專利名稱：一種二維電磁探頭及旋磁檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬材料無損電磁檢測和評估的探頭，尤其是能夠通過 旋磁檢測方法對金屬材料零部件內(nèi)部裂紋及角裂紋等進(jìn)行二維旋磁掃描檢測的 電磁無損檢測探頭。
背景技術(shù)：
金屬材料的在熱處理加工過程中，由于材料成分的不均勻性、溫度場的不均 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)用過程中，也常常會由于應(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 下還會造成機(jī)毀人亡，給國家和人民群眾的財產(chǎn)和生命安全帶來重大損失。
對裂紋進(jìn)行檢測的方法很多，對于開口明顯的裂紋，肉眼就可以觀察，但對 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)，而對于那些深 藏于材料內(nèi)部的裂紋，肉眼觀察則更是無能為力。領(lǐng)域內(nèi)對裂紋進(jìn)行檢測的技術(shù) 手段較多，主要包括磁粉、滲透、射線、超聲、漏磁和電磁檢測等，磁粉檢測能 夠有效檢測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。滲透檢測能夠檢測開口裂紋，但不能檢測非開口裂紋，是一種低效且不經(jīng)濟(jì) 的方法。超聲檢測能夠靈敏地檢測特定方向上的面狀裂紋，但難以準(zhǔn)確定性和定 量，而且對工件表面粗糙度等有要求。射線探傷能夠直觀地對裂紋缺陷進(jìn)行定位 和定量，但在微裂紋檢測方面存在要求高等問題。漏磁檢測是對被檢工件施加磁 場，通過裂紋處的漏磁效應(yīng)進(jìn)行裂紋檢測，只能用于鐵磁性材料的檢測，而且只 能檢測表面裂紋。電磁檢測是基于渦流損耗的裂紋檢測方法，不僅能夠檢測表面 裂紋，而且對內(nèi)部裂紋也能夠進(jìn)行定性檢測，但通常只能是定性檢測。實際應(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)明是基于電磁無損檢測與評估方法的二維平面旋磁檢測探頭，對工件表面沒有特別要求，而且可以實現(xiàn)快速旋磁檢測。在電磁檢測方面，現(xiàn)有探頭主要
包括u型、套筒型和筆式探頭等，目前國內(nèi)外尚無二維旋磁檢測探頭及旋磁檢
測方法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的針對金屬材料零部件內(nèi)部裂紋和角裂紋檢測困難、工件表面要求高、操作技能要求高、檢測結(jié)果不穩(wěn)定、不具有旋磁特性等問題，提供一種二維電磁檢測探頭和基于該二維探頭的旋磁檢測方法，該二維電磁探頭
和旋磁檢測方法具有無損傷、對零部件表面要求不高等優(yōu)點，能夠有效應(yīng)用于金屬材料內(nèi)部裂紋和角裂紋的檢測與評估，并對裂紋等組織異常進(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)行勵磁，從而形成兩個方向上的正交磁場，改變各組線圈的電流，可以改變相應(yīng)方向上的勵磁強(qiáng)度，從而合成不同矢量方向的勵磁場，按一定規(guī)律改變兩個正交方向上的勵磁電流，可形成遍歷各個方向的旋轉(zhuǎn)磁場，從而為金屬材料的掃描檢測提供旋轉(zhuǎn)磁場。每組線圈方向上均設(shè)置有檢測線圈作為感應(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。對于每一個旋磁掃描方向上的勵磁場，均可以獲得兩個正交方向上的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流合成后即為該磁場方向上材質(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方向上材質(zhì)特性所區(qū)別的感應(yīng)信號，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對金屬材料進(jìn)行檢測，并通過改變其強(qiáng)弱分布生成平面旋轉(zhuǎn)磁場，實現(xiàn)二維旋磁掃描檢測，并在檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上通過數(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)有電磁檢測傳感器在實際使用中存在的檢測方向單一、不具有旋磁掃描檢測功能、不能進(jìn)行裂紋預(yù)警等問題，提供一種二維電磁檢測探頭和基于該二維探頭的旋磁檢測方法。該二維電磁探頭和旋磁檢測方法能夠?qū)崿F(xiàn)旋磁掃描檢測、無損傷、對零部件表面要求不高等優(yōu)點，能夠有效應(yīng)用于金屬材料內(nèi)部裂紋和角裂紋的檢測與評估，并對裂紋等組織異常進(jìn)行預(yù)警。本發(fā)明為原創(chuàng)性、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新產(chǎn)品和檢測方法，目前國內(nèi)外均無二維旋磁探頭、旋磁檢測方法和相關(guān)專利成果，具有非常廣闊的市場前景。


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、探測線圈2、探測線圈3、接線端口4。
圖2是本發(fā)明二維電磁探頭應(yīng)用于角裂紋檢測的原理示意圖。其中有探頭體l、探測線圈2、探測線圈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方式應(yīng)用于角裂紋檢測的結(jié)果示意圖。其中有無裂紋極坐標(biāo)曲線7，有裂紋極坐標(biāo)曲線8。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。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、探測線圈2、探測線圈3、接線端口4。圖2是本發(fā)明二維電磁探頭進(jìn)行角裂紋檢測的原理示意圖。其中有探頭體l、探測線圈2、探測線圈3、接線端口4、工件5、角裂紋6。其中，探測線圈2和探測線圈3為鑲嵌于探頭體1內(nèi)部，且探測線圈2位于探頭體1的上方，探測線圈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。探測線圈2和探測線圈3相互垂直并相交于一點。探測線圈2和探測線圈3中各包括一對勵磁線圈和一對檢測線圈，勵磁線圈的作用在于激發(fā)沿軸心線方向的勵磁場，檢測線圈的作用在于獲取磁場和待檢工件所決定的在該方向上的感生電流。
本發(fā)明二維電磁檢測探頭在采用旋磁檢測方法執(zhí)行角裂紋探測任務(wù)時，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磁電流，從而產(chǎn)生兩個相互正交的磁場矢量，由于兩組探測線圈的軸心線為相互垂直且相交于一點，因此這兩個磁場矢量也是相互垂直且相交于一點，并經(jīng)矢量合成后成為一個通過正交點的平面磁場矢量。改變兩組探測線圈中的勵磁電流，勵磁場的強(qiáng)度也隨之改變，合成后的平面磁場矢量的強(qiáng)度和方向也因此而不同，按一定規(guī)律合理調(diào)整兩組線圈中的勵磁電流，可以使得合成后的平面磁場矢量為繞正交點旋轉(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分別代表勵磁場所產(chǎn)生的兩個正交磁場矢量方向，其原點O為兩個正交磁場矢量的交點。圖中，磁場矢量O可以分解為cDx和Oy兩個磁通分量，或者說，沿X、 Y兩個方向上的磁通分量①x、 Oy可以合成為平面磁場矢量O，合理調(diào)整①x、 Oy兩個磁通分量，可以使得合成后的磁場矢量O的大小恒定不變，而方向為繞原點O的旋轉(zhuǎn)矢量，從而為二維平面任意方向上的旋磁檢測提供一個穿透工件且大小恒定的空間磁場。
由于旋轉(zhuǎn)磁場矢量?？梢苑纸鉃棰賦、 Oy兩個磁通分量，因此，在對被檢工件執(zhí)行旋磁檢測任務(wù)時，總存在沿著X、 Y兩個方向上的磁通分量，當(dāng)這兩個方向上的磁通分量穿透待檢工件時，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，對于存在與磁場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方向上的檢測線圈拾取這一差別，從而為材質(zhì)分選和裂紋檢測提供依據(jù)，進(jìn)一步地，當(dāng)對被檢工件執(zhí)行完整的旋磁掃描檢測后，還可以將檢測結(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方式對角形工件進(jìn)行掃描檢測的結(jié)果示意圖。圖中，7為無缺陷且材質(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?；蛄鸭y，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場穿過該處時，檢測線圈拾取的信號將反映這一異常，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的突然增大或減小，這時極坐標(biāo)曲線雖然還是類似形，但在缺陷對應(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。
上述角裂紋檢測的實施例表明，基于本發(fā)明二維旋磁檢測探頭和旋磁檢測方法，并經(jīng)極坐標(biāo)曲線處理的檢測結(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，從而幫助檢測人員對被檢工件的質(zhì)量進(jìn)行快速評估。
本發(fā)明為原創(chuàng)性、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新產(chǎn)品，目前國內(nèi)外均無類似產(chǎn)品及專利成果。本發(fā)明所提供的探頭和旋磁檢測方法不僅能夠用于成分、機(jī)械性能和組織均勻性的檢測和評估，而且能夠?qū)α鸭y等組織異常進(jìn)行檢測和預(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、國防和航空航天等重點領(lǐng)域關(guān)鍵零部件的檢測與質(zhì)量評估，具有非常廣闊的市場前景，社會效益和經(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方法，其特征在于電磁探頭包括探頭體1、探測線圈2、探測線圈3、接線端口4。其中，探測線圈2和探測線圈3為鑲嵌于探頭體1內(nèi)部，且探測線圈2位于探頭體1的上方，探測線圈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。探測線圈2和探測線圈3相互垂直并相交于一點。探測線圈2和探測線圈3中各包括一對勵磁線圈和一對檢測線圈。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維電磁探頭及旋磁檢測方法，其特征在于探測 線圈2和探測線圈3中各包括一對勵磁線圈和一對檢測線圈，勵磁線圈的作用在 于激發(fā)沿軸心線方向的勵磁場，檢測線圈的作用在于獲取磁場和待檢工件所決定 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方法，其特征在于沿X、 Y兩個方向上的磁通分量。x、 Oy可以合成為平面磁場矢量O，合理調(diào)整Ox、 ①y兩個磁通分量，可以使得合成后的平面磁場矢量①的大小恒定不變，而方向 為繞原點O的旋轉(zhuǎn)矢量，從而為二維平面任意方向上的旋磁檢測提供一個穿透 工件且大小恒定的空間磁場。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維電磁探頭及旋磁檢測方法，其特征在于對被 檢工件執(zhí)行完整的旋磁掃描檢測后，可以將檢測結(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方法，其特征在于當(dāng)工 件材質(zhì)較為均勻時，極坐標(biāo)曲線為一個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，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方法，其特征在于二維 電磁探頭和旋磁檢測方法不僅能夠用于成分、機(jī)械性能和組織均勻性的檢測和評 估，而且能夠?qū)α鸭y等組織異常進(jìn)行檢測和預(yù)警。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于金屬材料無損檢測和評估的二維電磁探頭及旋磁檢測方法。該電磁探頭包括探頭體1、探測線圈2、探測線圈3、接線端口4。其特征在于每組探測線圈均包括一對勵磁線圈和一對檢測線圈，合理調(diào)整各組線圈的勵磁電流，可以為二維旋磁檢測提供大小恒定的平面旋轉(zhuǎn)磁場。旋磁檢測得到的結(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，從而幫助檢測人員對被檢工件的質(zhì)量進(jìn)行快速評估。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和評估，而且能夠?qū)α鸭y等組織異常進(jìn)行預(yù)警。
文檔編號G01N27/72GK101666778SQ20091018357
公開日2010年3月10日 申請日期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 申請人:帥立國