[發(fā)明專利]一種內(nèi)穿式橫向脈沖渦流檢測探頭及其使用方法

有效

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• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112415088B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付躍文;楊帆;余兆虎
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: G01N27/904
• 分類號: G01N27/904
• 代理公司: 南昌市平凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 張文杰

本發(fā)明公開了一種內(nèi)穿式橫向脈沖渦流檢測探頭及其使用方法，包括非鐵磁性管道探頭體和鐵磁性管道探頭體，探頭體分別與脈沖渦流檢測儀相連，使用所選擇的探頭體對被檢管道進(jìn)行內(nèi)穿式檢測，將脈沖渦流檢測儀采集到的衰減電壓數(shù)據(jù)，繪制出不同時窗的檢測電壓衰減曲線剖面圖，通過上述電壓衰減曲線剖面圖反映接收線圈附近管道的缺陷信息，以此判斷裂紋的存在情況。本發(fā)明對于非鐵磁性管道來說，較傳統(tǒng)渦流檢測探頭擁有更高的檢測靈敏度；而對于鐵磁性管道來說，其制造成本低，適合工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，能夠在鐵磁材料無磁飽和的情況下，檢測出管中的深層缺陷，良好的檢測靈敏度對實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)有重要幫助。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁渦流無損檢測領(lǐng)域，特別涉及一種針對薄壁小徑管的內(nèi)穿式橫向脈沖渦流檢測探頭及其使用方法。

背景技術(shù)

工業(yè)應(yīng)用中，換熱器管道周向裂紋的檢出一直是亟待解決的難題。換熱器管道壁厚較薄、管徑較小（管徑≤89mm）。由于被檢管件外部周圍結(jié)構(gòu)的原因，檢測通常在管內(nèi)進(jìn)行。由于周向裂紋的方向特性，很容易引致管道斷裂事故，因此對該類裂紋的檢測尤為重要。

渦流檢測技術(shù)是一種工業(yè)中常用的無損檢測方法，其利用法拉第電磁感應(yīng)原理，對導(dǎo)電材料的表面或近表面缺陷進(jìn)行檢測。常規(guī)渦流檢測以單一頻率激勵，渦流場又具有趨膚效應(yīng)，即渦流會趨向集中于導(dǎo)體材料的表面部分，其滲透深度與材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率以及檢測頻率有關(guān)，關(guān)系滿足：

；

受趨膚效應(yīng)限制，常規(guī)渦流檢測對管道埋深缺陷檢測靈敏度較弱，尤其是檢測鐵磁性管道。鐵磁性材料磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，而常規(guī)渦流檢測頻率通常在兩百赫茲以上，故在檢測鐵磁性管道時往往只能發(fā)現(xiàn)較淺的表面缺陷。

脈沖渦流檢測技術(shù)基于傳統(tǒng)渦流檢測發(fā)展的一種技術(shù)，與傳統(tǒng)檢測采用單一頻率激勵源不同的是使用脈沖激勵。如果導(dǎo)體中出現(xiàn)缺陷，則導(dǎo)體中的脈沖渦流流向及其產(chǎn)生電磁場會發(fā)生變化。因?yàn)槊}沖激勵包含從直流到高頻（一般為幾萬赫茲到幾十萬赫茲）的寬頻譜，不同頻率形成的渦流在金屬中會形成不同的趨膚深度，故可以一次性掃描檢測不同深度的缺陷。

傳統(tǒng)的內(nèi)穿過式Bobbin探頭在管壁中產(chǎn)生的渦流是沿周向的，并與周向裂紋平行，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的渦流擾動信號很小。傳統(tǒng)的Bobbin線圈探頭改為斜角線圈探頭，其產(chǎn)生的渦流流向可與周向裂紋產(chǎn)生更大夾角，增加渦流擾動信號，以提高對周向缺陷的檢測靈敏度。然而，所提出的探頭存在盲點(diǎn)，可以通過使用多個傾斜探頭消除盲點(diǎn)，但在渦流檢測系統(tǒng)中需要多個通道，增加了成本。

渦流陣列探頭是另一種能夠有效檢測周向裂紋的方法。單獨(dú)使用或與不同繞線驅(qū)動線圈一起使用的柔性基板中的平面梯形線圈用于檢測管道內(nèi)表面上任何方向的缺陷。X探頭是渦流陣列探頭的一種，它使用不同方向的發(fā)射檢測線圈來檢測不同方向的裂紋。然而，這種探頭要許多發(fā)射-檢測線圈對來覆蓋整個管道區(qū)域，并且需要很多通道，這使得系統(tǒng)復(fù)雜且成本高昂。陣列探頭通常提供很高的檢測速度，但它們需要復(fù)雜的激勵和后處理設(shè)計。

渦流旋轉(zhuǎn)探頭（MRPC）所產(chǎn)生的渦流在周向和軸向方向都可以與裂紋相互作用，但掃描速度僅為每轉(zhuǎn)幾毫米，檢查速度非常慢，使檢測既昂貴又費(fèi)時。

旋轉(zhuǎn)磁場探頭利用三相交流電驅(qū)動的三相勵磁繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該類探頭對各種方位的缺陷都很敏感，但其在管壁周圍產(chǎn)生的渦流不均勻，大大增加了信號解釋的復(fù)雜性。為此，研究者提出了另一種基于旋轉(zhuǎn)電流激勵的探頭，該探頭由一對軸向和周向激勵線圈與GMR傳感器共同產(chǎn)生，用于檢測感應(yīng)磁場。探頭對軸向和周向缺陷都很敏感，但覆蓋整個周長所需的GMR傳感器數(shù)量又可能會增加檢測系統(tǒng)的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種內(nèi)穿式橫向脈沖渦流檢測探頭及其使用方法，使渦流垂直于圓周裂紋，以提高檢測靈敏度，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效地識別管徑小且壁薄的換熱器管道上的周向裂紋，解決鐵磁性管道由于其電磁學(xué)特性，檢測信號被噪聲淹沒的問題，獲得更高的裂紋檢出率。