專利名稱：一種二維電磁探頭及旋磁檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬材料無(wú)損電磁檢測(cè)和評(píng)估的探頭，尤其是能夠通過(guò) 旋磁檢測(cè)方法對(duì)金屬材料零部件內(nèi)部裂紋及角裂紋等進(jìn)行二維旋磁掃描檢測(cè)的 電磁無(wú)損檢測(cè)探頭。
背景技術(shù)：
金屬材料的在熱處理加工過(guò)程中，由于材料成分的不均勻性、溫度場(chǎng)的不均 勻性及冷卻速度的差異，常常在材料內(nèi)部，特別是尖角位置產(chǎn)生裂紋，零部件在 應(yīng)用過(guò)程中，也常常會(huì)由于應(yīng)力和疲勞等原因產(chǎn)生內(nèi)部裂紋和角裂紋。裂紋的存 在通常會(huì)導(dǎo)致零部件失效，從而產(chǎn)生設(shè)備故障，并可能導(dǎo)致安全隱患，極端情況 下還會(huì)造成機(jī)毀人亡，給國(guó)家和人民群眾的財(cái)產(chǎn)和生命安全帶來(lái)重大損失。
對(duì)裂紋進(jìn)行檢測(cè)的方法很多，對(duì)于開(kāi)口明顯的裂紋，肉眼就可以觀察，但對(duì) 于特別細(xì)小且貼合緊密的裂紋，即便采用放大鏡也很難完全發(fā)現(xiàn)，而對(duì)于那些深 藏于材料內(nèi)部的裂紋，肉眼觀察則更是無(wú)能為力。領(lǐng)域內(nèi)對(duì)裂紋進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù) 手段較多，主要包括磁粉、滲透、射線、超聲、漏磁和電磁檢測(cè)等，磁粉檢測(cè)能 夠有效檢測(cè)鐵磁性材料表面和近表面的微小裂紋，但不能用于非鐵磁性材料的檢 測(cè)。滲透檢測(cè)能夠檢測(cè)開(kāi)口裂紋，但不能檢測(cè)非開(kāi)口裂紋，是一種低效且不經(jīng)濟(jì) 的方法。超聲檢測(cè)能夠靈敏地檢測(cè)特定方向上的面狀裂紋，但難以準(zhǔn)確定性和定 量，而且對(duì)工件表面粗糙度等有要求。射線探傷能夠直觀地對(duì)裂紋缺陷進(jìn)行定位 和定量，但在微裂紋檢測(cè)方面存在要求高等問(wèn)題。漏磁檢測(cè)是對(duì)被檢工件施加磁 場(chǎng)，通過(guò)裂紋處的漏磁效應(yīng)進(jìn)行裂紋檢測(cè)，只能用于鐵磁性材料的檢測(cè)，而且只 能檢測(cè)表面裂紋。電磁檢測(cè)是基于渦流損耗的裂紋檢測(cè)方法，不僅能夠檢測(cè)表面 裂紋，而且對(duì)內(nèi)部裂紋也能夠進(jìn)行定性檢測(cè)，但通常只能是定性檢測(cè)。實(shí)際應(yīng)用 中，通常將幾種方法綜合應(yīng)用以最大限度地保障關(guān)鍵零部件的產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明是基于電磁無(wú)損檢測(cè)與評(píng)估方法的二維平面旋磁檢測(cè)探頭，對(duì)工件表面沒(méi)有特別要求，而且可以實(shí)現(xiàn)快速旋磁檢測(cè)。在電磁檢測(cè)方面，現(xiàn)有探頭主要
包括u型、套筒型和筆式探頭等，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)二維旋磁檢測(cè)探頭及旋磁檢
測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的針對(duì)金屬材料零部件內(nèi)部裂紋和角裂紋檢測(cè)困難、工件表面要求高、操作技能要求高、檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定、不具有旋磁特性等問(wèn)題，提供一種二維電磁檢測(cè)探頭和基于該二維探頭的旋磁檢測(cè)方法，該二維電磁探頭
和旋磁檢測(cè)方法具有無(wú)損傷、對(duì)零部件表面要求不高等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效應(yīng)用于金屬材料內(nèi)部裂紋和角裂紋的檢測(cè)與評(píng)估，并對(duì)裂紋等組織異常進(jìn)行預(yù)警。
技術(shù)方案本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是采用二維平面正交的兩組線圈進(jìn)行勵(lì)磁，從而形成兩個(gè)方向上的正交磁場(chǎng)，改變各組線圈的電流，可以改變相應(yīng)方向上的勵(lì)磁強(qiáng)度，從而合成不同矢量方向的勵(lì)磁場(chǎng)，按一定規(guī)律改變兩個(gè)正交方向上的勵(lì)磁電流，可形成遍歷各個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而為金屬材料的掃描檢測(cè)提供旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。每組線圈方向上均設(shè)置有檢測(cè)線圈作為感應(yīng)傳感器，以獲取該方向上材質(zhì)特性所區(qū)別的感應(yīng)電流。對(duì)于每一個(gè)旋磁掃描方向上的勵(lì)磁場(chǎng)，均可以獲得兩個(gè)正交方向上的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流合成后即為該磁場(chǎng)方向上材質(zhì)特性所區(qū)別的感應(yīng)電流。順序掃描并遍歷金屬材料將能夠獲得全部檢測(cè)方向上材質(zhì)特性所區(qū)別的感應(yīng)信號(hào)，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理將能夠得到關(guān)于該金屬材料材質(zhì)特性的極坐標(biāo)曲線。
本發(fā)明最為顯著的技術(shù)特征在于，采用二維正交的磁場(chǎng)對(duì)金屬材料進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)改變其強(qiáng)弱分布生成平面旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)二維旋磁掃描檢測(cè)，并在檢測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到關(guān)于該金屬材料材質(zhì)特性的極坐標(biāo)曲線，以發(fā)現(xiàn)其材質(zhì)均勻性差異，并對(duì)可能導(dǎo)致安全隱患的組織缺陷提供預(yù)警。
有益效果:本發(fā)明二維旋磁探頭可以很好地克服現(xiàn)有電磁檢測(cè)傳感器在實(shí)際使用中存在的檢測(cè)方向單一、不具有旋磁掃描檢測(cè)功能、不能進(jìn)行裂紋預(yù)警等問(wèn)題，提供一種二維電磁檢測(cè)探頭和基于該二維探頭的旋磁檢測(cè)方法。該二維電磁探頭和旋磁檢測(cè)方法能夠?qū)崿F(xiàn)旋磁掃描檢測(cè)、無(wú)損傷、對(duì)零部件表面要求不高等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效應(yīng)用于金屬材料內(nèi)部裂紋和角裂紋的檢測(cè)與評(píng)估，并對(duì)裂紋等組織異常進(jìn)行預(yù)警。本發(fā)明為原創(chuàng)性、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新產(chǎn)品和檢測(cè)方法，目前國(guó)內(nèi)外均無(wú)二維旋磁探頭、旋磁檢測(cè)方法和相關(guān)專利成果，具有非常廣闊的市場(chǎng)前景。


圖1是本發(fā)明二維電磁探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。其中有探頭體l、探測(cè)線圈2、探測(cè)線圈3、接線端口4。
圖2是本發(fā)明二維電磁探頭應(yīng)用于角裂紋檢測(cè)的原理示意圖。其中有探頭體l、探測(cè)線圈2、探測(cè)線圈3、接線端口4、工件5、裂紋6。
圖3是本發(fā)明二維旋磁探頭的旋磁掃描方式示意圖。
圖4是本發(fā)明二維旋磁探頭和旋磁檢測(cè)方式應(yīng)用于角裂紋檢測(cè)的結(jié)果示意圖。其中有無(wú)裂紋極坐標(biāo)曲線7，有裂紋極坐標(biāo)曲線8。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明二維旋磁探頭的外觀示意圖。其中有探頭體1、探測(cè)線圈2、探測(cè)線圈3、接線端口4。圖2是本發(fā)明二維電磁探頭進(jìn)行角裂紋檢測(cè)的原理示意圖。其中有探頭體l、探測(cè)線圈2、探測(cè)線圈3、接線端口4、工件5、角裂紋6。其中，探測(cè)線圈2和探測(cè)線圈3為鑲嵌于探頭體1內(nèi)部，且探測(cè)線圈2位于探頭體1的上方，探測(cè)線圈3位于探頭體1的側(cè)邊，接線端口 4位于探頭體1的側(cè)下方。探測(cè)線圈2和探測(cè)線圈3相互垂直并相交于一點(diǎn)。探測(cè)線圈2和探測(cè)線圈3中各包括一對(duì)勵(lì)磁線圈和一對(duì)檢測(cè)線圈，勵(lì)磁線圈的作用在于激發(fā)沿軸心線方向的勵(lì)磁場(chǎng)，檢測(cè)線圈的作用在于獲取磁場(chǎng)和待檢工件所決定的在該方向上的感生電流。
本發(fā)明二維電磁檢測(cè)探頭在采用旋磁檢測(cè)方法執(zhí)行角裂紋探測(cè)任務(wù)時(shí)，須將探頭1置于待檢工件5的右上方，并分別在兩組探頭中輸入勵(lì)磁電流，從而產(chǎn)生兩個(gè)相互正交的磁場(chǎng)矢量，由于兩組探測(cè)線圈的軸心線為相互垂直且相交于一點(diǎn)，因此這兩個(gè)磁場(chǎng)矢量也是相互垂直且相交于一點(diǎn)，并經(jīng)矢量合成后成為一個(gè)通過(guò)正交點(diǎn)的平面磁場(chǎng)矢量。改變兩組探測(cè)線圈中的勵(lì)磁電流，勵(lì)磁場(chǎng)的強(qiáng)度也隨之改變，合成后的平面磁場(chǎng)矢量的強(qiáng)度和方向也因此而不同，按一定規(guī)律合理調(diào)整兩組線圈中的勵(lì)磁電流，可以使得合成后的平面磁場(chǎng)矢量為繞正交點(diǎn)旋轉(zhuǎn)且大小恒定的旋轉(zhuǎn)矢量。
圖3是本發(fā)明二維旋磁探頭的旋磁掃描方式示意圖。圖中X， Y分別代表勵(lì)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的兩個(gè)正交磁場(chǎng)矢量方向，其原點(diǎn)O為兩個(gè)正交磁場(chǎng)矢量的交點(diǎn)。圖中，磁場(chǎng)矢量O可以分解為cDx和Oy兩個(gè)磁通分量，或者說(shuō)，沿X、 Y兩個(gè)方向上的磁通分量①x、 Oy可以合成為平面磁場(chǎng)矢量O，合理調(diào)整①x、 Oy兩個(gè)磁通分量，可以使得合成后的磁場(chǎng)矢量O的大小恒定不變，而方向?yàn)槔@原點(diǎn)O的旋轉(zhuǎn)矢量，從而為二維平面任意方向上的旋磁檢測(cè)提供一個(gè)穿透工件且大小恒定的空間磁場(chǎng)。
由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)矢量。可以分解為①x、 Oy兩個(gè)磁通分量，因此，在對(duì)被檢工件執(zhí)行旋磁檢測(cè)任務(wù)時(shí)，總存在沿著X、 Y兩個(gè)方向上的磁通分量，當(dāng)這兩個(gè)方向上的磁通分量穿透待檢工件時(shí)，將能夠在金屬材料內(nèi)部引發(fā)渦流損耗，材質(zhì)阻抗特性不同，渦流損耗也有所差別，特別地，對(duì)于存在與磁場(chǎng)方向一致的裂紋的工件，渦流損耗將顯著減小，基于這一特性，可以利用分置于兩個(gè)方向上的檢測(cè)線圈拾取這一差別，從而為材質(zhì)分選和裂紋檢測(cè)提供依據(jù)，進(jìn)一步地，當(dāng)對(duì)被檢工件執(zhí)行完整的旋磁掃描檢測(cè)后，還可以將檢測(cè)結(jié)果處理成極坐標(biāo)曲線，使得金屬材料的材質(zhì)分布特征一目了然。
圖4是本發(fā)明二維旋磁探頭和旋磁檢測(cè)方式對(duì)角形工件進(jìn)行掃描檢測(cè)的結(jié)果示意圖。圖中，7為無(wú)缺陷且材質(zhì)較均勻工件的極坐標(biāo)曲線圖，8為有裂紋工件的極坐標(biāo)曲線圖。如果工件材質(zhì)均勻，極坐標(biāo)曲線為一個(gè)與工件形狀相似的類似形，如圖4中7所示；如果工件中存在組織異常或裂紋，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)穿過(guò)該處時(shí)，檢測(cè)線圈拾取的信號(hào)將反映這一異常，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的突然增大或減小，這時(shí)極坐標(biāo)曲線雖然還是類似形，但在缺陷對(duì)應(yīng)的方向上將能夠看到明顯外凸的峰刺或內(nèi)凹的凹陷，圖4中8示出了數(shù)據(jù)突然增大類似形為外凸的情形。
上述角裂紋檢測(cè)的實(shí)施例表明，基于本發(fā)明二維旋磁檢測(cè)探頭和旋磁檢測(cè)方法，并經(jīng)極坐標(biāo)曲線處理的檢測(cè)結(jié)果能夠直觀地反映金屬材料內(nèi)部的材質(zhì)均勻性和組織異常，從而幫助檢測(cè)人員對(duì)被檢工件的質(zhì)量進(jìn)行快速評(píng)估。
本發(fā)明為原創(chuàng)性、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新產(chǎn)品，目前國(guó)內(nèi)外均無(wú)類似產(chǎn)品及專利成果。本發(fā)明所提供的探頭和旋磁檢測(cè)方法不僅能夠用于成分、機(jī)械性能和組織均勻性的檢測(cè)和評(píng)估，而且能夠?qū)α鸭y等組織異常進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)警。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于金屬材料加工企業(yè)，特別是重大工程、國(guó)防和航空航天等重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵零部件的檢測(cè)與質(zhì)量評(píng)估，具有非常廣闊的市場(chǎng)前景，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。
權(quán)利要求
1、一種二維電磁探頭即旋磁檢測(cè)方法，其特征在于電磁探頭包括探頭體1、探測(cè)線圈2、探測(cè)線圈3、接線端口4。其中，探測(cè)線圈2和探測(cè)線圈3為鑲嵌于探頭體1內(nèi)部，且探測(cè)線圈2位于探頭體1的上方，探測(cè)線圈3位于探頭體1的側(cè)邊，接線端口4位于探頭體1的側(cè)下方。探測(cè)線圈2和探測(cè)線圈3相互垂直并相交于一點(diǎn)。探測(cè)線圈2和探測(cè)線圈3中各包括一對(duì)勵(lì)磁線圈和一對(duì)檢測(cè)線圈。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維電磁探頭及旋磁檢測(cè)方法，其特征在于探測(cè) 線圈2和探測(cè)線圈3中各包括一對(duì)勵(lì)磁線圈和一對(duì)檢測(cè)線圈，勵(lì)磁線圈的作用在 于激發(fā)沿軸心線方向的勵(lì)磁場(chǎng)，檢測(cè)線圈的作用在于獲取磁場(chǎng)和待檢工件所決定 的在該方向上的感生電流。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維電磁探頭及旋磁檢測(cè)方法，其特征在于沿X、 Y兩個(gè)方向上的磁通分量。x、 Oy可以合成為平面磁場(chǎng)矢量O，合理調(diào)整Ox、 ①y兩個(gè)磁通分量，可以使得合成后的平面磁場(chǎng)矢量①的大小恒定不變，而方向 為繞原點(diǎn)O的旋轉(zhuǎn)矢量，從而為二維平面任意方向上的旋磁檢測(cè)提供一個(gè)穿透 工件且大小恒定的空間磁場(chǎng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維電磁探頭及旋磁檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)被 檢工件執(zhí)行完整的旋磁掃描檢測(cè)后，可以將檢測(cè)結(jié)果處理成極坐標(biāo)曲線，使金屬 材料的材質(zhì)分布特征一 目了然。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維電磁探頭及旋磁檢測(cè)方法，其特征在于當(dāng)工 件材質(zhì)較為均勻時(shí)，極坐標(biāo)曲線為一個(gè)與工件形狀相似的類似形，而當(dāng)工件中存 在組織異?；蛄鸭y時(shí)，極坐標(biāo)曲線為帶有明顯外凸的峰刺或內(nèi)凹的凹陷的類似 形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維電磁探頭及旋磁檢測(cè)方法，其特征在于二維 電磁探頭和旋磁檢測(cè)方法不僅能夠用于成分、機(jī)械性能和組織均勻性的檢測(cè)和評(píng) 估，而且能夠?qū)α鸭y等組織異常進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)警。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于金屬材料無(wú)損檢測(cè)和評(píng)估的二維電磁探頭及旋磁檢測(cè)方法。該電磁探頭包括探頭體1、探測(cè)線圈2、探測(cè)線圈3、接線端口4。其特征在于每組探測(cè)線圈均包括一對(duì)勵(lì)磁線圈和一對(duì)檢測(cè)線圈，合理調(diào)整各組線圈的勵(lì)磁電流，可以為二維旋磁檢測(cè)提供大小恒定的平面旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋磁檢測(cè)得到的結(jié)果經(jīng)處理可生成與被檢工件相似的類似形，材質(zhì)異常表現(xiàn)為類似形上明顯的外凸或凹陷，使金屬材料的材質(zhì)分布特征一目了然，從而幫助檢測(cè)人員對(duì)被檢工件的質(zhì)量進(jìn)行快速評(píng)估。本發(fā)明不僅能夠用于成分、機(jī)械性能和組織均勻性的檢測(cè)和評(píng)估，而且能夠?qū)α鸭y等組織異常進(jìn)行預(yù)警。
文檔編號(hào)G01N27/72GK101666778SQ20091018357
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者帥立國(guó) 申請(qǐng)人:帥立國(guó)