用于检测深裂纹的圆形相切式涡流探头制造技术

本实用新型专利技术属于电磁无损检测技术领域，涉及用于检测深裂纹的圆形相切式涡流探头。所述探头包括激励元件、检测元件和固定架(9)；所述激励元件包括大激励线圈(1)、大激励线圈绕线盘(6)、小激励线圈(2)和小激励线圈绕线柱(7)；所述大激励线圈(1)与小激励线圈(2)内切；所述检测元件包括检测线圈支座(11)、检测线圈绕线柱(8)、磁场屏蔽板(5)、检测线圈(3)和磁场屏蔽筒(4)；所述磁场屏蔽板(5)、检测线圈(3)和磁场屏蔽筒(4)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(5)和磁场屏蔽筒(4)形成的屏蔽外壳内。本实用新型专利技术探头探测深度大、效率高。

Circular tangential eddy current probe for detecting deep cracks

【技术实现步骤摘要】
用于检测深裂纹的圆形相切式涡流探头
本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，尤其涉及用于检测深裂纹的圆形相切式涡流探头。
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，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）常规涡流探头所产生的涡流渗透深度过小，无法获得深裂纹检测信号的问题；（2）材料深层缺陷的检测信号较小，易受激励磁场噪声干扰的问题；（3）常规深裂纹检测探头的线圈尺寸过大；（4）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，本技术的目的在于提供一种圆形相切式深裂纹涡流检测探头，采用三个大小不等的圆形线圈按相切关系排布，其中两个激励线圈内切，并向两个激励线圈中分别通入同频率的反向交变电流，在材料中产生反向的交变涡流。通过调整激励电流的大小和相位，使材料表面的涡流叠加为零，材料内部涡流密度变大，从而达到增加渗透深度、获取材料内部深裂纹微小信号的目的。和低频激励、远场涡流等现有技术相比，本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，可用于金属材料中的深裂纹及深层缺陷的在线检测和定量，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。本技术采用的技术方案是：用于检测深裂纹的圆形相切式涡流探头，包括激励元件、检测元件和固定架；所述固定架包括扫查架连接部及元件安装部，元件安装部上设置有元件安装面；其特征在于：所述激励元件包括大激励线圈、大激励线圈绕线盘、小激励线圈和小激励线圈绕线柱；所述大激励线圈绕线盘固定安装在元件安装部的元件安装面上；所述小激励线圈绕线柱固定安装在大激励线圈绕线盘顶端面上，二者外缘内切；大激励线圈绕制在大激励线圈绕线盘上，小激励线圈绕制在小激励线圈绕线柱上，小激励线圈外缘与大激励线圈的外缘内切；所述检测元件安装在激励元件旁边，包括检测线圈支座、检测线圈绕线柱、磁场屏蔽板、检测线圈和磁场屏蔽筒；所述检测线圈支座固定安装在元件安装部的元件安装面上，检测线圈绕线柱固定安装在检测线圈支座上；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，所述大激励线圈绕线盘、小激励线圈绕线柱和所述检测线圈绕线柱相互平行，其轴心线位于同一平面内。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；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盘和小激励线圈绕线柱的直径均大于所述检测线圈绕线柱的直径。进一步，所述大激励线圈和小激励线圈分别完全套在大激励线圈绕线盘和小激励线圈绕线柱上，以保持大激励线圈和小激励线圈在检测过程中固定的相对位置关系；所述检测线圈完全套在检测线圈绕线柱上，其远离固定架一端的顶端面与检测线圈绕线柱顶端面保持在同一平面内，以保持检测线圈在检测过程中固定的相对位置关系；所述小激励线圈与检测线圈绕线柱远离固定架一端的顶端面保持在同一平面内。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。进一步，所述磁场屏蔽筒、检测线圈以及磁场屏蔽板中心位于同一轴线上。进一步，所述固定架的扫查架连接部上设置有安装孔，用于将所述检测深裂纹的圆形相切式涡流探头整体安装在扫查架上。进一步优选地，所述安装孔有多个，对称分布于扫查架连接部上。进一步，所述大激励线圈绕线盘、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。本技术所述用于检测深裂纹的圆形相切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盘固定安装在固定架的元件安装面上，再将小激励线圈绕线柱固定安装在大激励线圈绕线盘顶端面上，使二者外缘内切；再将大激励线圈绕制在大激励线圈绕线盘上，将小激励线圈绕制在小激励线圈绕线柱上，使小激励线圈外缘与大激励线圈的外缘内切。其次，安装检测元件。先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、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保持同轴；然后将检测线圈绕线柱的底端安装在检测线圈支座上，再将检测线圈支座固定安装在固定架上，使其位于大激励线圈绕线盘旁边，且使检测线圈远离固定架一端的顶端面与检测线圈绕线柱、小激励线圈和小激励线圈绕线柱的顶端面在同一个水平面内。第三，线圈绕制完毕后，将整个探头通过安装孔安装在扫查架上。基于上述方案，本技术采用的另一个技术方案是：一种利用上述检测深裂纹的圆形相切式涡流探头对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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于检测深裂纹的圆形相切式涡流探头，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)上设置有元件安装面(921)；其特征在于：所述激励元件包括大激励线圈(1)、大激励线圈绕线盘(6)、小激励线圈(2)和小激励线圈绕线柱(7)；所述大激励线圈绕线盘(6)固定安装在元件安装部(92)的元件安装面(921)上；所述小激励线圈绕线柱(7)固定安装在大激励线圈绕线盘(6)顶端面上，二者外缘内切；大激励线圈(1)套在大激励线圈绕线盘(6)上，小激励线圈(2)套在小激励线圈绕线柱(7)上，小激励线圈(2)外缘与大激励线圈(1)的外缘内切；所述检测元件安装在激励元件旁边，包括检测线圈支座(11)、检测线圈绕线柱(8)、磁场屏蔽板(5)、检测线圈(3)和磁场屏蔽筒(4)； 所述检测线圈支座(11)固定安装在元件安装部(92)的元件安装面(921)上，检测线圈绕线柱(8)固定安装在检测线圈支座(11)上；所述磁场屏蔽板(5)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(4)为两端开口的筒；所述磁场屏蔽板(5)、检测线圈(3)和磁场屏蔽筒(4)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(5)和磁场屏蔽筒(4)形成的屏蔽外壳内。...

【技术特征摘要】
1.用于检测深裂纹的圆形相切式涡流探头，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)上设置有元件安装面(921)；其特征在于：所述激励元件包括大激励线圈(1)、大激励线圈绕线盘(6)、小激励线圈(2)和小激励线圈绕线柱(7)；所述大激励线圈绕线盘(6)固定安装在元件安装部(92)的元件安装面(921)上；所述小激励线圈绕线柱(7)固定安装在大激励线圈绕线盘(6)顶端面上，二者外缘内切；大激励线圈(1)套在大激励线圈绕线盘(6)上，小激励线圈(2)套在小激励线圈绕线柱(7)上，小激励线圈(2)外缘与大激励线圈(1)的外缘内切；所述检测元件安装在激励元件旁边，包括检测线圈支座(11)、检测线圈绕线柱(8)、磁场屏蔽板(5)、检测线圈(3)和磁场屏蔽筒(4)；所述检测线圈支座(11)固定安装在元件安装部(92)的元件安装面(921)上，检测线圈绕线柱(8)固定安装在检测线圈支座(11)上；所述磁场屏蔽板(5)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(4)为两端开口的筒；所述磁场屏蔽板(5)、检测线圈(3)和磁场屏蔽筒(4)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(5)和磁场屏蔽筒(4)形成的屏蔽外壳内。2.如权利要求1所述的用于检测深裂纹的圆形相切式涡流探头，其特征在于：所述大激励线圈绕线盘(6)、小激励线圈绕线柱(7)和所述检测线圈绕线柱(8)相互平行，其轴心线位于同一平面内。3.如权利要求1所述的用于检测深裂纹的圆形相切式涡流探头，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盘(6)和小激励线圈绕线柱(7)的直径均大于所述检测线圈绕线柱(8)的直径。4.如权利...

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