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550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法及其装置制造方法及图纸

技术编号:13350254 阅读:134 留言:0更新日期:2016-07-15 10:21
本发明专利技术公开了一种550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法及其装置,高温电磁超声探头的结构是:陶瓷线圈(1)、铜板(5)和耐高温永磁铁(2)通过第一陶瓷粘合剂(6)浇筑在黄铜外壳(3)中,所述的铜板(5)处于所述的陶瓷线圈(1)与所述的耐高温永磁铁(2)之间,在所述的黄铜外壳(3)的工作端设有处于所述的陶瓷线圈(1)的外侧的刚玉片(4)。本发明专利技术是基于陶瓷层银线和耐高温N~AH SmCo永磁铁,适用于550℃高温环境中进行长时间、可靠的缺陷无损检测,并且在高温环境中依然能保持较高的换能效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用电磁超声探头测量高温金属材料内部缺陷的方法,特别是涉及一种用于对最高550℃的铁磁性或非铁磁性金属材料的内部缺陷进行位置和当量大小检测的方法。本专利技术还涉及实现该方法的装置。
技术介绍
由于加工工艺限制,各种金属零件在生产过程中不可避免地存在缩孔、缩松、夹杂物、裂纹、折叠等缺陷。作为控制产品质量的必要环节,金属零件在生产、加工过程中必须通过无损检测技术及时剔除超标的残次品。采用缺陷检测结果作为改进金属零件制造工艺的重要依据,实时监测和控制缺陷,指导生产人员改进制造加工工艺,对存在可锻合的缺陷可通过提高锻压变形程度加以消除,提高金属零件的制造经济水平。在所有无损检测技术中,国内外普遍采用压电超声检测方法来探测金属材料的内部缺陷,但主要针对粗加工后或者成品的常温(≤50℃)金属锻件。压电式超声检测通常需要耦合剂(水、甘油)才能实现与被测零件之间的良好耦合,且对被测件的表面质量要求较高,即使是经过特殊耐高温设计的压电超声检测方法,也只能实现最高300℃温度的检测,而且接触测量时间短,无法实现长时间高温检测,且容易造成永久性的损坏。因此压电超声难以适用于高温、粗糙表面的金属材料中内部缺陷的长时间检测。电磁超声换能器利用电磁感应的原理,能直接在金属材料表面激发超声波,并沿着特定方向传播,具有非接触、无需耦合的特点,能用于高温、粗糙表面和移动金属材料的内部缺陷检测。电磁超声换能器的换能机理为磁化力、洛伦兹力和磁致伸缩三种机理,到底哪几种机理占激励超声的主导作用,主要取决于金属材料表面的电学参数(磁导率和电导率)。对于铝和铜等非铁磁性金属材料,通常是洛伦兹力起主导作用,但是对钢铁等铁磁性材料,通常是洛伦兹力和磁致伸缩力共同作用。目前关于高温电磁超声体波探伤方法及其装置的专利的报道很少。技术专利授权号CN203479275U,授权了一种高温电磁超声测厚探头,通过在探头底部设置耐高温、耐磨材料和探头内部填充阻燃绝缘材料,实现在高温下的探测。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种在550℃高温下依然能保持较高的换能效率,能够在高温环境中长时间、可靠探伤的550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种实现在550℃高温下依然能保持较高的换能效率,能够在高温环境中长时间、可靠探伤的550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法的装置。为了解决上述第一个技术问题,本专利技术提供的550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法,包括以下步骤:步骤(1),把经过陶瓷涂层、成型绕制、高温烧制和灌装高温再烧结后的陶瓷线圈并排烧制在探头的底部;在陶瓷线圈的上方放置0.1mm-0.5mm厚的铜板,铜板与陶瓷线圈的距离根据探头与试样之间的提离高度决定;在铜板的上方布置耐高温永磁铁,在被测试样中产生偏置磁场;该种耐高温永磁铁,经过实验能在550℃电阻炉中,24小时可靠高温工作;步骤(2),在陶瓷线圈内通入高频、大功率正弦脉冲串电流,该高频、大功率正弦脉冲串电流信号在被测试样中产生高频交变磁场信号,使被测试样表面产生磁致伸缩变形,或者该种正弦脉冲电流信号在被测试样中产生脉冲电涡流,在偏置磁场作用下产生洛伦兹力,引起被测试样表面振动,从而激发出横波超声,在被测试样上表面从上往下传播;步骤(3),当超声横波遇到内部缺陷会产生缺陷回波,并且在底波之前到达被测试样的表面,被陶瓷线圈接收,经过放大电路放大后,利用采集卡或者示波器读取超声反射波与缺陷回波之间的时间差t;步骤(4),按照公式d=1/2*v*t计算缺陷到试样表面的距离d,从而完成缺陷的定位分析;v为超声在被测金属材料内的传播速度;步骤(5),按照公式d=1/2*v*t计算缺陷到试样表面的距离d,从而完成缺陷的定位分析;v为超声在被测金属材料内的传播速度,为已知值,需要根据待测试样的温度进行修正;与事先预制平底孔的金属试样进行缺陷回波信号对比,确定缺陷的当量直径。上述步骤(2)中所述的高频、大功率正弦脉冲串电流为0.5MHz~5MHz、10周期~20周期正弦脉冲串、电流10A~100A。为了解决上述第二个技术问题,本专利技术提供的实现550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法的装置,包括高温电磁超声探头,所述的高温电磁超声探头的结构是:陶瓷线圈、铜板和耐高温永磁铁通过第一陶瓷粘合剂浇筑在黄铜外壳中,所述的铜板处于所述的陶瓷线圈与所述的耐高温永磁铁之间,在所述的黄铜外壳的工作端设有处于所述的陶瓷线圈的外侧的刚玉片。所述的陶瓷线圈的线圈导线方向与所述的耐高温永磁铁提供的偏置磁场方向垂直。所述的耐高温永磁铁为耐高温N~AHSmCo永磁铁;所述的耐高温永磁铁的直径为50mm,高度为50mm。所述的陶瓷线圈的外径为20mm~28mm。所述的陶瓷线圈的结构是:在直径为0.2mm~0.35mm银线的表面涂覆0.05mm~0.1mm厚度的陶瓷涂层;带有所述的陶瓷涂层的所述的银线制成螺旋线圈且用第二陶瓷粘合剂固定成型。所述的铜板处于所述的陶瓷线圈的上方1mm~1.5mm处放置所述的铜板的厚度为0.3mm。所述的刚玉片4的厚度为0.5mm。采用上述技术方案的550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法及其装置,能用于最高550℃高温、表面粗糙金属材料内部缺陷的长时间、可靠检测,采用数字信号处理技术对接收信号进行实时处理,具有较高的检测精度和实时性,能用于大型高温金属锻件、热态压力管道等在役无损检测。本专利技术中的电磁超声探头经过550℃高温电阻炉实验,可保证24小时可靠高温探伤。本专利的有益效果:现有专利很少涉及有关最高550℃高温电磁超声探伤方法,而国外的高温电磁超声探头多采用水循环冷却或者空气冷却方式或者是在线圈下端设置耐高温绝缘材料,很难实现真正的耐高温长时间检测的场合,而且多采用漆包铜线,很难保证高温下不被氧化以及高温下绝缘层不被破坏。特别重要的是。与常温探伤相比,采用漆包铜线的探头在高温下换能效率较差,可靠性较低。本专利采用陶瓷层银线,高温下不易被氧化,陶瓷层在高温下能保持较好的绝缘特性,保证探头在高温下依然能保持较高的换能效率,能够在高温环境中长时间、可靠探伤。综上所述,本专利技术是基于陶瓷层银线和耐高温N~AHSmCo永磁铁,适用于550℃高温环境中进行本文档来自技高网
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550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法及其装置

【技术保护点】
一种550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤(1),把经过陶瓷涂层、成型绕制、高温烧制和灌装高温再烧结后的陶瓷线圈并排烧制在探头的底部;在陶瓷线圈的上方放置0.1mm‑0.5mm厚的铜板,铜板与陶瓷线圈的距离根据探头与试样之间的提离高度决定;在铜板的上方布置耐高温永磁铁,在被测试样中产生偏置磁场;该种耐高温永磁铁,经过实验能在550℃电阻炉中,24小时可靠高温工作;步骤(2),在陶瓷线圈内通入高频、大功率正弦脉冲串电流,该高频、大功率正弦脉冲串电流信号在被测试样中产生高频交变磁场信号,使被测试样表面产生磁致伸缩变形,或者该种正弦脉冲电流信号在被测试样中产生脉冲电涡流,在偏置磁场作用下产生洛伦兹力,引起被测试样表面振动,从而激发出横波超声,在被测试样上表面从上往下传播;步骤(3),当超声横波遇到内部缺陷会产生缺陷回波,并且在底波之前到达被测试样的表面,被陶瓷线圈接收,经过放大电路放大后,利用采集卡或者示波器读取超声反射波与缺陷回波之间的时间差t;步骤(4),按照公式d=1/2*v*t计算缺陷到试样表面的距离d,从而完成缺陷的定位分析;v为超声在被测金属材料内的传播速度;步骤(5),按照公式d=1/2*v*t计算缺陷到试样表面的距离d,从而完成缺陷的定位分析;v为超声在被测金属材料内的传播速度,为已知值,需要根据待测试样的温度进行修正;与事先预制平底孔的金属试样进行缺陷回波信号对比,确定缺陷的当量直径。...

【技术特征摘要】
1.一种550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法,其特征在于:
包括以下步骤:
步骤(1),把经过陶瓷涂层、成型绕制、高温烧制和灌装高温再
烧结后的陶瓷线圈并排烧制在探头的底部;在陶瓷线圈的上方放置
0.1mm-0.5mm厚的铜板,铜板与陶瓷线圈的距离根据探头与试样之
间的提离高度决定;在铜板的上方布置耐高温永磁铁,在被测试样中
产生偏置磁场;该种耐高温永磁铁,经过实验能在550℃电阻炉中,
24小时可靠高温工作;
步骤(2),在陶瓷线圈内通入高频、大功率正弦脉冲串电流,该
高频、大功率正弦脉冲串电流信号在被测试样中产生高频交变磁场信
号,使被测试样表面产生磁致伸缩变形,或者该种正弦脉冲电流信号
在被测试样中产生脉冲电涡流,在偏置磁场作用下产生洛伦兹力,引
起被测试样表面振动,从而激发出横波超声,在被测试样上表面从上
往下传播;
步骤(3),当超声横波遇到内部缺陷会产生缺陷回波,并且在底
波之前到达被测试样的表面,被陶瓷线圈接收,经过放大电路放大后,
利用采集卡或者示波器读取超声反射波与缺陷回波之间的时间差t;
步骤(4),按照公式d=1/2*v*t计算缺陷到试样表面的距离d,
从而完成缺陷的定位分析;v为超声在被测金属材料内的传播速度;
步骤(5),按照公式d=1/2*v*t计算缺陷到试样表面的距离d,
从而完成缺陷的定位分析;v为超声在被测金属材料内的传播速度,
为已知值,需要根据待测试样的温度进行修正;与事先预制平底孔的
金属试样进行缺陷回波信号对比,确定缺陷的当量直径。
2.根据权利要求1所述的550℃高温金属材料电磁超声体波探伤
方法,其特征在于:上述步骤(2)中所述的高频、大功率正弦脉冲串
电流为0.5MHz~5MHz、10周期~20周期正弦脉冲串、电流10A~100A。
3.实现权利要求1所述的550℃高温金属材料电磁超声体波探伤
方法的装置,包括高温电磁超声...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴运新石文泽谭良辰龚海张涛杨键刚韩雷李伟范吉志
申请(专利权)人:中南大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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