CN109979620B - 一种异形管材涡流阵列检测探头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核电设备无损检查应用技术领域，进一步属于快堆堆芯组件外套管涡流检查领域，具体涉及一种异形管材涡流阵列检测探头；该探头包括外表面涡流阵列探头和内表面涡流阵列探头；外表面涡流阵列探头贴合在六角管外表面，沿六角管轴向方向移动扫描六角管外表面，内表面涡流阵列探头贴合在六角管内表面，沿六角管轴向方向移动扫描六角管内表面，外表面涡流阵列探头和内表面涡流阵列探头分别将扫描六角管外表面和内表面产生的涡流信号通过电缆传输至外部涡流仪处理，实现对六角管表面缺陷的快速检测。
Description
技术领域
本发明属于核电设备无损检查应用技术领域，进一步属于快堆堆芯组件外套管涡流检查领域，具体涉及一种异形管材涡流阵列检测探头。
背景技术
堆芯组件外套管(以下简称：套管)是快堆工作于高温钠介质环境中的重要组件，也是防止核泄漏的一道安全屏障。为了保证该设施的安全稳定的运行，套管在生产完成后需要进行无损检测。
套管的形状为等边六角形管材(以下简称六角管)结构，需要从外部和内部进行检测，要求能够发现表面和内表面的裂纹或磨损等缺陷，并且可以发现缺陷的位置和大小，进而分析套管产生缺陷的原因。制定相应的措施来避免由于相同工艺或其他原因造成套管的再次损伤，保障核反应堆的安全可靠性运行。
采用涡流探头对套管进行无损检测是发现缺陷的主要的方法之一。由于六角管的内、外表面的受检面积较大，如果使用单点式涡流探头技术，需要从六角管的外表面和内表面分别实施扫查，由于单点式探头检查所覆盖的有效检查区域较少，每个平面需要多次往返扫查才能覆盖受检面，而且到达棱角的位置检查时必须更换棱角专用的探头来完成。整个检查过程需要耗费大量的时间，并且对扫查装置的要求也非常高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异形管材涡流阵列检测探头，能够克服单点涡流探头检查时间长，反复更换探头，对辅助扫查设备要求高等问题，可快速完成套管内、外壁表面和近表面的涡流检查。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种异形管材涡流阵列检测探头，该探头包括外表面涡流阵列探头和内表面涡流阵列探头；外表面涡流阵列探头贴合在六角管外表面，沿六角管轴向方向移动扫描六角管外表面，内表面涡流阵列探头贴合在六角管内表面，沿六角管轴向方向移动扫描六角管内表面，外表面涡流阵列探头和内表面涡流阵列探头分别将扫描六角管外表面和内表面产生的涡流信号通过电缆传输至外部涡流仪处理，实现对六角管表面缺陷的检测。
所述外表面涡流阵列探头包括外表面线圈模块、外表面仿形骨架、外表面弹簧和外壳；
外表面仿形骨架为凹槽结构，其横截面呈“倒V型”，外表面仿形骨架下底面与六角管外表面的一个棱角面相配合，外表面线圈模块为长条状，外表面线圈模块沿外表面仿形骨架“倒V型”下底面周向设置，外壳盖合在外表面仿形骨架外部，外壳与外表面仿形骨架之间设置外表面弹簧。
非检测状态下，外表面仿形骨架在外表面弹簧的作用力下突出外壳下底面；对六角管外表面进行检查时，外表面涡流阵列探头安装到六角管外表面上，通过外部机械装置压紧外壳，外表面仿形骨架在外表面弹簧的作用力下，外表面仿形骨架下底面贴合在六角管外表面。
所述外表面涡流阵列探头在外部机械装置的驱动下，沿六角管轴向运动，外表面线圈模块产生电磁场，在六角管外表面和近外表面产生涡流，当遇到六角管外表面缺陷时，涡流产生扰动，使感应磁场发生变化，反馈给外表面线圈模块，外表面线圈模块再将实时涡流信号通过电缆传输至外部涡流仪，实现对六角管外表面的检测，外表面涡流阵列探头每次检测，覆盖超过六角管外表面六分之一的区域。
所述内表面涡流阵列探头包括内表面线圈模块、内表面仿形骨架、支撑块、对中滑块和内表面弹簧；
内表面仿形骨架为上凸结构，其横截面呈“倒V型”，内表面仿形骨架上表面与六角管内表面的一个棱角面相配合，内表面线圈模块为长条状，内表面线圈模块沿内表面仿形骨架“倒V型”上表面周向设置，支撑块上表面加工有上凹槽，内表面仿形骨架下底面通过内表面弹簧设置在支撑块的上凹槽内，对中滑块为下凸结构，其横截面呈“V型”，对中滑块下底面与六角管内表面的一个棱角面相配合，支撑块下底面加工有下凹槽，对中滑块上表面通过内表面弹簧设置在支撑块的下凹槽内；对中滑块与内表面仿形骨架对称分布，在检查时，在六角管内实现自动对中。
在非检测状态下，内表面仿形骨架和对中滑块在内表面弹簧的作用力下突出支撑块；对六角管内表面实施检查时，内表面涡流阵列探头安装到六角管内，对中滑块和内表面仿形骨架在内表面弹簧作用下，自动对中并贴合在六角管内表面。
所述内表面涡流阵列探头在外部机械装置的驱动下，沿六角管轴向运动，内表面线圈模块产生电磁场，在六角管内表面和近内表面产生涡流，当遇到六角管内表面缺陷时，涡流产生扰动，使感应磁场发生变化，反馈给内表面线圈模块，内表面线圈模块再将实时涡流信号通过电缆传输至外部涡流仪，实现对六角管内表面的检测，内表面涡流阵列探头每次检测，覆盖超过六角管内表面六分之一的区域。
所述外表面线圈模块包括多个激励线圈和多个接收线圈；激励线圈和接收线圈由漆包线螺旋绕制而成，呈扁平圆形状；多个激励线圈沿外表面仿形骨架“倒V型”下底面周向呈条状设置，多个激励线圈以棱角中心线为对称线，覆盖区域超过棱角中心线左右两侧平面的棱角左侧平面中心线和棱角右侧平面中心线；
多个接收线圈沿外表面仿形骨架“倒V型”下底面周向呈条状设置，并与多个激励线圈平行设置，多个接收线圈以棱角中心线为对称线，覆盖区域超过棱角中心线左右两侧平面的棱角左侧平面中心线和棱角右侧平面中心线。
所述内表面线圈模块包括多个激励线圈和多个接收线圈；激励线圈和接收线圈由漆包线螺旋绕制而成，呈扁平圆形状；多个激励线圈沿内表面仿形骨架“倒V型”上表面周向呈条状设置，多个激励线圈以棱角中心线为对称线，覆盖区域超过棱角中心线左右两侧平面的棱角左侧平面中心线和棱角右侧平面中心线；
多个接收线圈沿内表面仿形骨架“倒V型”上表面周向呈条状设置，并与多个激励线圈平行设置，多个接收线圈以棱角中心线为对称线，覆盖区域超过棱角中心线左右两侧平面的棱角左侧平面中心线和棱角右侧平面中心线。
所述外表面涡流阵列探头或内表面涡流阵列探头工作时，激励线圈产生电磁场，在被检六角管表面和近表面产生涡流场，当遇到表面缺陷时，涡流场产生扰动，使感应磁场发生变化，通过互感现象反馈给相邻的接收线圈，接收线圈再通过电缆将实时涡流信号传输至外部涡流仪。
本发明的技术效果主要体现在：
(1)本发明一种异形管材涡流阵列检测探头，外表面仿形骨架与六角管外部形状相反，成V字型，线圈周向布置在倒V字型表面，非检查状态下，仿形骨架在弹簧的作用力下略突出外壳下表面，对六角管外表面实施检查时，探头需要安装到外表面扫查机械臂上，由机械臂驱动外壳压紧在六角管表面，这时仿形骨架在弹簧回弹的作用力下，会很好的紧密贴合在六角管外表面。
(2)本发明一种异形管材涡流阵列检测探头，外表面涡流阵列探头是通过扫查器的机械臂压紧在六角管的外表面，扫查器带动探头轴向运动，单次扫查可覆盖六角管外表面的六分之一区域，完成一侧扫查后，扫查器将六角管旋转到另外一个检查面，带动探头反向运动进行快速检测。
(3)本发明一种异形管材涡流阵列检测探头，仿形骨架结构和工作原理与外表面涡流阵列探头基本相同，不同之处在于增加了支撑块和自动对中滑块，自动对中滑块与仿形骨架成对称分布；在非检查状态下，内表面仿形骨架和自动对中滑块同样在弹簧的作用力下略突出支撑块；对六角管内表面实施检查时，探头需要安装到内表面扫查器的机械臂上，机械臂驱动探头进入六角管内部后，自动对中滑块和仿形骨架突出部分在挤压的作用力下压缩弹簧自动回缩，同时会很好的紧密贴合在六角管内表面。
(4)本发明一种异形管材涡流阵列检测探头，内表面涡流阵列探头只须扫查器带动探头沿着六角管内部轴向往返运动和旋转六角管更换检测面，探头本身设计有辅助对中滑块，与仿形骨架对称分布，可实现自动对中，使探头轴向运动更加平稳，单次扫查可覆盖六角管内表面的六分之一区域，同样可实现快速检查。
附图说明
图1为本发明一种异形管材涡流阵列检测探头示意图；
图2为本发明一种异形管材涡流阵列检测探头剖视图；
图3为本发明一种异形管材涡流阵列检测探外表面头局部图；
图4为本发明一种异形管材涡流阵列检测探内表面头局部图；
图5为本发明线圈模块布置示意图；
图中：1-外表面涡流阵列探头；2-内表面涡流阵列探头；3-六角管；4-电缆；5-激励线圈；6-接收线圈；7-棱角右侧平面中心线；8-棱角中心线；9-棱角左侧平面中心线；101-外表面线圈模块；102-外表面仿形骨架；103-外表面弹簧；104-外壳；201-内表面线圈模块；202-内表面仿形骨架；203-支撑块；204-对中滑块；205-内表面弹簧。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明一种异形管材涡流阵列检测探头详细说明。
如图1和图2所示，本发明一种异形管材涡流阵列检测探头，包括外表面涡流阵列探头1和内表面涡流阵列探头2；外表面涡流阵列探头1贴合在六角管3外表面，沿六角管3轴向方向移动扫描六角管3外表面，内表面涡流阵列探头2贴合在六角管3内表面，沿六角管3轴向方向移动扫描六角管3内表面，外表面涡流阵列探头1和内表面涡流阵列探头2分别扫描六角管3外表面和内表面产生的涡流信号通过电缆4传输至外部涡流仪处理，实现对六角管3表面缺陷的快速检测。
如图3所示，所述外表面涡流阵列探头1包括外表面线圈模块101、外表面仿形骨架102、外表面弹簧103和外壳104；
外表面仿形骨架102为凹槽结构，其横截面呈“倒V型”，外表面仿形骨架102下底面与六角管3外表面的一个棱角面相配合，外表面线圈模块101为长条状，外表面线圈模块101沿外表面仿形骨架102“倒V型”下底面周向设置，外壳104盖合在外表面仿形骨架102外部，外壳104与外表面仿形骨架102之间设置外表面弹簧103；
非检查状态下，外表面仿形骨架102在外表面弹簧103的作用力下突出外壳104下底面；对六角管3外表面进行检查时，外表面涡流阵列探头1安装到六角管3外表面上，通过外部机械装置压紧外壳104，外表面仿形骨架102在外表面弹簧103的作用力下，外表面仿形骨架102下底面贴合在六角管3外表面；
外表面涡流阵列探头1在外部机械装置的驱动下，沿六角管3轴向运动，外表面线圈模块101产生电磁场，在六角管3外表面和近外表面产生涡流，当遇到六角管3外表面缺陷时，涡流产生扰动，使感应磁场发生变化，反馈给外表面线圈模块101，外表面线圈模块101再将实时涡流信号通过电缆4传输至外部涡流仪，实现对六角管3外表面的检测，外表面涡流阵列探头1每次检测，可覆盖超过六角管3外表面六分之一的区域。
如图4所示，所述内表面涡流阵列探头2包括内表面线圈模块201、内表面仿形骨架202、支撑块203、对中滑块204和内表面弹簧205；
内表面仿形骨架202为上凸结构，其横截面呈“倒V型”，内表面仿形骨架202上表面与六角管3内表面的一个棱角面相配合，内表面线圈模块201为长条状，内表面线圈模块201沿内表面仿形骨架202“倒V型”上表面周向设置，支撑块203上表面加工有上凹槽，内表面仿形骨架202下底面通过内表面弹簧205设置在支撑块203的上凹槽内，对中滑块204为下凸结构，其横截面呈“V型”，对中滑块204下底面与六角管3内表面的一个棱角面相配合，支撑块203下底面加工有下凹槽，对中滑块204上表面通过内表面弹簧205设置在支撑块203的下凹槽内；对中滑块204与内表面仿形骨架202对称分布，在检查时，在六角管3内实现自动对中；
在非检查状态下，内表面仿形骨架202和对中滑块204在内表面弹簧205的作用力下突出支撑块203；对六角管3内表面实施检查时，内表面涡流阵列探头2安装到六角管3内，对中滑块204和内表面仿形骨架202在内表面弹簧205作用下，自动对中并贴合在六角管内表面；
内表面涡流阵列探头2在外部机械装置的驱动下，沿六角管3轴向运动，内表面线圈模块201产生电磁场，在六角管3内表面和近内表面产生涡流，当遇到六角管3内表面缺陷时，涡流产生扰动，使感应磁场发生变化，反馈给内表面线圈模块201，内表面线圈模块201再将实时涡流信号通过电缆4传输至外部涡流仪，实现对六角管3内表面的检测，内表面涡流阵列探头2每次检测，可覆盖六角管3内表面六分之一的区域。
如图5所示，所述外表面线圈模块101和内表面线圈模块201包括多个激励线圈5和多个接收线圈6；激励线圈5和接收线圈6由漆包线螺旋绕制而成，呈扁平圆形状；多个激励线圈5沿外表面仿形骨架102“倒V型”下底面或内表面仿形骨架202“倒V型”上表面周向呈条状设置，多个激励线圈5以棱角中心线8为对称线，覆盖区域超过棱角中心线8左右两侧平面的棱角左侧平面中心线9和棱角右侧平面中心线7，使得多个激励线圈5覆盖区域超过棱角中心线8左右两侧平面面积的二分之一；
多个接收线圈6沿外表面仿形骨架102“倒V型”下底面或内表面仿形骨架202“倒V型”上表面周向呈条状设置，并与多个激励线圈5平行设置，多个接收线圈6以棱角中心线8为对称线，覆盖区域超过棱角中心线8左右两侧平面的棱角左侧平面中心线9和棱角右侧平面中心线7，使得多个接收线圈6覆盖区域超过棱角中心线8左右两侧平面面积的二分之一；
外表面涡流阵列探头1或内表面涡流阵列探头2工作时，激励线圈5产生电磁场，在被检六角管3表面和近表面产生涡流场，当遇到表面缺陷时，涡流场产生扰动，使感应磁场发生变化，通过互感现象反馈给相邻的接收线圈6，接收线圈6再通过电缆将实时涡流信号传输至外部涡流仪。
Claims (6)
1.一种异形管材涡流阵列检测探头，其特征在于：该探头包括外表面涡流阵列探头和内表面涡流阵列探头；外表面涡流阵列探头贴合在六角管外表面，沿六角管轴向方向移动扫描六角管外表面，内表面涡流阵列探头贴合在六角管内表面，沿六角管轴向方向移动扫描六角管内表面，外表面涡流阵列探头和内表面涡流阵列探头分别将扫描六角管外表面和内表面产生的涡流信号通过电缆传输至外部涡流仪处理，实现对六角管表面缺陷的检测；
所述外表面涡流阵列探头包括外表面线圈模块、外表面仿形骨架、外表面弹簧和外壳；
外表面仿形骨架为凹槽结构，其横截面呈“倒 V 型”，外表面仿形骨架下底面与六角管外表面的一个棱角面相配合，外表面线圈模块为长条状，外表面线圈模块沿外表面仿形骨架“倒 V 型”下底面周向设置，外壳盖合在外表面仿形骨架外部，外壳与外表面仿形骨架之间设置外表面弹簧。
2.根据权利要求1 所述的一种异形管材涡流阵列检测探头，其特征在于：非检测状态下，外表面仿形骨架在外表面弹簧的作用力下突出外壳下底面；对六角管外表面进行检查时，外表面涡流阵列探头安装到六角管外表面上，通过外部机械装置压紧外壳，外表面仿形骨架在外表面弹簧的作用力下，外表面仿形骨架下底面贴合在六角管外表面。
3. 根据权利要求 1 所述的一种异形管材涡流阵列检测探头，其特征在于：所述内表面涡流阵列探头包括内表面线圈模块、内表面仿形骨架、支撑块、对中滑块和内表面弹簧；
内表面仿形骨架为上凸结构，其横截面呈“倒 V 型”，内表面仿形骨架上表面与六角管内表面的一个棱角面相配合，内表面线圈模块为长条状，内表面线圈模块沿内表面仿形骨架“倒 V 型”上表面周向设置，支撑块上表面加工有上凹槽，内表面仿形骨架下底面通过内表面弹簧设置在支撑块的上凹槽内，对中滑块为下凸结构，其横截面呈“V 型”，对中滑块下底面与六角管内表面的一个棱角面相配合，支撑块下底面加工有下凹槽，对中滑块上表面通过内表面弹簧设置在支撑块的下凹槽内；对中滑块与内表面仿形骨架对称分布，在检查时，在六角管内实现自动对中。
4.根据权利要求3所述的一种异形管材涡流阵列检测探头，其特征在于：在非检测状态下，内表面仿形骨架和对中滑块在内表面弹簧的作用力下突出支撑块；对六角管内表面实施检查时，内表面涡流阵列探头安装到六角管内，对中滑块和内表面仿形骨架在内表面弹簧作用下，自动对中并贴合在六角管内表面。
5. 根据权利要求 1 所述的一种异形管材涡流阵列检测探头，其特征在于：所述外表面线圈模块包括多个激励线圈和多个接收线圈；激励线圈和接收线圈由漆包线螺旋绕制而成，呈扁平圆形状；多个激励线圈沿外表面仿形骨架“倒 V型”下底面周向呈条状设置，多个激励线圈以棱角中心线为对称线，覆盖区域超过棱角中心线左右两侧平面的棱角左侧平面中心线和棱角右侧平面中心线；
多个接收线圈沿外表面仿形骨架“倒 V 型”下底面周向呈条状设置，并与多个激励线圈平行设置，多个接收线圈以棱角中心线为对称线，覆盖区域超过棱角中心线左右两侧平面的棱角左侧平面中心线和棱角右侧平面中心线。
6. 根据权利要求3所述的一种异形管材涡流阵列检测探头，其特征在于：所述内表面线圈模块包括多个激励线圈和多个接收线圈；激励线圈和接收线圈由漆包线螺旋绕制而成，呈扁平圆形状；多个激励线圈沿内表面仿形骨架“倒 V型”上表面周向呈条状设置，多个激励线圈以棱角中心线为对称线，覆盖区域超过棱角中心线左右两侧平面的棱角左侧平面中心线和棱角右侧平面中心线；
多个接收线圈沿内表面仿形骨架“倒 V 型”上表面周向呈条状设置，并与多个激励线圈平行设置，多个接收线圈以棱角中心线为对称线，覆盖区域超过棱角中心线左右两侧平面的棱角左侧平面中心线和棱角右侧平面中心线。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 阵列涡流无损检测技术的研究及进展;赵磊;《无损探伤》;第19-21页 * |
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| CN109979620A (zh) | 2019-07-05 |
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