CN113960177B - 一种用于多阶t型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，属于超声无损检测技术领域。包括固定板和多层永磁体；多层永磁体与固定板的下平面固定连接，固定板下平面的两侧设有若干滚轮；多层永磁体包括若干层通过磁力连接的单体永磁体，相邻单体永磁体的磁极方向相反；多层永磁体与待测多阶T型槽的形状匹配，多层永磁体的每个检测面与多阶T型槽各待测平面相对应，每个检测面上均固定有激励线圈电路板，所有激励线圈电路板均连接至电磁超声检测系统。本发明能够一次性对多阶T型槽构件的各个平面进行无损检测，且位置调节精度高，适应范围广。

Description

一种用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头

技术领域

本发明属于超声无损检测技术领域，具体涉及一种用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头。

背景技术

多阶T型槽在大型机械设备中应用广泛，从汽轮机、高铁列车、大型起吊机等，到处都有多阶T型槽构件在发挥着不可或缺的作用。这些构件支撑着经济发展和日常生活，一旦在T型槽内部产生裂纹等缺陷，会大大增加这些大型机械设备的安全隐患，随着裂纹的不断拓展，就会导致构件断裂的灾难性故障，除了会影响经济的正常运转，也会给人们的生活带来极大的不便利，因此进行多阶T型槽缺陷检测，尤其是内表面裂纹缺陷的无损检测与评估检测，有着极其重大的经济意义和现实需求。多阶T型槽的无损检测一方面包括构件服役前的残次品的剔除，另一方面也包括在役构件的定期筛查；在构件投入使用前通过无损检测找出内部含有夹渣、孔隙和断层等缺陷的不合格产品，在构件服役期内通过定期筛查，检测出那些老化较快产生裂纹缺陷的T型槽并及时更换，对提高大型机械设备的安全性，延长其服役期具有重要意义。

无损检测是指在检查机械材料内部不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材对试件内部及表面的结构、状态及缺陷的类型、数量、形状、性质、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。在众多的无损检测方法中，超声无损检测方法以其较低的成本、结构简单、操作方便、检测精度高以及对检测人员比较友好等优势获得了比较广泛的应用。

超声无损检测中超声信号的激励方式有很多种，常见的主要有压电超声、电磁超声、激光超声等等。压电超声是目前应用最多的一种方法，然而，由于压电超声探头工作温度范围小而且需要依赖耦合剂，因此在复杂的工程环境中，压电超声的应用领域受到很大的制约。电磁超声通过被测试件集肤层内的交变感应涡流和偏置磁场的相互作用产生超声波，具有低耦合、高精度、对检测试件表面要求低等优点，可以进一步提高超声无损检测的效率，扩大其应用范围。

在利用电磁超声进行无损检测的过程中，传统的电磁超声直探头检测单个平面的效果尚可，但对于多阶T型槽构件，传统的电磁超声直探头的检测效果不太理想。一方面，由于槽内存在多个待测平面，水平方向的待测面还可以通过调整直探头位置进行测量，垂直方向的待测面则几乎无法通过直探头进行检测；另一方面，传统直探头一般需要通过手动方式进行位置调整，可控性较差，位置精度太低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，能够一次性对多阶T型槽构件的各个平面进行无损检测，且位置调节精度高，适应范围广。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，包括固定板和多层永磁体；多层永磁体与固定板的下平面固定连接，固定板下平面的两侧设有若干滚轮；多层永磁体包括若干层通过磁力连接的单体永磁体，相邻单体永磁体的磁极方向相反；多层永磁体与待测多阶T型槽的形状匹配，多层永磁体的每个检测面与多阶T型槽各待测平面相对应，每个检测面上均固定有激励线圈电路板，所有激励线圈电路板均连接至电磁超声检测系统。

优选地，激励线圈电路板包括线圈、基板、引出焊点和引出导线；基板的一面与多层永磁体的检测面连接，线圈设置在基板的另一面上，线圈两端分别通过基板上的引出焊点与引出导线连接，引出导线连接至电磁超声检测系统。

进一步优选地，线圈外部设有保护层。

进一步优选地，线圈为曲折型线圈。

优选地，固定板和滚轮为不锈钢材质。

优选地，固定板下表面设有与滚轮数量匹配的凹槽，凹槽内设有滚轮安装轴，滚轮通过轴承安装在滚轮安装轴上。

优选地，多层永磁体中的每个单体永磁体均为钕铁硼磁体，表面设有镀锌层，表面最大剩余磁通为1.2～1.5T。

优选地，多层永磁体中单体永磁体的充磁方向为厚度方向。

优选地，激励线圈电路板产生的表面波频率为0.5～2.5MHz。

优选地，单体永磁体上设有尺寸标识和宽度方向中点标识。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，根据多阶T型槽的形状，具有水平和垂直方向的多个检测面，在进行多阶T型槽构件的实际检测过程中，多个检测面可以完全贴合在T型槽构件的完整内表面上，包括水平待测面和垂直待测面，这样就通过一个探头实现了T型槽多个不同方向的待测面的检测，提高了检测效率。另一方面，探头自带滚轮，可以在T型槽构件内匀速前进，避免了人工移动探头带来的误差，能够比较精确地控制探头的位置，这对于提高检测速度，以及实现T型槽构件内表面的成像都有很大的意义。针对多阶T型槽构件缺陷检测，该探头具有良好的通用性，不同层的单体永磁体是相互独立的，通过磁力吸附在一起。相邻单体永磁体的磁极方向相反，能够通过磁力紧密吸附，不需要额外的装置固定。当T型槽构件层数和宽度在一定范围内变化的时候，不需要重新设计新的探头，只需要调整探头的层数和各层的宽度，然后重新组合成一个新的能够贴合当前T型槽构件的所有内表面的探头，即可继续进行检测。除此之外，由于不同层单体永磁体的检测面是相互独立的，因此当其中某层的检测面损坏的时候，只需更换该层的单体永磁体，不会因为单层的检测面的损坏造成整个探头的报废，节约了探头成本。这种探头在工作的时候不需要液态耦合剂，因此更适合应用于工作在高温环境下的多阶T型槽构件的在线检测。

进一步地，线圈外部设有保护层，防止碰撞损坏。

进一步地，线圈为曲折型线圈，结构紧凑。

进一步地，固定板和滚轮采用不锈钢材质，保证了探头在高温环境下检测的可靠性；同时不锈钢固定板的强度较高，能够有效抵消整个探头和T型槽的磁力，防止固定板变形后探头吸附在T型槽内无法继续移动。同样，为了保证整个固定板的强度，滚轮也选用不锈钢材质进行制造。

进一步地，滚轮通过轴承进行安装，滚动平稳，便于操作。

进一步地，单体永磁体采用钕铁硼材质，可以为激励线圈提供较大的磁场；表面镀锌，不易被氧化。

进一步地，单体永磁体的充磁方向为厚度方向，能够保证激励线圈处在永磁体磁场强度最大的区域内，激发出的电磁超声信号幅值最大。

进一步地，单体永磁体上设有尺寸标识和宽度方向中点标识，能够便于组装，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的激励线圈电路板的结构示意图；

图3为本发明应用在多阶T型槽检测中的工作状态示意图。

图中：1-固定板、2-滚轮、3-激励线圈电路板、31-线圈、32-基板、33-引出焊点、34-引出导线、4-多层永磁体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1，为本发明的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，包括固定板1和多层永磁体4；多层永磁体4与固定板1的下平面固定连接，可以通过胶水粘接，固定板1下平面的两侧设有若干滚轮2；多层永磁体4包括若干层通过磁力连接的单体永磁体，相邻单体永磁体的磁极方向相反；多层永磁体4与待测多阶T型槽的形状匹配，多层永磁体4的每个检测面与多阶T型槽各待测平面相对应，每个检测面上均固定有激励线圈电路板3，所有激励线圈电路板3均连接至电磁超声检测系统。

如图2，激励线圈电路板3包括线圈31、基板32、引出焊点33和引出导线34；基板32的一面与多层永磁体4的检测面连接，线圈31设置在基板32的另一面上，线圈31两端分别通过基板32上的引出焊点33与引出导线34连接，引出导线34连接至电磁超声检测系统。优选地，线圈31外部设有保护层，保护层与基板32连接，覆盖整个基板32和线圈31。优选地，线圈31为曲折型线圈，其匝数与检测面的宽度成正比，宽度越大，线圈的匝数也越多，保证线圈能完全覆盖待测面。基板32没有线圈31的一面可以通过胶水粘接在单体永磁体上，在起到固定作用的同时，也可以尽可能减小线圈31的提离距离，提高电磁超声的换能效率。

单体永磁体为长方体，其尺寸大小和该层所处的T型槽的尺寸相关，略小于槽的大小，以保证探头放入T型槽后检测面能紧密贴合待测面。

在本发明的一个较优的实施例中，固定板1和滚轮2为不锈钢材质。

在本发明的一个较优的实施例中，固定板1下表面设有与滚轮2数量匹配的凹槽，凹槽内设有滚轮安装轴，滚轮2通过轴承安装在滚轮安装轴上。

在本发明的一个较优的实施例中，多层永磁体4中的每个单体永磁体均为钕铁硼磁体，表面设有镀锌层，表面最大剩余磁通为1.2～1.5T。钕铁硼型号可以采用N35。

在本发明的一个较优的实施例中，多层永磁体4中单体永磁体的充磁方向为厚度方向。

在本发明的一个较优的实施例中，激励线圈电路板3产生的表面波频率为0.5～2.5MHz。

在本发明的一个较优的实施例中，单体永磁体上设有尺寸标识，方便根据待测多阶T型槽的尺寸进行选型；宽度方向设有中点标识，方便进行组装。

本发明的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头在工作时：

首先根据待测多阶T型槽的尺寸确定电磁超声探头的层数和各层的参数，然后根据这些参数组装出检测所需的电磁超声探头。所有检测面的接线单独引出，通过多入单出转接装置连接到超声检测系统。

对于多阶T型槽构件的检测，将电磁超声探头放置在T型槽内，使每个检测面的激励线圈电路板都能紧贴对应的待测构件表面，如图3所示。通过牵引装置在待测构件前端以固定速度牵引电磁超声探头，使其在T型槽内匀速前进，超声检测系统不停地向各个线圈发射激励信号并接收T型槽反射回来的信号，这样当探头走完整个T型槽后，通过分析超声检测系统接收到的信号，就可以得到T型槽内的缺陷信息。

对于一个新的多阶T型槽构件的检测，调整电磁超声探头的层数和各层的参数，重新组装出检测所需的电磁超声探头，同样使每个检测面的激励线圈电路板都能紧贴对应的新的待测构件表面，重复上述检测过程，即可实现另一种型号的多阶T型槽构件的检测。

这样通过不断调整电磁超声探头的层数和各层的参数，就可以实现不同层数、不同尺寸的多阶T型槽构件的检测。

以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (10)

1.一种用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，包括固定板(1)和多层永磁体(4)；多层永磁体(4)与固定板(1)的下平面固定连接，固定板(1)下平面的两侧设有若干滚轮(2)；多层永磁体(4)包括若干层通过磁力连接的单体永磁体，相邻单体永磁体的磁极方向相反；多层永磁体(4)与待测多阶T型槽的形状匹配，多层永磁体(4)的每个检测面与多阶T型槽各待测平面相对应，每个检测面上均固定有激励线圈电路板(3)，所有激励线圈电路板(3)均连接至电磁超声检测系统。

2.根据权利要求1所述的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，激励线圈电路板(3)包括线圈(31)、基板(32)、引出焊点(33)和引出导线(34)；基板(32)的一面与多层永磁体(4)的检测面连接，线圈(31)设置在基板(32)的另一面上，线圈(31)两端分别通过基板(32)上的引出焊点(33)与引出导线(34)连接，引出导线(34)连接至电磁超声检测系统。

3.根据权利要求2所述的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，线圈(31)外部设有保护层。

4.根据权利要求2所述的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，线圈(31)为曲折型线圈。

5.根据权利要求1所述的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，固定板(1)和滚轮(2)为不锈钢材质。

6.根据权利要求1所述的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，固定板(1)下表面设有与滚轮(2)数量匹配的凹槽，凹槽内设有滚轮安装轴，滚轮(2)通过轴承安装在滚轮安装轴上。

7.根据权利要求1所述的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，多层永磁体(4)中的每个单体永磁体均为钕铁硼磁体，表面设有镀锌层，表面最大剩余磁通为1.2～1.5T。

8.根据权利要求1所述的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，多层永磁体(4)中单体永磁体的充磁方向为厚度方向。

9.根据权利要求1所述的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，激励线圈电路板(3)产生的表面波频率为0.5～2.5MHz。

10.根据权利要求1所述的用于多阶T型槽内表面缺陷检测的电磁超声探头，其特征在于，单体永磁体上设有尺寸标识和宽度方向中点标识。

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