用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢管探伤技术领域，具体涉及一种用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器。
【背景技术】
[0002]随着我国国民经济的快速发展，对于高钢级石油管和超临界钢管的需求日益增力口，对其质量的要求也越来越高。早期普通钢管的超声波检测主要以检测纵伤为主，现在对这些高端用途钢管要求加入了横伤、测厚和分层等检测项目。
[0003]目前，国内外对钢管的超声波检测通常采用压电超声换能器，对钢管的纵伤和横伤检测以横波检测为主，其优点在于声能转换效率高，检测灵敏度高，其缺点在于检测时需要耦合介质，并且受探头晶片尺寸和检测方法的限制，其检测效率不高，如要提高检测效率就要增加检测探头数量，这对检测仪器和自动化检测设备的机械装置要求都大大提高了，相应也就提高了检测成本。另外，对于薄壁管的自动化检测，由于存在检测盲区的限制，对压电探头性能和自动检测设备的机械装置要求极高，实际上很难实现高速的自动化检测。
[0004]电磁超声探伤是近年来发展迅速的新兴无损检测技术。由于电磁超声探伤法具有不使用耦合剂、快速、灵敏度高等一系列优点，非常适于管材的高速在线自动化检测。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换倉。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0007]—种用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器，该换能器包括磁化装置I和电磁声探头2，其中一对磁化装置I对称布置于被检钢管3的两侧，电磁声探头2置于磁化装置I之间；
[0008]电磁声探头2包括一组发射线圈7、两组接收线圈6和探头托8，电磁声探头2的发射线圈7的轴线方向与被检钢管3的轴线方向的夹角α为8°?12° ;发射线圈7两侧各有一个接收线圈6，接收线圈6的轴线方向与发射线圈7的轴线方向相差180° —2α。
[0009]所述电磁声探头2中的发射线圈7采用多单元回折绕制方法，使得产生的导波传播方向与回折线圈的轴线方向垂直。
[0010]所述发射线圈7和接收线圈6置于探头托8中。
[0011]磁化装置I是直流激磁装置，由直流线包和纯铁磁极制成，其中，直流线包由漆包线绕制而成。
[0012]电磁声探头2工作表面与被检钢管3外表面的形状互相匹配。
[0013]探头托8用铝合金材料制成，其两端安装由硬质合金制作的耐磨块5。
[0014]接收线圈6和发射线圈7的有效长度在24?26mm。
[0015]接收线圈6和发射线圈7由线圈骨架和绕制在骨架上的线圈制成，线圈骨架采用非金属材料制作；
[0016]线圈骨架上刻有多个纵向槽，线圈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，其相邻导线间的间距为导线间距I。
[0017]本发明的有益效果在于:
[0018]不像传统的压电超声探伤需要使用液态耦合介质，本发明的螺旋导波电磁超声换能器不需要与被检测钢管接触，只在钢管直线经过该电磁声探头和磁化装置的过程中即可完成对钢管的探伤检测。由于本发明采用的是螺线形的超声导波，可同时检出钢管内外表面的纵向缺陷和横向缺陷，显著提高自动化检测钢管的效率，同时有效的降低检测成本。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的螺旋导波电磁超声换能器结构示意图。
[0020]图2为本发明的螺旋导波电磁超声换能器电磁声导波激发原理示意图。
[0021]图3为本发明的螺旋导波电磁超声换能器线圈骨架和线圈绕法示意图。
[0022]图4为本发明的螺旋导波电磁超声换能器发射线圈7、接收线圈6和探头托8的布置示意图。
[0023]附图标记
[0024]I 磁化装置2 电磁声探头
[0025]3 被检钢管4 导线
[0026]5 耐磨块位置6 接收线圈
[0027]7 发射线圈8 探头托
[0028]α 发射线圈7的轴线方向与
[0029]被检钢管3的轴线方向的
[0030]夹角
[0031]I 高频脉冲电流J 感应电流
[0032]B 稳恒磁场Fl洛伦兹力
[0033]I 导线间距
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0035]如图1所示，本发明的用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器包括磁化装置1、电磁声探头2和被检钢管3。
[0036]其中，磁化装置I是直流激磁装置，由直流线包和纯铁磁极制成，对称置于被检钢管3的两侧，其中，直流线包由漆包线绕制而成，当在直流线包中通以直流电时，即在两个磁极之间形成一个稳恒磁场B。由于被检钢管3管壁的导向作用，稳恒磁场B在被检钢管3管壁中的磁场将沿被检钢管3圆周方向分布。
[0037]电磁声探头2置于磁化装置I中间、被检钢管3上，与被检钢管表面曲率吻合。如图4所示，电磁声探头2包括一组发射线圈7、两组接收线圈6和探头托8，探头托8用铝合金材料制成，其两端安装由硬质合金制作的耐磨块5，用于保护发射线圈7和接收线圈6，发射线圈7和接收线圈6置于探头托8中，发射线圈7位于接收线圈6中间，接收线圈6的轴线方向与发射线圈7轴线方向相差180° — 2α。接收线圈6和发射线圈7的有效长度在24?26mm。通常电磁超声激发的超声波是沿两个方向传播，本发明中在发射线圈7两侧各放置一个接收线圈6，用于接收被检钢管3纵伤或横伤两个方向上的反射回波，从而提高检测的灵敏度和检测效率。
[0038]如图3所示，接收线圈6和发射线圈7由线圈骨架和绕制在骨架上的线圈制成，线圈骨架采用非金属材料制作，以避免当发射线圈7中通入高频脉冲电流时在线圈骨架中感应产生涡流，而造成能量损失。线圈骨架上刻有多个纵向槽，一般在4?10个槽。线圈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，其相邻导线间的间距为导线间距1，导线间距I的取值将根据被检钢管的壁厚和所选导波的波模来选取。按照此方法绕制的线圈，当通入高频脉冲电流I时，钢管中的感应电流J在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力Fl。洛伦兹力Fl的方向将随着高频感应电流J的变化而变化，这种力的有规律的改变将在被检钢管3中产生超声波。
[0039]如图2、3所示，当电磁声探头2的发射线圈7中通以高频脉冲电流I时，就会在被检钢管3表面感应出相应的感应电流J，感应电流J方向与稳恒磁场B方向垂直，感应电流J在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力Fy洛伦兹力^的方向将随着感应电流J方向的变化而变化，洛伦兹力斤有规律的改变将在被检钢管3中产生超声波。调整电磁声探头2中高频脉冲电流I的频率，即可选择钢管3中产生的超声波波模形式，找到适合相应钢管规格探伤的导波模式。由于本发明中的电磁声探头2中发射线圈7采用的是多单元回折绕制方法，其产生的导波传播方向与发射线圈7的轴线方向垂直。
[0040]本发明中电磁声探头2中发射线圈7的轴线方向与被检钢管3的轴线方向存在一个夹角α，根据被检钢管的的规格夹角α的取值范围在8°?12°，因此产生的导波传播方向与被检钢管3的轴线方向也存在夹角α，即产生的导波呈螺旋线型沿被检钢管3传播，其主要目的是通过线圈的叠加导向作用，在被检钢管3内产生螺线形传播的导波，从而实现可同时检出钢管内外表面的纵向缺陷和横向缺陷的功能。
[0041]在实际检测时，被检钢管3高速直线前进通过本发明的螺旋导波电磁超声换能器,在磁化装置I中通以直流电流，同时在电磁声线圈2中通以高频脉冲电流I，当被检钢管3到达电磁声探头2下方时电磁声探头2落下置于被检钢管3上，开始进行探伤检测，可同时完成被检钢管3内外表面的纵向缺陷和横向缺陷的检测。被检钢管3通过后，电磁声探头2抬起，检测完成。
【主权项】
1.一种用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器，其特征在于: 该换能器包括磁化装置(I)和电磁声探头(2)，其中一对磁化装置(I)对称布置于被检钢管(3)的两侧，电磁声探头(2)置于磁化装置(I)之间； 电磁声探头(2)包括一组发射线圈(7)、两组接收线圈(6)和探头托(8)，电磁声探头(2)的发射线圈(7)的轴线方向与被检钢管(3)的轴线方向的夹角a为8。?12° ;发射线圈(7)两侧各有一个接收线圈(6)，接收线圈(6)的轴线方向与发射线圈(7)的轴线方向相差 180° — 2α。
2.如权利要求1所述的用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器，其特征在于: 所述电磁声探头(2)中的发射线圈(7)采用多单元回折绕制方法，使得产生的导波传播方向与回折线圈的轴线方向垂直。
3.如权利要求1所述的用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器，其特征在于: 所述发射线圈(7)和接收线圈(6)置于探头托(8)中。
4.如权利要求1所述的用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器，其特征在于: 磁化装置(I)是直流激磁装置，由直流线包和纯铁磁极制成，其中，直流线包由漆包线绕制而成。
5.如权利要求1所述的用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器，其特征在于: 电磁声探头(2)工作表面与被检钢管(3)外表面的形状互相匹配。
6.如权利要求1所述的用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器，其特征在于: 探头托(8)用铝合金材料制成，其两端安装由硬质合金制作的耐磨块(5)。
7.如权利要求1所述的用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器，其特征在于: 接收线圈(6)和发射线圈(7)的有效长度在24?26mm。
8.如权利要求1所述的用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器，其特征在于: 接收线圈(6)和发射线圈(7)由线圈骨架和绕制在骨架上的线圈制成，线圈骨架采用非金属材料制作； 线圈骨架上刻有多个纵向槽，线圈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，其相邻导线间的间距为导线间距⑴。
【专利摘要】本发明属于钢管探伤技术领域，具体涉及一种用于检测薄壁钢管纵横缺陷的螺旋导波电磁超声换能器。该换能器包括磁化装置(1)和电磁声探头(2)，其中一对磁化装置(1)对称置于被检钢管(3)的两侧，电磁声探头(2)置于磁化装置(1)中间、被检钢管(3)上；电磁声探头(2)的发射线圈(7)的轴线方向与被检钢管(3)的轴线方向的夹角为α。由于本发明中设计的电磁超声探头，仅需三组线圈(一发两收)即可实现对薄壁钢管内外壁的纵向和横向缺陷的检测，同时在检测过程中，被检钢管只需直线前进，探头也无需转动，这就极大的简化了对自动检测设备机械装置的要求，降低了检测成本，提高了检测速度。
【IPC分类】G01N29-34
【公开号】CN104597138
【申请号】CN201410851990
【发明人】童凯, 张建卫, 刘涛, 徐磊, 刘光磊, 范弘
【申请人】钢研纳克检测技术有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月31日