一种纵波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器的制作方法

本实用新型属于无损检测中超声检测技术领域，涉及一种纵波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器，具体涉及一种应用于管道无损检测的纵波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器。

背景技术：

金属管道种类繁多、数量大，应用广泛。应用于诸如电力电站、石化、石油，化工行业，机械行业、长输油气、供水工程，跨海大桥，码头桥桩给水、排水、供热、供煤气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。管道的无损检测对其使用的安全评价和修复具有重要作用。电磁超声检测技术是超声波无损检测技术的一种，是无损检测领域一种新型、有效的技术，可用于金属材料的检测。电磁超声波检测的原理与传统压电超声波检测技术不同。在工业领域中，电磁超声检测具有非接触、无需耦合剂等优势，在管道检测中有广泛的应用市场。

电磁超声换能器是电磁超声检测的关键。电磁超声换能器即是超声检测的探头部分，是产生和接收超声波的核心部件。线圈置于被测工件近表面，对线圈通交变电流，在近表面内部产生涡流，在磁场偏置作用下，交变涡流受到交变的洛伦兹力。涡流质点在交变洛伦兹力的作用下，形成机械振动，产生超声波。在电磁超声检测应用过程中，因线圈形状和与磁场偏置不同，产生不同种类超声波。根据超声波的传播原理，进行金属管道无损检测。

金属管道的缺陷普遍存在周向、纵向、斜向的多方向性缺陷，而传统研究的电磁超声换能器仅能产生单一纵向导波或周向导波，不能满足电磁超声管道检测的实际需求。

技术实现要素：

实用新型目的：

本实用新型提供一种纵波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器，可以产生沿管道不同方向传播的电磁超声导波，从而实现管道任意方向螺旋导波的产生和任意方向管道缺陷的检测。

技术方案：

一种纵波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器，包括轭铁、握持结构、行走支撑结构、撬杆结构、永磁铁和线圈，其特征在于：轭铁为拱形，轭铁外弧面上侧连接有握持结构，轭铁两侧平面连接有行走支撑结构，行走支撑结构连接有撬杆结构，轭铁内弧面连接有一块永磁铁，永磁铁为拱形，其内弧面与外弧面磁性相反，内弧面连接有线圈。

所述握持结构由把手和连接板组成，连接板为弧形金属板材，连接并紧贴于轭铁的外弧面，连接板的外弧面设有把手。

所述行走支撑结构由支撑件和滑轮组成，支撑件连接于轭铁两侧平面，滑轮安装于支撑件下部。

所述撬杆结构由连接件、撬盘和撬杆组成，连接件连接于行走支撑结构一侧，撬盘安装于连接件一侧，撬杆安装在撬盘上。

所述撬杆所在直线与撬盘旋转轴心不重合，撬盘旋转轴心为偏心。

所述支撑件为“7”型，上部转角处下平面紧贴于轭铁外弧面，下侧中间开有方槽，滑轮安装于方槽内。

所述连接件一侧为上薄下厚结构，另一侧探出有两个连接端，撬盘安装于两个连接端之间。

所述线圈为柔性线圈，线圈整体断面为拱形，其上弧面与永磁铁内弧面重合，平面所视线圈为倾斜曲折形状，工作导线长于端线，工作导线与端线不垂直。

所述轭铁弧面设有注胶通道A，永磁铁弧面设有与注胶通道相对应的注胶通道B。

优点及效果：

与传统压电超声检测比较，电磁超声检测在实际应用中有以下优势：对被测工件要求低，不需要与被测工件接触，就可向其发射和接收返回的超声波，因此对被探工件表面不要求特殊清理，较粗糙的表面也可直接探伤；电磁超声换能器不需要任何耦合介质，因其是靠电磁效应发射和接收超声波的，其能量转换则是在被测工件表面的趋肤层内进行的；适用范围广，电磁超声换能器可通过更换线圈产生不同种类的超声波。与横波模式电磁螺旋超声波比较，纵波模式传播速度高于横波模式传播速度，检测速度快。

电磁超声管道螺旋导波换能器可通过改变工作夹角，即工作导线与端线之间的夹角，产生不同升角的螺旋导波。与传统管道纵向超声导波或周向超声导波相比，该螺旋导波能实现管道纵向、周向、斜向即任意方向的超声波的产生和缺陷检测，使得电磁超声管道检测范围全面，广泛。

采用拱形整块条形磁铁提供纵波模式的电磁超声螺旋导波换能器的纵向偏置磁场，换能器线圈采用曲折结构线圈，当曲折线圈两端通高频高压交流电时，工件近表面产生涡电流，涡电流质点在纵向偏置磁场作用下受到洛伦兹力，在工件内部振动产生电磁超声导波。通过设置曲折线圈的工作导线和端线间的夹角，实现任意升角的螺旋导波。导波传播方向与工作导线正交垂直。当线圈环向包围管道放置时，产生的超声导波将沿管道螺旋方向传播，工作夹角为工作导线与端线间夹角的余角，工作夹角决定螺旋升角，大小相同。此结构产生的电磁超声管道螺旋导波为纵波模式。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

图1为本换能器立体示意图；

图2为本换能器立体爆炸示意图；

图3为支撑件示意图；

图4为连接件示意图；

图5为线圈与永磁铁相对位置示意图。

所述标注为：1.轭铁、2.永磁铁、3.线圈、4.把手、5.连接板、6.支撑件、7.滑轮、8.连接件、9.撬盘、10.撬杆、11.注胶通道A、12.方槽、13.连接端、14.工作导线、15.端线、16.注胶通道B。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4和图5所示一种纵波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器，包括轭铁1、握持结构、行走支撑结构、撬杆结构、永磁铁2和线圈3，轭铁1为拱形，轭铁1外弧面上侧连接有握持结构，所述握持结构由把手4和连接板5组成，连接板5为弧形金属板材，连接并紧贴于轭铁1的外弧面，可有效固定握持结构，连接板5的外弧面设有把手4。轭铁1两侧平面连接有行走支撑结构，行走支撑结构由支撑件6和滑轮7组成，支撑件6连接于轭铁1两侧平面，支撑件6为“7”型，上部转角处下平面紧贴于轭铁1外弧面，下侧中间开有方槽12，滑轮7安装于方槽12内，滑轮7能够沿检测管道外壁滑动。行走支撑结构连接有撬杆结构，所述撬杆结构由连接件8、撬盘9和撬杆10组成，连接件8连接于行走支撑结构一侧，撬盘9安装于连接件8另一侧，撬杆10安装在撬盘9上，撬杆10所在直线与撬盘9旋转轴心不重合，撬盘9旋转轴心为偏心。所述连接件8一侧为上厚下薄结构，使得滑轮7在旋转的时候不会刮蹭连接件8，另一侧探出有两个连接端13，撬盘9偏心安装于两个连接端13之间。轭铁1内弧面连接有一块永磁铁2，永磁铁2为拱形，其内弧面与外弧面磁性相反，内弧面连接有线圈3，线圈3为柔性线圈，线圈3整体断面为拱形，其上弧面与永磁铁2内弧面重合，平面所视线圈3为倾斜曲折形状，工作导线14长于端线15，工作导线14与端线15不垂直。轭铁1弧面设有注胶通道A 11，永磁铁2弧面设有与注胶通道A 11相对应的注胶通道B 16，可通过注胶固定线圈3。

使用方式：将本纵波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器置于被检测管道外表面，线圈3两端接通高频高压交变电，被测工件表面产生涡流效应，涡流质点受永磁铁提供的纵向偏置磁场，受横向机械振动，产生纵波模式超声波。根据超声波在管道中传播情况，判断被测管道是否有裂纹存在。螺旋导波可检测管道中的斜向裂纹、纵向裂纹和周向裂纹。检测后，将电流断开，扳动两侧的撬杆结构，通过其偏心旋转使本换能器离开管道外表面。

本实用新型一种纵波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器，提出纵波模式的螺旋导波概念和产生该种螺旋导波，螺旋导波涵盖了传统研究的纵向导波和周向导波。螺旋升角可任意设定，提高了电磁超声检测的全面性，且在金属管道中，纵波模式的电磁超声导波传播速度高于横波模式，提高了电磁超声检测速度，对于电磁超声检测技术工程应用至关重要。管道裂纹根据所在位置和走向可以分为：轴向裂纹、周向裂纹和斜向裂纹，其中斜向裂纹最常见。本实用新型可实现任意方向裂纹检测。