[发明专利]一种内插式电磁超声螺旋导波换能器及其工作方法

说明书

本发明公开一种内插式电磁超声螺旋导波换能器及其工作方法，所述换能器包括永磁铁对、涡流线圈、保护套和旋盖，永磁铁对由两块尺寸、形状和材质均相同的圆柱形永磁铁组成，其N极端面为与轴线呈一定角度的斜面。涡流线圈为柔性回折线圈，其长边平行于永磁铁对轴线，短边垂直于长边。保护套外形为圆柱，内部中空，两端开口且加工有螺纹。装配时，永磁铁对中的各永磁铁的N极相对同轴插入到保护套中，且N极间留有空气间隙，涡流线圈周向加装在保护套中间部分的内壁上，保护套两端采用旋盖拧紧封闭。检测时，所述换能器需成对使用，相隔一段距离放置于待测管道中。本发明能够实现任意升角螺旋导波的产生和任意方向管道缺陷回波的接收与检测。

技术领域

本发明属于无损检测中超声检测技术领域，涉及一种内插式电磁超声螺旋导波换能器，具体涉及一种应用于聚变堆水冷固体包层模块多折弯型双壁冷却管连接界面检测的电磁超声螺旋导波换能器及其工作方法。

背景技术

聚变堆水冷固体包层模块是聚变堆堆内重要部件之一，其结构中的多折弯型双壁冷却管具有冷却包层模块、保证其在安全温度下运行的作用。在制备过程中，多折弯型双壁冷却管中的连接界面可能会出现脱粘等缺陷，该缺陷将严重降低多折弯型双壁冷却管的传热及冷却效率，影响聚变堆水冷固体包层模块整体的安全运行。因此，对多折弯型双壁冷却管连接界面实施无损检测非常重要。电磁超声检测是一种新型、有效的金属构件无损检测技术之一，可用于多折弯型双壁冷却管连接界面缺陷的检测。

电磁超声换能器是电磁超声检测的关键，电磁超声换能器即是超声检测的探头部分，是产生和接收超声波的核心部件。电磁超声检测技术利用电磁结合结构激发和接收超声波，其通电导线在被测工件表面产生涡流效应，其涡流质点受机械力，振动产生超声波；其线圈能接收超声回波信号。在电磁超声检测应用过程中，因线圈形状及偏置磁场的不同，可产生不同种类超声波。根据超声波的传播原理，进行双壁管无损检测。

传统研究采用的超声导波技术脉冲反射法对管道进行检测时，仅可检出与导波传播方向相互垂直的缺陷。如采用沿管道轴向传播的超声导波可检测周向缺陷；沿管道周向传播的超声导波可检测轴向缺陷。而真实情况中的多折弯型双壁冷却管连接界面的裂纹缺陷走向并不仅限于周向裂纹和轴向裂纹，同时包含斜向裂纹。而周向和轴向导波受声场指向性制约，而无法完成斜向裂纹全检测，不能满足电磁超声管道检测的实际需求。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种内插式电磁超声螺旋导波换能器及其工作方法，可以产生沿多折弯型双壁冷却管道斜向方向传播的电磁超声导波，从而实现多折弯型双壁冷却管道任意升角螺旋导波的产生和任意方向管道连接界面缺陷的检测。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种内插式电磁超声螺旋导波换能器，能够对聚变堆水冷固体包层模块中的多折弯型双壁冷却管连接界面进行检测，该换能器包括两端开口且加工有螺纹的保护套1，N极相对插入到保护套1中的永磁铁对2，周向加装在保护套1内壁上的涡流线圈3，以及用于封装保护套1两端的旋盖4；所述永磁铁对2的N极端面平行放置且隔有空气间隙，永磁铁对2的N极端面为与轴线成预设角度的斜面。

所述永磁铁对2由两块同轴放置的圆柱形永磁铁组成，两块圆柱形永磁铁尺寸、形状和材质均相同。

所述涡流线圈3为柔性回折线圈，加装在保护套中间部分的内壁上，平面所视涡流线圈为回折形状，沿套筒轴线方向的长边为工作导线，与保护套端面相平行的短边为端线，工作导线与端线垂直，且工作导线轴向长度大于永磁铁对间的空气间隙，以保证N极端面连线中垂面上的叠加磁场方向斜入射于涡流线圈及待测管件内壁。

所述保护套1的材料为具有高耐磨性与良好的力学性能的非金属。

所述换能器在装配完成后保护套两端采用旋盖拧紧封闭，永磁铁对在同级斥力的作用下顶到旋盖上实现轴向位置固定，且调节旋盖与保护套配合部分的旋转角度便能够改变永磁铁对中的两永磁铁间的空气间隙大小，进而调整偏置磁场的入射角度。