[发明专利]一种棒材电磁超声导波探伤换能器

说明书

技术领域

本发明属于棒材探伤技术领域，特别是涉及一种棒材电磁超声导波探伤换能器。

背景技术

棒材是工程结构和机械零件制造的主要用材。棒材的品种规格多，应用范围广。非铁磁性金属棒材作为原材料主要应用于电力、军工、航空等行业，其对棒材的质量要求愈来愈高。因此，对于重要应用目的金属棒材进行无损检测是非常必要的。

在棒材的轧制过程中，通过无损检测的方式获取棒材的质量信息，既可以及时发现棒材中存在的缺陷，又可以对生产过程进行控制来以调整和改善轧制工艺，这些对确保棒材产品质量和节约能源均具有重要的价值。目前，棒材的在线无损检测己成为国际上非常关注和致力于开发的重要前沿技术，也是我国急需重点发展的检测技术之一。

当前棒材的在线检测技术，主要以涡流检测和常规超声检测为主。涡流检测的速度很快，但仅能检测棒材表面和近表面的缺陷。常规超声主要用于检测棒材的表面和内部的纵向缺陷，对于棒材缺陷中危害性最大的横向缺陷的检测则效果不佳。应用超声导波对棒材进行探伤具有检测速度快、检测灵敏度高、可实现棒材的内部、表面整体探测等特点，尤其适于棒材横向缺陷的检测。因此，最适合于棒材的在线快速探伤检查。

电磁超声探伤法是一种全新的超声波检测技术，它不使用耦合剂，不需要与被检测工件接触，通过电磁感应可在工件中直接激发出超声波。所以，利用电磁超声法激发超声导波，最适于棒材的在线探伤检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种棒材电磁超声导波探伤换能器，将其安装在相应棒材的生产线上，可以对棒材的质量实施在线快速探伤检测，及时发现棒材表面和内部的缺陷，确保棒材产品的质量。

本发明所采用的电磁超声扭转型导波探伤方法与另一种电磁超声收缩型导波探伤方法相比，其不同之处在于：棒材检测中电磁超声收缩型导波是以磁致伸缩效应激发导波，其仅适用于铁磁性金属棒材的检测，检测温度也仅适用于居里温度以下。而电磁超声扭转型导波是以洛伦兹力激发导波，其既可用于铁磁性金属棒材的检测，也可用于非铁磁性金属棒材的检测，检测温度可适用于居里温度以上。

本发明包括磁化装置和电磁声线圈，如图1所示。其中，磁化装置1在被检棒材3上施加一个垂直棒材3轴向的稳恒磁场B（又名激磁场），电磁声线圈2置于磁化装置1的中部，当电磁声线圈2中通以高频脉冲电流时，就会在棒材3表面感应出沿棒材轴向的感应电流I，如图4所示，感应电流I在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力F。洛伦兹力F的方向将随着高频感应电流I的变化而变化。这种力的有规律的改变将沿棒材轴向传播便形成扭转型超声导波。

本发明中的磁化装置由一组线包4、铁芯6、极靴7和壳体5组成。其中线包4绕制在铁芯6中间，铁芯6两端连接极靴7，由此构成本发明磁化装置的核心部分，在它们的外边罩制壳体5。如图2所示。线圈4由漆包线绕制而成，当在其中通以直流电时，即可在铁芯6中产生一个稳恒磁场，这个稳恒磁场通过极靴7的传导将在被检测棒材中产生一个与棒材3轴向垂直分布的稳恒磁场B。磁化装置的外壳5采用铁磁材料制作，这样，由线圈4产生的磁场被限制在由磁化装置外壳和被检测棒材构成的磁回路中，能最大限度地实现对棒材的磁化。铁芯6和极靴7采用纯铁材料制作。

本发明中的电磁声线圈是由电磁声发射线圈和电磁声接收线圈组成，它们都是由骨架和绕制在骨架上的线圈构成。线圈骨架如图3所示，采用高温陶器材料制作，其目的在于避免当线圈中通入高频脉冲电流时在骨架中感应产生涡流，而造成能量损失，同时高温陶器又具有耐磨、耐高温的特点，适于棒材的高温、高速在线检测。

电磁声线圈骨架上共刻有24个环行槽，槽宽2mm，槽距5mm。在骨架圆周对称的两端刻有轴向槽。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，如图4所示。其中电磁声发射线圈位于线圈骨架的中部，共占20个槽，一个发射单元占用2个槽，线圈的绕制是采用Φ0.1mm漆包线，30根并联成一根绞股线一次绕制而成。电磁声发射线圈共有10个独立的发射单元，在发射线圈工作时，依次激发各个单元，其相邻单元工作的时间差(d：槽距；v：所采用的导波波速)，如此可有效的提高电磁声发射线圈的发射功率，又可使发射波单向增加，利于形成单向波，便于检测时的缺陷定位。按照此方法绕制的线圈，当通入高频脉冲电流I时，会在被检测棒材表面感应出沿棒材轴向的感应电流I，感应电流I在稳恒磁场B的作用下将产生洛伦兹力F。此洛伦兹力F的方向将随着高频感应电流I的变化而变化。这种力的有规律的变化将沿棒材轴向传播便形成超声波扭转型导波。