检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头及方法技术

本发明专利技术属于电磁无损检测技术领域，涉及检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头及方法。本发明专利技术探头包括激励元件、检测元件和固定架(9)；所述固定架(9)包括扫查架连接部(91)及元件安装部(92)，元件安装部(92)上设有元件安装面(921)；所述激励元件由大激励线圈(1)、大激励线圈绕线柱(6)、小激励线圈(2)、小激励线圈绕线柱(7)组成；所述检测元件包括检测线圈(3)、检测线圈绕线柱(8)、磁场屏蔽板(4)和磁场屏蔽筒(5)；所述大激励线圈绕线柱(6)、小激励线圈绕线柱(7)和检测线圈绕线柱(8)依次线性排列，底端分别垂直固定安装在元件安装面(921)上。本发明专利技术探测深度大，可达25mm。

【技术实现步骤摘要】
检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头及方法
本专利技术属于电磁无损检测
，涉及一种用于核电及其他重要工业领域缺陷检测的涡流探头，尤其涉及一种检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头及方法。
技术介绍
涡流检测是常规无损检测技术之一，是以电磁感应原理为基础，依据材料电磁性能变化来对材料及构件实施缺陷探测和性能测试的电磁检测方法。涡流检测方法使用激励线圈在试件中产生旋涡状的感应交变电流，通过线圈的电压信号变化来判断缺陷的位置和大小。该法具有非接触、检测速度快的特点和浅裂纹定量方面的优势，是一种对表面和近表面缺陷进行定量无损评价的有效方法。涡流检测方法广泛应用于用于石油化工、电力冶金等行业，以及航空航天、核电设备等重要领域。目前常规涡流检测基本停留在近表层缺陷的检测，因为存在明显的集肤效应，涡流被限制在导体表面及近表面，所以对装备零件中较深缺陷以及深层缺陷识别能力有限。涡流的标准渗透深度是指当材料中的涡流密度达到材料表面涡流密度的37%时的材料深度。制约涡流渗透深度的因素有激励频率、激励电流大小以及材料的电磁特性等。增加涡流探头的穿透能力常采用低频激励、远场涡流以及脉冲涡流。虽然通过优化激励频率等措施，可以在一定程度上提高对深裂纹的检测效果，但同时存在其他问题：如采用低频激励及远场涡流虽然可增大涡流渗透深度、提高探头检测深层缺陷的能力，但同时会导致探头分辨率低、信噪比低、检测速度低，并引发了探头的速度效应和检测信号分辨困难等问题；采用脉冲涡流利用多频信号检测缺陷，相对于传统涡流检测具有一定优势，但脉冲涡流信号在产生、传输及接收过程中，会受到噪声污染，所采用的霍尔元件灵敏度不高，分辨率易受偏移量和噪声影响。常规均匀涡流探头虽然解决了分辨率低、信噪比低等问题，但仍无法摆脱集肤效应的限制，所能探测到的裂纹深度有限，对较深裂纹仍然无法获得理想的检测结果，而且所采用的矩形激励线圈在材料中所感应产生的涡流具有方向性，容易对平行于涡流流动方向的裂纹产生漏检。综上，现有技术存在的主要问题有：(1)传统涡流探头所产生的涡流渗透深度过小，难以检测到深裂纹的问题；(2)深裂纹检测信号受激励磁场噪声干扰的问题；(3)均匀涡流探头对裂纹方向敏感的问题。因此，研究能有效识别金属材料中的深裂纹、适用于核电设备及其他重要工业领域大型厚壁构件缺陷检测的涡流检测探头，在保障设备安全运行、评定设备寿命、降低设备维护成本等方面具有重要意义和前景。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头及检测方法，通过利用尺寸大小不等的两个圆形激励线圈保持一定中心距成线性排列，并通以大小不等的反向激励电流，分别在材料深度方向上产生不同分布的涡流，且使材料表面涡流反向抵消，材料内部涡流密度变大，在试件材料中产生可检测深裂纹的涡流分布，从而达到增加渗透深度的目的。和常规涡流探头及低频激励方法等现有技术相比，本专利技术可有效提高裂纹的检测深度，同时具有较高分辨率和较高的检测速度，可用于厚壁构件开口疲劳深裂纹及应力腐蚀深裂纹缺陷的在线高速检测，为工业设备及产品的定量检测和评估提供准确可靠的依据。本专利技术采用的技术方案是：检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头，包括激励元件、检测元件和固定架；其特征在于：所述固定架包括扫查架连接部及元件安装部，所述元件安装部上设置有元件安装面；所述激励元件、检测元件均安装在所述元件安装面上；所述大激励线圈绕制在大激励线圈绕线柱上，所述小激励线圈绕制在小激励线圈绕线柱上；所述激励元件包括大激励线圈、大激励线圈绕线柱、小激励线圈、小激励线圈绕线柱；所述大激励线圈绕线柱、小激励线圈绕线柱垂直固定安装在固定架的元件安装面上；所述检测元件安装在激励元件旁边，包括检测线圈、检测线圈绕线柱、磁场屏蔽板和磁场屏蔽筒；所述磁场屏蔽板为一圆形片，中心开设有供检测线圈绕线柱穿过的通孔；所述磁场屏蔽筒为两端开口的筒；所述磁场屏蔽板、检测线圈和磁场屏蔽筒依次套在检测线圈绕线柱上，检测线圈位于磁场屏蔽板和磁场屏蔽筒形成的屏蔽外壳内。进一步，所述检测线圈绕线柱垂直固定安装在固定架的元件安装面上，与小激励线圈绕线柱、大激励线圈绕线柱依次线性排列；所述大激励线圈、小激励线圈和检测元件依次线性排列；所述大激励线圈、小激励线圈和检测元件依次线性排列。进一步，所述检测元件有一组。进一步，所述大激励线圈、小激励线圈和检测线圈均为圆形涡流线圈，其中，所述大激励线圈的直径大于小激励线圈的直径，小激励线圈的直径大于检测线圈的直径。进一步，所述大激励线圈绕线柱和小激励线圈绕线柱的直径大于检测线圈绕线柱的直径。进一步，所述大激励线圈、小激励线圈、大激励线圈绕线柱、小激励线圈绕线柱、检测线圈和检测线圈绕线柱顶端面齐平，以保持大激励线圈、小激励线圈和检测线圈在检测过程中固定的相对位置关系。进一步，所述磁场屏蔽板、检测线圈和磁场屏蔽筒的轴线重合。进一步，所述扫查架连接部上设置有多个安装孔，用于将所述连环式涡流探头整体安装在扫查架上。进一步优选地，所述安装孔有两个，对称分布于扫查架连接部上。进一步，所述大激励线圈绕线柱和小激励线圈绕线柱、检测线圈绕线柱和固定架均由PVC材料制成。进一步，所述大激励线圈、小激励线圈和检测线圈均由漆包线绕制而成。进一步，所述固定架呈T字型；所述T字型水平部分即为元件安装部，所述T字型水平部分顶端面即为元件安装面，所述T字型竖直部分即为扫查架连接部。进一步，分别采用频率相同、电流大小不同、相位不同的正弦交变电流对所述大激励线圈和小激励线圈进行激励，以在材料中产生具有较大穿透能力的涡流。本专利技术所述连环式涡流探头的装配方法为：首先，安装激励元件。先将大激励线圈绕线柱和小激励线圈绕线柱的一端分别垂直固定安装在固定架元件安装部的元件安装面上，再将大激励线圈和小激励线圈分别绕制在大激励线圈绕线柱和小激励线圈绕线柱上，保持大激励线圈、小激励线圈的顶端面和大激励线圈绕线柱、小激励线圈绕线柱顶端面齐平。其次，安装检测元件。先将检测线圈绕线柱的一端垂直固定安装在固定架元件安装部的元件安装面上，使大激励线圈绕线柱、小激励线圈绕线柱和检测线圈绕线柱依次线性排列；将磁场屏蔽板安装在检测线圈绕线柱上，再将检测线圈绕在检测线圈绕线柱上，然后将磁场屏蔽筒套在检测线圈外围，使检测线圈底端和径向外围被磁场屏蔽板与磁场屏蔽筒形成的屏蔽外壳包围，并使磁场屏蔽板、磁场屏蔽筒和检测线圈中心保持同轴。第三，线圈绕制完毕后，将整个探头通过固定架上的安装孔安装在扫查架上。基于上述方案，本专利技术采用的另一个技术方案是：一种利用上述连环式涡流探头对检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹进行检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.探头装配：按上述方法进行装配；S2.将大激励线圈和小激励线圈的引线分别连接至两个交流电源，将检测线圈的线圈引线连接至示波器；S3.向大激励线圈和小激励线圈中持续通入频率相同、电流大小不同、相位不同的稳态正弦交变电流进行激励；S4.通过扫查架使探头在试件材料表面进行扫查；扫查时，使检测线圈位于扫查方向的最前方，三个线圈成线性排列，和扫查路径共线，沿扫查路径进行扫查。缺陷处的涡流场受到缺陷的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头，包括激励元件、检测元件和固定架(9)；其特征在于：所述固定架(9)包括扫查架连接部(91)及元件安装部(92)，所述元件安装部(92)上设置有元件安装面(921)；所述激励元件、检测元件均安装在所述元件安装面(921)上；所述激励元件包括大激励线圈(1)、大激励线圈绕线柱(6)、小激励线圈(2)、小激励线圈绕线柱(7)；所述大激励线圈绕线柱(6)、小激励线圈绕线柱(7)垂直固定安装在固定架(9)的元件安装面(921)上；所述大激励线圈(1)绕制在大激励线圈绕线柱(6)上，所述小激励线圈(2)绕制在小激励线圈绕线柱(7)上；所述检测元件安装在激励元件旁边，包括检测线圈(3)、检测线圈绕线柱(8)、磁场屏蔽板(4)和磁场屏蔽筒(5)；所述磁场屏蔽板(4)为一圆形片，中心开设有供检测线圈绕线柱(8)穿过的通孔；所述磁场屏蔽筒(5)为两端开口的筒；所述磁场屏蔽板(4)、检测线圈(3)和磁场屏蔽筒(5)依次套在检测线圈绕线柱(8)上，检测线圈(3)位于磁场屏蔽板(4)和磁场屏蔽筒(5)形成的屏蔽外壳内；所述检测线圈绕线柱(8)垂直固定安装在固定架(9)的元件安装面(921)上，与小激励线圈绕线柱(7)、大激励线圈绕线柱(6)依次线性排列；所述大激励线圈(1)、小激励线圈(2)和检测元件依次线性排列。...

【技术特征摘要】
1.检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头，包括激励元件、检测元件和固定架(9)；其特征在于：所述固定架(9)包括扫查架连接部(91)及元件安装部(92)，所述元件安装部(92)上设置有元件安装面(921)；所述激励元件、检测元件均安装在所述元件安装面(921)上；所述激励元件包括大激励线圈(1)、大激励线圈绕线柱(6)、小激励线圈(2)、小激励线圈绕线柱(7)；所述大激励线圈绕线柱(6)、小激励线圈绕线柱(7)垂直固定安装在固定架(9)的元件安装面(921)上；所述大激励线圈(1)绕制在大激励线圈绕线柱(6)上，所述小激励线圈(2)绕制在小激励线圈绕线柱(7)上；所述检测元件安装在激励元件旁边，包括检测线圈(3)、检测线圈绕线柱(8)、磁场屏蔽板(4)和磁场屏蔽筒(5)；所述磁场屏蔽板(4)为一圆形片，中心开设有供检测线圈绕线柱(8)穿过的通孔；所述磁场屏蔽筒(5)为两端开口的筒；所述磁场屏蔽板(4)、检测线圈(3)和磁场屏蔽筒(5)依次套在检测线圈绕线柱(8)上，检测线圈(3)位于磁场屏蔽板(4)和磁场屏蔽筒(5)形成的屏蔽外壳内；所述检测线圈绕线柱(8)垂直固定安装在固定架(9)的元件安装面(921)上，与小激励线圈绕线柱(7)、大激励线圈绕线柱(6)依次线性排列；所述大激励线圈(1)、小激励线圈(2)和检测元件依次线性排列。2.如权利要求1所述的检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头，其特征在于：所述大激励线圈(1)、小激励线圈(2)和检测线圈(3)均为圆形涡流线圈；所述大激励线圈(1)的直径大于小激励线圈(2)的直径，小激励线圈(2)的直径大于检测线圈(3)的直径；所述大激励线圈绕线柱(6)和小激励线圈绕线柱(7)的直径大于检测线圈绕线柱(8)的直径。3.如权利要求2所述的检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头，其特征在于：所述小激励线圈(2)的尺寸为：外半径Ro2=3.2mm，内半径Ri2=1.2mm，高度H2=1.6mm；所述检测线圈(3)基本尺寸为：外半径ro3=1.6mm，内半径ri3=0.6mm，高度hC3=0.8mm；大激励线圈(1)和小激励线圈(2)的中心距:S1,2=28mm，小激励线圈(2)和检测线圈(3)的中心距：S2,3=5mm。4.如权利要求1所述的检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头，其特征在于：所述大激励线圈(1)、小激励线圈(2)、大激励线圈绕线柱(6)、小激励线圈绕线柱(7)、检测线圈(3)和检测线圈绕线柱(8)顶端面齐平。5.如权利要求1所述的检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头，其特征在于：所述磁场屏蔽板(4)、检测线圈(3)和磁场屏蔽筒(5)的轴线重合。6.如权利要求1所述的检测开口...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东利，武美先，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏,64