CN107127133B - 一种横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器 - Google Patents

一种横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器 Download PDF

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Abstract

本发明属于属于无损检测中超声检测技术领域，涉及一种横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，包括保护外壳、握持结构、行走支撑结构、永磁铁、线圈和轭铁，其特征在于：保护外壳为拱形，保护外壳两侧平面连接有行走支撑结构，一侧行走支撑结构的另一侧连接有握持结构，保护外壳外弧面上侧开有容纳槽，容纳槽内连接有轭铁，轭铁上端面连接有两个永磁铁，永磁铁上端面为弧面，两块永磁铁中间连接有线圈，两块永磁铁的弧面磁性相反。其可以产生沿管道不同方向传播的电磁超声导波，从而实现管道任意方向螺旋导波的产生和任意方向管道缺陷的检测。

Description

一种横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器
技术领域
本发明属于无损检测中超声检测技术领域，涉及一种横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，具体涉及一种应用于管道无损检测的横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器。
背景技术
金属管道种类繁多、数量大，应用广泛。应用于诸如电力电站、石化、石油，化工行业，机械行业、长输油气、供水工程，跨海大桥，码头桥桩给水、排水、供热、供煤气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。管道的无损检测对其使用的安全评价和修复具有重要作用。电磁超声检测技术是超声波无损检测技术的一种，是无损检测领域一种新型、有效的技术，可用于金属材料的检测。电磁超声波检测的原理与传统压电超声波检测技术不同。在工业领域中，电磁超声检测具有非接触、无需耦合剂等优势，在管道检测中有广泛的应用市场。
电磁超声换能器是电磁超声检测的关键。电磁超声换能器即是超声检测的探头部分，是产生和接收超声波的核心部件。线圈置于被测工件近表面，对线圈通交变电流，在近表面内部产生涡流，在磁场偏置作用下，交变涡流受到交变的洛伦兹力。涡流质点在交变洛伦兹力的作用下，形成机械振动，产生超声波。在电磁超声检测应用过程中，因线圈形状和与磁场偏置不同，产生不同种类超声波。根据超声波的传播原理，进行金属管道无损检测。
金属管道的缺陷普遍存在周向、纵向、斜向的多方向性缺陷，而传统研究的电磁超声换能器仅能产生单一纵向导波或周向导波，不能满足电磁超声管道检测的实际需求。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种横波模式管道内检测电磁超声螺旋导波换能器，可以产生沿管道不同方向传播的电磁超声导波，从而实现管道任意方向螺旋导波的产生和任意方向管道缺陷的检测。
技术方案：
一种横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，包括保护外壳、握持结构、行走支撑结构、永磁铁、线圈和轭铁，其特征在于：保护外壳为拱形，保护外壳两侧平面连接有行走支撑结构，一侧行走支撑结构的另一侧连接有握持结构，保护外壳外弧面上侧开有容纳槽，容纳槽内连接有轭铁，轭铁上端面连接有两个永磁铁，永磁铁上端面为弧面，两块永磁铁中间连接有线圈，两块永磁铁的弧面磁性相反。
所述行走支撑结构由支撑件和滑轮组成，支撑件连接于保护外壳两侧平面，滑轮安装于支撑件上部。
所述握持结构由连接角件、手柄、内杆和把手组成，连接角件连接在行走支撑结构的支撑件一侧，内杆螺纹连接于手柄的一端，内杆连接在连接角件的另一侧，手柄的端部一侧连接有把手。
所述把手设有扣手槽，扣手槽为四个圆横向交叠组成。
所述手柄和内杆上还连接有锁紧件。
所述手柄为管状结构，管状结构一端是封闭的，管壁一侧开有豁口，内壁设有内螺纹，内杆为圆柱形，外壁设有与手柄内壁内螺纹相匹配的外螺纹，内杆间隔开有环形槽，锁紧件和环形槽宽度与豁口宽度相同，锁紧件包括锁紧件A和锁紧件B，锁紧件A一侧设有半圆槽A，半圆槽A直径与内杆的环形槽内直径相匹配，锁紧件B一侧设有半圆槽B，半圆槽B直径与手柄的外直径相匹配。
所述支撑件为“L”型，下部转角处上平面紧贴于保护外壳内弧面，上侧中间开有方槽，滑轮安装于方槽内。
所述线圈为柔性线圈，线圈整体断面为拱形，其下弧面与永磁铁上弧面重合，平面所视线圈为倾斜曲折形状，工作导线长于端线，工作导线与端线不垂直。
所述轭铁平面中间位置设有注胶通道A，保护外壳与注胶通道A相对应的位置设有注胶通道B。
优点及效果：
与传统压电超声检测比较，电磁超声检测在实际应用中有以下优势：对被测工件要求低，不需要与被测工件接触，就可向其发射和接收返回的超声波，因此对被探工件表面不要求特殊清理，较粗糙的表面也可直接探伤；电磁超声换能器不需要任何耦合介质，因其是靠电磁效应发射和接收超声波的，其能量转换则是在被测工件表面的趋肤层内进行的；适用范围广，电磁超声换能器可通过更换线圈产生不同种类的超声波。与管道外检测设备相比，管道内检测更适用于检测长埋于地下油气管道。
电磁超声管道螺旋导波换能器可通过改变工作夹角，即工作导线与端线之间的夹角产生不同升角的螺旋导波。与传统管道纵向超声导波或周向超声导波相比，该螺旋导波能实现管道纵向、周向、斜向即任意方向的超声波的产生和缺陷检测，使得电磁超声管道检测范围全面，广泛。
采用拱形磁铁提供横波模式的电磁超声螺旋导波换能器的横向偏置磁场，换能器线圈采用曲折结构线圈，当曲折线圈两端通高频高压交流电时，工件近表面产生涡电流，涡电流质点在横向偏置磁场作用下受到洛伦兹力，在工件内部振动产生电磁超声导波。通过设置曲折线圈的工作导线和端线间的夹角，实现任意升角的螺旋导波。导波传播方向与工作导线正交垂直。当线圈环向包围管道放置时，产生的超声导波将沿管道螺旋方向传播，工作夹角为工作导线与端线间夹角的余角，工作夹角决定螺旋升角，大小相同。此结构产生的电磁超声管道螺旋导波为横波模式。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细说明：
图1为本换能器立体示意图；
图2为本换能器立体***示意图；
图3为支撑件示意图；
图4为手柄示意图；
图5为内杆示意图；
图6为锁紧件示意图；
图7为线圈与永磁铁相对位置示意图。
所述标注为：1.保护外壳、2.永磁铁、3.线圈、4.轭铁、5.容纳槽、6.支撑件、7.滑轮、8.连接角件、9.手柄、10.把手、11.扣手槽、12.方槽、13.工作导线、14.端线、15.注胶通道A、16.注胶通道B、17.内杆、18.锁紧件、19.豁口、20.环形槽、21.锁紧件A、22.锁紧件B、23.半圆槽A、24.半圆槽B。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示一种横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，包括保护外壳1、握持结构、行走支撑结构、永磁铁2、线圈3和轭铁4，保护外壳1为拱形，保护外壳1两侧平面连接有行走支撑结构，行走支撑结构由支撑件6和滑轮7组成，支撑件6为L型，下部转角处上平面紧贴于保护外壳1内弧面，上侧中间开有方槽12，滑轮7安装于方槽12内。支撑件6连接于保护外壳1两侧平面，滑轮7安装于支撑件6上部。一侧行走支撑结构的另一侧连接有握持结构，握持结构由连接角件8、手柄9、内杆17、锁紧件18和把手10组成，连接角件8连接在行走支撑结构的支撑件6一侧，内杆17螺纹连接于手柄9的一端，内杆17连接在连接角件8的另一侧，手柄的端部一侧连接有把手10。把手10设有扣手槽11，扣手槽11为四个圆横向交叠组成。手柄9为管状结构，管状结构一端是封闭的，管壁一侧开有豁口19，内壁设有内螺纹，内杆17为圆柱形，外壁设有与手柄9内壁内螺纹相匹配的外螺纹，内杆17间隔开有环形槽20，锁紧件18和环形槽20宽度与豁口19宽度相同，锁紧件18包括锁紧件A 21和锁紧件B 22，锁紧件A 21一侧设有半圆槽A 23，半圆槽A 23直径与内杆17的环形槽20内直径相匹配，锁紧件B 22一侧设有半圆槽B 24，半圆槽B 24直径与手柄9的外直径相匹配。手持装置可以依此结构调节改变不同的长度。保护外壳1外弧面上侧开有容纳槽5，容纳槽5内连接有轭铁4，轭铁4上端面连接有两个永磁铁2，永磁铁2上端面为弧面，两块永磁铁2中间连接有线圈3，两块永磁铁2的弧面磁性相反。线圈3为柔性线圈，线圈3整体断面为拱形，其下弧面与永磁铁2上弧面重合，平面所视线圈3为倾斜曲折形状，工作导线13长于端线14，工作导线13与端线14不垂直。所述轭铁4平面中间位置设有注胶通道A 15，保护外壳1与注胶通道A 15相对应的位置设有注胶通道B 16，能够通过注胶固定线圈3。
使用方式：将本横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器置于被检测管道内表面，线圈3两端接通高频高压交变电，被测工件内表面产生涡流效应，涡流质点受永磁铁提供的横向偏置磁场，受纵向机械振动，产生横波模式超声波。根据超声波在管道中传播情况，判断被测管道是否有裂纹存在。螺旋导波可检测管道中的斜向裂纹、纵向裂纹和周向裂纹。检测后，将电流断开，将本横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器抽离出管道。
本发明一种横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，提出的螺旋导波概念和产生的螺旋导波涵盖了空心圆柱体传统研究的纵向导波和周向导波。螺旋升角可任意设定的电磁超声导波产生和任意方向管道缺陷的检测，对超声波管道缺陷检测具有更好的普遍适用性和广泛推广性，对于电磁超声检测技术工程应用至关重要。管道裂纹根据所在位置和走向可以分为：轴向裂纹、周向裂纹和斜向裂纹，其中斜向裂纹最常见。本发明可实现任意方向裂纹检测。

Claims (8)

1.一种横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，包括保护外壳、握持结构、行走支撑结构、永磁铁、线圈和轭铁，其特征在于：保护外壳为拱形，保护外壳两侧平面连接有行走支撑结构，一侧行走支撑结构的另一侧连接有握持结构，保护外壳外弧面上侧开有容纳槽，容纳槽内连接有轭铁，轭铁上端面连接有两个永磁铁，永磁铁上端面为弧面，两块永磁铁中间连接有线圈，两块永磁铁的弧面磁性相反；
所述线圈为柔性线圈，线圈整体断面为拱形，其下弧面与永磁铁上弧面重合，平面所视线圈为倾斜曲折形状，工作导线长于端线，工作导线与端线不垂直。
2.根据权利要求1所述横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，其特征在于：所述行走支撑结构由支撑件和滑轮组成，支撑件连接于保护外壳两侧平面，滑轮安装于支撑件上部。
3.根据权利要求1所述横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，其特征在于：所述握持结构由连接角件、手柄、内杆和把手组成，连接角件连接在行走支撑结构的支撑件一侧，内杆螺纹连接于手柄的一端，内杆连接在连接角件的另一侧，手柄的端部一侧连接有把手。
4.根据权利要求3所述横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，其特征在于：所述把手设有扣手槽，扣手槽为四个圆横向交叠组成。
5.根据权利要求3所述横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，其特征在于：所述手柄和内杆上还连接有锁紧件。
6.根据权利要求5所述横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，其特征在于：所述手柄为管状结构，管状结构一端是封闭的，管壁一侧开有豁口，内壁设有内螺纹，内杆为圆柱形，外壁设有与手柄内壁内螺纹相匹配的外螺纹，内杆间隔开有环形槽，锁紧件和环形槽宽度与豁口宽度相同，锁紧件包括锁紧件A和锁紧件B，锁紧件A一侧设有半圆槽A，半圆槽A直径与内杆的环形槽内直径相匹配，锁紧件B一侧设有半圆槽B，半圆槽B直径与手柄的外直径相匹配。
7.根据权利要求2或3所述横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，其特征在于：所述支撑件为“L”型，下部转角处上平面紧贴于保护外壳内弧面，上侧中间开有方槽，滑轮安装于方槽内。
8.根据权利要求1所述横波模式电磁超声管道内检测螺旋导波换能器，其特征在于：所述轭铁平面中间位置设有注胶通道A，保护外壳与注胶通道A相对应的位置设有注胶通道B。
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