CN108982651A - 基于铁磁平板对接焊缝裂纹检测的交流漏磁传感器及使用其进行裂纹检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于铁磁平板对接焊缝裂纹检测的交流漏磁传感器及使用其进行裂纹检测的方法，所述交流漏磁传感器与待检构件配合使用，包括呈倒“山”型的磁轭，所述磁轭包括横部、与所述横部分别垂直设置的第一竖部、第二竖部和第三竖部，所述第一竖部和所述第三竖部相对所述第二竖部对称的设置在所述第二竖部的两侧，所述第二竖部上绕设有相互独立的直流电源激励线圈和交流电源激励线圈，所述第一竖部和所述第二竖部之间设有用以测量磁通及磁通变化率的第一传感器，所述第二竖部和所述第三竖部之间设有用以测量磁通及磁通变化率的第二传感器，本发明的交流漏磁传感器可以对平板对接焊缝的质量进行检测和评价，相对现有技术具有更高的检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，涉及铁磁平板对接焊缝质量检测技术，尤其涉及基于铁磁平板对接焊缝裂纹检测的交流漏磁传感器及使用其进行裂纹检测的方法。
背景技术
铁磁金属对接焊缝构件材料大量作为受力构件使用，广泛应用于船舶、核电、航空航天、铁路、压力容器等行业。构件在使用过程中，在应力、腐蚀、疲劳载荷、内部工作介质或外部工作环境的作用下，易在焊缝处的不均匀区域，如：焊接应力集中区域、焊接裂纹区域、焊接孔穴区域、固体夹杂区域、未熔合区域、未焊透区域等不合格焊缝区域、及其热影响区域产生应力腐蚀开裂或疲劳断裂等现象，造成重大恶性事故。因此在对焊缝区域进行无损检测时，能快速、方便、准确地对焊缝的质量进行准确的检测，对于预防构件的断裂故障和防止重大灾难的发生具有重要意义。
传统的无损检测主要有射线、超声、磁粉、渗透四种无损检测方法。射线检测是应用于无损检测最早也是可靠性最高的检测方式，但是以其安全性低、仪器笨重而受到很大限制。超声检测精度较高，仪器小便于携带，但必须使用耦合剂，且对工件表面平整度要求较高，在试件表面粗糙和深水检测较为困难。对于渗透和磁粉，其检测灵敏度较高，但其对金属表面要求较高，需要对金属表面进行除漆、去包覆层等清理工作，大大增加了检测时间和难度。漏磁检测技术是无损检测领域常用的一种无损检测方法，广泛应用于工业生产安全与预防领域。漏磁检测是指铁磁材料被磁化后，因试件表面或近表面的缺陷而在其表面形成漏磁场，人们可以通过检测漏磁场的变化进而发现缺陷。
漏磁场就是当材料存在切割磁力线的缺陷时，材料表面的缺陷或组织状态变化会使磁导率发生变化。由于缺陷的磁导率很小，磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，磁感应线流向会发生变化，除了部分磁通会直接通过缺陷或材料内部来绕过缺陷，还有部分磁通会泄漏到材料表面上空，通过空气绕过缺陷再进入材料，于是就在材料表面形成了漏磁场。
漏磁检测是用磁传感器检测缺陷，相对于渗透、磁粉等传统方法，具有容易实现自动化、适合于组成自动检测系统等优点。但是现有技术的漏磁检测设备检测灵敏度低，无法精确检测表面下缺陷，也无法定量分析缺陷特征。
发明内容
本发明提供一种基于铁磁平板对接焊缝裂纹检测的交流漏磁传感器，采用该传感器可以对平板对接焊缝的质量进行检测和评价，检测灵敏度高，从而提前发现铁磁构件焊缝的焊接质量问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于铁磁平板对接焊缝裂纹检测的交流漏磁传感器，与待检构件配合使用，包括呈倒“山”型的磁轭，所述磁轭包括横部、与所述横部分别垂直设置的第一竖部、第二竖部和第三竖部，所述第一竖部和所述第三竖部相对所述第二竖部对称的设置在所述第二竖部的两侧，所述第二竖部上绕设有相互独立的直流电源激励线圈和交流电源激励线圈，所述直流电源激励线圈和直流电源电连接，所述交流电源激励线圈和交流电源电连接，所述第一竖部和所述第二竖部之间设有用以测量磁通及磁通变化率的第一传感器，所述第二竖部和所述第三竖部之间设有用以测量磁通及磁通变化率的第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器电连接。
进一步的，当所述直流电源激励线圈和所述交流电源激励线圈分别电导通时，所述第一传感器和所述第二传感器输出差分直流信号和差分交流信号。
进一步的，所述第一传感器和所述第二传感器相对所述第二竖部对称。
本发明还提供一种使用上述交流漏磁传感器进行裂纹检测的方法，包括如下步骤：
（1）将所述交流漏磁传感器设于所述待检构件的正上方，所述待检构件的焊缝位于所述第一竖部和所述第二竖部之间且所述第一传感器位于所述焊缝的正上方；所述第二竖部和所述第三竖部之间为母材区域，位于所述第二传感器下方的所述母材区域作为参考区域；
（2）所述直流电源激励线圈通直流，所述交流电源激励线圈通交流，将所述交流漏磁传感器沿所述焊缝移动，保持所述第一传感器始终位于所述焊缝的正上方，移动过程中所述第一传感器和所述第二传感器输出差分直流信号和差分交流信号；
（3）将所述差分直流信号和差分交流信号与预设临界值进行比较。
进一步的，步骤（3）中，当差分直流信号和差分交流信号为零，或差分直流信号和差分交流信号小于预设临界值，则焊缝区域均匀，焊接合格；当差分直流信号和差分交流信号在移动测量过程中波动超出预设临界值，则焊接不合格。
进一步的，对移动测量过程中的某一区域进行分析时，将该区域对应所得的差分直流信号数据、差分交流信号数据、拆分交流信号随频率的变化关系这三者与标准缺陷试件的数据图表进行对比。
进一步的，在使用所述交流漏磁传感器进行裂纹检测前，对所述交流漏磁传感器进行校准。
进一步的，当待测裂纹的深度为30mm—1mm，所述交流电源激励线圈的激励频率对应为150Hz—3000Hz。
采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明采用焊缝区域与参考区域对比的差分形式，可有效消除干扰信号，减少误检率；本发明的激励电源采用直流电源加交流电源的双电源激励模式，直流电源激励线圈和交流电源激励线圈相互独立，既简单方便又稳定可靠；本发明的交流漏磁传感器输出差分直流信号和差分交流信号，以标准缺陷试件的测试数据及分布规律为依据，根据试验测试数据和标准数据图表比较分析，可对焊缝质量进行综合评价。
附图说明
附图1为本发明的交流漏磁传感器与待检构件配合时的结构示意图。
其中，
100、交流漏磁传感器；
101、磁轭；101a、横部；101b、第一竖部；101c、第二竖部；101d、第三竖部；102、直流电源激励线圈；103、交流电源激励线圈；104、第一传感器；105、第二传感器。
200、待检构件；
201、焊缝区域；202、参考区域。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于铁磁平板对接焊缝裂纹检测的交流漏磁传感器100，与待检构件200配合使用，本发明中的待检构件200为平板状铁磁构件。交流漏磁传感器100包括呈倒“山”型的磁轭101，磁轭101包括横部101a、与横部101a分别垂直设置的第一竖部101b、第二竖部101c和第三竖部101d，第一竖部101b和第三竖部101d相对第二竖部101c对称的设置在第二竖部101c的两侧。第二竖部101c上绕设有相互独立的直流电源激励线圈102和交流电源激励线圈103，直流电源激励线圈102和直流电源相连，交流电源激励线圈103和交流电源相连。
第一竖部101b和第二竖部101c之间设有第一传感器104，第二竖部101c和第三竖部101d之间设有第二传感器105，第一传感器104和第二传感器105均用以测量磁通和磁通变化率。第一传感器104和第二传感器105之间电连接并用以输出差分直流信号和差分交流信号。
本实施例中，第一竖部101b、第二竖部101c和第三竖部101d位于同一直线上。优选的，第一传感器104和第二传感器105相对第二竖部101c也对称设置。
采用上述交流漏磁传感器100进行裂纹检测的方法包括如下步骤：
（1）检测前校准电路使第一传感器104和第二传感器105输出的差分直流信号和差分交流信号为零，或记录输出的差分直流信号和差分交流信号作为检测信号校准之备用。
（2）将交流漏磁传感器100设于待检构件200的正上方，使焊缝位于第一竖部101b和第二竖部101c之间，且第一传感器104位于焊缝的正上方。第二竖部101c和第三竖部101d之间为母材区域，位于第二传感器105下方的母材区域作为参考区域202。
（3）直流电源激励线圈102通直流，交流电源激励线圈103通交流，将交流漏磁传感器100沿焊缝移动，保持第一传感器104始终位于焊缝的正上方，移动过程中第一传感器104和第二传感器105输出差分直流信号和差分交流信号。
本发明中，直流电源激励线圈102和交流电源激励线圈103产生的磁场在磁路中相互叠加，直流电流大小与具体材料种类有关，与具体材料所处的磁化状态和磁场环境有关。直流电流工作点选取的依据为在不变的激励交变信号下得到最大的交变检测信号时对应的电流大小，不同的材料有不同的工作点，由试验确定。在直流电流工作点对焊缝裂纹进行检测灵敏度最高。
交流电流信号不受待检构件200磁化状态和周围静磁环境的影响，可提高焊缝焊接质量的分辨率，提高定量检测的精度。交流激励频率的选取一方面考虑交流检测信号的灵敏度要高，另一方面考虑反映裂纹特征的灵敏度也要高。在满足交流检测信号信噪比条件下，裂纹缺陷深则频率取小些，裂纹缺陷浅则频率取大些。当待测裂纹的深度为30mm—1mm，交流电源激励线圈103的激励频率对应为150Hz—3000Hz。根据交流检测信号的大小和其随频率的变化规律定量检测裂纹的特征和焊缝质量。
（4）将差分直流信号和差分交流信号与预设阈值进行比较。当差分直流信号和差分交流信号输出为零，说明焊缝区域201和对比区域完全相同；当移动测量过程中差分直流信号和差分交流信号变化很小，小于某临界值，则可判定焊缝区域201均匀且与母材区域近似相同，焊接合格；如在移动测量过程中，测量信号波动变化很大，且变化量超出某临界值，即可判定焊接不合格。参考区域202与焊缝区域201差别越大则输出信号（差分直流信号和差分交流信号）越大。
（5）对移动测量过程中的某一区域进行重点分析时，要考虑差分直流信号数据、差分交流信号数据和差分交流信号随频率的变化关系，根据它们的大小和变化规律，与标准缺陷试件的数据图表相对比，对缺陷特征及焊缝质量进行综合评价。
本发明采用焊缝区域201与参考区域202对比的差分形式，可有效消除干扰信号，减少误检率。本发明的激励电源采用直流电源加交流电源的双电源激励模式，直流电源激励线圈102和交流电源激励线圈103相互独立，既简单方便又稳定可靠。本发明的交流漏磁传感器100输出差分直流信号和差分交流信号，不同的焊缝裂纹深度和长度，具有不同的差分交流信号与综合信号（差分直流信号和差分交流信号）的组合方式，不同的缺陷形式具有不同的交流信号与综合信号的变化规律。以标准缺陷试件的测试数据及分布规律为依据，根据试验测试数据和标准数据图表比较分析，可对焊缝质量进行综合评价。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于铁磁平板对接焊缝裂纹检测的交流漏磁传感器，与待检构件配合使用，其特征在于：包括呈倒“山”型的磁轭，所述磁轭包括横部、与所述横部分别垂直设置的第一竖部、第二竖部和第三竖部，所述第一竖部和所述第三竖部相对所述第二竖部对称的设置在所述第二竖部的两侧，所述第二竖部上绕设有相互独立的直流电源激励线圈和交流电源激励线圈，所述直流电源激励线圈和直流电源电连接，所述交流电源激励线圈和交流电源电连接，所述第一竖部和所述第二竖部之间设有用以测量磁通及磁通变化率的第一传感器，所述第二竖部和所述第三竖部之间设有用以测量磁通及磁通变化率的第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于铁磁平板对接焊缝裂纹检测的交流漏磁传感器，其特征在于：当所述直流电源激励线圈和所述交流电源激励线圈分别电导通时，所述第一传感器和所述第二传感器输出差分直流信号和差分交流信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于铁磁平板对接焊缝裂纹检测的交流漏磁传感器，其特征在于：所述第一传感器和所述第二传感器相对所述第二竖部对称。
4.一种使用权利要求1至3任一项所述的交流漏磁传感器进行裂纹检测的方法，包括如下步骤：
（1）将所述交流漏磁传感器设于所述待检构件的正上方，所述待检构件的焊缝位于所述第一竖部和所述第二竖部之间且所述第一传感器位于所述焊缝的正上方；所述第二竖部和所述第三竖部之间为母材区域，位于所述第二传感器下方的所述母材区域作为参考区域；
（2）所述直流电源激励线圈通直流，所述交流电源激励线圈通交流，将所述交流漏磁传感器沿所述焊缝移动，保持所述第一传感器始终位于所述焊缝的正上方，移动过程中所述第一传感器和所述第二传感器输出差分直流信号和差分交流信号；
（3）将所述差分直流信号和差分交流信号与预设临界值进行比较。
5.根据权利要求4所述的裂纹检测方法，其特征在于：步骤（3）中，当差分直流信号和差分交流信号为零，或差分直流信号和差分交流信号小于预设临界值，则焊缝区域均匀，焊接合格；当差分直流信号和差分交流信号在移动测量过程中波动超出预设临界值，则焊接不合格。
6.根据权利要求5所述的裂纹检测方法，其特征在于：对移动测量过程中的某一区域进行分析时，将该区域对应所得的差分直流信号数据、差分交流信号数据、拆分交流信号随频率的变化关系这三者与标准缺陷试件的数据图表进行对比。
7.根据权利要求4所述的裂纹检测方法，其特征在于：在使用所述交流漏磁传感器进行裂纹检测前，对所述交流漏磁传感器进行校准。
8.根据权利要求4所述的裂纹检测方法，其特征在于：当待测裂纹的深度为30mm—1mm，所述交流电源激励线圈的激励频率对应为150Hz—3000Hz。
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