CN111157577A - 一种钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置 - Google Patents

一种钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置，其包括直流磁化器、高频交流加热器和红外相机阵列，高频交流加热器为环形螺旋管结构，直流磁化器包括若干相互平行的环形线圈，若干环形线圈均与直流电源电连接；高频交流加热器设置在两个直流磁化器之间，且两个直流磁化器与高频交流加热器同轴；红外相机与处理器通信连接，处理器与PC端通信连接。整个装置可以实现对钢管内部缺陷的检测，而传统涡流热成像装置仅能检测钢管表面或近表面缺陷的检测。安全系数高，无需任何耦合剂，可实现非接触检测，减少对钢管表面的损伤。

Description

一种钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置
技术领域
本发明涉及钢管缺陷检测技术领域，具体涉及一种钢管磁化涡流热成像缺 陷检测装置。
背景技术
在五大运输方式中，管道运输有着独特的优势。管道运输作为一种经济、 高效、可靠的运输方式，在天然气、石油等物资的输送过程中具有无可替代的 地位。
通常管道运输使用的都是钢管。管道运输对钢管的密封性要求较高，对裂 纹、孔洞等缺陷极其敏感。然而，钢管在生产过程中，不可避免地存在缺陷， 这些带有缺陷的钢管如果被投入生产中使用，将成为一个巨大的安全隐患。针 对表面缺陷，较容易检测发现，且经过打磨处理后尚可使用；而针对内部缺陷， 不易检测发现，且内部缺陷的存在意味着该钢管的报废。
如果能够在加工初期就检测出钢管内部的缺陷，不但将避免后期不必要的 进一步加工，节约生产成本，还可以避免有缺陷的钢管流入市场，保证了后期 使用过程中安全生产的要求。因此，开发一套钢管内部缺陷检测设备具有重大 意义。
传统的无损检测技术，包括漏磁检测、超声检测、涡流检测、射线检测、 涡流热成像检测等，要实现快速、动态、准确地检测钢管内部缺陷存在各种各 样的问题。涡流热成像是最常用的一种钢管缺陷检测技术，具有系统简单、速 度快、灵敏度高、分辨率高、频谱丰富、可评估的参数多等优势。但由于趋肤 效应的影响，涡流无法渗透到钢管内部，因此传统涡流热成像只能检测钢管表 面缺陷，而无法实现内部缺陷检测。因此，发明一种可以检测钢管内部缺陷的 涡流热成像检测装置具有重要科学意义和实用价值。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种在钢管生产过程中能对钢 管内部的缺陷进行检测的钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置。
为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置，其包括直流磁化器、高频交 流加热器和红外相机阵列，高频交流加热器为环形螺旋管结构，高频交流加热 器的两端与高频交流电源电连接；直流磁化器包括若干相互平行的环形线圈， 若干环形线圈均与直流电源电连接；直流磁化器间隙的套在高频交流加热器外， 且直流磁化器与高频交流加热器同轴；红外相机阵列分布在直流磁化器的后端； 红外相机与处理器通信连接，处理器与PC端通信连接。
本方案在使用时，将待测钢管穿过高频交流加热器内，并确保同轴，直流 电源给直流磁化器内的环形线圈通电，产生磁化场，将钢管磁化至饱和状态， 使内部缺陷引起钢管表面形成非均匀磁场分布区；高频交流电源给高频交流加 热器通电，当待测钢管从环形螺旋管中穿过加热时，表面的非均匀磁导率分布 将产生非均匀的温度场分布；红外相机拍摄并获取钢管表面的温度场分布，发 送给处理器形成热成像，并显示在PC端上，供检测人员参考，实现钢管内部缺 陷检测的目的。
进一步地，高频交流加热器的两侧分别设置有直流磁化器，且两侧的直流 磁化器均与高频交流加热器同轴。
本方案采用两个直流磁化器，在两个直流磁化器中间有最均匀的磁场和最 大的磁感应强度，保证了待测钢管磁化的效果；由于高频交流加热器不再位于 直流磁化器的内部，因此，可以减小直流磁化器的半径，减小整个装置的尺寸。
进一步地，红外相机阵列包括四个红外相机，四个红外相机均匀分布在同 一圆周上，且红外相机所在的圆心落在高频交流加热器的轴线上。
本方案采用四个红外相机，可将待检钢管360度圆周表面的温度场分布图 完全记录下来，确保检测无死角。
进一步地，还包括两个滚轮，两个滚轮分别设置在红外相机阵列一侧与直 流磁化器一侧，且滚轮安装在电机的转轴上，滚轮的外圆周上设置有U形槽。
本方案的两个滚轮用于输送待测钢管，并带动钢管匀速直线运动，可实现 流水线检测，适用于工业应用。
进一步地，直流电源为直流可调电源。
本方案的直流可调电源可调整通电电流的大小，不同壁厚和不同材料的待 测钢管磁化饱和需要的磁场强度不同，通过调节直流电源的电流输出，得到不 同强度的直流磁化场，保证将各种待检钢管磁化饱和。
进一步地，高频交流加热器为空心管构成的环形螺旋管结构，高频交流加 热器的两端连接水循环泵。
本方案在环形螺旋管内通水循环，用于对高频交流加热器进行冷却降温。
本发明的有益效果为：本发明采用的钢管磁化涡流热成像检测技术与传统 的钢管涡流热成像检测技术相比，所具有的突出优势为：
1、整个装置可以实现对钢管内部缺陷的检测，而传统涡流热成像装置仅能 检测钢管表面或近表面缺陷的检测。
2、本发明安全系数高，无需任何耦合剂，可实现非接触检测，减少对钢管 表面的损伤。
附图说明
图1为单个直流磁化器的检测装置的结构图。
图2为单个直流磁化器的磁化场分布示意图。
图3为单个直流磁化器检测缺陷时引起的非均匀磁导率分布示意图。
图4为两个直流磁化器的检测装置的结构图。
图5为两个直流磁化器检测缺陷时引起的非均匀磁导率分布示意图。
其中：1、滚轮，2、待测钢管，3、直流磁化器，4、高频交流加热器，5、 红外相机，6、待测钢管外壁，7、待测钢管内壁，8、内部缺陷，9、非均匀磁 场分布区，10、均匀磁场分布区。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理 解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的 普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精 神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保 护之列。
如图1所示，钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置包括直流磁化器3、高频交 流加热器4和红外相机阵列，高频交流加热器4为环形螺旋管结构，高频交流 加热器4的两端与高频交流电源电连接；直流磁化器3包括若干相互平行的环 形线圈，若干环形线圈均与直流电源电连接；直流磁化器3间隙的套在高频交 流加热器4外，且直流磁化器3与高频交流加热器4同轴；红外相机阵列分布 在直流磁化器3的两侧；红外相机5与处理器通信连接，处理器与PC端通信连 接。
本方案在使用时，将待测钢管2穿过高频交流加热器4内，并确保同轴， 直流电源给直流磁化器3内的环形线圈通电，产生磁化场，将钢管磁化至饱和 状态，使内部缺陷8引起钢管表面形成非均匀磁场分布区。如图2所示，为了 将待测钢管2磁化饱和，磁场需要达到一定的磁场强度；本实施例将一根导线 绕成通电螺线管，在一定电流大小下得到的磁场的感应磁场强度可以满足将钢 管磁化饱和的要求。根据电磁学理论可知，通电螺线管内部的磁场为匀强磁场, 即多匝磁化线圈中为均匀磁场区10。
本方案的直流电源采用直流可调电源，优选型号为XYD5005数控直流可调 稳压电源，使直流电源输出的电流强度可调，不同壁厚和不同材料的待测钢管2 磁化饱和需要的磁场强度不同，通过调节直流电源的输出，得到不同强度的直 流磁化场，保证将各种待检钢管磁化饱和。
高频交流电源给高频交流加热器4通电，当待测钢管2从环形螺旋管中穿 过加热时，表面的非均匀磁导率分布将产生非均匀的温度场分布；红外相机5 拍摄并获取钢管表面的温度场分布，发送给处理器形成热成像，并显示在PC端 上，供检测人员参考，实现钢管内部缺陷8检测的目的。
如图3所示，在直流磁化器3的作用下，钢管内部产生直流磁化场。由于 磁导率与磁场强度呈非线性关系，在直流磁化场作用下，位于待测钢管内壁7 的内部缺陷8处改变钢管表面的磁场强度，引起待检钢管表面形成非均匀磁场 分布区9。所以，非均匀磁场分布区9在加热过程中将引起待测钢管外壁6的非 均匀的温度场分布。
高频交流加热器4的两侧分别设置有直流磁化器3，且两侧的直流磁化器3 均与高频交流加热器4同轴。两个直流磁化器3内环形线圈中通大小相等、方 向相同的电流。
本方案可采用两个直流磁化器3，在两个直流磁化器3的中间有最均匀的磁 场和最大的磁感应强度，保证了待测钢管2磁化的效果，由于高频交流加热器4 不再位于直流磁化器3的内部，因此，可以减小直流磁化器3的半径，减小整 个装置的尺寸。
如图4和图5所示，在两个直流磁化器3的作用下，钢管内部产生直流磁 化场。由于磁导率与磁场强度呈非线性关系，在直流磁化场作用下，位于钢管 内壁的内部缺陷8改变钢管表面磁场强度，引起待检钢管表面形成非均匀磁场 分布区9。由于使用了两个内径更小的直流磁化器3，与单个直流磁化器3相比， 两个直流磁化器3具有更广的匀强磁场范围和更大的磁感应强度。
红外相机阵列包括四个红外相机5，四个红外相机5均匀圆周分布在同一圆 周上，且红外相机5所在的圆心落在高频交流加热器4的轴线上，且红外相机5 所在的圆周与待测钢管2切面平行。四个红外相机5，可将待检钢管360度圆周 表面的温度场分布图完全记录下来，确保检测无死角。
本方案通过两个滚轮1分别设置在红外相机阵列一侧与直流磁化器3一侧， 且滚轮1安装在电机的转轴上，滚轮1的外圆周上设置有U形槽。用于输送待 测钢管2，并带动钢管匀速直线运动，可实现流水线检测，适用于工业应用。
高频交流加热器4为空心管构成的环形螺旋管结构，高频交流加热器4的 两端连接水循环泵。在可实现通电的同时，还可对高频交流加热器4进行冷却 降温。本方案的处理器采用Intel酷睿i5 9400F，结合相关软件对红外相机5拍 摄的图像进行分析，显示在PC端上。
本发明采用的钢管磁化涡流热成像检测技术所具有的突出优势为：
1、整个装置可以实现对钢管内部缺陷8的检测，而传统涡流热成像装置仅 能检测钢管表面或近表面缺陷的检测。
2、本发明安全系数高，无需任何耦合剂，可实现非接触检测，减少对钢管 表面的损伤。

Claims (6)

1.一种钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，包括直流磁化器(3)、高频交流加热器(4)和红外相机阵列，所述高频交流加热器(4)为环形螺旋管结构，所述高频交流加热器(4)的两端与高频交流电源电连接；所述直流磁化器(3)包括若干相互平行的环形线圈，若干所述环形线圈均与直流电源电连接；所述直流磁化器(3)间隙的套在高频交流加热器(4)外，且直流磁化器(3)与高频交流加热器(4)同轴；所述红外相机(5)阵列分布在直流磁化器(3)的后端；所述红外相机(5)与处理器通信连接，所述处理器与PC端通信连接。
2.根据权利要求1所述的钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述高频交流加热器(4)的两侧分别设置有直流磁化器(3)，且两侧的直流磁化器(3)均与高频交流加热器(4)同轴。
3.根据权利要求1所述的钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述红外相机阵列包括四个红外相机(5)，四个所述红外相机(5)均匀分布在同一圆周上，且红外相机(5)所在的圆心落在高频交流加热器(4)的轴线上。
4.根据权利要求1所述的钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，还包括两个滚轮(1)，两个所述滚轮(1)分别设置在红外相机阵列一侧与直流磁化器(3)一侧，且滚轮(1)安装在电机的转轴上，所述滚轮(1)的外圆周上设置有U形槽。
5.根据权利要求1所述的钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述直流电源为直流可调电源。
6.根据权利要求1所述的钢管磁化涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述高频交流加热器(4)为空心管构成的环形螺旋管结构，所述高频交流加热器(4)的两端连接水循环泵。
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