[发明专利]内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头及无损检测方法

说明书

一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，由探头骨架、缠绕在探头骨架上的多个轴向周期分布的螺线管电磁铁组和收发一体电涡流线圈、屏蔽导线和表面保护层组成；探头整体呈圆柱形结构，检测时可直接插入被检测管道一端内部激发和接收沿管道轴向传播的纵向超声导波；本发明通过采用多个轴向周期分布的螺线管电磁铁和螺线管电涡流线圈，相邻两螺线管线圈绕制方向相反，螺线管和螺线管电涡流线圈在矩形脉冲电流作用下分别在被测管壁形成周向均匀、轴向周期分布的径向偏置磁场和周向电涡流，基于洛伦兹力原理实现沿被测管道轴向传播的纵向导波的激发和接收。本发明可用于非铁磁性小直径管道长距离、非接触和无需要耦合剂导波检测。

技术领域

本发明涉及超声导波检测，具体涉及一种无需永磁铁的内插式全线圈结构电磁超声导波探头及无损检测方法，可用于金属管道的长距离、非接触和无需耦合剂纵向模态导波检测。

背景技术

管道被大量应用于各重要工业领域，在一些特殊环境中，常伴随着高温、高压、磨损等恶劣的工况，长期运行过程中，管壁容易产生腐蚀和裂纹等各类缺陷，这些缺陷将会引起管道开裂、管内物质泄漏等重大事故发生，因此管道的无损检测为确保其安全运行，防止事故的发生，具有十分重要的意义。超声导波检测技术作为近几年新兴的无损检测技术，不但具有设备简单、携带方便和检测精度高，还具有单点激励即可实现长距离检测的特点，检测速度快。相对于压电式和磁致伸缩式超声导波探头，电磁超声探头可提供一种非接触、无需液体耦合的超声导波检测方法，检测时对被测管道表面要求低，无需特殊表面处理。但目前电磁超声导波探头主要采用永磁铁提供偏置磁场，探头结构较复杂、体积较大。检测时主要采用外包式结构，即探头沿管道外壁一周布置，且由于永磁铁磁场强度受限，在曲面管道结构上产生的磁场分布不均，造成探头转换效率和信噪比较低。同时，在实际工业环境中存在管道外壁存在包覆层或其他遮挡物，造成管道外壁探头不可达。为解决上述问题，本发明提出一种针对非铁磁性小直径金属管的无需永磁铁的内插式全线圈结构电磁超声纵向模态导波探头。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构简单紧凑、换能效率高和操作方便的非铁磁性管道内插式全线圈结构电磁超声纵向模态导波探头，用于对非铁磁性小直径金属管道管壁缺陷进行长距离、非接触和无需耦剂的快速无损检测。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种内插式全线圈结构电磁超声纵向导波探头，由探头骨架1、轴向周期分布的螺线管电磁铁组2、收发一体螺线管电涡流线圈3、电磁铁屏蔽导线4和电涡流线圈屏蔽导线5以及保护层6组成；螺线管电磁铁组2和收发一体螺线管电涡流线圈3均缠绕在探头骨架1上，呈多段周期分布，螺线管电磁铁组2与电磁铁屏蔽导线4相连接，收发一体螺线管电涡流线圈3与电涡流线圈屏蔽导线5相连接，螺线管屏蔽导线4和电涡流线圈屏蔽导线5固定在探头骨架1一端，保护层6包覆在探头外侧一周；

所述探头整体呈圆柱状结构，检测时能直接插入被检测管道9一端内部，激发和接收沿被检测管道9轴向传播的纵向模态超声导波10，实现被检测管道的长距离、非接触和无需耦合剂导波检测。

所述螺线管电磁铁组2呈多段周期分布，且相邻两段螺线管电磁铁线圈绕制方向相反，形成相同磁极面对面布置，将螺线管电磁铁组2产生的轴向磁场7转化为周向均匀分布的径向磁场8。

所述收发一体螺线管电涡流线圈3呈多段周期分布，布置在螺线管电磁铁组2各分段之间，各分段线圈绕制方向相同，但由于相邻两段所处下方区域径向磁场8方向相反，从而在其下方管壁区域产生方向相反的电磁力，进而在被检测管道9中激发和接收沿管道轴向传播的纵向模态超声导波10。

所述收发一体螺线管电涡流线圈3的分布周期为所激发纵向超声导波波长的二分之一。