专利名称：一种棒材电磁超声导波探伤换能器的制作方法
技术领域：
本发明属于棒材探伤技术领域，特别是涉及ー种棒材电磁超声导波探伤换能器。
背景技术：
棒材是工程结构和机械零件制造的主要用材。棒材的品种规格多，应用范围广。非铁磁性金属棒材作为原材料主要应用于电力、军エ、航空等行业,其对棒材的质量要求愈来愈高。因此，对于重要应用目的金属棒材进行无损检测是非常必要的。在棒材的轧制过程中，通过无损检测的方式获取棒材的质量信息，既可以及时发现棒材中存在的缺陷，又可以对生产过程进行控制来以调整和改善轧制エ艺，这些对确保棒材产品质量和节约能源均具有重要的价值。目前，棒材的在线无损检测己成为国际上非常关注和致力于开发的重要前沿技术，也是我国急需重点发展的检测技术之一。当前棒材的在线检测技术，主要以涡流检测和常规超声检测为主。涡流检测的速度很快，但仅能检测棒材表面和近表面的缺陷。常规超声主要用于检测棒材的表面和内部的纵向缺陷，对于棒材缺陷中危害性最大的横向缺陷的检测则效果不佳。应用超声导波对棒材进行探伤具有检测速度快、检测灵敏度高、可实现棒材的内部、表面整体探测等特点，尤其适于棒材横向缺陷的检测。因此，最适合于棒材的在线快速探伤检查。电磁超声探伤法是一种全新的超声波检测技木，它不使用耦合剤，不需要与被检测エ件接触，通过电磁感应可在エ件中直接激发出超声波。所以，利用电磁超声法激发超声导波，最适于棒材的在线探伤检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种棒材电磁超声导波探伤换能器，将其安装在相应棒材的生产线上,可以对棒材的质量实施在线快速探伤检测,及时发现棒材表面和内部的缺陷，确保棒材产品的质量。本发明所采用的电磁超声扭转型导波探伤方法与另ー种电磁超声收缩型导波探伤方法相比，其不同之处在于棒材检测中电磁超声收缩型导波是以磁致伸缩效应激发导波，其仅适用于铁磁性金属棒材的检测，检测温度也仅适用于居里温度以下。而电磁超声扭转型导波是以洛伦兹カ激发导波，其既可用于铁磁性金属棒材的检测，也可用于非铁磁性金属棒材的检测，检测温度可适用于居里温度以上。本发明包括磁化装置和电磁声线圈，如图1所示。其中，磁化装置I在被检棒材3上施加一个垂直棒材3轴向的稳恒磁场B (又名激磁场)，电磁声线圈2置于磁化装置I的中部，当电磁声线圈2中通以高频脉冲电流吋，就会在棒材3表面感应出沿棒材轴向的感应电流I，如图4所示，感应电流I在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力F。洛伦兹力F的方向将随着高频感应电流I的变化而变化。这种カ的有规律的改变将沿棒材轴向传播便形成扭转型超声导波。本发明中的磁化装置由一组线包4、铁芯6、极靴7和壳体5组成。其中线包4绕制在铁芯6中间，铁芯6两端连接极靴7，由此构成本发明磁化装置的核心部分，在它们的外边罩制壳体5。如图2所示。线圈4由漆包线绕制而成，当在其中通以直流电时，即可在铁芯6中产生ー个稳恒磁场，这个稳恒磁场通过极靴7的传导将在被检测棒材中产生ー个与棒材3轴向垂直分布的稳恒磁场B。磁化装置的外壳5米用铁磁材料制作,这样，由线圈4产生的磁场被限制在由磁化装置外壳和被检测棒材构成的磁回路中，能最大限度地实现对棒材的磁化。铁芯6和极靴7采用纯铁材料制作。本发明中的电磁声线圈是由电磁声发射线圈和电磁声接收线圈组成，它们都是由骨架和绕制在骨架上的线圈构成。线圈骨架如图3所示，采用高温陶器材料制作，其目的在于避免当线圈中通入高频脉冲电流时在骨架中感应产生涡流，而造成能量损失，同时高温陶器又具有耐磨、耐高温的特点，适于棒材的高温、高速在线检測。电磁声线圈骨架上共刻有24个环行槽，槽宽2mm，槽距5mm。在骨架圆周对称的两端刻有轴向槽。骨架上的线圈采用漆包线绕制，并在槽中呈回折形方式绕制，如图4所 示。其中电磁声发射线圈位于线圈骨架的中部，共占20个槽，一个发射単元占用2个槽，线圈的绕制是采用の0.1mm漆包线，30根并联成一根绞股线一次绕制而成。电磁声发射线圈共有10个独立的发射单元，在发射线圈工作时，依次激发各个单元，其相邻单元工作的时
间差J1(d :槽距；v :所采用的导波波速)，如此可有效的提高电磁声发射线圈的发射
￥
功率，又可使发射波单向增加，利于形成单向波，便于检测时的缺陷定位。按照此方法绕制的线圈，当通入高频脉冲电流I时，会在被检测棒材表面感应出沿棒材轴向的感应电流I，感应电流I在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力F。此洛伦兹カF的方向将随着高频感应电流I的变化而变化。这种カ的有规律的变化将沿棒材轴向传播便形成超声波扭转型导波。电磁声接收线圈共有2个独立的単元，分别位于线圈骨架的两端，线圈的绕制是采用c>0. 07mm漆包线,一个单元用一根导线绕制而成,一个单元100阻。两个单元的接收信号同时送给仪器做进ー步的信号处理，可以有效的提高信噪比。本发明的优点在于，不象传统的压电超声探伤那样需要使用液态耦合介质，换能器不需要与被检测棒材接触，只在棒材穿过该电磁超声换能器的过程中即可完成对棒材的探伤检测。本发明用于棒材的自动探伤可以做到1、当棒材穿过换能器装置吋，即同步实现对棒材的超声导波探伤检查；2、可在棒材中产生扭转型超声导波，可用于各种金属棒材的检测，也可用于高温状态下金属棒材的检测；3、适应的棒材探伤速度为200m/min。
图1为本发明的结构示意图。其中，磁化装置1、电磁声线圈2、被检棒材3。图2为本发明的磁化装置示意图。其中，线包4、外壳5、铁芯6、极靴7。图3为本发明的线圈骨架示意图。图4为本发明的线圈在骨架中的绕法示意图及导波激发原理示意图。
具体实施例方式图1 图4为本发明的ー种具体实施方式
。本发明包括磁化装置和电磁声线圈，如图1所示。其中，磁化装置I在被检棒材3上施加一个垂直棒材3轴向的稳恒磁场B (又名激磁场)，电磁声线圈2置于磁化装置I的中部，当电磁声线圈2中通以高频脉冲电流吋，就会在棒材3表面感应出沿棒材轴向的感应电流I，如图4所示，感应电流I在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力F。洛伦兹力F的方向将随着高频感应电流I的变化而变化。这种カ的有规律的改变将沿棒材轴向传播便形成扭转型超声导波。1、棒材电磁超声扭转型导波探伤换能器装置的制备首先，应按照图3所示方式制作线圈骨架，骨架由非金属材料车制而成；在骨架加エ完成之后，应按照图4所示方式在骨架中绕制线圏，线圈采用漆包线绕制。其次，制作磁化装置，应按照图2所示方式制作磁化装置的外壳5、铁芯6和极靴7，外壳5采用铁磁材料制作，铁芯6和极靴7采用纯铁材料制作；在外売制作完成后，应按照图2所示方式在铁芯6上绕制线包4，线包4采用漆包线绕制。最后，将制作完成后的磁化装置I和电磁声线圈2按照图1所示方式组合起来，即构成一套完整的棒材电磁超声探伤换能器装置。2、棒材电磁超声扭转型导波探伤换能器装置的使用如图1所示换能器装置，使被检测棒材穿过该磁化装置。在棒材穿过该装置的同时,在磁化装置I的线圈中通以直流电流,就会在被检棒材中产生稳恒磁场B ;同时在电磁声线圈2中通以高频脉冲电流，就会在棒材3的表面感应出沿棒材轴向的感应电流I，感应电流I在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力F。洛伦兹力F的方向将随着高频感应电流I的变化而变化。这种カ的有规律的改变将沿棒材轴向传播便形成超声波扭转型导波，进而达到利用电磁超声导波探测棒材中缺陷的目的。
权利要求
1.一种棒材电磁超声导波探伤换能器，包括磁化装置和电磁声线圈，其特征在于，磁化装置(I)在被检棒材(3)上施加一个垂直棒材(3)轴向的稳恒磁场B电磁声线圈(2)置于磁化装置(I)的中部，当电磁声线圈(2 )中通以高频脉冲电流时，就会在棒材(3 )表面感应出沿棒材轴向的感应电流I，感应电流I在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力F ;洛伦兹力F的方向将随着高频感应电流I的变化而变化；这种力的有规律的改变将沿棒材轴向传播便形成扭转型超声导波。
2.根据权利要求1所述的棒材电磁超声导波探伤换能器，其特征在于，磁化装置(I)由一组线包(4)、铁芯(6)、极靴(7)和壳体(5)组成；其中线包(4)绕制在铁芯(6)中间，铁芯(6)两端连接极靴(7)，在(4)、铁芯(6)、极靴(7)的外边罩制壳体(5)。
3.根据权利要求2所述的棒材电磁超声导波探伤换能器，其特征在于，线圈(4)由漆包线绕制而成，当在其中通以直流电时，在铁芯(6)中产生一个稳恒磁场，这个稳恒磁场通过极靴(7)的传导将在被检测棒材中产生一个与棒材(3)轴向垂直分布的稳恒磁场B ;磁化装置的外壳(5)采用铁磁材料制作，这样，由线圈(4)产生的磁场被限制在由磁化装置的外壳和被检测棒材构成的磁回路中，能最大限度地实现对棒材的磁化；铁芯(6)和极靴(7)采用纯铁材料制作。
4.根据权利要求1所述的棒材电磁超声导波探伤换能器，其特征在于，电磁声线圈是由电磁声发射线圈和电磁声接收线圈组成，电磁声发射线圈和电磁声接收线圈都是由骨架和绕制在骨架上的线圈构成。
5.根据权利要求4所述的棒材电磁超声导波探伤换能器，其特征在于，电磁声线圈骨架上共刻有24个环行槽，槽宽2mm，槽距5mm ;在骨架圆周对称的两端刻有轴向槽；骨架上的线圈采用漆包线绕制，并在槽中呈回折形方式绕制；其中电磁声发射线圈位于线圈骨架的中部，共占20个槽，一个发射单元占用2个槽，线圈的绕制是采用O 0.1mm漆包线，30根并联成一根绞股线一次绕制而成。电磁声发射线圈共有10个独立的发射单元，在发射线圈工作时，依次激发各个单元，其相邻单元工作的时间差Al = _，d :槽距；v :所采用的导波 V波速；有效的提高电磁声发射线圈的发射功率，使发射波单向增加，利于形成单向波，便于检测时的缺陷定位。
6.根据权利要求4所述的棒材电磁超声导波探伤换能器，其特征在于，电磁声接收线圈共有2个独立的单元，分别位于线圈骨架的两端，线圈的绕制是采用￠0. 07mm漆包线，一个单元用一根导线绕制而成，一个单元100匝；两个单元的接收信号同时送给仪器做进一步的信号处理。
全文摘要
一种棒材电磁超声导波探伤换能器，属于棒材探伤技术领域。包括磁化装置和电磁声线圈，其中，磁化装置在被检棒材上施加一个垂直棒材轴向的稳恒磁场B，电磁声线圈置于磁化装置的中部，当电磁声线圈中通以高频脉冲电流时，就会在棒材3表面感应出沿棒材轴向的感应电流I，感应电流I在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力F。洛伦兹力F的方向将随着高频感应电流I的变化而变化。这种力的有规律的改变将沿棒材轴向传播便形成扭转型超声导波。优点在于，可以对棒材的质量实施在线快速探伤检测，及时发现棒材表面和内部的缺陷，确保棒材产品的质量。
文档编号G01N29/34GK103018342SQ20121052572
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者童凯, 姚君, 张建卫, 徐磊, 王永峰, 范弘 申请人:钢铁研究总院