本發(fā)明涉及渦流熱成像無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，具體是一種基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)渦流熱成像檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

渦流熱成像作為一種非接觸式的無(wú)損檢測(cè)方法，如今被廣泛的應(yīng)用在控制產(chǎn)品質(zhì)量、保證在役設(shè)備安全運(yùn)行上。它將渦流與熱成像技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)大范圍不同深度缺陷的快速檢測(cè)，近年來(lái)在導(dǎo)體材料無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，成為分析導(dǎo)體材料失效原因的重要依據(jù)。

目前，常規(guī)渦流熱成檢測(cè)方法是將單一高頻交流電通入單根導(dǎo)線或單個(gè)線圈內(nèi)，通過(guò)電磁感應(yīng)，使試件內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而實(shí)現(xiàn)局部加熱。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，這種局部加熱方法使試件受熱不均勻，不能很好的實(shí)現(xiàn)試件缺陷的檢測(cè)。為實(shí)現(xiàn)試件的全覆蓋自動(dòng)化檢測(cè)，在采用常用渦流熱成像時(shí)，一方面，采用多個(gè)陣列線圈分別進(jìn)行周向局部加熱，該方法增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，而且相鄰加熱線圈交界處存在加熱盲區(qū)或重復(fù)加熱的問(wèn)題，產(chǎn)生漏判或者誤判；另一方面，利用加熱線圈與試件之間形成復(fù)雜的掃描運(yùn)動(dòng)，該方法增加了輔助設(shè)備成本和信號(hào)處理的難度，并且對(duì)于難以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的試件，如方坯，鋼軌等，該掃描運(yùn)動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)常規(guī)渦流熱成像檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)渦流熱成像檢測(cè)裝置，以解決常規(guī)渦流熱成像檢測(cè)技術(shù)存在的加熱不均和效率低等問(wèn)題。

本發(fā)明提供的一種基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)渦流熱成像檢測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)包括：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器以及紅外熱像儀。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源給旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器提供多相異步交流電，進(jìn)而在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器內(nèi)部空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)被測(cè)試件置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器中時(shí)，基于法拉第電磁感應(yīng)定律，與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將在試件中產(chǎn)生動(dòng)生渦流，根據(jù)焦耳定律，實(shí)現(xiàn)被測(cè)試件的全周向均勻加熱。當(dāng)試件中存在缺陷時(shí)，被測(cè)試件表面溫度分布不均，紅外熱像儀采集被測(cè)試件表面溫度信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)試件表面缺陷的高靈敏度檢測(cè)。

在上述技術(shù)方案中，所述多相異步交流電的頻率越高，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速越快，產(chǎn)生的動(dòng)生渦流的強(qiáng)度越大，加熱效率越高；同時(shí)隨著電流頻率增大，動(dòng)生渦流的滲透深度降低，表面裂紋周?chē)臏u流密度更大，表面溫差更明顯，更有利于表面裂紋檢測(cè)；同時(shí)，也可以通過(guò)降低多相異步交流電的頻率，來(lái)增加動(dòng)生渦流的滲透深度，進(jìn)而檢測(cè)近表面的缺陷。

在上述技術(shù)方案中，所述多相異步交流電的幅值越大，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度越大，產(chǎn)生的動(dòng)生渦流的強(qiáng)度越大，加熱效率越高。

在上述技術(shù)方案中，所述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器的內(nèi)徑根據(jù)被測(cè)試件的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此可以檢測(cè)絕大多數(shù)的零部件，包括圓形、方形或者彎曲的不規(guī)則試件。

在上述技術(shù)方案中，所述紅外熱像儀的數(shù)量與布置方法與被測(cè)試件的尺寸、形狀，以及紅外熱像儀探測(cè)范圍有關(guān)，需滿足360°全面檢測(cè)，一般來(lái)說(shuō)紅外熱像儀個(gè)數(shù)不少于2。

在上述技術(shù)方案中，被測(cè)試件在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器中的移動(dòng)速度增加時(shí)，需增加多相交流電的幅值與頻率，以提高加熱效率。

本發(fā)明提供的基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)渦流熱成像檢測(cè)裝置，其具有以下十分突出的優(yōu)點(diǎn)：

1. 多相異步交流電通入旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器中，在其內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，進(jìn)而在被測(cè)試件中產(chǎn)生動(dòng)生渦流，從而對(duì)被測(cè)試件全周向進(jìn)行均勻加熱，極大地簡(jiǎn)化了現(xiàn)有的加熱系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有渦流檢測(cè)線圈加熱技術(shù)加熱不均的問(wèn)題。

2. 通過(guò)調(diào)整多相異步交流電的幅值和頻率，可以調(diào)整加熱效率和動(dòng)生渦流滲透深度，以適應(yīng)不同檢測(cè)速度和不同埋藏深度缺陷的檢測(cè)需求。

附圖說(shuō)明

圖1為基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)渦流熱成像檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)渦流熱成像檢測(cè)裝置旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源輸入的典型三相異步交流電信號(hào)圖

圖3為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源的電流處于第Ⅰ階段時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布示意圖

圖4為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源的電流處于第Ⅱ階段時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布示意圖

圖5為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源的電流處于第Ⅲ階段時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布示意圖

圖6為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源的電流處于第Ⅳ階段時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布示意圖

圖7為基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)渦流熱成像檢測(cè)裝置檢測(cè)方坯的結(jié)構(gòu)示意圖

上述附圖中的各圖示標(biāo)號(hào)表示對(duì)象分別為：1-旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源；2-旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器；3-紅外熱像儀；4-被測(cè)試件；5-動(dòng)生渦流；6-缺陷；7-旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；8-兩級(jí)線圈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的具體實(shí)施方式，并通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)渦流熱成像檢測(cè)裝置作進(jìn)一步的說(shuō)明。需要特別指出的是，本發(fā)明的具體實(shí)施方式不限于實(shí)施例所描述的形式。

在下面所述具體實(shí)施方式中所提到的方向用語(yǔ)，例如：上、下、左、右、前、后等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)僅僅是為了便于說(shuō)明本發(fā)明，并非用來(lái)限制本發(fā)明。

本實(shí)施例的基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)渦流熱成像檢測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，構(gòu)成包括：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器2，紅外熱像儀3。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源1給旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器2通入多相異步交流電，進(jìn)而產(chǎn)生空間的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，被測(cè)試件4切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生動(dòng)生渦流，對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行全周向均勻加熱，在裝置末端多個(gè)紅外熱像儀3，全面獲取被測(cè)試件表面的溫度信息。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器2產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以對(duì)絕大多數(shù)的零部件進(jìn)行加熱，如鋼管、方坯以及難以旋轉(zhuǎn)的鋼軌等。

采用本發(fā)明裝置，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源1提供的典型三相異步交流電如圖2所示。激勵(lì)電源產(chǎn)生三個(gè)相位差為120°的異步電流:,,，同時(shí)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器2的兩級(jí)線圈8。

采用本發(fā)明裝置，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器2產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的原理圖如圖3、圖4、圖5、圖6所示。激勵(lì)電源產(chǎn)生的異步電流I₁,I₂,I₃分別通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器2的兩級(jí)線圈8（A、B、C、A’、B’、C’）流入流出。當(dāng)電流處于圖2的第Ⅰ階段時(shí)，電流I₁和I₃為正，I₂為負(fù)，即電流從A、C、B’流入，B、A’、C’流出，根據(jù)電磁感應(yīng)定律以及右手定則，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)7如圖3所示。當(dāng)電流處于圖2的第Ⅱ階段時(shí)，電流I₁為正，I₂和I₃為負(fù)，即電流從A、B’、C’流入，B、C、A’流出，根據(jù)電磁感應(yīng)定律以及右手定則，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)7如圖4所示。當(dāng)電流處于圖2的第Ⅲ階段時(shí)，電流I₁和I₂為正，I₃為負(fù)，即電流從A、B、C’流入，C、A’、B’流出，根據(jù)電磁感應(yīng)定律以及右手定則，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)7如圖5所示。當(dāng)電流處于圖2的第Ⅳ階段時(shí)，電流I₂為正，I₁和I₃為負(fù)，即電流從B、A’、C’流入，A、C、B’流出，根據(jù)電磁感應(yīng)定律以及右手定則，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)7如圖6所示。隨著電流從第Ⅰ階段到第Ⅳ階段，從圖3到圖6可明顯的看出磁場(chǎng)的方向按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，形成了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

當(dāng)被測(cè)試件4置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)7中時(shí)，與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)7形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即被測(cè)試件4切割磁感線運(yùn)動(dòng)，基于電磁感應(yīng)定律產(chǎn)生動(dòng)生渦流5。當(dāng)被測(cè)試件中存在缺陷6時(shí)，如圖1所示，該缺陷阻礙了渦流在被測(cè)試件中的傳播，引起缺陷周邊的渦流密度明顯增大，根據(jù)焦耳定律，缺陷周邊的溫度將明顯高于無(wú)缺陷區(qū)域。進(jìn)一步，紅外熱像儀3通過(guò)獲取被測(cè)試件表面溫度分布可檢測(cè)到裂紋6的存在。

采用本發(fā)明裝置檢測(cè)方坯的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)激勵(lì)電源1給旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器2通入多相異步交流電，根據(jù)上述原理，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器2將產(chǎn)生均勻的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)方坯4通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)生器時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，方坯4切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生動(dòng)生渦流。當(dāng)方坯中存在缺陷6時(shí)，阻礙動(dòng)生渦流的傳播，引起缺陷周邊的渦流密度明顯大于其它區(qū)域，根據(jù)焦耳定律，缺陷周邊的溫度明顯高于無(wú)缺陷區(qū)域?；跍u流熱成像原理，位于裝置末端的紅外熱像儀采集被測(cè)試件表面溫度信息，進(jìn)而檢測(cè)出缺陷6的存在。

所以，采用本發(fā)明的檢測(cè)裝置能夠快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)各種試件中缺陷的高靈敏渦流熱成像檢測(cè)。