用于金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头及其使用方法技术

一种用于金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头及其使用方法，U形磁芯的开口垂直向下，U形磁芯的中间和两个脚的中段分别绕装有第一激励线圈，圆柱形磁芯的外周绕装有第二激励线圈，且与第二激励线圈中轴线对称的两侧上下端分别设置有第二检测线圈。激励线圈与脉冲信号发射机连接；检测线圈与检测信号接收机连接；将计算机接收到的衰减电压数据，以时间为横坐标，以归一化感应电压为纵坐标，绘制出不同时窗的电压衰减曲线图，以此判断试件的局部腐蚀及壁厚情况。实现了在较大提离高度长期条件下均可对被检不锈钢板局部缺陷及厚度进行有效检测，拥有更高的检测灵敏度，在带包覆层管道的金属构件局部腐蚀和壁厚检测中有较大的应用价值。用价值。用价值。

【技术实现步骤摘要】
用于金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头及其使用方法


[0001]本专利技术属于电磁无损检测领域，特别涉及一种针对带包覆层管道的金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头及其使用方法。

技术介绍

[0002]在高温、高压及运输腐蚀性液气介质条件下承压设备管道易产生腐蚀，且以局部腐蚀为主。为了保温和防止管道外腐蚀，常使用数十到几百毫米厚的包覆层保护管道。因此在不拆除包覆层的情况下检测金属构件管道壁厚减薄及局部腐蚀具有重要意义
[1
‑
]。
[0003]脉冲涡流检测技术(PECT)是一种非接触式检测手段，可不拆卸包覆层对金属构件进行检测。该技术具有入射电磁场渗透深度大，对缺陷深度检测能力强，检测信息丰富等特点
[3
‑
]。
[0004]脉冲涡流探头一般由激励和接收单元组成，最通常的结构是将激励与接收单元同轴放置，这种圆柱形探头被广泛应用于检测试件缺陷及壁厚减薄
[5
‑
]。
[0005]探头对局部缺陷的检测灵敏度取决于聚集在缺陷周围的涡流产生的二次磁场的变化。圆柱形探头在试件上感应的涡流场存在盲区，由于检测信号由接收线圈感应产生，因此需要将接收线圈放置于涡流场聚集区域才能获得更高的检测灵敏度
[7]。因此，探头的聚焦性能(即试件上的涡流分布的聚焦特性)是影响探头检测灵敏度的关键因素。
[0006]Y.Fu等通过改变探头激励结构来改善涡流的扩散分布从而提高探头检测灵敏度，对圆柱形激励线圈的三种摆放(径向、横向和纵向)位置下的涡流空间分布规律展开了研究，分析了涡流场有无盲区对探头检测能力的影响。同时明确了纵向摆放的圆柱形探头在检测金属构件管道壁厚时具备更高检测灵敏度
[8]。
[0007]L.Xie等分析了检测线圈在空气和试件中的能量转换关系，并且提出了一种检测线圈同轴放置于激励线圈上方的圆柱形探头。该探头的检测灵敏度取决于检测线圈的换能效率，由于换能效率受提离影响显著，因而在提离时探头检测能力明显下降
[9]。
[0008]B.Purna Chandra Rao等应用放置于环形激励线圈底部中央的GMR磁传感器接收试件的感应磁场变化，能检测不锈钢板底部厚度变化25％的埋深缺陷，但在一定的提离高度下检测效果较差
[10]。
[0009]D.G.Park等研制的探头由两个串联连接的铁氧体圆柱形激励线圈和两个差分连接的Hall磁传感器组成，该探头能够产生很强的激励磁场并且可以通过差分式结构抑制干扰。能够检测较低提离(25mm)下的不锈钢板20％厚度变化，但在较大提离下的检测能力较差
[11]。
[0010]X.Wu等基于圆柱形同轴线圈解析模型，推导得到感应电压变化量与试件厚度的关系，使用电压峰值时间特征对厚度进行定量。该探头可用于检测包覆层下管道平均壁厚，但在一定提离下对于局部腐蚀检测能力还有待提高
[12]。

技术实现思路

[0011]本专利技术旨在提供一种金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头及其使用方法。解决在较大提离下对不锈钢板局部腐蚀缺陷及厚度进行有效检测的问题，解决在带包覆层条件下脉冲涡流检测金属构件局部缺陷和对缺陷进行准确定位的问题。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术采取以下的技术方案。一种用于金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头，包括U形探头体和圆柱形探头体，
[0013]所述U形探头体由U形磁芯、第一激励线圈和第一检测线圈构成，所述U形磁芯的开口垂直向下，U形磁芯的中间和两个脚的中段分别绕装有第一激励线圈，且U形磁芯的中轴线正下方和一个脚的前侧均放置有第一检测线圈，其中位于一个脚前侧的第一检测线圈与绕装于U形磁芯脚中段的第一激励线圈相切，第一检测线圈的底面与U形磁芯两个脚的底平面平齐；
[0014]所述圆柱形探头体由圆柱形磁芯、第二激励线圈和第二检测线圈构成，所述圆柱形磁芯的外周绕装有第二激励线圈，且与第二激励线圈中轴线对称的两侧上下端分别设置有第二检测线圈，其中一侧的第二检测线圈底面与第二激励线圈的底端平齐，另一侧的第二检测线圈底面与第二激励线圈的顶端平齐；所述第二检测线圈与第二激励线圈相切。
[0015]进一步，所述U形探头体中的第一检测线圈为圆圈形且相互串联连接。
[0016]进一步，所述圆柱形探头体的第二检测线圈为圆圈形且差分连接。
[0017]进一步，所述第一激励线圈和第二激励线圈的线径均为0.1～2mm，匝数为50～2000匝。
[0018]进一步，所述第一检测线圈和第二检测线圈的线径均为0.01～1mm，匝数为200～10000匝。
[0019]一种用于金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头的使用方法，其操作步骤如下：
[0020]1)在脉冲涡流检测仪中设置有脉冲信号发射机、检测信号接收机和计算机，激励线圈与脉冲信号发射机连接；检测线圈与检测信号接收机连接；
[0021]2)分别使用U形探头体和圆柱形探头体在被检不锈钢板上平行移动检测，且U形探头体以U形磁芯两个脚的连线方向移动，圆柱形探头体以两个第二检测线圈连线方向移动：分别给U形探头体和圆柱形探头体上的激励线圈通以等宽的双极性方波激励，将U形探头体和圆柱形探头体以10～110mm提离高度从被检不锈钢板的一端开始进行检测，每隔0.1～1000mm选择一个检测点，所述检测信号接收机接收检测线圈上的感应电压信号并进行电压数据采集，再发送至计算机进行处理；
[0022]3)将计算机接收到的衰减电压数据，以时间为横坐标，以归一化感应电压为纵坐标，绘制出不同时窗的电压衰减曲线图；
[0023]4)通过上述时间剖面曲线图反映接收线圈附近不锈钢板的缺陷信息，以此判断试件的局部腐蚀及壁厚情况。
[0024]本专利技术实现了在较大提离高度长期条件下均可对被检不锈钢板局部缺陷及厚度进行有效检测，较传统涡流检测探头拥有更高的检测灵敏度，在带包覆层管道的金属构件局部腐蚀和壁厚检测中有较大的应用价值。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中U形探头体01的主视图；
[0026]图2为本专利技术中U形探头体01的左视图；
[0027]图3为本专利技术中U形探头体01的俯视图；
[0028]图4为本专利技术中圆柱形探头体02的主视图；
[0029]图5为本专利技术中圆柱形探头体02的左视图；
[0030]图6为本专利技术中圆柱形探头体02的俯视图；
[0031]图7为本专利技术检测系统的流程示意图；
[0032]图8a为本专利技术带局部缺陷的被检不锈钢板34厚度尺寸图；
[0033]图8b为本专利技术带局部缺陷的被检不锈钢板34平面尺寸图；
[0034]图9为本专利技术检测过程磁场变化示意图；
[0035]图10为本专利技术检测剖面曲线生成示意图；
[0036]图11为本专利技术的U形探头体01仿真模型图；
[0037]图12为本专利技术的圆柱形探头体02仿真模型图；
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头，其特征在于，包括U形探头体和圆柱形探头体，所述U形探头体由U形磁芯、第一激励线圈和第一检测线圈构成，所述U形磁芯的开口垂直向下，U形磁芯的中间和两个脚的中段分别绕装有第一激励线圈，且U形磁芯的中轴线正下方和一个脚的前侧均放置有第一检测线圈，其中位于一个脚前侧的第一检测线圈与绕装于U形磁芯脚中段的第一激励线圈相切，第一检测线圈的底面与U形磁芯两个脚的底平面平齐；所述圆柱形探头体由圆柱形磁芯、第二激励线圈和第二检测线圈构成，所述圆柱形磁芯的外周绕装有第二激励线圈，且与第二激励线圈中轴线对称的两侧上下端分别设置有第二检测线圈，其中一侧的第二检测线圈底面与第二激励线圈的底端平齐，另一侧的第二检测线圈底面与第二激励线圈的顶端平齐；所述第二检测线圈与第二激励线圈相切。2.根据权利要求1所述的用于金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头，其特征在于，所述U形探头体中的第一检测线圈为圆圈形且相互串联连接。3.根据权利要求1所述的用于金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头，其特征在于，所述圆柱形探头体的第二检测线圈为圆圈形且差分连接。4.根据权利要求1所述的用于金属构件涡流缺陷检测的聚焦探头，其特征在于，所述第一激励线圈和第二激励线圈的线...

【专利技术属性】
技术研发人员：付跃文，陶爱军，邢仁飞，黄文丰，杨帆，余兆虎，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：