本發(fā)明屬于無損檢測中超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種橫波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導(dǎo)波換能器，具體涉及一種應(yīng)用于管道無損檢測的橫波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導(dǎo)波換能器。

背景技術(shù)：

金屬管道種類繁多、數(shù)量大，應(yīng)用廣泛。應(yīng)用于諸如電力電站、石化、石油，化工行業(yè)，機(jī)械行業(yè)、長輸油氣、供水工程，跨海大橋，碼頭橋樁給水、排水、供熱、供煤氣、農(nóng)業(yè)灌溉、水力工程和各種工業(yè)裝置中。管道的無損檢測對(duì)其使用的安全評(píng)價(jià)和修復(fù)具有重要作用。電磁超聲檢測技術(shù)是超聲波無損檢測技術(shù)的一種，是無損檢測領(lǐng)域一種新型、有效的技術(shù)，可用于金屬材料的檢測。電磁超聲波檢測的原理與傳統(tǒng)壓電超聲波檢測技術(shù)不同。在工業(yè)領(lǐng)域中，電磁超聲檢測具有非接觸、無需耦合劑等優(yōu)勢(shì)，在管道檢測中有廣泛的應(yīng)用市場。

電磁超聲換能器是電磁超聲檢測的關(guān)鍵。電磁超聲換能器即是超聲檢測的探頭部分，是產(chǎn)生和接收超聲波的核心部件。線圈置于被測工件近表面，對(duì)線圈通交變電流，在近表面內(nèi)部產(chǎn)生渦流，在磁場偏置作用下，交變渦流受到交變的洛倫茲力。渦流質(zhì)點(diǎn)在交變洛倫茲力的作用下，形成機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波。在電磁超聲檢測應(yīng)用過程中，因線圈形狀和與磁場偏置不同，產(chǎn)生不同種類超聲波。根據(jù)超聲波的傳播原理，進(jìn)行金屬管道無損檢測。

金屬管道的缺陷普遍存在周向、縱向、斜向的多方向性缺陷，而傳統(tǒng)研究的電磁超聲換能器僅能產(chǎn)生單一縱向?qū)Рɑ蛑芟驅(qū)Р?，不能滿足電磁超聲管道檢測的實(shí)際需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：

本發(fā)明提供一種橫波模式管道內(nèi)檢測電磁超聲螺旋導(dǎo)波換能器，可以產(chǎn)生沿管道不同方向傳播的電磁超聲導(dǎo)波，從而實(shí)現(xiàn)管道任意方向螺旋導(dǎo)波的產(chǎn)生和任意方向管道缺陷的檢測。

技術(shù)方案：

一種橫波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導(dǎo)波換能器，包括保護(hù)外殼、握持結(jié)構(gòu)、行走支撐結(jié)構(gòu)、永磁鐵、線圈和軛鐵，其特征在于：保護(hù)外殼為拱形，保護(hù)外殼兩側(cè)平面連接有行走支撐結(jié)構(gòu)，一側(cè)行走支撐結(jié)構(gòu)的另一側(cè)連接有握持結(jié)構(gòu)，保護(hù)外殼外弧面上側(cè)開有容納槽，容納槽內(nèi)連接有軛鐵，軛鐵上端面連接有兩個(gè)永磁鐵，永磁鐵上端面為弧面，兩塊永磁鐵中間連接有線圈，兩塊永磁鐵的弧面磁性相反。

所述行走支撐結(jié)構(gòu)由支撐件和滑輪組成，支撐件連接于保護(hù)外殼兩側(cè)平面，滑輪安裝于支撐件上部。

所述握持結(jié)構(gòu)由連接角件、手柄、內(nèi)桿和把手組成，連接角件連接在行走支撐結(jié)構(gòu)的支撐件一側(cè)，內(nèi)桿螺紋連接于手柄的一端，內(nèi)桿連接在連接角件的另一側(cè)，手柄的端部一側(cè)連接有把手。

所述把手設(shè)有扣手槽，扣手槽為四個(gè)圓橫向交疊組成。

所述手柄和內(nèi)桿上還連接有鎖緊件。

所述手柄為管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)一端是封閉的，管壁一側(cè)開有豁口，內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，內(nèi)桿為圓柱形，外壁設(shè)有與手柄內(nèi)壁內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋，內(nèi)桿間隔開有環(huán)形槽，鎖緊件和環(huán)形槽寬度與豁口寬度相同，鎖緊件包括鎖緊件a和鎖緊件b，鎖緊件a一側(cè)設(shè)有半圓槽a，半圓槽a直徑與內(nèi)桿的環(huán)形槽內(nèi)直徑相匹配，鎖緊件b一側(cè)設(shè)有半圓槽b，半圓槽b直徑與手柄的外直徑相匹配。

所述支撐件為“l(fā)”型，下部轉(zhuǎn)角處上平面緊貼于保護(hù)外殼內(nèi)弧面，上側(cè)中間開有方槽，滑輪安裝于方槽內(nèi)。

所述線圈為柔性線圈，線圈整體斷面為拱形，其下弧面與永磁鐵上弧面重合，平面所視線圈為傾斜曲折形狀，工作導(dǎo)線長于端線，工作導(dǎo)線與端線不垂直。

所述軛鐵平面中間位置設(shè)有注膠通道a，保護(hù)外殼與注膠通道a相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有注膠通道b。

優(yōu)點(diǎn)及效果：

與傳統(tǒng)壓電超聲檢測比較，電磁超聲檢測在實(shí)際應(yīng)用中有以下優(yōu)勢(shì)：對(duì)被測工件要求低，不需要與被測工件接觸，就可向其發(fā)射和接收返回的超聲波，因此對(duì)被探工件表面不要求特殊清理，較粗糙的表面也可直接探傷；電磁超聲換能器不需要任何耦合介質(zhì)，因其是靠電磁效應(yīng)發(fā)射和接收超聲波的，其能量轉(zhuǎn)換則是在被測工件表面的趨膚層內(nèi)進(jìn)行的；適用范圍廣，電磁超聲換能器可通過更換線圈產(chǎn)生不同種類的超聲波。與管道外檢測設(shè)備相比，管道內(nèi)檢測更適用于檢測長埋于地下油氣管道。

電磁超聲管道螺旋導(dǎo)波換能器可通過改變工作夾角，即工作導(dǎo)線與端線之間的夾角產(chǎn)生不同升角的螺旋導(dǎo)波。與傳統(tǒng)管道縱向超聲導(dǎo)波或周向超聲導(dǎo)波相比，該螺旋導(dǎo)波能實(shí)現(xiàn)管道縱向、周向、斜向即任意方向的超聲波的產(chǎn)生和缺陷檢測，使得電磁超聲管道檢測范圍全面，廣泛。

采用拱形磁鐵提供橫波模式的電磁超聲螺旋導(dǎo)波換能器的橫向偏置磁場，換能器線圈采用曲折結(jié)構(gòu)線圈，當(dāng)曲折線圈兩端通高頻高壓交流電時(shí)，工件近表面產(chǎn)生渦電流，渦電流質(zhì)點(diǎn)在橫向偏置磁場作用下受到洛倫茲力，在工件內(nèi)部振動(dòng)產(chǎn)生電磁超聲導(dǎo)波。通過設(shè)置曲折線圈的工作導(dǎo)線和端線間的夾角，實(shí)現(xiàn)任意升角的螺旋導(dǎo)波。導(dǎo)波傳播方向與工作導(dǎo)線正交垂直。當(dāng)線圈環(huán)向包圍管道放置時(shí)，產(chǎn)生的超聲導(dǎo)波將沿管道螺旋方向傳播，工作夾角為工作導(dǎo)線與端線間夾角的余角，工作夾角決定螺旋升角，大小相同。此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電磁超聲管道螺旋導(dǎo)波為橫波模式。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

圖1為本換能器立體示意圖；

圖2為本換能器立體爆炸示意圖；

圖3為支撐件示意圖；

圖4為手柄示意圖；

圖5為內(nèi)桿示意圖；

圖6為鎖緊件示意圖；

圖7為線圈與永磁鐵相對(duì)位置示意圖。

所述標(biāo)注為：1.保護(hù)外殼、2.永磁鐵、3.線圈、4.軛鐵、5.容納槽、6.支撐件、7.滑輪、8.連接角件、9.手柄、10.把手、11.扣手槽、12.方槽、13.工作導(dǎo)線、14.端線、15.注膠通道a、16.注膠通道b、17.內(nèi)桿、18.鎖緊件、19.豁口、20.環(huán)形槽、21.鎖緊件a、22.鎖緊件b、23.半圓槽a、24.半圓槽b。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示一種橫波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導(dǎo)波換能器，包括保護(hù)外殼1、握持結(jié)構(gòu)、行走支撐結(jié)構(gòu)、永磁鐵2、線圈3和軛鐵4，保護(hù)外殼1為拱形，保護(hù)外殼1兩側(cè)平面連接有行走支撐結(jié)構(gòu)，行走支撐結(jié)構(gòu)由支撐件6和滑輪7組成，支撐件6為l型，下部轉(zhuǎn)角處上平面緊貼于保護(hù)外殼1內(nèi)弧面，上側(cè)中間開有方槽12，滑輪7安裝于方槽12內(nèi)。支撐件6連接于保護(hù)外殼1兩側(cè)平面，滑輪7安裝于支撐件6上部。一側(cè)行走支撐結(jié)構(gòu)的另一側(cè)連接有握持結(jié)構(gòu)，握持結(jié)構(gòu)由連接角件8、手柄9、內(nèi)桿17、鎖緊件18和把手10組成，連接角件8連接在行走支撐結(jié)構(gòu)的支撐件6一側(cè)，內(nèi)桿17螺紋連接于手柄9的一端，內(nèi)桿17連接在連接角件8的另一側(cè)，手柄的端部一側(cè)連接有把手10。把手10設(shè)有扣手槽11，扣手槽11為四個(gè)圓橫向交疊組成。手柄9為管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)一端是封閉的，管壁一側(cè)開有豁口19，內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，內(nèi)桿17為圓柱形，外壁設(shè)有與手柄9內(nèi)壁內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋，內(nèi)桿17間隔開有環(huán)形槽20，鎖緊件18和環(huán)形槽20寬度與豁口19寬度相同，鎖緊件18包括鎖緊件a21和鎖緊件b22，鎖緊件a21一側(cè)設(shè)有半圓槽a23，半圓槽a23直徑與內(nèi)桿17的環(huán)形槽20內(nèi)直徑相匹配，鎖緊件b22一側(cè)設(shè)有半圓槽b24，半圓槽b24直徑與手柄9的外直徑相匹配。手持裝置可以依此結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)改變不同的長度。保護(hù)外殼1外弧面上側(cè)開有容納槽5，容納槽5內(nèi)連接有軛鐵4，軛鐵4上端面連接有兩個(gè)永磁鐵2，永磁鐵2上端面為弧面，兩塊永磁鐵2中間連接有線圈3，兩塊永磁鐵2的弧面磁性相反。線圈3為柔性線圈，線圈3整體斷面為拱形，其下弧面與永磁鐵2上弧面重合，平面所視線圈3為傾斜曲折形狀，工作導(dǎo)線13長于端線14，工作導(dǎo)線13與端線14不垂直。所述軛鐵4平面中間位置設(shè)有注膠通道a15，保護(hù)外殼1與注膠通道a15相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有注膠通道b16，能夠通過注膠固定線圈3。

使用方式：將本橫波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導(dǎo)波換能器置于被檢測管道內(nèi)表面，線圈3兩端接通高頻高壓交變電，被測工件內(nèi)表面產(chǎn)生渦流效應(yīng)，渦流質(zhì)點(diǎn)受永磁鐵提供的橫向偏置磁場，受縱向機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生橫波模式超聲波。根據(jù)超聲波在管道中傳播情況，判斷被測管道是否有裂紋存在。螺旋導(dǎo)波可檢測管道中的斜向裂紋、縱向裂紋和周向裂紋。檢測后，將電流斷開，將本橫波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導(dǎo)波換能器抽離出管道。

本發(fā)明一種橫波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導(dǎo)波換能器，提出的螺旋導(dǎo)波概念和產(chǎn)生的螺旋導(dǎo)波涵蓋了空心圓柱體傳統(tǒng)研究的縱向?qū)Рê椭芟驅(qū)Р?。螺旋升角可任意設(shè)定的電磁超聲導(dǎo)波產(chǎn)生和任意方向管道缺陷的檢測，對(duì)超聲波管道缺陷檢測具有更好的普遍適用性和廣泛推廣性，對(duì)于電磁超聲檢測技術(shù)工程應(yīng)用至關(guān)重要。管道裂紋根據(jù)所在位置和走向可以分為：軸向裂紋、周向裂紋和斜向裂紋，其中斜向裂紋最常見。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)任意方向裂紋檢測。