CN1051086A - 电磁超声自动探伤技术 - Google Patents

Abstract

本发明为钢板电磁超声自动探伤技术。它是通 过发射机发射出大功率的脉冲电流，通过探头在钢板 中感应出涡流，它与磁场作用，在钢板中激发出板波， 对钢板中的缺陷进行探测。其主要特征是发射机的 功率需≥50KW；换能器的发射线圈和接收线圈分别 置于电磁铁两个磁极的下面；大尺寸的发射线圈和接 收线圈。采用本发明可对厚达18mm的钢板进行 100％的探伤。

Description

本发明属于电磁超声探伤技术，主要适用于中等厚度钢板（俗称中板）的自动无损探伤。

中板是一种需求量大而广的钢材。随着技术的发展，各工业部门对诸如钢板之类材料的质量要求越来越高，特别是军工、锅炉和压力容器等用的钢材都必须经过严格的探伤检验后，方可提供给用户。为此，钢板的探伤任务十分繁重。

目前，国内外对钢板的探伤普遍采用压电换能探伤法。这种方法存在如下缺点：（1）检测时需要大量的油或水等做耦合剂，既提高了成本，消耗了物资，又会使大量的油和污水污染环境，且在冬季的低温下无法工作;（2）检测装置（即压电探头）要同被探物钢板直接接触，对钢板表面光洁度要求严格;（3）一次探伤面积小，速度低，效率差，经济效益不高;（4）工人劳动强度大，且由于人为因素的影响，使漏检率较大。近些年，发展了多通道（即多探头）压电自动探伤仪，虽然减轻了工人的劳动强度，但在技术的本质上没有突破，而且只能对钢板进行梳状式的检测，漏检率仍较高。

七十年代起国际上兴起了电磁超声板波探伤技术，但发展至今，这项技术也只能检测厚度不超过6mm的钢板〔（lOTH  WORLD  CONFERENCE  ON  NON-DESTRUCTIVE  TESTING），1A-9，15～22〕

本发明的目的在于提供一种能对更大厚度范围的钢板进行全面快速探测的电磁超声板波探伤技术。

电磁超声板波探伤技术是用电磁方法直接在被探钢板中激发出声波，而钢板相当于声波导，入射声波在钢板表面反射后，相长干涉而形成Lamb波（即板波的一种）。用这种方法激发出的板波成分比压电方法激发的板波纯净得多，其有效传播距离也比压电方法远得多，灵敏度也很高。

电磁超声探伤所用探头由电磁铁和发射线圈、接收线圈组成。

现有板波探伤的探头是采用水平方向磁场来激发板波的，即换能器线圈（发射线圈和接收线圈）位于磁体两极之间，使磁力线水平地穿过线圈绕组平面（参看附图2），在铁磁性钢板中激发板波。但这种方法漏磁很大，即使在磁铁饱和的情况下，通过线圈的磁感应强度也很有限，这样就不可能激发出足够强度的板波来，使所能探测钢板的厚度受到限制。

本发明的电磁超声探伤的工作原理如下（参看附图1）：发射机发射出较大功率的信号，送至探头中的发射换能器，在钢板中感应出涡流来，通过磁场作用，在钢板中激发出板波，板波在钢板中的传播过程中，如果遇到缺陷或板边，就会在介面产生反射，反射波被接收换能器收到转换成电压信号后，送至接收机，经计算机数据处理后，将缺陷的位置及大小记录下来，并显示打印或报警。

本发明的主要技术方案是：（1）激发板波的磁场方向垂直于钢板表面，即换能器的发射线圈和接收线圈分别置于探头电磁铁两个磁极的下面（参见附图3），使磁力线垂直穿过线圈绕组平面。这样，漏磁大大减少，通过线圈的磁感应强度大大提高，使其在更厚的钢板中激发出板波成为可能。为此，对电磁铁的安匝数有一定的要求，要求在9000安匝以上。（2）采用大功率的发射机作为电磁超声探伤的功率源，本发明采用≥50KW单载频脉冲串发射机，发射机输出的波形如附图4所示，只有足够大的功率，才能激发出足够强度的板波。（3）采用大尺寸的换能器线圈，产生足够宽的声束。要在钢板中形成板波，首先必须产生足够宽的声束，这样才能在钢板中产生相长干涉，形成板波（如附图5a）;如果声束不够宽，就不能进行相长干涉，形不成较纯的板波（如附图5b）。被探钢板越厚，要求产生的声束越宽。为了达到宽声束的目的，本发明采用了大尺寸的换能器线圈，即发射线圈和接收线圈的尺寸大，具体为（90～100）×（40～50）mm，每个线圈共12周、24个绕线槽。发射线圈和接收线圈互成5°～10°之间的角度，提高探伤灵敏度。

采用上述三项技术措施，就能在厚达18mm的钢板中激发出一定强度板波，达到探测更厚钢板的目的。

由于探头中换能器的体积较大，单个换能器的不可探区要比压电探头的不可探区大得多。为了消除盲区，本发明采用两个探头来探同一块钢板，每个探头只需探测钢板面积的60～70%即可，一个探头的盲区由另一个探头来探测，这样，约有20～40%的钢板面积是由两个探头共同探测的，很好地防止了漏探。

在探伤过程中，探头与钢板作相对运动。而发射线圈与接收线圈是处于探头的最下面，因此，探头与钢板之间必须保持严格的间隙，否则，将影响探伤的灵敏度，严重时还会收不到回波，其间隙以0.5～2.0mm为宜。

根据本发明所提供的技术，能够探测厚度达18mm钢板的内部缺陷，而且探伤速度快，效率高，在20秒钟内即可对1.8×8m²的钢板进行100%探伤。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

①可探测厚达18mm钢板的内部缺陷，现有技术只能对6mm以下厚的钢板进行探测。

②探伤速度快，效率高，在20秒内可对1.8×8m²的钢板进行100%的探伤。

③大大减轻了探伤人员的劳动强度，克服了人为因素的影响，可靠性、准确性大大提高。

④由于可实现非接触探伤，对被探钢板表面的光洁度没有要求。

⑤不需耦合剂，因而不受温度的限制，任何气候条件均可探伤。

附图说明

附图1为本发明工作原理示意图。图中1为功率发射机，2、3为探头，4为接收机，5为计算机，6为显示打印，7为报警，10为钢板。

附图2为现有电磁超声探伤技术中探头的电磁铁两极和接收发射线圈与钢板的关系示意图。图中8为电磁铁，9为发射和接收线圈，10为钢板。

附图3为本发明探头的电磁铁、发射线圈和接收线圈与钢板的关系示意图。图中8、10所示如图2，11为发射线圈，12为接收线圈。

附图4为本发明发射机输出信号的波形示意图。图中13为波形，τ为脉冲宽度，T为脉冲重复周期。

附图5为板波相长干涉示意图，a为本发明的板波相长干涉，b为声束太窄时无相长干涉。图中W为声束宽度，H为钢板厚度，14为相长干涉区。

Claims (4)

1、一种钢板电磁超声自动探伤技术，由发射机发出具有一定功率的信号源，通过探头的换能器(电磁铁、发射线圈和接收线圈)，在钢板中感应出涡流，与其磁场相互作用，在钢板中激发出板波，其特征在于发射机的功率必须大于或等于50KW，换能器的发射线圈和接收线圈分别置于电磁铁两个磁极的下面，采用大尺寸的发射线圈和接收线圈；采用两个探头同时探一块钢板。

2、根据权利要求1所述的探伤技术，其特征在于发射线圈和接收线圈的尺寸为（90～100）×（40～50）mm，每个线圈共12周、24个绕线槽。

3、根据权利要求2所述的探伤技术，其特征在于发射线圈和接收线圈互成5°～10°的角度。

4、根据权利要求1所述的探伤技术，其特征在于探伤时，探头与钢板的间隙为0.5～2mm。

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