CN105890553A - 一种使用x射线在线测量超导电缆扭转率的无损检测方法 - Google Patents

一种使用x射线在线测量超导电缆扭转率的无损检测方法 Download PDF

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秦经刚
刘小川
武玉
廖国俊
张守华
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    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/06—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring the deformation in a solid

Abstract

本发明公开了一种使用X射线在线测量超导电缆扭转率的无损检测方法，采用双壁双影垂直透照技术照射待测量超导电缆，通过适当的延长曝光时间、增大焦距，从而得到清晰的电缆影像，通过观察底片上子缆间间隙影像的大小，来确定子缆节距的长度及变化率，最终通过公式计算得到电缆的扭转率。本发明方法能够对超导电缆扭转实施在线无损测量，具有操作简单，易实现，缺陷影像清晰，易于识别的优点，打破了现用的通过破坏性实验进行电缆节距检测，可广泛用于超导电缆在线检测。

Description

一种使用X射线在线测量超导电缆扭转率的无损检测方法
技术领域
本发明涉及超导电缆无损检测方法领域，具体是一种使用X射线在线测量超导电缆扭转率的无损检测方法。
背景技术
Nb3Sn CICC导体作为超导强电技术领域传统的导体，是目前最有希望用于产生15T以上强场且易于工业化生产的导体，已被广泛应用于ITER TF导体，CS导体，KSTAR导体，中国强磁场装置等。在所有装置中，超导导体是在多场耦合的条件下运行。未来的聚变示范堆DEMO（功率>2GW，磁场>15T，电流>100kA，）乃至商用堆，对超导磁体磁场强度、超导线圈应力应变容许特性有更高的要求，导体将承载高达150吨/米的电磁力以及多达数十万次的电磁循环。
从Nb3Sn导体诞生以来，对其性能退化的研究一直是个热点与难点。到目前为止，Nb3Sn导体的性能退化研究仍然面临着理论和制造工艺上的挑战，减小Nb3Sn导体的性能退化是其应用于强场装置中的先决条件。退扭作为Nb3Sn导体性能退化的新现象，引起了各国研究者的高度关注。研究表明，退扭会引起Nb3Sn导体的性能退化。由于导体表面有不锈钢护套，电缆表面有不锈钢包带，难以直接测量。现行通用的测试导体扭转的方法是通过破坏性实验进行电缆节距检测，并且无法在线实时检测。
发明内容 为解决上述技术存在的难题，本发明的目的在于提供一种在线测试超导电缆扭转的无损检测方法，在相同的透照参数下，利用获得的射线底片子缆之间的间隙影像，进而实现对电缆节距变化率的测量，获得电缆扭转率的一种在线无损检测方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种使用X射线在线测量超导电缆扭转率的无损检测方法，其特征在于：利用X射线机XXG-3505，并采用双壁双影垂直透照技术照射待测量超导电缆，通过适当的延长曝光时间、增大焦距，从而得到清晰的电缆影像，通过观察底片上子缆间间隙影像的大小，来确定子缆节距的长度及变化率，最终得到电缆的扭转率，包括以下步骤：
（1）、首先通过公式（1）对射线透照等效系数Ψm进行厚度换算，射线透照等效系数Ψm以钢为基准，公式（1）如下：
Ψm =T0/Tm （1），
公式（1）中T0为基准材料厚度，Tm为待测量超导电缆厚度，进行厚度换算的目的是保证使用X射线机XXG-3505现有的曝光曲线适用于电缆材料；
（2）、根据公式（2）计算一次透照长度L3,即X射线机XXG-3505射线照相一次透照的有效检验长度，为了保证照相质量，需分多次完成对一定长度电缆导体的透照；公式（2）如下：
K=T′/T=1/cosθ,即θ=cos-1(1/k)
L3 =2L1tanθ（2），
公式（2）中，各参数定义为：K为透照厚度比，T′为X射线在工件内穿过的最大距离，T为工件厚度，θ为横向裂纹检出角，L1为射线源到工件表面的距离；
（3）、根据步骤（1）计算出来的射线透照等效系数Ψm，利用X射线机XXG-3505现有的曝光曲线，确定最佳的曝光参数；
（4）、基于步骤（2）计算得到的透照长度L3、步骤（3）确定的最佳曝光参数，利用X射线机XXG-3505测量待测量超导电缆中子缆影像之间的间距大小，保持X射线透照参数，依次测量不同状态下待测量超导电缆内电缆节距的大小，依据测量得到的电缆中子缆影像之间的间距大小、电缆节距的大小，根据公式（3）计算出电缆节距变化率，最终获得电缆扭转率。
电缆节距变化率=Δd/d（3），
公式（3）中Δd为发生扭转后电缆节距的变化量，d未发生扭转时的电缆节距初始值。
所述的一种使用X射线在线测量超导电缆扭转率的无损检测方法，其特征在于：采用较大的焦距，底片影像放大可忽略不计，避免了影像发生畸变，从而对电缆实际的节距测量造成较大的误差
本发明优点为：
本发明方法能够对超导电缆扭转实施在线无损测量，具有操作简单，易实现，缺陷影像清晰，易于识别的优点，打破了现用的通过破坏性实验进行电缆节距检测，可广泛用于超导电缆在线检测。
附图说明
图1为本发明的检测原理图。
图2为本发明利用底片影像进行节距测量示意图。
图3为本发明中一次透照长度计算示意图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，一种在线测试超导电缆扭转的无损检测方法是采用双壁双影垂直透照技术，并适当的延长曝光时间，增加焦距，从而得到清晰的电缆影像，通过观察底片上子缆间间隙影像的大小，进而实现对电缆节距变化率的测量，再通过公式换算获得电缆扭转率。
具体实施步骤如下：
步骤一：首先通过公式（1）射线透照等效系数Ψm（以钢为基准）进行厚度换算，其中T0为基准材料厚度，Tm为待测量超导电缆厚度。进行厚度换算的目的是保证使用X射线机XXG-3505现有的曝光曲线适用于电缆材料。
Ψm=T0/Tm （1）
步骤二：根据公式（2）计算一次透照长度L3,即射线照相一次透照的有效检验长度。为了保证照相质量，需分多次完成对一定长度电缆导体的透照.
K=T′/T=1/cosθ,即θ=cos-1(1/k)
L3=2L1tanθ（2）
公式（2）中，各参数定义为：K为透照厚度比，T′为X射线在工件内穿过的最大距离，T为工件厚度，θ为横向裂纹检出角，L1为射线源到工件表面的距离；
步骤三：确定曝光参数。本发明中采用大焦距，长曝光时间的X射线照相方法来获得电缆节距的清晰的底片影像。根据步骤一计算出来的等效厚度，利用X射线机XXG-3505现有的曝光曲线，确定最佳的曝光参数。经多次试验观察，在本发明中，焦距F=850mm时，影像清晰度最高。因此在此步骤中，焦距选择为850mm。
步骤四：测量待测量超导电缆中子缆影像之间的间距大小d1,d2,d3。保持X射线透照参数，依次测量不同状态下导体内电缆节距的大小（样品2和样品3）d11,d21,d31,d12,d22,d32,进而根据公式（3）计算出电缆节距变化率,最终获得电缆扭转率。
电缆节距变化率=Δd/d（3），
公式（3）中Δd为发生扭转后电缆节距的变化量，d未发生扭转时的电缆节距初始值。
本发明采用大焦距，大曝光量的透照方法，在不破坏导体的情况下，通过测量底片上子缆间间隙影像的大小，来确定子缆节距的长度及变化率，最终计算出退扭率的准确值。本发明实施后，能够对超导电缆扭转实施在线无损测量，给出退扭率的准确值，打破了现用的通过破坏性实验进行电缆节距检测，可广泛用于超导电缆在线检测。

Claims (2)

1.一种使用X射线在线测量超导电缆扭转率的无损检测方法，其特征在于：利用X射线机XXG-3505，并采用双壁双影垂直透照技术照射待测量超导电缆，通过适当的延长曝光时间、增大焦距，从而得到清晰的电缆影像，通过观察底片上子缆间间隙影像的大小，来确定子缆节距的长度及变化率，最终得到电缆的扭转率，包括以下步骤：
（1）、首先通过公式（1）对射线透照等效系数Ψm进行厚度换算，射线透照等效系数Ψm以钢为基准，公式（1）如下：
Ψm =T0/Tm （1），
公式（1）中T0为基准材料厚度，Tm为待测量超导电缆厚度，进行厚度换算的目的是保证使用X射线机XXG-3505现有的曝光曲线适用于电缆材料；
（2）、根据公式（2）计算一次透照长度L3,即X射线机XXG-3505射线照相一次透照的有效检验长度，为了保证照相质量，需分多次完成对一定长度电缆导体的透照；公式（2）如下：
K=T′/T=1/cosθ,即θ=cos-1(1/k)
L3 =2L1tanθ （2），
公式（2）中，各参数定义为：K为透照厚度比，T′为X射线在工件内穿过的最大距离，T为工件厚度，θ为横向裂纹检出角，L1为射线源到工件表面的距离；
（3）、根据步骤（1）计算出来的射线透照等效系数Ψm，利用X射线机XXG-3505现有的曝光曲线，确定最佳的曝光参数；
（4）、基于步骤（2）计算得到的透照长度L3、步骤（3）确定的最佳曝光参数，利用X射线机XXG-3505测量待测量超导电缆中子缆影像之间的间距大小，保持X射线透照参数，依次测量不同状态下待测量超导电缆内电缆节距的大小，依据测量得到的电缆中子缆影像之间的间距大小、电缆节距的大小，根据公式（3）计算出电缆节距变化率，获得电缆扭转率；
电缆节距变化率=Δd/d （3），
公式（3）中Δd为发生扭转后电缆节距的变化量，d未发生扭转时的电缆节距初始值。
2.根据权利要求1所述的一种使用X射线在线测量超导电缆扭转率的无损检测方法，其特征在于：采用较大的焦距，底片影像放大可忽略不计，避免了影像发生畸变，从而对电缆实际的节距测量造成较大的误差。
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