基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统及方法
【专利摘要】一种基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统及方法，包括有：一条用以矫正和支撑牺牲阳极的辊道；一个涡流检测仪，带有一个穿过式涡流探头，在涡流探头的中心开有供被检牺牲阳极穿过的通孔；一个可在z轴方向振动的多自由度探头固定装置，其上具有一个可在垂直于涡流探头轴向的平面内实现沿x轴的平移、z轴转动的探头随动机构；涡流探头安置在多自由度探头固定装置的探头随动机构上。该检测方法可以高效、精准地实现对牺牲阳极的在线检测。
【专利说明】基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有色金属功能材料无损检测【技术领域】，尤其涉及一种利用穿过式涡流方法对牺牲阳极断芯缺陷进行无损检测的系统及方法。
【背景技术】
[0002]牺牲阳极(本申请中主要指带状牺牲阳极)在长输管道、大型储罐、接地网以及船舶工业等领域应用广泛。牺牲阳极与保护体形成电性链接，靠自身的溶解提供阴极保护电流，从而达到防止或减缓保护体腐蚀的功能。
[0003]带状牺牲阳极具有可弯曲的特点，可应用于受空间或形状限制的特殊场合。其截面有方形和菱形等形状，中心为铁芯，外层包覆牺牲阳极，长度可达上千米。但在其制造过程中，中心部的铁芯材料受到较大应力，在极端条件下，铁芯会产生颈缩、裂纹甚至断裂。带有断芯缺陷的牺牲阳极应用时，腐蚀往往先发生于缺陷处，大大缩短了牺牲阳极的生命周期，减弱了其保护能力，造成资源浪费和经济损失。
[0004]目前，主要采用抽检的方式对同批次的牺牲阳极进行质量评估。相应检测标准中所采用的检测方法为电化学检测和化学成分分析，而这种检测的方式的不足在于需要消耗被检材料而且检测周期较长。无损检测方面，同样采用抽检的方式对牺牲阳极进行射线检测，以达到对同批次的材料的质量进行评估。射线的安全性和便利性，是影响检测效率的主要因素。
[0005]无论是采用电化学方法还是射线检测，都存在不可忽视的问题，即无法或难以使牺牲阳极的被检率达到100%，而这一指标已日渐成为客户所关注的重点。
[0006]涡流检测技术现已被广泛用于金属管、棒、丝线、板、带材和机械零件的无损探伤，它是运用电磁感应原理，将正弦波电流激励探头线圈，当探头接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流。对于平板金属，感应电流的流向是以线圈同心的圆形，形似旋涡，称为涡流。同时涡流也产生相同频率的磁场，其方向与线圈磁场方向相反。涡流通道的损耗电阻，以及涡流产生的反磁通，又反射到探头线圈，改变了线圈的电流大小及相位，即改变了线圈的阻抗。因此，探头在金属表面移动，遇到缺陷或材质、尺寸等变化时，使得涡流磁场对线圈的反作用不同，引起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其它物理性质变化。如何利用该技术进一步克服上述现有技术的缺陷，是本发明人的致力所向。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的是提供一种基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统，利用其检测牺牲阳极断芯，可以克服现有技术检测手段的缺点，系统通过设定合适的检测频率，使涡流检测信号在透过外包材料后，仍能在芯部产生涡流，从而对牺牲阳极中心铁芯上的缺陷进行检测和定位。
[0008]为实现上述目的，本发明采取以下设计方案:[0009]一种基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统，其包括有:
[0010]一条用以矫正和支撑牺牲阳极的辊道；
[0011]一个涡流检测仪，带有一个穿过式涡流探头，在涡流探头的中心开有供被检牺牲阳极穿过的通孔；
[0012]一个可在z轴方向振动的多自由度探头固定装置，其上具有一个可在垂直于涡流探头轴向的平面内实现沿X轴的平移、Z轴转动的探头随动机构；
[0013]所述的涡流探头安置在多自由度探头固定装置的探头随动机构上。
[0014]所述基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统中，所述多自由度探头固定装置包括有一个可上下振动的随动平台及置于随动平台上的探头随动机构；
[0015]所述的随动平台具有一对组纵向的支架，该组支架间安设上、下一对滑轨，该随动平台与下方的水平工作台弹性连接；
[0016]所述的探头随动机构由三级方形支撑框架及中间的转动轴组合构成，其中，内中心的一级框架直接承载涡流探头，该一级框架与其外圈的二级框架通过z方向转动轴连接；二级框架再与其外圈的三级框架通过X方向转动轴连接；三级框架则通过套设在滑轨上的滑块沿X轴方向在滑轨上水平滑动。
[0017]所述基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统中，所述的水平工作台高度可调。
[0018]所述基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统中，所述检测系统位于牺牲阳极生产线的后端，该检测系统的辊道与牺牲阳极生产线的辊道直线联通。
[0019]本发明的另一目的是提供一种基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测方法，采用该方法对牺牲阳极进行检测，生产效率几乎不受影响，能高效地对整条牺牲阳极进行检测。
[0020]为实现上述目的，本发明采取以下设计方案:
[0021]一种基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测方法，首先建立如上述的基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统，检测方法如下:首先选取标准样件调校涡流检测仪的工作参数，调校好仪器后，将穿过式涡流探头安装于多自由度探头固定装置上，将被检牺牲阳极从穿过式涡流探头的中心孔穿过，按预定速度行进，执行对整条牺牲阳极的检测。
[0022]所述基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测方法中，所述调校涡流检测仪的工作参数的方法步骤如下:
[0023]步骤一，选取检测频率:首先，在牺牲阳极标准样件中制造人工缺陷，根据被检牺牲阳极标准样件中人工缺陷的检测信号来确定检测频率，该选取检测频率下，涡流检测仪能稳定地检出铁芯部位加工的人工缺陷；
[0024]步骤二，零电势调整:将被检牺牲阳极标准样件的无伤部位置于涡流探头中，保持对准轴心、平稳、静止，调整探头的初始电势，以保证测量动态范围；
[0025]步骤三，相位角调整:观察涡流检测仪检测信号矢量图，上下、左右抖动被检牺牲阳极标准样件，观察抖动信号波形出现的情况，并将抖动噪声波形调至水平；
[0026]步骤四:检测灵敏度调整:沿涡流探头轴向反复拉动被检牺牲阳极标准样件，让被检牺牲阳极标准样件上的人工缺陷反复通过探头，拉动的速度与生产速度接近，调整涡流检测仪的灵敏度使检测到人工缺陷处恰好报警，在此基础上增加8?IOdB作为生产过程中的检测灵敏度。
[0027]所述基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统中，所述的被检牺牲阳极标准样件是在待检测牺牲阳极的端部选取一段牺牲阳极带。
[0028]本申请中所提及的穿过式涡流检测方法具有非接触、安全系数和检测效率高等特点，便于集成于生产设备上以实现对牺牲阳极的在线检测。对牺牲阳极的生产效率几乎没有影响，能高效地对整条牺牲阳极进行检测。
[0029]本发明的优点是:
[0030]第一，本发明所采用的涡流检测方法是一种无损检测方法，不会对材料造成破坏，可实现对牺牲阳极的完全检测而不过多地提高生产成本，且安全可靠；
[0031]第二，本发明中的多自由度探头固定装置可在垂直于涡流探头轴向的平面内实现沿X、y轴的平移和转动，使涡流探头可随着屈曲的牺牲阳极摆动，以达到涡流探头轴心与牺牲阳极轴心始终对准的目的，可实现精确及精密的测试；
[0032]第三，本发明所采用的涡流检测方法无需接触被检试件，可集成于生产线，实现对牺牲阳极的高效在线检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统构成示意图。
[0034]图2为本发明基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统构成示意图(俯视)。
[0035]图3为本发明的多 自由度探头固定装置结构示意图。
[0036]图中:1一牺牲阳极；2—辊道；3—轧机；4一穿过式涡流探头；5—多自由度探头固定装置；6—涡流检测仪；7—水平工作台；
[0037]50—弹簧；51—随动平台；52—支架；53—滑轨；54——级框架；55—二级框架；56—z方向转动轴；57—三级框架；58--x方向转动轴；59—滑块。
[0038]下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0039]参阅图1、图2所示，本发明基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统主要发明点在于利用一个涡流检测仪进行在线测量:将整个检测系统集成于牺牲阳极生产线的后端，检测系统的辊道2’与牺牲阳极生产线的辊道2直线联通，牺牲阳极I通过辊道2输送至轧机3先进行成形加工，而后通过安装于多自由度探头固定装置5上的穿过式涡流探头4的中心通孔，由涡流探头4与涡流检测仪6相连完成对牺牲阳极的检测。
[0040]参见图3所示，为实现更精准的测量，本发明系统特别设计了适用于检测牺牲阳极的多自由度探头固定装置5。
[0041]该多自由度探头固定装置5可在z轴方向振动:具有一个可上下振动的随动平台机构及置于随动平台机构上的探头随动机构。
[0042]所述的随动平台机构具有一个随动平台51及置于其上的一对组纵向的支架52,该组支架间安设上、下一对滑轨53，本实施例中，将该随动平台51与一个高度可调的水平工作台7弹性连接，随动平台由4个定位柱及上下表面的弹簧50支撑，可沿z轴方向上下振动。
[0043]所述的探头随动机构由三级方形支撑框架及中间的转动轴组合构成:
[0044]一级框架54与二级框架55通过z方向转动轴56连接，一级框架与二级框架间可绕Z轴相对转动；
[0045]二级框架55与三级框架57通过x方向转动轴58连接，二级框架与三级框架间可绕X轴相对转动；
[0046]三级框架57固定于滑块59上，三级框架可沿x轴方向在滑轨53上水平滑动。
[0047]该装置可在垂直于探头轴向的平面内实现沿X轴的平移和X轴、z轴转动且z轴方向可轻微振动，以达到探头轴心与牺牲阳极轴心始终对准的目的。
[0048]本发明基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统通过设定合适的检测频率，以使探头在牺牲阳极表面或亚表面形成的涡流的趋肤深度发生变化，从而对牺牲阳极中心铁芯上的缺陷进行检测和定位。
[0049]在具体检测时，应首先调校涡流检测仪:选取检测频率，进行零电势、相位角及检测灵敏度调整，再进行实时检测。具体步骤是:
[0050](I)选取检测频率:根据被检牺牲阳极标准样件中人工缺陷的检测信号来确定检测频率，在所选取的检测频率下，应能稳定地检出铁芯部位加工的人工缺陷；
[0051](2)零电势调整:将被检牺牲阳极的标准样件的无伤部位置于探头中，保持对准轴心、平稳、静止,调整探头的初始电势，以保证测量动态范围；
[0052](3)相位角调整:观察检测信号矢量图，上下、左右抖动标准样件，观察抖动信号波形出现的情况，并将抖动噪声波形调至水平；
[0053](4)检测灵敏度调整:沿探头轴向反复拉动标准样件，让人工缺陷反复通过探头，拉动的速度与生产速度接近，调整仪器的灵敏度使人工缺陷恰好报警，在此基础上增加8?IOdB作为生产过程中的检测灵敏度。
[0054](5)调校好仪器后，将穿过式涡流探头安装于多自由度探头固定装置上的一级框架中，让被检阳极沿I轴穿过穿过式涡流探头的中心通孔；按预定的速度行进，即执行了对整条牺牲阳极的检测。
[0055]下面是本发明的一个具体实施例:以16X22mm菱形挤压锌阳极带检测为例。
[0056]此类挤压锌阳极成带状，其横截面为菱形，尺寸符合国家标准GB/T17848-1999。被检的牺牲阳极试样为B型，长轴22.23mm，短轴15.88mm，长约lm，在中部有断芯缺陷。
[0057]首先，在端部的铁芯处加工一人工缺陷(沿轴向钻孔，钻孔直径1mm，深度30mm)，由于此型号阳极在铁芯外所包覆的高纯锌厚度较大，在选取检测频率时应选取较低频率。这里选用4kHz作为检测频率，检测频率是否满足检测需求，可通过端部人工缺陷的检测信号得以验证。
[0058]将牺牲阳极上无缺陷的部分放置于探头内，调整零电势和相位角。将牺牲阳极沿轴向反复拉动，使端部人工缺陷反复通过探头，找到临界报警灵敏度为35dB，提高灵敏度至45dB作为检测灵敏度。
[0059]将被检牺牲阳极匀速穿过探头中心，完成检测。检测结果显示，被检牺牲阳极中部有一断芯缺陷，出现报警。
[0060]上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本申请专利的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统，其特征在于包括有: 一条用以矫正和支撑牺牲阳极的辊道； 一个涡流检测仪，带有一个穿过式涡流探头，在涡流探头的中心开有供被检牺牲阳极穿过的通孔； 一个可在Z轴方向振动的多自由度探头固定装置，其上具有一个可在垂直于涡流探头轴向的平面内实现沿X轴的平移、Z轴转动的探头随动机构； 所述的涡流探头安置在多自由度探头固定装置的探头随动机构上。
2.根据权利要求1所述的基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统，其特征在于所述多自由度探头固定装置包括有一个可上下振动的随动平台及置于随动平台上的探头随动机构； 所述的随动平台具有一对组纵向的支架，该组支架间安设上、下一对滑轨，该随动平台与下方的水平工作台弹性连接； 所述的探头随动机构由三级方形支撑框架及中间的转动轴组合构成，其中，内中心的一级框架直接承载涡流探头，该一级框架与其外圈的二级框架通过z方向转动轴连接；二级框架再与其外圈的三级框架通过X方向转动轴连接；三级框架则通过套设在滑轨上的滑块沿X轴方向在滑轨上水平滑动。
3.根据权利要求1所述的基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统，其特征在于:所述的水平工作台高度可调。
4.根据权利要求1所述的基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统，其特征在于:所述检测系统位于牺牲阳极生产线的后端，该检测系统的辊道与牺牲阳极生产线的辊道直线联通。`
5.一种基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测方法，首先建立如权利要求1所述的基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测系统，其特征在于检测方法如下:首先选取标准样件调校涡流检测仪的工作参数，调校好仪器后，将穿过式涡流探头安装于多自由度探头固定装置上，将被检牺牲阳极从穿过式涡流探头的中心孔穿过，按预定速度行进，执行对整条牺牲阳极的检测。
6.根据权利要求1所述的基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测方法，其特征在于所述调校涡流检测仪的工作参数的方法步骤如下: 步骤一，选取检测频率:首先，在被检牺牲阳极标准样件中制造人工缺陷，根据被检牺牲阳极标准样件中人工缺陷的检测信号来确定检测频率，该选取检测频率下，涡流检测仪能稳定地检出铁芯部位加工的人工缺陷； 步骤二，零电势调整:将被检牺牲阳极标准样件的无伤部位置于涡流探头中，保持对准轴心、平稳、静止,调整探头的初始电势，以保证测量动态范围； 步骤三，相位角调整:观察涡流检测仪检测信号矢量图，上下、左右抖动被检牺牲阳极标准样件，观察抖动信号波形出现的情况，并将抖动噪声波形调至水平； 步骤四:检测灵敏度调整:沿涡流探头轴向反复拉动被检牺牲阳极标准样件，让被检牺牲阳极标准样件上的人工缺陷反复通过探头，拉动的速度与生产速度接近，调整涡流检测仪的灵敏度使检测到人工缺陷处恰好报警，在此基础上增加8~IOdB作为生产过程中的检测灵敏度。
7.根据权利要求6所述的基于穿过式涡流的牺牲阳极断芯检测方法，其特征在于:所述的被检牺牲阳极标准样件是在待检测牺牲阳极的端 部选取一段牺牲阳极带。
【文档编号】G01N27/90GK103698394SQ201310745153
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】高东林, 张伦兆, 陈泉, 李杨 申请人:北京有色金属研究总院