CN109884190B - 一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电站热交换管腐蚀检测技术领域，具体涉及一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，包括探头以及与所述探头相连用以牵引其沿待测钢管的内壁移动的牵引组件，所述探头包括中空的探头架、设于所述探头架中的电磁超声组件以及设置在所述探头架上的移动导向组件，当所述电磁超声组件中加载脉冲激励时，所述电磁超声组件产生沿周向延伸的超声波，本发明的电磁超声换能器采用电磁超声导波方法，从小口径管圆周方向的一点激发出超声导波，让超声导波沿着圆周方向在一定时间内行走一圈或者多圈，从而可将小口径管圆周方向的每一个缺陷信息分时收集起来，得到比远场涡流电流更高的缺陷检测分辨率。

Description

一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器

技术领域

本发明涉及核电站热交换管腐蚀检测技术领域，具体涉及一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器。

背景技术

核电站热交换管一般长度为10米到11米，呈U形折弯，材料为不锈钢，铁磁性。核电站热交换管重要的作用是对核岛芯进行降温。为了增大热交换面积以达到增加降温的效果，标准的核电热交换管内径一般为11mm左右，壁厚1.5mm左右。内径过大不利于增加降温面积，内径过小管道有腐蚀堵塞的危险。为了保证热交换管的运营安全，核电站一般每年都会停机一段时间对热交换管进行腐蚀检测。传统的检测方法主要是远场涡流电流方法。但是远场涡流电流方法对核电站热交换管的缺陷分辨率比较低，实验室最好的分辨率可以检测直径在2mm左右的通孔，这容易造成对更小尺寸腐蚀缺陷的漏检，远远不能满足核电热交换管现场腐蚀检测的需要，为核电安全运营埋下了隐患。远场涡流电流的探头是一个与热交换管同轴的圆形线圈，该线圈同时感知的是整个圆周方向所有缺陷信息沿圆周方向的平均值，因而对圆周方向上某一点的腐蚀缺陷非常不敏感，这是造成远场涡流电流对小通孔缺陷不敏感的原因之一。另外，远场涡流电流对热交换管外部环形托架处的腐蚀检测结果容易受到外部环形托架的影响，但是热交换管外部环形托架处是通常比较容易产生腐蚀的地方，这也导致采用远场涡流电流方法检测核电站小口径热交换管易造成漏检。

发明内容

本发明基于现有技术存在的缺点提供一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，包括探头以及与所述探头相连用以牵引其沿待测钢管的内壁移动的牵引组件，所述探头包括中空的探头架、设于所述探头架中的电磁超声组件以及设置在所述探头架上的移动导向组件，当所述电磁超声组件中加载脉冲激励时，所述电磁超声组件产生沿周向延伸的超声波。

进一步的，所述电磁超声组件包括沿所述探头架的长度方向延伸的导磁铁片、设置在所述导磁铁片一侧的线圈块以及分设在所述线圈块两端的第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和所述第二永磁体极性相反且其分别设置在所述导磁铁片的两个端部，所述线圈块中设有折叠线圈。

进一步的，所述线圈块通过套设在所述导磁铁片上的环形连接片与所述导磁铁片相连，所述线圈块和所述导磁铁片之间夹设有弹片，所述线圈块中的所述折叠线圈与引线相连，所述引线自所述探头架和所述牵引组件中引出。

进一步的，所述导磁铁片采用铁磁性材料制作，所述导磁铁片的上端设有用以配合的供所述引线穿过的第一引线槽，所述导磁铁片的下端设有用以配合的卡设所述弹片的定位卡槽，所述导磁铁片其截面的最小厚度大于3mm。

进一步的，所述探头架呈圆柱状，所述探头架上设有与所述导磁铁片的两端部分别配合相连的定位台阶，所述探头架的底部设有用以供所述线圈块、所述第一永磁体和所述第二永磁体露出的开口。

进一步的，当所述换能器设置在所述待测钢管内时，所述第一永磁体和所述第二永磁体将所述探头吸附在所述待测钢管上，所述第一永磁体、所述第二永磁体、所述导磁铁片和所述待测钢管共同形成环形磁回路，所述折叠线圈下方形成水平磁场。

进一步的，所述探头架的两端分别设有一组所述移动导向组件，所述移动导向组件包括设置在所述探头架上的销轴以及可转动的套设在所述销轴上的导向滚轮。

进一步的，位于所述牵引组件和所述电磁超声组件之间的所述移动导向组件其两侧分别设有用以供所述引线穿过的第二引线槽，所述探头架位于所述第二引线槽的上方设有用以保护所述引线的橡胶片。

进一步的，所述牵引组件包括牵引管以及与所述探头架相连且自所述牵引管中引出的牵引绳，所述探头架通过宝塔接头与所述牵引管相连。

进一步的，所述牵引组件还包括套设在所述牵引管上的平衡环，当所述平衡环位于所述待测钢管中时，所述平衡环的外壁贴近所述待测钢管的内壁。

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：本发明的电磁超声换能器采用电磁超声导波方法，从小口径管圆周方向的一点激发出超声导波，让超声导波沿着圆周方向在一定时间内行走一圈或者多圈，从而可将小口径管圆周方向的每一个缺陷信息分时收集起来，得到比远场涡流电流更高的缺陷检测分辨率。同时，本发明通过采用较高的超声导波检测频率，可进一步提高检测分辨率。

附图说明

附图1为本发明的电磁超声换能器第一种视角的结构示意图；

附图2为本发明的电磁超声换能器第二种视角的结构示意图；

附图3为本发明电磁超声换能器的第一种局部结构示意图；

附图4为本发明电磁超声换能器的第二种局部结构示意图；

附图5为本发明的电磁超声换能器与待测钢管相配合的结构示意图；

附图6为附图5中A-A方向的剖视图；

附图7为本发明中电磁超声组件的电磁超声激发原理。

其中，

1、探头；11、探头架；12、电磁超声组件；1201、导磁铁片；1202、线圈块；1203、第一永磁体；1204、第二永磁体；1205、环形连接片；1206、弹片；1207、折叠线圈；13、移动导向组件；1301、销轴；1302、滚轮；14、引线；15、第一引线槽；16、橡胶片；17、宝塔接头；2、牵引组件；21、牵引管；22、牵引绳；23、平衡环；3、待测钢管。

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至图7所示，一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，包括探头1以及与探头1相连用以牵引其沿待测钢管3的内壁移动的牵引组件2，探头1包括中空的探头架11、设于探头架11中的电磁超声组件12以及设置在探头架11上的移动导向组件13，当电磁超声组件12中加载脉冲激励时，电磁超声组件12产生沿周向延伸的超声波。

具体的，电磁超声组件12包括沿探头架11的长度方向延伸的导磁铁片1201、设置在导磁铁片1201一侧的线圈块1202以及分设在线圈块1202两端的第一永磁体1203和第二永磁体1204，第一永磁体1203和第二永磁体1204极性相反且其分别设置在导磁铁片1201的两个端部。导磁铁片1201采用铁磁性材料制作，导磁铁片1201其截面的最小厚度大于3mm。

线圈块1202通过套设在导磁铁片1201上的环形连接片1205与导磁铁片1201相连，线圈块1202和导磁铁片1201之间夹设有弹片1206，通过设置弹片1206可以将线圈块1202均匀压在待测钢管3的内壁，实现线圈块1202与钢管内壁的弹性贴合，将探头1的提离距离稳定在很小的水平，增加信号强度，减小线圈块1202因提离变化而导致的幅值变化，同时减少线圈块1202的磨损。为防止弹片1206移位，导磁铁片1201的下端设有用以配合的卡设弹片1206的定位卡槽。

线圈块1202中设有折叠线圈1207，线圈块1202中的折叠线圈1207与引线14相连，引线14自探头架11和牵引组件2中引出。为便于引线14引出，导磁铁片1201的上端设有供引线14穿过的第一引线槽15，本实施例中，第一引线槽15位于探头架11的顶部。

当电磁超声换能器设置在待测钢管3内时，第一永磁体1203和第二永磁体1204将探头1吸附在待测钢管3上，第一永磁体1203、第二永磁体1204、导磁铁片1201和待测钢管3共同形成环形磁回路，折叠线圈1207下方形成水平磁场。

探头架11呈圆柱状，为使导磁铁片1201固定，探头架11上设有与导磁铁片1201的两端部分别配合相连的定位台阶，探头架11的底部设有用以供线圈块1202、第一永磁体1203和第二永磁体1204露出的开口。

探头架11的两端分别设有一组移动导向组件13，移动导向组件13包括设置在探头架11上的销轴1301以及可转动的套设在销轴1301上的导向滚轮1302。两组移动导向组件13能将第一永磁体1203和第二永磁体1204悬空，从而减少探头1在待测钢管3内部移动时由于第一永磁体1203和第二永磁体1204对待测钢管3的吸引力所带来的摩擦阻力。

位于牵引组件2和电磁超声组件12之间的移动导向组件13其两侧分别设有用以供引线14穿过的第二引线槽，探头架11位于第二引线槽的上方设有橡胶片16，橡胶片16用以保护引线14。

为了保证本发明的电磁超声换能器在发生某种意外时也能安全地从的小管径的待测钢管3中拉出，本发明的牵引组件2包括牵引管21和牵引绳22，牵引绳22优选采用钢绳，牵引绳22从牵引管21中引出。探头架11通过宝塔接头17与牵引管21相连，宝塔接头17采用中间开槽的形式，这样可以增加连接的稳定性，防止相对转动。牵引管21为尼龙或PU材质，牵引管21的长度大于10米时，可以检测超过10米长的待测钢管3。

为最大限度的使电磁超声换能器能够平行轴线的受到拉力或者推力，本发明在牵引管21上套设平衡环23，平衡环23采用聚四氟乙烯材质，其外径略小于待测钢管3的内径，可以减小探头1在钢管内部的晃动，消除不平行轴线的拉力或者推力传递到电磁超声换能器，使推动和拉动探头1时，探头1信号保持一致，同时减小牵引管21与待测钢管3的摩擦。

本发明的探头1由牵引管21推（拉）动，在待测钢管3内部滑动时完成检测。第一永磁体1203和第二永磁体1204可以将探头1整体吸附在待测钢管3的内壁上，第一永磁体1203、第二永磁体1204、导磁铁片1201、待测钢管3共同形成一个环形磁回路，在折叠线圈1207下方形成强大的水平磁场；当折叠线圈1207中加载脉冲激励时，可以在待测钢管3内壁中形成沿待测钢管3周向传播的超声波，通过分析超声波的幅度衰减、相位变化等，可以检测出待测钢管3在相应位置的缺陷情况，具体电磁超声激发原理参见附图7所示。

本发明的电磁超声换能器结构小巧，最小可以检测内径10mm的钢管，整个检测过程无需通常压电超声需要的耦合剂，对工件表面无要求，大大提高了检测速度和检测的方便性；超声波沿待测钢管3的周向传播，可以一次将整个待测钢管3的截面全部检测完毕，而不需要分角度检测，提高了检测效率；电磁超声相对于传统的远场涡流，检测频率更高，对小口径管的腐蚀检测具有更高的分辨率，对现役核电站热交换管缺陷最优分辨率可以达到0.5mm通孔当量，相比传统的涡流电流方法分辨率更高。

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)

1.一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，其特征在于：包括探头以及与所述探头相连用以牵引其沿待测钢管的内壁移动的牵引组件，所述探头包括中空的探头架、设于所述探头架中的电磁超声组件以及设置在所述探头架上的移动导向组件，当所述电磁超声组件中加载脉冲激励时，所述电磁超声组件产生沿周向延伸的超声波；

所述电磁超声组件包括沿所述探头架的长度方向延伸的导磁铁片、设置在所述导磁铁片一侧的线圈块以及分设在所述线圈块两端的第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和所述第二永磁体极性相反且其分别设置在所述导磁铁片的两个端部，所述线圈块中设有折叠线圈；

所述线圈块通过套设在所述导磁铁片上的环形连接片与所述导磁铁片相连，所述线圈块和所述导磁铁片之间夹设有弹片，所述线圈块中的所述折叠线圈与引线相连，所述引线自所述探头架和所述牵引组件中引出。

2.根据权利要求1所述的一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，其特征在于：所述导磁铁片采用铁磁性材料制作，所述导磁铁片的上端设有用以配合的供所述引线穿过的第一引线槽，所述导磁铁片的下端设有用以配合的卡设所述弹片的定位卡槽，所述导磁铁片其截面的最小厚度大于3mm。

3.根据权利要求1所述的一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，其特征在于：所述探头架呈圆柱状，所述探头架上设有与所述导磁铁片的两端部分别配合相连的定位台阶，所述探头架的底部设有用以供所述线圈块、所述第一永磁体和所述第二永磁体露出的开口。

4.根据权利要求1所述的一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，其特征在于：当所述换能器设置在所述待测钢管内时，所述第一永磁体和所述第二永磁体将所述探头吸附在所述待测钢管上，所述第一永磁体、所述第二永磁体、所述导磁铁片和所述待测钢管共同形成环形磁回路，所述折叠线圈下方形成水平磁场。

5.根据权利要求1所述的一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，其特征在于：所述探头架的两端分别设有一组所述移动导向组件，所述移动导向组件包括设置在所述探头架上的销轴以及可转动的套设在所述销轴上的导向滚轮。

6.根据权利要求5所述的一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，其特征在于：位于所述牵引组件和所述电磁超声组件之间的所述移动导向组件其两侧分别设有用以供所述引线穿过的第二引线槽，所述探头架位于所述第二引线槽的上方设有用以保护所述引线的橡胶片。

7.根据权利要求1所述的一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，其特征在于：所述牵引组件包括牵引管以及与所述探头架相连且自所述牵引管中引出的牵引绳，所述探头架通过宝塔接头与所述牵引管相连。

8.根据权利要求7所述的一种应用于小口径管缺陷检测的电磁超声换能器，其特征在于：所述牵引组件还包括套设在所述牵引管上的平衡环，当所述平衡环位于所述待测钢管中时，所述平衡环的外壁贴近所述待测钢管的内壁。

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