一種基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法
【專利摘要】一種基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法，包括置于小徑管外且與其同軸的螺線管偏置磁場發(fā)生單元，在小徑管內(nèi)同軸布置的電磁超聲激勵線圈單元和沿管周向均勻布置的陣列檢測線圈單元構(gòu)成的電磁超聲探頭；首先，利用通電螺線管產(chǎn)生沿小徑管軸向的強偏置磁場；依據(jù)聚焦法則設置電磁超聲激勵線圈單元內(nèi)各激勵線圈的激發(fā)時間，用電磁超聲裝置順序激勵各線圈產(chǎn)生超聲波；同時利用在聚焦焦點所在管截面上周向設置的陣列檢測線圈單元檢出超聲波引起的電壓信號；輔助以軸向機械掃查，實現(xiàn)小徑管的全面快速檢測；本發(fā)明方法具有檢出率高、檢測速度快、效率高等優(yōu)點，可廣泛運用于外面形狀復雜的小徑管內(nèi)部和多層管HIP焊接界面脫粘缺陷的無損檢測。
【專利說明】一種基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測【技術領域】，具體涉及一種基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法。

【背景技術】
[0002]隨著國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃的推進，托卡馬克聚變裝置的安全與完整性評估越來越受到人們的關注。偏濾器作為托卡馬克裝置的重要組成部分，起著移除雜質(zhì)和除熱的作用，保證了裝置的正常運行。偏濾器大量采用具有HIP焊接界面的鎢塊-銅管換熱部件，其換熱管內(nèi)徑較小(通常10毫米左右)。為實現(xiàn)方形鎢塊和換熱銅管的有效焊接，其間還采用了中間管狀過渡層，使得上述換熱部件成為具有復雜外表面的小徑多層管結(jié)構(gòu)。如果界面焊接不良或脫粘，在不能完成正常熱交換的同時，還可能會因為局部熱量無法移除而產(chǎn)生異常熱應力，從而可能損壞偏濾器甚至裝置。因此，實現(xiàn)對小徑多層管HIP焊接界面脫粘的檢測和評估非常重要。
[0003]目前針對多層管HIP焊接界面的脫粘檢測，主要有渦流檢測法、超聲波檢測法、紅外熱成像法等，但都存在一定不足。而電磁超聲無損檢測由于其非接觸、不需要耦合劑、檢測速度快、產(chǎn)生波形多樣、適合高溫檢測等特點，已經(jīng)成為無損評估和檢測領域的一種重要方法，但尚未實現(xiàn)對上述偏濾器換熱部件脫粘缺陷的檢測。
[0004]對于多層管HIP焊接界面的電磁超聲檢測，面臨以下難點:第一，由于是小內(nèi)徑、外方內(nèi)圓的多層管結(jié)構(gòu)，所以檢測線圈只能選擇內(nèi)置；第二，多層管內(nèi)徑較小，小型內(nèi)置永磁體無法提供較強的偏置恒定磁場且在換熱管有一定曲率時無法插入，所以需要其他方法從外部施加強偏置磁場；第三，常規(guī)電磁超聲往往只有單個線圈激勵，檢測管狀對象時所得缺陷信號相對較弱難以識別；第四，常規(guī)電磁超聲在完成管周向檢測時往往是逐點進行，檢測效率較低。
[0005]鑒于此，本發(fā)明提出了基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法，依據(jù)聚焦法則，利用通電螺線管、電磁超聲激勵線圈單元、陣列檢測線圈單元，可實現(xiàn)多層管HIP焊接界面的快速有效檢測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于相控陣聚焦原理的小徑管電磁超聲無損檢測方法，本發(fā)明方法具有檢出率高、檢測速度快、效率高等優(yōu)點，可廣泛運用于外面形狀復雜的小徑管內(nèi)部和多層管HIP焊接界面脫粘缺陷的無損檢測。
[0007]為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]一種基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1:按照內(nèi)徑為D的待檢測小徑管2長度方向的曲率加工螺線管偏置磁場發(fā)生單元1，然后將待檢測小徑管2同軸內(nèi)置于螺線管偏置磁場發(fā)生單元I中；
[0010]步驟2:將電磁超聲激勵線圈單元3和陣列檢測線圈單元4固定于線圈骨架5上構(gòu)成完整的電磁超聲探頭，所述電磁超聲激勵線圈單元3激勵線圈的數(shù)目Iitl為奇數(shù)，線圈寬度為山厚度為t，線圈間中心距為h ;所述陣列檢測線圈單元4的檢出線圈面與待檢測小徑管2的截面平行，其檢測線圈數(shù)目為Ii1，周向尺寸為I1，徑向尺寸為h ;其中陣列檢測線圈單元4的中心面與電磁超聲激勵線圈單元3中央的編號為O的激勵線圈同平面，且陣列檢測線圈單元4的檢出線圈數(shù)目H1 = INTU (DItjg1Ig2Vl1)，其中:1NT表示取整，gi表示電磁超聲激勵線圈單元3與待檢測小徑管2內(nèi)表面的徑向間距，g2表示陣列檢測線圈單元4與電磁超聲激勵線圈單元3內(nèi)面的徑向間距；然后將電磁超聲探頭同軸插入待檢測小徑管2中；
[0011]步驟3:在螺線管偏置磁場發(fā)生單元I中通入50_100kAT的勵磁電流，從而于螺線管偏置磁場發(fā)生單元I內(nèi)部空間形成大小均勻、方向沿待檢測小徑管2軸向、垂直于管各截面的強偏置磁場；
[0012]步驟4:依據(jù)聚焦法則，設置一個檢測周期Ttl內(nèi)電磁超聲激勵線圈單元3內(nèi)各激勵線圈的激發(fā)時間，利用常規(guī)電磁超聲裝置按照激發(fā)時間順序向電磁超聲激勵線圈單元3的各激勵線圈通入脈沖激勵電壓以激發(fā)超聲波，由于激勵時間延遲和距焦點距離的不同，各激勵線圈激發(fā)的超聲波同一時間抵達聚焦焦點，于焦點區(qū)域發(fā)生超聲波疊加，從而增大到達擬檢測區(qū)域超聲波強度和擬檢測區(qū)域的回波強度，同時利用位于聚焦點所在截平面的陣列檢測線圈單元4測量超聲波回波信號，從而在一個檢測周期Ttl實現(xiàn)待檢測小徑管2全周同步檢測；
[0013]步驟5:由步驟4所述電磁超聲激勵線圈單元3在完成一個檢測周期Ttl內(nèi)從外側(cè)到中央線圈順序激發(fā)各激勵線圈的時刻為ti，i = O, I, 2，…，(Iitl-1)/2，記中央線圈編號為0，其余線圈編號以中央線圈為對稱中心往外依次遞增，且兩側(cè)延遲時間對稱相等，各激勵線圈激發(fā)延遲時間Δ t滿足條件

【權(quán)利要求】
1.一種基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:按照內(nèi)徑為D的待檢測小徑管(2)長度方向的曲率加工螺線管偏置磁場發(fā)生單元(I)，然后將待檢測小徑管(2)同軸內(nèi)置于螺線管偏置磁場發(fā)生單元(I)中； 步驟2:將電磁超聲激勵線圈單元(3)和陣列檢測線圈單元(4)固定于線圈骨架(5)上構(gòu)成完整的電磁超聲探頭，所述電磁超聲激勵線圈單元(3)激勵線圈的數(shù)目Iitl為奇數(shù)，線圈寬度為山厚度為t，線圈間中心距為h;所述陣列檢測線圈單元(4)的檢出線圈面與待檢測小徑管⑵的截面平行，其檢測線圈數(shù)目為Ii1，周向尺寸為I1，徑向尺寸為t1;其中陣列檢測線圈單元(4)的中心面與電磁超聲激勵線圈單元(3)中央的編號為O的激勵線圈同平面，且陣列檢測線圈單元(4)的檢出線圈數(shù)Sn1 = INT (JI (DItjg1Ig2Vl1)，其中:1NT表示取整，gl表示電磁超聲激勵線圈單元(3)與待檢測小徑管(2)內(nèi)表面的徑向間距，&表示陣列檢測線圈單元⑷與電磁超聲激勵線圈單元⑶內(nèi)面的徑向間距；然后將電磁超聲探頭同軸插入待檢測小徑管(2)中； 步驟3:在螺線管偏置磁場發(fā)生單元(I)中通入50-100kAT的勵磁電流，從而于螺線管偏置磁場發(fā)生單元(I)內(nèi)部空間形成大小均勻、方向沿待檢測小徑管(2)軸向、垂直于管各截面的強偏置磁場； 步驟4:依據(jù)聚焦法則，設置一個檢測周期Ttl內(nèi)電磁超聲激勵線圈單元(3)內(nèi)各激勵線圈的激發(fā)時間，利用常規(guī)電磁超聲裝置按照激發(fā)時間順序向電磁超聲激勵線圈單元(3)的各激勵線圈通入脈沖激勵電壓以激發(fā)超聲波，由于激勵時間延遲和距焦點距離的不同，各激勵線圈激發(fā)的超聲波同一時間抵達聚焦焦點，于焦點區(qū)域發(fā)生超聲波疊加，從而增大到達擬檢測區(qū)域超聲波強度和擬檢測區(qū)域的回波強度，同時利用位于聚焦點所在截平面的陣列檢測線圈單元(4)測量超聲波回波信號，從而在一個檢測周期Ttl實現(xiàn)待檢測小徑管(2)全周同步檢測； 步驟5:由步驟4所述電磁超聲激勵線圈單元(3)在完成一個檢測周期Ttl內(nèi)從外側(cè)到中央線圈順序激發(fā)各激勵線圈的時刻為ti; i = O, I, 2，…，(Iitl-1)/2，記中央線圈編號為O，其余線圈編號以中央線圈為對稱中心往外依次遞增，且兩側(cè)延遲時間對稱相等，各激勵線圈激發(fā)延遲時間Δ t滿足條件
‘，其中:1 =O~0^-1)/2, h0為聚焦深度，h為激勵線圈中心面間距，c為超聲波波速，設置陣列檢測線圈單元(4)在電磁超聲激勵線圈單元(3)內(nèi)編號為O的中央線圈完成激勵后開始輸出檢測電壓信號；按照上述條件設置電磁超聲激勵線圈單元(3)內(nèi)各線圈的延遲發(fā)射時間和陣列檢測線圈單元(4)的信號輸出時間，即可在一個檢測周期Ttl內(nèi)完成待檢測小徑管(2)全周的快速檢測； 步驟6:周向?qū)崿F(xiàn)步驟5所述快速掃查的基礎上,通過軸向定速插入電磁超聲探頭進行機械掃查實現(xiàn)待檢測小徑管(2)的全面掃查；兼顧檢測精度和掃查效率，軸向的掃查速度選取范圍為0.01m/s~0.1Om/s ； 步驟7:完成上述檢測過程后，截取一定時間閘門的檢測信號，分別以A掃、B掃、C掃以及D掃圖進行成像顯示，通過圖像異常判斷缺陷的存在和位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法，其特征在于:所述電磁超聲激勵線圈單元⑶由等大小圓環(huán)線圈軸向同軸排列構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑管無損檢測方法，其特征在于:所述陣列檢測線圈單元⑷由等大小扁平矩形線圈周向等間距排列構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁超聲相控陣聚焦原理的小徑彎管無損檢測方法，其特征在于 :所述線圈骨架為非導電、非導磁塑料或橡膠制品。
【文檔編號】G01N29/06GK104076092SQ201410289724
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】陳振茂, 楊桂才, 李勇, 解社娟, 蔡文路 申請人:西安交通大學