[发明专利]检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头及方法

说明书

本发明属于电磁无损检测技术领域，涉及检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头及方法。本发明探头包括激励元件、检测元件和固定架(9)；所述固定架(9)包括扫查架连接部(91)及元件安装部(92)，元件安装部(92)上设有元件安装面(921)；所述激励元件由大激励线圈(1)、大激励线圈绕线柱(6)、小激励线圈(2)、小激励线圈绕线柱(7)组成；所述检测元件包括检测线圈(3)、检测线圈绕线柱(8)、磁场屏蔽板(4)和磁场屏蔽筒(5)；所述大激励线圈绕线柱(6)、小激励线圈绕线柱(7)和检测线圈绕线柱(8)依次线性排列，底端分别垂直固定安装在元件安装面(921)上。本发明探测深度大，可达25mm。

技术领域

本发明属于电磁无损检测技术领域，涉及一种用于核电及其他重要工业领域缺陷检测的涡流探头，尤其涉及一种检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头及方法。

背景技术

涡流检测是常规无损检测技术之一，是以电磁感应原理为基础，依据材料电磁性能变化来对材料及构件实施缺陷探测和性能测试的电磁检测方法。涡流检测方法使用激励线圈在试件中产生旋涡状的感应交变电流，通过线圈的电压信号变化来判断缺陷的位置和大小。该法具有非接触、检测速度快的特点和浅裂纹定量方面的优势，是一种对表面和近表面缺陷进行定量无损评价的有效方法。涡流检测方法广泛应用于用于石油化工、电力冶金等行业，以及航空航天、核电设备等重要领域。

目前常规涡流检测基本停留在近表层缺陷的检测，因为存在明显的集肤效应，涡流被限制在导体表面及近表面，所以对装备零件中较深缺陷以及深层缺陷识别能力有限。涡流的标准渗透深度是指当材料中的涡流密度达到材料表面涡流密度的37%时的材料深度。制约涡流渗透深度的因素有激励频率、激励电流大小以及材料的电磁特性等。增加涡流探头的穿透能力常采用低频激励、远场涡流以及脉冲涡流。虽然通过优化激励频率等措施，可以在一定程度上提高对深裂纹的检测效果，但同时存在其他问题：如采用低频激励及远场涡流虽然可增大涡流渗透深度、提高探头检测深层缺陷的能力，但同时会导致探头分辨率低、信噪比低、检测速度低，并引发了探头的速度效应和检测信号分辨困难等问题；采用脉冲涡流利用多频信号检测缺陷，相对于传统涡流检测具有一定优势，但脉冲涡流信号在产生、传输及接收过程中，会受到噪声污染，所采用的霍尔元件灵敏度不高，分辨率易受偏移量和噪声影响。

常规均匀涡流探头虽然解决了分辨率低、信噪比低等问题，但仍无法摆脱集肤效应的限制，所能探测到的裂纹深度有限，对较深裂纹仍然无法获得理想的检测结果，而且所采用的矩形激励线圈在材料中所感应产生的涡流具有方向性，容易对平行于涡流流动方向的裂纹产生漏检。

综上，现有技术存在的主要问题有：(1)传统涡流探头所产生的涡流渗透深度过小，难以检测到深裂纹的问题；(2)深裂纹检测信号受激励磁场噪声干扰的问题；(3)均匀涡流探头对裂纹方向敏感的问题。

因此，研究能有效识别金属材料中的深裂纹、适用于核电设备及其他重要工业领域大型厚壁构件缺陷检测的涡流检测探头，在保障设备安全运行、评定设备寿命、降低设备维护成本等方面具有重要意义和前景。

发明内容

为了克服现有技术的不足，解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种检测开口疲劳及应力腐蚀深裂纹的连环式涡流探头及检测方法，通过利用尺寸大小不等的两个圆形激励线圈保持一定中心距成线性排列，并通以大小不等的反向激励电流，分别在材料深度方向上产生不同分布的涡流，且使材料表面涡流反向抵消，材料内部涡流密度变大，在试件材料中产生可检测深裂纹的涡流分布，从而达到增加渗透深度的目的。和常规涡流探头及低频激励方法等现有技术相比，本发明可有效提高裂纹的检测深度，同时具有较高分辨率和较高的检测速度，可用于厚壁构件开口疲劳深裂纹及应力腐蚀深裂纹缺陷的在线高速检测，为工业设备及产品的定量检测和评估提供准确可靠的依据。