CN103115958B - 一种异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测方法和装置。该检测装置包括：信号发生装置（1）；变频磁化装置（2）；涡流探头（3），包括：发射线圈（31）；和接收线圈（32）；信号处理装置（4）；和显示装置（5）。本发明可有效实现异种钢焊缝处及其他位置处表面及近表面裂纹的有效检测，其为非接触方式，无需耦合剂，检测速度快，效率高。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测方法和检测装置。
背景技术
闪光焊是指电流在通过两个对接工件的接触表面时，由于细小接触点的电阻使得接触表面形成电弧并产生热量，将对接表面加热，在适当时间后对接头施加压力，使两个对接表面的整个区域同时牢固结合起来的电阻焊方法。
异种钢闪光焊焊缝示意图见图1，其中的异种钢材料为碳钢和不锈钢；其中，不锈钢为粗晶材料。为了保证异种钢的使用质量或寿命，需要采用有效的无损检测技术对异种钢闪光焊焊缝缺陷进行检测。
超声检测是应用最广泛的无损检测技术之一，可以进行金属、非金属和复合材料等多种构件的无损评价，对人体及环境无害，可作现场检测，但是也有应用的局限性，如需要耦合剂、存在检测盲区、难以对表面缺陷进行检测，表面粗糙的构件必须预先进行处理，对于不光滑表面、又无法进行处理的工件检测效果不佳，对两种差异性很大的材料，例如不锈钢与碳钢焊缝，界面难于区分。
射线检测技术适用于各种材料的检验，对被检工件表面和结构没有特殊要求，可应用于各种产品的检验。但是，射线检测成本高，对面积型缺陷例如裂缝的检测灵敏度低，而且对人体有伤害。例如，采用高能X射线技术拍片的方法对焊缝进行检测，该方法成本高，对人体有伤害，野外检测环境下，因防护存在问题很难实施。
磁粉检测的优点是能直观显示缺陷的形状、位置、大小、并可大致确定其性质，具有较高的灵敏度，几乎不受试件大小和形状的限制，检测速度快，工艺简单，费用低廉等，其局限性是只能用于铁磁性材料，只能发现表面和近表面缺陷，可探测的深度一般为1～2mm，检测后常需要退磁和清洗等，且存在环境污染问题。
涡流检测是以研究涡流与被测工件的相互关系为基础的一种常规无损检测方法。涡流检测技术的优点是检测速度快，线圈与试件可不直接接触，无需耦合剂，但涡流检测只局限于导电材料，只能检测表面及亚表面的缺陷，以及对形状复杂试件难于检测等；由于存在趋肤效应涡流检测只能检查薄试件或厚试件的表面、近表面部位，但无法检测内部深层缺陷，特别是具有磁屏蔽作用的铁磁性的材料。因此，采用涡流检测技术对异种钢闪光焊焊缝缺陷进行检测还需要进一步改进。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本申请提供了一种异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测装置和检测方法，该检测装置和检测方法可有效实现异种钢焊缝界面处表面及亚表面裂纹的检测，对于异种钢表面其他位置处的表面、亚表面裂纹同样也可以实现有效检测。此外，该检测装置和检测方法为非接触，不需要耦合剂，检测的速度更快，效率更高。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现的：
一种异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测装置，该检测装置包括：
信号发生装置1，其用于分别产生激励涡流探头3所需的变频信号和变频磁化装置2磁化工件时所需的变频激磁电流；
变频磁化装置2，其用于对被检测件的第一侧面进行磁化；
涡流探头3，其中，所述涡流探头3包括：发射线圈31，其用于对被检测件的第一侧面产生变频交变磁场，在被检测件的表面和亚表面感应出涡流信号；和接收线圈32，其用于在被检测件的第二侧面拾取反映被检测件表面和亚表面状况的涡流信号；
信号处理装置4，其用于处理来自涡流探头3拾取的涡流信号；
和显示装置5，其用于显示来自信号处理装置4的检测结果。
在所述检测装置中，优选地，所述发射线圈31和接收线圈32之间设置磁屏蔽6。在发射线圈和接收线圈之间增加磁屏蔽，隔离探头中由发射线圈直接到达接收线圈的磁场信号，可增强信噪比。
优选地，所述异种钢由碳钢和不锈钢组成。
此外优选地，所述被检测件的第一侧面为碳钢，所述被检测件的第二侧面为不锈钢。
本发明提供的异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测方法包括以下步骤：
1)由信号发生装置1分别产生激励涡流探头3所需的变频信号和变频磁化装置2磁化工件时所需的变频激磁电流；
2)由变频磁化装置2在被检测件的第一侧面进行磁化；
3)由信号发生装置1产生的变频信号激励涡流探头3的发射线圈31，在所述被检测件的第一侧面产生变频交变磁场，在被检测件的表面和亚表面感应出涡流信号；
4)由涡流探头3的接收线圈32在所述被检测件的第二侧面拾取反映被检测件表面和亚表面状况的涡流信号；
5)由信号处理装置4对来自涡流探头3拾取的涡流信号进行处理；
6)由显示装置5显示来自信号处理装置4的检测结果。
上述异种钢材料由碳钢和不锈钢组成。
上述被检测件的第一侧面为碳钢，所述被检测件的第二侧面为不锈钢。
在步骤2)中，变频磁化装置在被检测件的第一侧面进行磁化，磁化深度随频率变化而变化。当频率为高频时，由于趋肤效应仅其对表面进行磁化；当频率降低时，磁化的深度随频率的降低而增加。
在步骤3)中，通过变频信号激励探头发射线圈，发射线圈置于被检测件的第一侧面，发射线圈施加变频电流信号，可以感应出不同渗透深度的涡流。
在步骤4)中，接收线圈置于被检测件的第二侧面，接收信号可以反映表面和亚表面不同深度处材质的不连续性，体现出表面及亚表面裂纹。
在步骤5)中，由于接收线圈可以得到不同频率的响应信号，当无裂纹时，在不同的频域范围，探头拾取的信号经过处理(例如前置放大，A/D采样)可得到与频域相对应的几个平衡点，当存在裂纹时，信号离开平衡点，从而实现界面处裂纹的检测。
本申请提供的异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测装置和检测方法可有效实现异种钢界面处裂纹的检测，对于异种钢表面其他位置处的表面、亚表面裂纹同样也可以实现有效检测。此外，该检测装置和检测方法为非接触，不需要耦合剂，检测的速度更快，效率更高。
相比之下，异种钢之一为粗晶材料，声能衰减严重，超声波检测时在焊缝界面处(如不锈钢和碳钢的熔合线上)均有很强的反射信号，当焊缝上不同钢的界面处存在缺陷时，难于区分由于界面产生的反射信号和由于缺陷产生的缺陷信号，无法实现此种焊缝的无损检测。射线检测技术成本高，进行野外作业时，防护是问题。由于在异种钢的两种材料中，不锈钢为非铁磁材料，磁粉检测方法也无法适用。尽管常规涡流检测技术可以检测表面和亚表面的缺陷，但异种钢的两种材料一为磁性，一为非磁性，探头经过这两种金属的界面时，会有很强的信号，遮盖界面处的缺陷信号，无法对该种焊缝界面进行检测，因此常规涡流检测方法也不适用。而本发明提供的检测装置和检测方法针对此种焊缝的特点，成功地解决了焊缝界面处表面及亚表面的裂纹检测技术问题。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为异种钢焊缝纵断面示意图；
图2为本发明的检测原理图；
图3为本发明所述变频磁化装置的示意图。
图4为本发明所述的检测装置原理俯视剖面示意图。
其中，1-信号发生装置、2-变频磁化装置、3-涡流探头、31-发射线圈、32-接收线圈、4-信号处理装置、5-显示装置、6-磁屏蔽、a-碳钢、b-不锈钢介质。
具体实施方式
下面通过实施例详细说明本发明，应当理解，下述实施例仅用于说明本发明，而不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
本发明异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测装置和检测方法的检测原理图见图2、图3和图4。
该检测装置包括信号发生装置1、变频磁化装置2、涡流探头3、信号处理装置4和显示装置5。
由信号发生装置1分别产生激励涡流探头3所需的变频信号和变频磁化装置2磁化工件时所需的变频激磁电流；
由变频磁化装置2对碳钢进行磁化，磁化深度随频率变化而变化。当频率为高频时，由于趋肤效应，仅对表面进行磁化，当频率降低时，磁化的深度随频率的降低而增加。
涡流探头的发射线圈31对碳钢施加变频交变信号，在被检测件的表面和亚表面感应出涡流，由涡流探头的接受线圈32拾取反映被检测件表面和亚表面状况的涡流信号，通过前置放大，A/D采样等信号处理，由计算机进行处理和显示。通过变频信号激励涡流探头的发射线圈31，接收线圈32可以得到不同频率的响应信号，当无裂纹时，在不同的频域范围，涡流探头3拾取的信号经过处理可得到与频域相对应的几个平衡点，当存在裂纹时，信号离开平衡点，从而实现界面处裂纹的检测。
涡流探头3由发射线圈31(例如1个)和接收线圈32(例如1个)组成，发射线圈31置于碳钢侧，接收线圈32置于不锈钢侧，发射线圈31通于变频电流信号，在磁化了的碳钢上可以感应出不同渗透深度的涡流。接收信号可以得到反映表面和亚表面不同深度处材质的不连续性信号，显现表面及亚表面裂纹。发射线圈31和接收线圈32之间增加磁屏蔽6，隔离探头中由发射线圈31直接到达接收线圈32的磁场信号，可增强信噪比。
Claims (7)
1.一种异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测装置，该检测装置包括：
信号发生装置（1），其用于分别产生激励涡流探头（3）所需的变频信号和变频磁化装置（2）磁化工件时所需的变频激磁电流；
变频磁化装置（2），其用于对被检测件的第一侧面进行磁化；
涡流探头（3），其中，所述涡流探头（3）包括：发射线圈（31），其用于对被检测件的第一侧面产生变频交变磁场，在被检测件的表面和亚表面感应出涡流信号；和接收线圈（32），其用于在被检测件的第二侧面拾取反映被检测件表面和亚表面状况的涡流信号；
信号处理装置（4），其用于处理来自涡流探头（3）拾取的涡流信号；
和显示装置（5），其用于显示来自信号处理装置（4）的检测结果。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述发射线圈（31）和接收线圈（32）之间设置磁屏蔽（6）。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述异种钢由碳钢和不锈钢组成。
4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述被检测件的第一侧面为碳钢，所述被检测件的第二侧面为不锈钢。
5.一种异种钢闪光焊焊缝缺陷的检测方法，该检测方法包括以下步骤：
1）由信号发生装置（1）分别产生激励涡流探头（3）所需的变频信号和变频磁化装置（2）磁化工件时所需的变频激磁电流；
2）由变频磁化装置（2）在被检测件的第一侧面进行磁化；
3）由信号发生装置（1）产生的变频信号激励涡流探头（3）的发射线圈（31），在所述被检测件的第一侧面产生变频交变磁场，在被检测件的表面和亚表面感应出涡流信号；
4）由涡流探头（3）的接收线圈（32）在所述被检测件的第二侧面拾取反映被检测件表面和亚表面状况的涡流信号；
5）由信号处理装置（4）对来自涡流探头（3）拾取的涡流信号进行处理；
6）由显示装置（5）显示来自信号处理装置（4）的检测结果。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述异种钢由碳钢和不锈钢组成。
7.根据权利要求5或6所述的检测方法，其特征在于，所述被检测件的第一侧面为碳钢，所述被检测件的第二侧面为不锈钢。
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