CN109813802A - 一种用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涡流测量领域。技术方案是：一种用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，依次按如下步骤进行：1)连接检测设备：将涡流检测探头接通检测主机，将检测主机中带有显示屏的计算机接通电源；2)在母材上校准探头：将涡流检测探头放在工件的母材上，使得涡流检测探头发出的检测信号往下射入所述的母材；然后调节平衡，使涡流检测探头接收到的涡流信号的变化为零；3)将提离信号的相位调节为水平方向：晃动涡流检测探头使其产生输出信号，该信号即为提离效应产生的信号；调节信号的相位，使提离效应产生信号变化方向在显示屏中处于水平方向；4)测量焊接接头的焊缝位置。该方法能快速测量出无余高焊接接头的焊缝位置，简单方便。
Description
技术领域
本发明属于涡流测量领域，涉及一种用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，适用于各种金属材料无余高焊接接头焊缝位置的测量方法。
背景技术
焊接接头往往是特种设备的薄弱部位，也是特种设备定期检验时重点关注和检验的部位。特种设备行业的各种检验规范都对焊接接头的检验方法、检验比例做了明确的规定和要求。
实际检验时，常常发现有些焊接接头的位置难以准确定位。这些焊接接头的余高已经打磨去除，焊缝和母材难以根据表面形貌区分，如某些电站锅炉汽包的纵缝、环缝以及去除焊缝余高进行横向裂纹检测的焊接接头。
无法准确定位这些需要检验的焊接接头，深深困扰了每一位在特种设备行业遇到过类似问题的检验人员。而且迄今，为止尚无简便有效的技术手段。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，该方法能够快速测量出无余高焊接接头的焊缝位置，并具有简单方便的特点。
本发明提供的技术方案是：
一种用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，依次按如下步骤进行：
1)连接检测设备
将涡流检测探头接通检测主机，将检测主机中带有显示屏的计算机接通电源；
2)在母材上校准探头
将涡流检测探头放在工件的母材上，使得涡流检测探头发出的检测信号往下射入所述的母材；然后调节平衡，使涡流检测探头接收到的涡流信号的变化为零；
3)将提离信号的相位调节为水平方向
晃动涡流检测探头使其产生输出信号，该信号即为提离效应产生的信号；调节信号的相位，使提离效应产生信号变化方向在显示屏中处于水平方向；
4)测量焊接接头的焊缝位置
将涡流检测探头置于被检工件上，且使其沿着垂直于焊接接头焊缝的方向移动；产生的信号中，水平方向变化的是提离变化产生的信号，非水平方向变化的是焊缝电导率、磁导率产生的信号；只需从所接收的信号中判断，若产生非水平方向变化的信号时，涡流检测探头所在的位置就是焊缝位置。
所述步骤1)中的检测主机，包括依次电连接的信号发生器、功率放大器、交流电桥、前置放大器、相敏检波器、滤波器、数据采集卡以及计算机；所述交流电桥包括平衡线圈与涡流检测探头中的检测线圈。
所述交流电桥中，第一电阻、检测线圈串接为第一支路，平衡线圈、第二电阻串接为第二支路，两个支路并联接入检测信号电路输出端；第一电阻与检测线圈连接处，以及平衡线圈与第二电阻连接处分别引出一个抽头，作为涡流信号输出端，以接通所述的前置放大器、相敏检波器、滤波器、数据采集卡以及计算机；所述平衡线圈为可调电感器。
所述步骤2)中的调节平衡，由调节平衡线圈的电感大小实现。
本发明的有益效果是：由于焊缝和母材显微组织、化学成分的不同会导致焊缝和母材的电导率、磁导率有较大差异，电导率、磁导率、提离均会导致工件中涡流场的分布发生变化；在阻抗图中，电导率、磁导率和提离改变产生的信号之间有较大夹角，可以通过相位的差异来确定由电导率、磁导率的改变而产生的信号，检测人员根据涡流信号的变化方向即可确定焊缝位置。因此，本发明能够简单、方便、快速测量出无余高焊接接头的焊缝位置。
附图说明
图1是实施例1测量焊缝位置时涡流检测探头与检测主机各部件的连接关系示意图。
图2是实施例1中金属焊接接头焊缝交界部位的显微组织(材质12Cr1MoV)金相照片。
图3是本发明中交流电桥的示意图。
图4是电导率、提离变化对归一化阻抗曲线影响示意图(500KHz)。
图5是磁导率、提离变化对归一化阻抗曲线影响示意图(500KHz)。
图6是实施例1中显示屏上显示的母材位置的涡流信号。
图7是实施例1中显示屏上显示的焊缝位置的涡流信号。
图8是涡流检测装置的基本工作原理示意图。
具体实施方式
常规的涡流检测装置的基本工作原理是(参见图8)：振荡器产生的交变电流流过置于导电体上的线圈，在线圈周围形成交变磁场，并在工件产生涡流，当检测线圈位置发生变化时，由于线圈所处位置下面存在缺陷、导体形状、尺寸或者材料电磁特性有所变化，都会引起涡流的大小发生改变并通过二次磁场作用于检测线圈，使线圈阻抗发生变化，通过并联于检测线圈的电压表可以显示这一变化。
由于焊接接头焊缝和母材的电磁性能的变化比较细微，焊缝和母材的电磁性能差异对检测线圈阻抗变化的影响往往比缺陷的影响小，为了显示这一变化，对检测装置提出了更高的要求。
在归一化阻抗曲线影响示意图中(纵坐标是归一化阻抗，横坐标是归一化电感。由于工件中产生的涡流对接收信号的检测线圈产生的阻抗有电阻分量和电感分量，归一化的意思是消除检测线圈的阻抗的影响，这样显示就是工件中缺陷、电导率、磁导率等参数引起的阻抗变化，和检测线圈就无关了)，电导率变化的方向与提离距离变化的方向是不同，两者之间具有较大的夹角(参见图4)；由图4可知：提离变化从提离距离为零(lift-off 0mm)到提离距离为0.5mm(lift-off 0.5mm)，再到提离距离为1.0mm(lift-off 1.0mm)，三条曲线变化趋势是从右上角移动至左下角的；而在提离变化恒定时，电导率的变化趋势则从左上角移动至右下角(电导率依序从1、2、4、10到20，单位MS/m)，图4中三条曲线均如此；因此，电导率变化的方向与提离变化的方向具有较大的夹角。同样，磁导率变化的方向与提离距离变化的方向，两者之间也有较大的夹角(参见图5)；在提离变化从提离距离为零(lift-off 0mm)到提离距离为0.5mm(lift-off0.5mm)，再到提离距离为1.0mm(lift-off 1.0mm)，三条曲线变化趋势是从右往左偏下方向变化；而提离变化恒定时，相对磁导率依序从1500、1000、800、400到200；基本是由上往下偏右方向变化。所以，只要确定提离距离变化的方向，其余偏离该方向的任何变化，均可认定是电导率和磁导率的改变。
本发明据此作的改进，一是增加信号检测的灵敏度，即在信号发生器与前置放大器之间增设一交流电桥，该交流电桥包括平衡线圈、涡流检测探头中的检测线圈与两个电阻；如图3所示，本发明所述交流电桥中，第一电阻R1、检测线圈串接为第一支路，平衡线圈、第二电阻R2串接为第二支路，两个支路并联接入检测信号电路输出端；第一电阻与检测线圈连接处引出一个抽头，平衡线圈与第二电阻连接处也引出一个抽头，两个抽头作为涡流信号输出端，再依次接通所述的前置放大器、相敏检波器、滤波器、数据采集卡以及计算机。显然，所述平衡线圈需采用可调电感器。二是将在显示屏上提离信号变化方向的相位调节为水平方向。
经过上述改进，本发明用于无余高焊接接头焊缝位置的具体检测方法是：
一种用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，按如下步骤进行：
1、连接设备
将涡流检测探头9接通检测主机(检测主机包括依次电连接的信号发生器1、功率放大器2、交流电桥3、前置放大器4、相敏检波器5、滤波器6、数据采集卡7以及带有显示屏的计算机8)；再将检测主机中的计算机接通电源；
信号发生器产生的正弦波信号(频率500KHz)，经过功率放大器后作为激励信号，激励涡流检测探头；涡流检测探头接收到的信号是合成信号(激励信号和工件中涡流发出的信号叠加形成)。接收到的信号通过交流电桥后输出，经前置放大器、相敏检波、滤波、数字化采集后，在计算机上显示。
2、在母材上校准探头
将涡流检测探头9放在工件10的母材上，使得涡流检测探头发出的检测信号往下射入所述的母材；接着操作人员调节平衡(通过调节平衡线圈的电感大小实现)，使涡流检测探头接收到的涡流信号的变化为零(即工件发出的涡流信号基本恒定，没有变化)；
3、将提离信号的相位调节为水平方向
先晃动涡流检测探头，涡流检测探头的输出信号为提离效应的产生的信号；接着调节信号的相位(调节显示屏上的相位按钮即可)，使得提离效应产生的信号方向在显示屏中处于水平方向。
5、测量焊接接头中焊缝的位置
将涡流检测探头置于被检工件上，并且沿着垂直于焊接接头的方向移动；由此显示屏中产生的信号中，水平方向的是提离变化产生的信号，非水平方向的是焊缝电导率、磁导率产生的信号。因此，只要在显示屏上发现有非水平方向信号产生时，涡流检测探头所在的位置就是焊缝位置。
本实施例中，检测频率为500KHz；增益为53dB；试板材质为：12Cr1MoVG，厚度25mm，试板表面余高已经磨平。检测时，探头自母材向焊缝位置移动，移动方向和焊缝垂直。
本实施例中，涡流检测探头可外购获得(然后将其中的检测线圈接入交流电桥)，检测主机也可外购获得。
本发明的工作原理是：信号发生器产生的正弦波信号(一般频率500KHz)，经过功率放大器后作为激励信号，由激励涡流检测探头发射；涡流检测探头同时接收到的信号是激励信号和工件中形成涡流信号叠加后形成的信号；接收到的信号通过交流电桥后输出，经前置放大器、相敏检波、滤波、数字化采集后，在计算机上显示。本发明利用焊缝和母材电磁性能的差异，采用涡流方法确定焊接接头位置，可供特种设备相关检测应用。
Claims (5)
1.一种用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，依次按如下步骤进行：
1)连接检测设备
将涡流检测探头接通检测主机，将检测主机中带有显示屏的计算机接通电源；
2)在母材上校准探头
将涡流检测探头放在工件的母材上，使得涡流检测探头发出的检测信号往下射入所述的母材；然后调节平衡，使涡流检测探头接收到的涡流信号的变化为零；
3)将提离信号的相位调节为水平方向
晃动涡流检测探头使其产生输出信号，该信号即为提离效应产生的信号；调节信号的相位，使提离效应产生的信号变化方向在显示屏中处于水平方向；
4)测量焊接接头的焊缝位置
将涡流检测探头置于被检工件上，且使其沿着垂直于焊接接头焊缝的方向移动；产生的信号中，水平方向变化的是提离变化产生的信号，非水平方向变化的是焊缝电导率、磁导率产生的信号；只需从所接收的信号中判断，若产生非水平方向变化的信号时，涡流检测探头所在的位置就是焊缝位置。
2.根据权利要求1所述的用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，其特征在于：所述检测主机包括依次电连接的信号发生器(1)、功率放大器(2)、交流电桥(3)、前置放大器(4)、相敏检波器(5)、滤波器(6)、数据采集卡(7)以及计算机(9)。
3.根据权利要求2所述的用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，其特征在于：所述交流电桥包括平衡线圈与涡流检测探头中的检测线圈。
4.根据权利要求3所述的用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，其特征在于：所述交流电桥中，第一电阻、检测线圈串接为第一支路，平衡线圈、第二电阻串接为第二支路，两个支路并联接入检测信号电路输出端；第一电阻与检测线圈连接处，以及平衡线圈与第二电阻连接处分别引出一个抽头，作为涡流信号输出端，以接通所述的前置放大器、相敏检波器、滤波器、数据采集卡以及计算机；所述平衡线圈为可调电感器。
5.根据权利要求4所述的用于无余高焊接接头焊缝位置定位的涡流检测方法，其特征在于：所述步骤2)中的调节平衡，由调节平衡线圈的电感大小实现。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| 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 | ||
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Application publication date: 20190528 |