки, возможность длительного хранения контактной жидкости при отсутствии специальных требований к условиям хранения. Однако растворы на основе хлоридов щелочноземельных металлов при длительном контакте с металлическими изделиями вызывают их коррозию.
Наиболее близким по составу к заявляемому решению является незамерзающая контактирующая жидкость для ультразвуковой дефектоскопии, раскрытая в патенте RU 2652380, МПК: G01N 29/28, G01N 29/00, G01N 29/04, опубл. 26.04.2018 г.
Упомянутая жидкость обеспечивает надежный акустический контакт с контролируемым объектом в широких диапазонах рабочих температур и скоростей движения дефектоскопической тележки, возможность длительного хранения контактной жидкости при отсутствии специальных требований к условиям хранения контролируемым объектом при отрицательных температурах до минус 68°С и характеризуется следующим составом (мас.%): смесь хлоридов металлов с низкой температурой застывания в водном растворе (3-25), формиат металла или смесь формиатов металлов с низкой температурой замерзания в водном растворе (0,4-8,0), пропиленгликоль (0,5-15), глицерин (0,5-7,0), жидкое стекло (0,1-8,0), полиакриламид (0,1-0,8), антикоррозионные добавки (1,0-10,0) и остальное - вода.
К существенным недостаткам указанной жидкости, как и всех вышеупомянутых контактных жидкостей имеющих в своем составе соли металлов с низкими температурами замерзания в водном растворе является образование после их использования водно-солевой пленки на поверхности железнодорожных рельсов, которая сохраняется и при полном высыхании контактной жидкости. Водно-солевая пленка, образующая на рельсе, после использования контактных жидкостей на основе солей металлов, на поверхности железнодорожных рельсов приводит к снижению коэффициента трения скольжения до значений значительно ниже 0,15, что не соответствует техническим требованиям «Жидкость незамерзающая контактирующая для дефектоскопии», утвержденных распоряжением ОАО «РЖД» от 17.04.2017 №731/р (с изм. от 20.08.2018).
3
Технический результат предлагаемого состава заключается в повышении коэффициента трения скольжения на поверхности железнодорожного рельса после использования контактной жидкости и после ее полного высыхания до значений, превышающих 0,15. Повышение коэффициента трения скольжения на поверхности рельса достигается за счет добавления в труднозамерзающий солевой компонент абразивных неметаллических частиц, плотностью менее 1500 кг/м и загустителя, использование которого препятствует выпадению в осадок неметаллического абразивного компонента.
Данный технический результат достигается тем, что контактная жидкость для ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных рельсов элементов стрелочных переводов и сварных стыков, содержит труднозамерзающий солевой компонент, технологические добавки и воду, для повышения технологической эффективности дополнительно содержит загуститель и абразивные неметаллические частицы, при следующем соотношении компонентов, мас.%: калий уксуснокислый марки «Ч» или технический, с последующей очисткой раствора от механических примесей - 43-45, абразивные неметаллические частицы наполнителя на основе капролона или капролита или карболита или капрона (поликапролактам) или нейлона или неолейкорита или капролактама или их смеси - 5-25, загуститель - 0,01-0,02 и остальное - вода.
Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.
Незамерзающую контактную жидкость получают следующим образом.
Калий уксуснокислый марки «Ч» (ГОСТ 5820-78) в количестве 43-45 мас.% растворяют в воде. При использовании калия уксуснокислого технического, требуется предварительная очистка раствора от механических примесей. Приготовленный раствор нагревают до кипения и добавляют загуститель в количестве 0,01-0,02 мас.%. В остывший раствор добавляют абразивные неметаллические частицы на основе капролона или капролита или карболита или капрона (поликапролактам) или нейлона или неолейкорита или капролактама или их смеси в количестве 5-25 мас.%.
Для исследования свойств заявляемой незамерзающей контактной жидкости в лаборатории была проведена серия испытаний.
Пример 1
3
Контактную жидкость в количестве 100 кг готовили следующим образом. В емкость с принудительным непрерывным перемешиванием и возможностью подведения тепловой энергии загружали 43 кг (43 мас.%) калия уксуснокислого марки «Ч», добавляли 44 кг (44 мас.%) водопроводной воды и добивались полного растворения соли при 65 - 70°С. Далее, не прекращая перемешивания, вводили 100 грамм загустителя (0,01 мас.%), добивались полной гомогенизации раствора и сверх этого выдерживают полученный раствор еще 30 минут. Затем добавляют абразивные неметаллические частицы наполнителя на основе карболита плотностью 1100 кг/м в количестве 11 кг (11 мас. %). Все компоненты перемешивают до полной гомогенизации и получения однородного состава.
Пример 2
3
Контактную жидкость в количестве 100 кг готовили следующим образом. В емкость с принудительным непрерывным перемешиванием и возможностью подведения тепловой энергии загружали 45 кг (45 мас.%) калия уксуснокислого технического, добавляли 42 кг (42 мас. %) водопроводной воды и добиваются полного растворения соли при 65 - 70°С. После раствор фильтровали. Далее при перемешивании вводили 0,2 кг загустителя (0,02 мас.%). Добивались полной гомогенизации раствора и сверх этого выдерживали полученный раствор еще 30 минут. Затем добавляют абразивные неметаллические частицы наполнителя на основе карболита плотностью 1100 кг/м в количестве 12 кг (12 мас.%). Все компоненты перемешивали до полной гомогенизации и получения однородного состава.
Определение коэффициента трения скольжения на поверхности железнодорожного рельса после использования контактной жидкости осуществляли в соответствии с п. 6.2 технических требований «Жидкость незамерзающая контактирующая для дефектоскопии», утвержденным распоряжением ОАО «РЖД» от 17.04.2017 №731/р (с изм. от 20.08.2018). Температуру начала кристаллизации контактной жидкости определяли в соответствии с ГОСТ 18995.5. Плотность контактной жидкости при температуре 20°С определяли в соответствии с ГОСТ 18995.1-73. Коррозионную устойчивость металлов и сплавов к воздействию контактной жидкости определяли по методу в соответствии с п. 6.3 технических требований «Жидкость незамерзающая контактирующая для дефектоскопии», утвержденным распоряжением ОАО «РЖД» от 17.04.2017 №731/р (с изм. от 20.08.2018).
Эксплуатационные характеристики полученных контактных жидкостей приведены в таблице №1
3
Предлагаемая контактная жидкость проста в изготовлении, имеет температуру замерзания (минус 50-55°С), обладает необходимой вязкостью за счет использования загустителя и обеспечивает значение коэффициента трения скольжения на поверхности железнодорожного рельса после использования контактной жидкости и после ее полного высыхания, превышающего 0,15 за счет неметаллических абразивных частиц плотностью менее 1500 кг/м. Значение коэффициента трения скольжения на поверхности железнодорожного рельса после использования контактной жидкости и после ее полного высыхания можно увеличить путем увеличения концентрации неметаллических абразивных частиц в контактной жидкости.
Контактная незамерзающая жидкость соответствует техническим требованиям «Жидкость незамерзающая контактирующая для дефектоскопии», утвержденным распоряжением ОАО «РЖД» от 17.04.2017 №731/р (с изм. от 20.08.2018).
Источники информации
1. Патент РФ №2685457 от 18.04.2019. Низкотемпературная контактирующая жидкость
2. Патент SU 1652905, МПК: G01N 29/28, опубл. 30.05.91 г.
3. Патент SU 1525566, МПК: G01N 29/04, опубл. 30.11.89 г.
4. Патент РФ №2366940 от 10.09.2009. Незамерзающая контактирующая жидкость для ультразвуковой дефектоскопии.