CN108262239A - 一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器 - Google Patents

一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器 Download PDF

Info

Publication number
CN108262239A
CN108262239A CN201711394745.0A CN201711394745A CN108262239A CN 108262239 A CN108262239 A CN 108262239A CN 201711394745 A CN201711394745 A CN 201711394745A CN 108262239 A CN108262239 A CN 108262239A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel pipe
electromagnetic acoustic
coil
tube wave
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711394745.0A
Other languages
English (en)
Inventor
李艇
童凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Detection Technology Of Ncs Ltd By Share Ltd
Original Assignee
Detection Technology Of Ncs Ltd By Share Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Detection Technology Of Ncs Ltd By Share Ltd filed Critical Detection Technology Of Ncs Ltd By Share Ltd
Priority to CN201711394745.0A priority Critical patent/CN108262239A/zh
Publication of CN108262239A publication Critical patent/CN108262239A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

本发明属于钢管测厚技术领域，具体涉及一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器。该管波电磁超声换能器包括磁化装置、电磁超声发射线圈和电磁超声接收线圈；磁化装置在被测钢管上施加一轴向的激磁场，当电磁超声发射线圈中通以高频脉冲时，在被测钢管表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力作用下产生周期性振动，该周期性振动沿被测钢管的轴向传播形成超声管波，电磁超声接收线圈测量该超声管波波形。本发明不再需要像传统的压电超声探伤那样使用液态耦合介质，且换能器不需要与被检测钢管接触，只在钢管穿过该电磁超声换能器的过程中即完成对钢管的壁厚测量。

Description

一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器
技术领域
本发明属于钢管测厚技术领域，具体涉及一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器。
背景技术
在钢管轧制过程中，一旦产生壁厚不均或厚度超差，若继续进行后续工艺制造(如矫直、热处理、精整等)将会造成能源浪费，还会给钢管成品阶段的检测带来负担。因此，钢管在中间阶段的实时壁厚测量对钢管企业的节能降耗意义重大。
钢管在轧制阶段的壁厚测量，因为其温度较高，所以不宜使用以水或油作为耦合介质的传统压电超声测厚技术。早期在钢管轧制线上应用的射线透照壁厚测量方法，也因为辐射防护问题和测量精度差而逐渐被淘汰使用。
电磁超声方法不使用耦合剂，是少数能够适应中间阶段恶劣环境下检测的无损检测方法之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器装置，将其安装在钢管的生产线(如轧制后的传输线)上，可对钢管壁厚实施逐段均值测量，及时发现超差缺欠，避免后续工序的能源浪费，确保钢管产品的质量，降本增效。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，包括磁化装置1、电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3；
其中，两个所述磁化装置1沿被测钢管4的轴线间隔并列布置，磁化装置1的中部开有用于被测钢管4穿过的圆孔；电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3与磁化装置1的中部圆孔同轴地设置在两个磁化装置1之间；
所述磁化装置1在被测钢管4上施加一轴向的激磁场B，当电磁超声发射线圈2中通以高频脉冲时，在被测钢管4表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力作用下产生周期性振动，该周期性振动沿被测钢管4的轴向传播形成超声管波，电磁超声接收线圈3测量该超声管波波形。
所述磁化装置1包括线包5和壳体6，线包5围绕壳体6的中部圆孔由漆包线绕制而成；两个并列的磁化装置1的线包5串行连接；当在线包5中通以直流电时，即在被测钢管4中产生一轴向分布的激磁场B。
所述外壳6采用铁磁材料制作，由线包5产生的激磁场B被限制在由外壳6和被测钢管4构成的磁回路中。
所述电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3均由中空柱管骨架和绕制在骨架上的线圈构成；所述电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3的骨架相同，均采用非金属材料制作；
所述骨架的外表面上设置有线圈槽，所述线圈槽包括多个环行槽和两个关于骨架轴对称的轴向槽；
线圈均采用漆包线绕制，并在线圈槽中呈回折形方式绕制。
电磁超声发射线圈2的发射线圈与电磁超声接收线圈3的接收线圈采用的线径和绕制的匝数不同。
发射线圈的线径为0.5mm，共绕8～12匝；接收线圈的线径为0.05mm，共绕30～50匝。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明利用电磁超声激发管波进行钢管测厚，不仅速度快效率高，而且摒弃使用体波逐点测量的方法，实现对钢管的逐段均值测量，正好满足钢管轧制阶段生产检验要求。
本发明不再需要像传统的压电超声探伤那样使用液态耦合介质，且换能器不需要与被检测钢管接触，只在钢管穿过该电磁超声换能器的过程中即完成对钢管的壁厚测量。
本发明用于钢管的在线壁厚测量可以做到：
①当钢管穿过换能器装置时，即实现对钢管壁厚的逐段均值测量。
②适于钢管的在线高速检测。
③由于本发明采用的是洛伦兹力激发超声波，所以也同样适用于非铁磁性管材的检测。
④钢管测厚精度：不大于5％。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的磁化装置示意图；
图3为图1中的电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3骨架示意图；
图4为图1中的电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3在骨架中的绕制方法示意图。
其中的附图标记为：
1 磁化装置
2 电磁超声发射线圈
3 电磁超声接收线圈
4 被测钢管
5 线包
6 外壳
I 高频脉冲电流
B 激磁场
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，包括磁化装置1、电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3。
其中，两个所述磁化装置1沿被测钢管4的轴线间隔并列布置，磁化装置1的中部开有用于被测钢管4穿过的圆孔。电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3与磁化装置1的中部圆孔同轴地设置在两个磁化装置1之间。
所述磁化装置1在被测钢管4上施加一轴向的稳恒磁场B(又名激磁场)，当电磁超声发射线圈2中通以高频脉冲时，在被测钢管4表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力作用下产生周期性振动，此振动沿被测钢管4的轴向传播形成超声管波，电磁超声接收线圈3测量该超声管波波形。
如图2所示，所述磁化装置1包括线包5和壳体6，线包5围绕壳体6的中部圆孔由漆包线绕制而成；两个并列的磁化装置1的线包5串行连接，当在其中通以直流电时，即可在被测钢管4中产生一轴向分布的激磁场B。所述外壳6采用铁磁材料制作，这样，由线包5产生的激磁场B被限制在由外壳6和被测钢管4构成的磁回路中，能最大限度地实现对被测钢管4的磁化。
如图3和图4所示，所述电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3均由中空柱管骨架和绕制在骨架上的线圈构成。电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3的骨架相同，均采用非金属材料制作，以避免当线圈中通入高频脉冲电流时在骨架中感生涡流，而造成能量损失。
所述骨架的外表面上设置有线圈槽，所述线圈槽包括多个环行槽和两个关于骨架轴对称的轴向槽。线圈均采用漆包线绕制，并在线圈槽中呈回折形方式绕制。电磁超声发射线圈2的发射线圈与电磁超声接收线圈3的接收线圈采用的线径和绕制的匝数是不同的。发射线圈的线径为0.5mm，共绕8～12匝；接收线圈的线径为0.05mm，共绕30～50匝。
本发明的工作过程如下：
被测钢管4穿过磁化装置1和电磁超声发射线圈2和电磁超声接收线圈3，在磁化装置1的线包5中通以直流电流，就会在被测钢管4中产生激磁场B；同时，在电磁超声发射线圈2通入高频脉冲电流I，会在被测钢管4表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力的作用下产生周期性振动，此振动沿被测钢管4轴向传播形成超声管波。管波在沿轴向传播遇到壁厚变化区域时，其相应的管波相速度会发生改变，相应的管波频率也会发生变化，通过对与电磁超声发射线圈2固定距离上设置的电磁超声接收线圈3测量到的管波波形进行频率扫描分析，可以得到此时的频率，再通过与已知相关的相位速度扩散曲线和激发频率的分析比较，经过软件程序的计算，即可得出钢管壁厚的测量结果。

Claims (6)

1.一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，其特征在于：该管波电磁超声换能器包括磁化装置(1)、电磁超声发射线圈(2)和电磁超声接收线圈(3)；
其中，两个所述磁化装置(1)沿被测钢管(4)的轴线间隔并列布置，磁化装置(1)的中部开有用于被测钢管(4)穿过的圆孔；电磁超声发射线圈(2)和电磁超声接收线圈(3)与磁化装置(1)的中部圆孔同轴地设置在两个磁化装置(1)之间；
所述磁化装置(1)在被测钢管(4)上施加一轴向的激磁场(B)，当电磁超声发射线圈(2)中通以高频脉冲时，在被测钢管(4)表面感应出涡流，带电粒子在洛伦兹力作用下产生周期性振动，该周期性振动沿被测钢管(4)的轴向传播形成超声管波，电磁超声接收线圈(3)测量该超声管波波形。
2.根据权利要求1所述的用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，其特征在于：所述磁化装置(1)包括线包(5)和壳体(6)，线包(5)围绕壳体(6)的中部圆孔由漆包线绕制而成；两个并列的磁化装置(1)的线包(5)串行连接；当在线包(5)中通以直流电时，即在被测钢管(4)中产生一轴向分布的激磁场(B)。
3.根据权利要求2所述的用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，其特征在于：所述外壳(6)采用铁磁材料制作，由线包(5)产生的激磁场(B)被限制在由外壳(6)和被测钢管(4)构成的磁回路中。
4.根据权利要求1所述的用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，其特征在于：所述电磁超声发射线圈(2)和电磁超声接收线圈(3)均由中空柱管骨架和绕制在骨架上的线圈构成；所述电磁超声发射线圈(2)和电磁超声接收线圈(3)的骨架相同，均采用非金属材料制作；
所述骨架的外表面上设置有线圈槽，所述线圈槽包括多个环行槽和两个关于骨架轴对称的轴向槽；
线圈均采用漆包线绕制，并在线圈槽中呈回折形方式绕制。
5.根据权利要求4所述的用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，其特征在于：电磁超声发射线圈(2)的发射线圈与电磁超声接收线圈(3)的接收线圈采用的线径和绕制的匝数不同。
6.根据权利要求5所述的用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器，其特征在于：发射线圈的线径为0.5mm，共绕8～12匝；接收线圈的线径为0.05mm，共绕30～50匝。
CN201711394745.0A 2017-12-21 2017-12-21 一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器 Pending CN108262239A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711394745.0A CN108262239A (zh) 2017-12-21 2017-12-21 一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711394745.0A CN108262239A (zh) 2017-12-21 2017-12-21 一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108262239A true CN108262239A (zh) 2018-07-10

Family

ID=62772506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711394745.0A Pending CN108262239A (zh) 2017-12-21 2017-12-21 一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108262239A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58179305A (ja) * 1982-04-14 1983-10-20 Sumitomo Metal Ind Ltd 電磁超音波計測装置
CN1183142A (zh) * 1995-03-09 1998-05-27 西南研究院 利用磁致伸缩传感器的管道和管子无损检验
CN101281173A (zh) * 2008-05-21 2008-10-08 钢铁研究总院 线材电磁超声导波探伤换能器装置
CN101281171A (zh) * 2008-05-21 2008-10-08 钢铁研究总院 高速线材电磁超声导波检测系统及其检测方法
CN102967658A (zh) * 2012-12-07 2013-03-13 钢铁研究总院 一种用于钢棒表面自动化检测的电磁超声换能器
CN103336062A (zh) * 2013-06-26 2013-10-02 钢研纳克检测技术有限公司 一种用于检测钢轨轨头踏面缺陷的电磁超声换能器
CN104597138A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 钢研纳克检测技术有限公司 用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58179305A (ja) * 1982-04-14 1983-10-20 Sumitomo Metal Ind Ltd 電磁超音波計測装置
CN1183142A (zh) * 1995-03-09 1998-05-27 西南研究院 利用磁致伸缩传感器的管道和管子无损检验
CN101281173A (zh) * 2008-05-21 2008-10-08 钢铁研究总院 线材电磁超声导波探伤换能器装置
CN101281171A (zh) * 2008-05-21 2008-10-08 钢铁研究总院 高速线材电磁超声导波检测系统及其检测方法
CN102967658A (zh) * 2012-12-07 2013-03-13 钢铁研究总院 一种用于钢棒表面自动化检测的电磁超声换能器
CN103336062A (zh) * 2013-06-26 2013-10-02 钢研纳克检测技术有限公司 一种用于检测钢轨轨头踏面缺陷的电磁超声换能器
CN104597138A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 钢研纳克检测技术有限公司 用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Longitudinal mode magnetostrictive patch transducer array employing a multi-splitting meander coil for pipe inspection
Kim et al. Generating and detecting torsional guided waves using magnetostrictive sensors of crossed coils
CN108562642B (zh) 纵向模态超声导波的电磁换能装置、管道检测系统及方法
Liu et al. A direction-tunable shear horizontal mode array magnetostrictive patch transducer
CN104007180A (zh) 一种扭转模态磁致伸缩阵列传感器
CN108593784A (zh) 一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器及检测方法
KR20050081574A (ko) 비틀림파를 발생 및 측정할 수 있는 트랜스듀서와 이를이용한 이상진단 장치 및 방법
Sun et al. New combination of magnet and coil of electromagnetic acoustic transducer for generating and detecting Rayleigh wave
Liu et al. Development of a shear horizontal wave electromagnetic acoustic transducer with periodic grating coil
Huang et al. Characteristics of T (0, 1) guided-wave point-focusing electromagnetic acoustic transducer for pipe inspection
CN103134856A (zh) 冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置及方法
Huang et al. Characteristic analysis of electromagnetic acoustic transducers for helical shear horizontal wave based on magnetostrictive effect
Huang et al. Defect detection and identification of point-focusing shear-horizontal EMAT for plate inspection
Gao et al. Noncontact magnetostrictive torsional guided wave sensors for small-diameter pipes
Xie et al. A new longitudinal mode guided-wave EMAT with periodic pulsed electromagnets for non-ferromagnetic pipe
Xu et al. An improved longitudinal mode guided wave received sensor based on inverse magnetostrictive effect for open end pipes
CN202854097U (zh) 一种用于圆钢缺陷检测的磁致伸缩传感器
Sun et al. Effective focal area dimension optimization of shear horizontal point-focusing EMAT using orthogonal test method
Song et al. A composite approach of electromagnetic acoustic transducer and eddy current for inner and outer corrosion defects detection
Cai et al. Enhancement of Lamb-EMAT signal using a modified one-side pitch-catch design
RU177945U1 (ru) Устройство для ультразвукового контроля трубопровода
JPH0587780A (ja) 金属管の非破壊検査の方法と装置
CN108262239A (zh) 一种用于钢管壁厚测量的管波电磁超声换能器
Hao et al. Multi-belts coil longitudinal guided wave magnetostrictive transducer for ferromagnetic pipes testing
CN109470774A (zh) 基于铝板缺陷检测的超声导波聚焦换能器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180710