一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器制造技术

本发明专利技术属于钢管测厚技术领域，具体涉及一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器。该管波电磁超声换能器包括磁化装置、电磁超声发射线圈和电磁超声接收线圈；磁化装置在被测钢管上施加一轴向的激磁场，当电磁超声发射线圈中通以高频脉冲时，在被测钢管表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力作用下产生周期性振动，该周期性振动沿被测钢管的轴向传播形成超声管波，电磁超声接收线圈测量该超声管波波形。本发明专利技术不再需要像传统的压电超声探伤那样使用液态耦合介质，且换能器不需要与被检测钢管接触，只在钢管穿过该电磁超声换能器的过程中即完成对钢管的壁厚测量。

A tube wave electromagnetic ultrasonic transducer for measuring steel tube wall thickness

The invention belongs to the technical field of steel tube thickness measurement, in particular to a tube wave electromagnetic ultrasonic transducer for measuring the thickness of steel tubes. The tube wave electromagnetic ultrasonic transducer consists of the magnetization device, the electromagnetic ultrasonic emission coil and the electromagnetic ultrasonic receiving coil. The magnetization device exerts an axial magnetic field on the measured steel tube. When the electromagnetic ultrasonic emission coil is connected with high frequency pulse, the eddy current is induced on the surface of the measured steel tube, and the charged particle is produced under the action of Lorenz force. The periodic vibration is generated along the axial direction of the measured steel tube to form an ultrasonic tube wave. The electromagnetic wave receiving coil is used to measure the waveform of the ultrasonic tube. The invention no longer needs liquid coupling medium like the traditional piezoelectric ultrasonic flaw detection, and the transducer does not need to contact the tested steel tube, and the wall thickness measurement of the steel tube is completed only in the process of the steel pipe passing through the electromagnetic ultrasonic transducer.

【技术实现步骤摘要】
一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器
本专利技术属于钢管测厚
，具体涉及一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器。
技术介绍
在钢管轧制过程中，一旦产生壁厚不均或厚度超差，若继续进行后续工艺制造(如矫直、热处理、精整等)将会造成能源浪费，还会给钢管成品阶段的检测带来负担。因此，钢管在中间阶段的实时壁厚测量对钢管企业的节能降耗意义重大。钢管在轧制阶段的壁厚测量，因为其温度较高，所以不宜使用以水或油作为耦合介质的传统压电超声测厚技术。早期在钢管轧制线上应用的射线透照壁厚测量方法，也因为辐射防护问题和测量精度差而逐渐被淘汰使用。电磁超声方法不使用耦合剂，是少数能够适应中间阶段恶劣环境下检测的无损检测方法之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器装置，将其安装在钢管的生产线(如轧制后的传输线)上，可对钢管壁厚实施逐段均值测量，及时发现超差缺欠，避免后续工序的能源浪费，确保钢管产品的质量，降本增效。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：本专利技术提供一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，包括磁化装置1、电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3；其中，两个所述磁化装置1沿被测钢管4的轴线间隔并列布置，磁化装置1的中部开有用于被测钢管4穿过的圆孔；电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3与磁化装置1的中部圆孔同轴地设置在两个磁化装置1之间；所述磁化装置1在被测钢管4上施加一轴向的激磁场B，当电磁超声发射线圈2中通以高频脉冲时，在被测钢管4表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力作用下产生周期性振动，该周期性振动沿被测钢管4的轴向传播形成超声管波，电磁超声接收线圈3测量该超声管波波形。所述磁化装置1包括线包5和壳体6，线包5围绕壳体6的中部圆孔由漆包线绕制而成；两个并列的磁化装置1的线包5串行连接；当在线包5中通以直流电时，即在被测钢管4中产生一轴向分布的激磁场B。所述外壳6采用铁磁材料制作，由线包5产生的激磁场B被限制在由外壳6和被测钢管4构成的磁回路中。所述电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3均由中空柱管骨架和绕制在骨架上的线圈构成；所述电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3的骨架相同，均采用非金属材料制作；所述骨架的外表面上设置有线圈槽，所述线圈槽包括多个环行槽和两个关于骨架轴对称的轴向槽；线圈均采用漆包线绕制，并在线圈槽中呈回折形方式绕制。电磁超声发射线圈2的发射线圈与电磁超声接收线圈3的接收线圈采用的线径和绕制的匝数不同。发射线圈的线径为0.5mm，共绕8～12匝；接收线圈的线径为0.05mm，共绕30～50匝。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用电磁超声激发管波进行钢管测厚，不仅速度快效率高，而且摒弃使用体波逐点测量的方法，实现对钢管的逐段均值测量，正好满足钢管轧制阶段生产检验要求。本专利技术不再需要像传统的压电超声探伤那样使用液态耦合介质，且换能器不需要与被检测钢管接触，只在钢管穿过该电磁超声换能器的过程中即完成对钢管的壁厚测量。本专利技术用于钢管的在线壁厚测量可以做到：①当钢管穿过换能器装置时，即实现对钢管壁厚的逐段均值测量。②适于钢管的在线高速检测。③由于本专利技术采用的是洛伦兹力激发超声波，所以也同样适用于非铁磁性管材的检测。④钢管测厚精度：不大于5％。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的磁化装置示意图；图3为图1中的电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3骨架示意图；图4为图1中的电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3在骨架中的绕制方法示意图。其中的附图标记为：1磁化装置2电磁超声发射线圈3电磁超声接收线圈4被测钢管5线包6外壳I高频脉冲电流B激磁场具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行进一步说明。如图1所示，一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，包括磁化装置1、电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3。其中，两个所述磁化装置1沿被测钢管4的轴线间隔并列布置，磁化装置1的中部开有用于被测钢管4穿过的圆孔。电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3与磁化装置1的中部圆孔同轴地设置在两个磁化装置1之间。所述磁化装置1在被测钢管4上施加一轴向的稳恒磁场B(又名激磁场)，当电磁超声发射线圈2中通以高频脉冲时，在被测钢管4表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力作用下产生周期性振动，此振动沿被测钢管4的轴向传播形成超声管波，电磁超声接收线圈3测量该超声管波波形。如图2所示，所述磁化装置1包括线包5和壳体6，线包5围绕壳体6的中部圆孔由漆包线绕制而成；两个并列的磁化装置1的线包5串行连接，当在其中通以直流电时，即可在被测钢管4中产生一轴向分布的激磁场B。所述外壳6采用铁磁材料制作，这样，由线包5产生的激磁场B被限制在由外壳6和被测钢管4构成的磁回路中，能最大限度地实现对被测钢管4的磁化。如图3和图4所示，所述电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3均由中空柱管骨架和绕制在骨架上的线圈构成。电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3的骨架相同，均采用非金属材料制作，以避免当线圈中通入高频脉冲电流时在骨架中感生涡流，而造成能量损失。所述骨架的外表面上设置有线圈槽，所述线圈槽包括多个环行槽和两个关于骨架轴对称的轴向槽。线圈均采用漆包线绕制，并在线圈槽中呈回折形方式绕制。电磁超声发射线圈2的发射线圈与电磁超声接收线圈3的接收线圈采用的线径和绕制的匝数是不同的。发射线圈的线径为0.5mm，共绕8～12匝；接收线圈的线径为0.05mm，共绕30～50匝。本专利技术的工作过程如下：被测钢管4穿过磁化装置1和电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3，在磁化装置1的线包5中通以直流电流，就会在被测钢管4中产生激磁场B；同时，在电磁超声发射线圈2通入高频脉冲电流I，会在被测钢管4表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力的作用下产生周期性振动，此振动沿被测钢管4轴向传播形成超声管波。管波在沿轴向传播遇到壁厚变化区域时，其相应的管波相速度会发生改变，相应的管波频率也会发生变化，通过对与电磁超声发射线圈2固定距离上设置的电磁超声接收线圈3测量到的管波波形进行频率扫描分析，可以得到此时的频率，再通过与已知相关的相位速度扩散曲线和激发频率的分析比较，经过软件程序的计算，即可得出钢管壁厚的测量结果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，其特征在于：该管波电磁超声换能器包括磁化装置(1)、电磁超声发射线圈(2)和电磁超声接收线圈(3)；其中，两个所述磁化装置(1)沿被测钢管(4)的轴线间隔并列布置，磁化装置(1)的中部开有用于被测钢管(4)穿过的圆孔；电磁超声发射线圈(2)和电磁超声接收线圈(3)与磁化装置(1)的中部圆孔同轴地设置在两个磁化装置(1)之间；所述磁化装置(1)在被测钢管(4)上施加一轴向的激磁场(B)，当电磁超声发射线圈(2)中通以高频脉冲时，在被测钢管(4)表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力作用下产生周期性振动，该周期性振动沿被测钢管(4)的轴向传播形成超声管波，电磁超声接收线圈(3)测量该超声管波波形。

【技术特征摘要】
1.一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，其特征在于：该管波电磁超声换能器包括磁化装置(1)、电磁超声发射线圈(2)和电磁超声接收线圈(3)；其中，两个所述磁化装置(1)沿被测钢管(4)的轴线间隔并列布置，磁化装置(1)的中部开有用于被测钢管(4)穿过的圆孔；电磁超声发射线圈(2)和电磁超声接收线圈(3)与磁化装置(1)的中部圆孔同轴地设置在两个磁化装置(1)之间；所述磁化装置(1)在被测钢管(4)上施加一轴向的激磁场(B)，当电磁超声发射线圈(2)中通以高频脉冲时，在被测钢管(4)表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力作用下产生周期性振动，该周期性振动沿被测钢管(4)的轴向传播形成超声管波，电磁超声接收线圈(3)测量该超声管波波形。2.根据权利要求1所述的用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，其特征在于：所述磁化装置(1)包括线包(5)和壳体(6)，线包(5)围绕壳体(6)的中部圆孔由漆包线绕制而成；两个并列的磁化装置(1)的线包(5)串行连接；当在线包(5)中通以直流电时，即在被测钢管(4)中产生一轴向分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艇，童凯，
申请(专利权)人：钢研纳克检测技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11