一種金屬管道內表面缺陷的渦流檢測探頭及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電渦流探頭，該電渦流探頭用于檢測金屬管道內部表面裂紋等缺陷。該電渦流探頭由激勵線圈陣列和檢測線圈陣列組成，激勵線圈陣列由與圓柱面垂直的圓周向線圈和通過圓柱軸所在平面的矩形線圈組成。檢測線圈陣列分布于探頭圓柱表面，位于圓周向和軸向檢測線圈之間。檢測線圈通過感測圓周向激勵線圈產生的磁通受到圓周向裂紋擾動而產生的變化，可檢測圓周向裂紋。檢測線圈通過感測軸向激勵線圈產生的渦電流受到圓周向裂紋擾動而產生的變化，也可檢測圓周向裂紋。檢測線圈通過感測圓周向激勵線圈產生的渦電流受到軸向裂紋擾動而產生的變化，可檢測軸向裂紋，通過探頭沿管道方向掃查可以檢測導電管道表面多個方向不同裂紋缺陷的存在，并可根據各檢測線圈獲得缺陷信號特征判斷裂紋數量、方向及長、寬、深度等形狀信息。
【專利說明】一種金屬管道內表面缺陷的渦流檢測探頭及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無損檢測探頭裝置及其檢測方法，特別是涉及一種金屬管道內表面裂紋缺陷渦電流檢測探頭及檢測方法。
【背景技術】
[0002]渦流檢測是一種使用很廣泛的無損檢測技術，工作原理遵循電磁感應原理，當通有交變電流的激勵線圈靠近導體材料時，將在導體材料中產生交變磁場，稱為一次磁場，同時該交變磁場在導體表面感應出渦電流。導體中的渦電流也會產生磁場，稱為二次磁場。導體結構表面如果存在裂紋等缺陷，將會引起渦電流的變化，從而使渦電流所產生的二次磁場也發(fā)生變化，導致檢測線圈所感測電信號發(fā)生變化。據此就可以判斷導體材料表面缺陷的存在。渦電流檢測具有速度快、對表面缺陷反應靈敏等優(yōu)異性能。已在蒸汽發(fā)生器管道、核電站熱交換管道等許多關鍵設備的檢測中發(fā)揮著重要的作用。為了評估設備結構安全，要求獲得導電管道內表面裂紋缺陷的數量、位置和形狀等信息。傳統(tǒng)穿過式探頭只適于檢測管道某個方向的裂紋缺陷，且費時費力。實際情況中，管道內表面裂紋往往呈多個方向的狀況，對金屬管道結構的破壞性大。如果不能準確判斷多裂紋的數目、各自走向及形狀，容易造成漏檢及處置不當，可能導致嚴重的安全事故。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種導電管道內表面裂紋的渦流檢測探頭裝置及檢測方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種金屬管道內表面裂紋缺陷的渦電流檢測探頭，該探頭激勵線圈與檢測線圈都由線圈陣列組成。
[0005]圓周向激勵線圈呈圓柱形，且數量至少為三個，各線圈尺寸相同，相互之間平行排列。
[0006]軸向激勵線圈呈矩形，數量至少為三個，各線圈的尺寸相同，相互之間等夾角分布，它們都通過圓柱探頭的軸線。
[0007]分布于圓柱探頭表面的檢測線圈呈矩形，一個周向檢測線圈的數量至少為6個，且各線圈的尺寸相同，至少有兩個周向檢測線圈，且相互之間等間距平行排列。
[0008]采用該探頭檢測導電管道內表面裂紋的方法如下。激勵線圈陣列在被檢測管道內表面一個較大的區(qū)域產生不同方向的電磁場與渦電流，受到裂紋擾動將產生路徑與強度變化，通過探頭中與被檢測管道內表面平行分布的多檢測線圈所感測的不同電信號，可以檢測不同位置、不同方向分布的裂紋，并可根據所獲得信號分布及幅度分析裂紋的形狀。
[0009]對于導電管道內部軸向裂紋，可以通過檢測線圈對渦電流的檢測實現(xiàn)；圓周向激勵線圈激發(fā)的渦電流在遇到軸向裂紋時，渦電流受到擾動將沿裂紋方向分流，這個被分流的渦電流可以被與該裂紋最近的檢測線圈檢測到，體現(xiàn)在該線圈信號的幅度變化最大。
[0010]對于導電管道內表面圓周向裂紋，可以通過如下方法檢測到。圓周向激勵線圈激發(fā)出軸向磁通，該磁通在遇到與其相垂直的圓周向裂紋時將沿裂紋發(fā)生走向變化，有垂直管道內表面的磁通分量產生，這個磁通分量可以被最靠近該裂紋的檢測線圈檢測到，體現(xiàn)在該線圈獲得最大的信號幅度。
[0011]另外軸向激勵線圈在管道內部軸向產生渦電流，該渦電流在遇到與其相垂直的圓周向裂紋時將沿裂紋發(fā)生方向變化，該渦電流的變化也可以被最靠近該裂紋的檢測線圈檢測到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明檢測導電管道內表面裂紋的圓柱形渦流探頭結構圖；
[0013]圖2是本發(fā)明檢測導電管道內表面裂紋的圓柱形渦流探頭結構軸向視圖
[0014]圖3是導電管道內表面裂紋模型圖
[0015]圖4是本發(fā)明探頭在導電管道內部掃查裂紋的示意圖
[0016]圖5是本發(fā)明探頭在導電管道內部掃查裂紋的軸向視圖
[0017]圖6是本發(fā)明探頭利用電磁場變化檢測圓周向裂紋示意圖
[0018]圖7是本發(fā)明探頭利用渦電流變化檢測軸向裂紋示意圖
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0020]在關鍵管道設備的無損檢測中，采用傳統(tǒng)渦流探頭與方法難以檢測多個方向的裂紋缺陷，因此需要提高對多方向裂紋的數目、方向及形狀檢測的能力，避免發(fā)生漏檢導致安全事故的發(fā)生。
[0021]參見圖1、圖2所示，為本發(fā)明導電管道內表面裂紋電渦流檢測探頭結構圖。該電渦流探頭包括有激勵線圈陣列與檢測線圈陣列；激勵線圈陣列由圓周向線圈la、lb、lc和過圓柱軸的矩形線圈2a、2b、2c組成。檢測線圈陣列由位于探頭圓柱面上的3a、3b、3c、3d、3e、3f、4a、4b、4c、4d、4e、4f 線圈組成。
[0022]圓周向激勵線圈la、lb、lc呈圓形,尺寸相同,相互之間平行排列。
[0023]軸向激勵線圈2a、2b、2c呈矩形，尺寸相同，通過圓柱軸，相互之間等夾角排列。
[0024]檢測線圈3a、3b、3c、3d、3e、3f、4a、4b、4c、4d、4e、4f呈矩形，并呈一定的弧度位于圓柱表面，各檢測線圈尺寸相同且相互之間等間距排列。
[0025]圖3所示是導電管道內表面裂紋模型。在導電管道4表面示出裂紋5a、5b。其中裂紋5a位于圓周方向。裂紋5b位于軸向。
[0026]圖4所示為通過本發(fā)明渦電流探頭掃查導電管道4內部裂紋的情況。圖5是本發(fā)明探頭在導電管道內部掃查裂紋的軸向視圖。
[0027]圖6是本發(fā)明探頭利用電磁場變化檢測圓周向裂紋示意圖。為了檢測圓周向裂紋5a，按如下步驟執(zhí)行掃查程序。探頭沿管道4內部從左向右方向掃查，激勵線圈la、lb內部交變電流產生的軸向磁通6有部分通過被檢測導電管道4，由于在被檢測管道4內表面存在圓周向裂紋5a,且裂紋5a的方向與磁通6方向相垂直，由于裂紋5a區(qū)域磁導率、電導率等特性與導體材料不同，磁通6的路徑將受到裂紋5a的干擾，在被測材料4內表面上方的磁通變得無序。會產生一些垂直管道4內表面的磁通并通過檢測線圈3c，并在檢測線圈3c中產生一個電動勢，該電動勢體現(xiàn)為缺陷信號8。如果在探頭掃查過程中，如圖6A、6C所示，檢測線圈繞組3c的邊緣分別接近、離開裂紋5a，檢測線圈3c就會分別獲得一個相反極性的缺陷信號8。如果如圖6B所示，檢測線圈3c的中心經過裂紋5a，則進出檢測線圈3c的磁通量6相抵消，就不會在檢測線圈中產生電動勢，此時缺陷信號8為零。
[0028]軸向激勵線圈2a、2b、2c在管道內部軸向產生渦電流，該渦電流在遇到與其相垂直的圓周向裂紋5a時將沿裂紋發(fā)生方向變化，該渦電流的變化也可以被最靠近該裂紋的檢測線圈檢測到。
[0029]圖7是本發(fā)明探頭利用渦電流變化檢測導電管道內部軸向裂紋示意圖。圖7所示為在被檢測管道內表面有一個軸向裂紋5b。圓周向激勵線圈la、lb、lc在管道4內壁產生渦電流7的方向與激勵繞組la、lb、lc內部交變電流的方向有關。因此，渦電流7流動的方向與軸向裂紋5b垂直，渦電流7的流動受到裂紋5b的干擾。因此，渦電流7產生的二次磁通被擾動，隨著探頭在管道內部移動掃查，如圖7A、7C所示，當檢測線圈3a接近及離開裂紋5b時，流過檢測線圈3a兩邊的磁通不對稱，在檢測線圈3a兩邊產生電動勢不同，在檢測線圈3a中產生一個總的電動勢，并體現(xiàn)為一個缺陷信號8，并且兩種情況獲得電動勢極性相反。如果檢測線圈3a位于裂紋5b的中心，渦電流的流動對稱于檢測線圈3a，這樣，通過檢測線圈3a的磁通量就是平衡的，就不會產生表示缺陷信號的電動勢，對應信號8為O。
【權利要求】
1.一種檢測金屬管道內表面裂紋缺陷的渦電流探頭，其特征在于:包括有激勵線圈陣列與檢測線圈陣列；激勵線圈陣列由圓周向線圈陣列(la)、(lb)、(Ic)和經過圓柱軸的矩形線圈(2a)、(2b)、(2c)組成。檢測線圈陣列由分布在圓柱面表面的矩形線圈(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)與(4a)、(4b)、(4c)、(4d)、(4e)、(4f)陣列組成。
2.根據權利要求1所述的檢測導電管道內表面裂紋的探頭，其特征在于:圓周向激勵線圈(la)、(lb)、(Ic)呈圓柱形，數量至少為三個，相互之間平行排列。
3.軸向激勵線圈(2a)、(2b)、(2c)呈矩形，各線圈尺寸相同，數量至少為三個，線圈平面都通過圓柱軸，且相互之間夾角相等。
4.根據權利要求1所述的檢測導電管道內表面裂紋的探頭，其特征在于:激勵線圈(la)、(Ib)之間檢測線圈為(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)，位于圓柱表面，呈曲面矩形，數量至少為6個。激勵線圈(Ib)、(Ic)之間檢測線圈為(4a)、(4b)、(4c)、(4d)、(4e)、(4f)，數量至少為6個。
5.一種金屬管道內表面裂紋缺陷的渦電流檢測方法，其特征在于:激勵線圈陣列(2a)、(2b)、(2c)與(la)、(lb)、(Ic)分別在被檢測管道(4)內表面一個較大的區(qū)域產生不同方向的電磁場與渦電流，在電磁場與渦電流的通路上，裂紋的存在將會引起電磁場與渦電流的擾動，通過檢測線圈(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)與(4a)、(4b)、(4c)、(4d)、(4e)、(4f)可感測電磁場的變化，也可感測渦電流的變化，利用此感測線圈陣列可以同時檢測導電管道內表面不同方向分布裂紋的存在?？梢源_定裂紋的數量，并根據所獲得缺陷信號分布及幅度可判斷裂紋的形狀。
6.根據權利要求5所述的檢測導電管道內表面裂紋的方法，其特征在于:導電管道(4)內表面軸向裂紋(5b)，可以通過圓周向激勵線圈(la)、(lb)、(Ic)產生的渦電流受裂紋擾動變化引起磁場變化的檢測實現(xiàn)；圓周向激勵線圈(la)、(lb)、(Ic)激發(fā)的渦電流(7)在遇到軸向裂紋(5b)時將沿裂紋分流，這個被分流的渦電流可以被與該裂紋最近的檢測線圈檢測到，體現(xiàn)在該線圈信號的幅值變化最大。
7.根據權利要求5所述的檢測導電管道內表面裂紋的方法，其特征在于:圓周向激勵線圈(la)、(lb)、(Ic)激發(fā)的與該線圈表面垂直的磁通在遇到圓周向裂紋(5a)時受到該裂紋的擾動后使磁通(6)方向改變，將有垂直被檢測管道(4)內表面的磁通分量產生，這個磁通分量在檢測線圈(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)與(4a)、(4b)、(4c)、(4d)、(4e)、(4f)中某一個與該裂紋最接近的線圈中產生最大的信號幅度，據此可知在該檢測線圈附近有圓周向裂紋(5a)。
8.檢測線圈通過感測軸向激勵線圈產生的渦電流受到圓周向裂紋擾動而產生的變化，也可檢測圓周向裂紋。
【文檔編號】G01N27/90GK103868986SQ201210538859
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權日:2012年12月13日
【發(fā)明者】張思全, 劉雨 申請人:上海海事大學