用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無損檢測探頭，特別涉及一種用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]在20世紀80年代末，渦流陣列技術(shù)被提出并逐漸發(fā)展成一個研究熱門領(lǐng)域。相比于傳統(tǒng)的渦流單探頭，渦流陣列傳感器能夠在保證相同檢測靈敏度和空間分辨率的前提下，實現(xiàn)對被測工件表面的高速掃描而無需機械移動探頭或者減少機械掃描所需的自由度。從而降低對機械掃描設(shè)備的精度要求以及相應的成本開支并節(jié)省檢測時間，便于實現(xiàn)關(guān)鍵部件的原位檢測，在大面積工件的檢測或測量中表現(xiàn)出突出優(yōu)勢。渦流陣列傳感器在探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計、檢測實施策略和信號成像處理等方面具備潛在的改進空間，可消除對某一走向缺陷和長裂紋的盲視問題，提高其檢測可靠性和質(zhì)量。隨著加工工藝的進步，陣列式柔性渦流探頭的實現(xiàn)為具有復雜工件表面的檢測和測量提供了可行的解決方案，進一步提高了渦流檢測技術(shù)的適應性。
[0003]渦流陣列檢測技術(shù)被廣泛應用于裂紋或腐蝕缺陷的無損檢測和在線監(jiān)控，如核電站中蒸汽發(fā)生器傳熱管道廣布微裂紋的檢測、飛機金屬螺栓結(jié)構(gòu)或鉚接結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋在線監(jiān)測、高壓渦輪葉片的裂紋檢測、油氣管道的外表面腐蝕檢測等。該技術(shù)也用于激光焊接焊縫質(zhì)量評估，包括對焊縫中橫向和縱向表面裂紋、未熔合、焊縫氣孔和其他表面不連續(xù)進行檢測和表征。
[0004]針對空心車軸內(nèi)壁裂紋的探傷，傳統(tǒng)的方法是采用超聲檢測，超聲檢測由于受固有波影響在待測工件表面存在一定的盲區(qū)，從而影響空心車軸內(nèi)壁裂紋的探傷的可靠性和精度。另外目前實際生產(chǎn)中運行的空心車軸超聲波探傷機采用的多個超聲探頭組成的探頭架，在進行空心車軸內(nèi)壁裂紋檢測時，探頭除了軸向進給運動外還需要探頭的旋轉(zhuǎn)運動，因此效率上有待提高。近年來也發(fā)展了采用超聲相控陣探頭進行空心車軸內(nèi)壁缺陷的檢測，但為了實現(xiàn)全方向裂紋的檢測，使得探頭壓電晶片的形狀和布置復雜化。而上述的陣列式柔性渦流探頭則是建立在電磁感應原理基礎(chǔ)上，對于導電材料構(gòu)件表面缺陷的檢測具有一定的優(yōu)勢，因此適用于空心車軸內(nèi)壁缺陷的檢測。公開號為CN101413922A的專利中，提出了一種自發(fā)自收形式的陣列式柔性渦流探頭高靈敏度無損檢測方法及其探頭裝置，通過提高線圈單元的個體電感量，從而提高探頭靈敏度。相比于自發(fā)自收的形式，采用激勵和接收相分離的布線，可以使探頭設(shè)計更加靈活，可以通過復雜的布線對不同的被測工件的檢測實現(xiàn)更好的適應性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，該探頭能以絕對式或差分式的檢測方式對空心車軸(或其他管狀構(gòu)件)內(nèi)壁全方向缺陷進行檢測。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，含有柔性基質(zhì)、激勵印制線和接收印制線，所述柔性基質(zhì)具有多層結(jié)構(gòu)，激勵印制線和接收印制線布置在多層結(jié)構(gòu)的層面以及層與層之間；接收印制線呈陣列式布局，陣列式布局由若干個一維接收陣列構(gòu)成，接收印制線的各接收陣元采用螺旋狀走線形式，各接收陣元的大小、線寬、厚度和圈數(shù)一致，一維接收陣列中相鄰接收陣元的間距保持一致但繞向相反；每個一維接收陣列采用一根激勵印制線進行激勵，激勵印制線的走線對該一維接收陣列中各個接收陣元形成包圍布局，且激勵印制線形成的相鄰包圍圈中電流流向相反。
[0008]優(yōu)選的，所述激勵印制線和接收印制線位于不同層，接收印制線中各接收陣元螺旋走線形狀和激勵印制線包圍圈形狀均為矩形。
[0009]優(yōu)選的，在接收印制線之外的同層區(qū)域通過覆銅形成屏蔽區(qū)域。
[0010]優(yōu)選的，相鄰一維接收陣列的激勵印制線和接收印制線陣列具有鏡像對稱的特點；不同一維接收陣列之間的接收陣元存在電氣連接。
[0011]優(yōu)選的，相鄰一維接收陣列的激勵印制線和接收印制線陣列互相錯位；不同一維接收陣列之間的接收陣元存在電氣連接。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果:本發(fā)明公開的用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭采用激勵和接收分離的形式實現(xiàn)空心車軸內(nèi)壁全方向缺陷的檢測，并可采用絕對式和差分式檢測方式，激勵和接收的分離使得探頭的設(shè)計更加靈活，具有更強適應性。所述陣列式柔性渦流探頭可在無機械旋轉(zhuǎn)情況下完成探傷工作，提高檢測效率，并可采用多組陣列提高探傷的可靠性和探傷靈敏度。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的第一種陣列分布方式示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的第二種陣列分布方式示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明的第三種陣列分布方式示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明的陣列式柔性渦流探頭的屏蔽區(qū)域示意圖。
[0018]圖6是本發(fā)明的陣列式柔性渦流探頭的激勵渦流場分布示意圖。
[0019]圖中:1-柔性基質(zhì)；2_激勵印制線；3-接收印制線；4-接收陣元；5-屏蔽區(qū)域；6-空心車軸；7_ —維接收陣列。
【具體實施方式】
[0020]下面參照附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述，但本發(fā)明的用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭不局限于實施例。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明所述的用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，含有柔性基質(zhì)1、激勵印制線2和接收印制線3，所述柔性基質(zhì)1具有多層結(jié)構(gòu)，激勵印制線2和接收印制線3布置在多層結(jié)構(gòu)的層面以及層與層之間；接收印制線3呈陣列式布局，陣列式布局由若干個一維接收陣列7構(gòu)成，接收印制線3的各接收陣元4采用螺旋狀走線形式，各接收陣元4的大小、線寬、厚度和圈數(shù)一致，一維接收陣列7中相鄰接收陣元4的間距保持一致但繞向相反；每個一維接收陣列7采用一根激勵印制線2進行激勵，激勵印制線2的走線對該一維接收陣列7中各個接收陣元4形成包圍布局，且激勵印制線2形成的相鄰包圍圈中電流流向相反。
[0022]所述激勵印制線2和接收印制線3位于不同層，接收印制線3中各接收陣元4螺旋走線形狀和激勵印制線2包圍圈形狀均為矩形，如圖2所示，也可為圓形或其他形狀，如圖3所示。
[0023]所述用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭中，可由兩組陣列組成，兩個陣列形成鏡像對陣的布局，如圖2和圖3所示，相對的上下兩個接收陣元4形成差分對，從而可以實現(xiàn)渦流探頭的差分式檢測。此外，一維接收陣列7中相鄰的兩個接收陣元4也可形成差分對。這樣的差分布局不僅可抑制干擾信號，也可實現(xiàn)全方向的裂紋檢測。在兩根激勵印制線2中施加幅值和頻率相同方向如圖2所示的交流電流，則在任一個激勵印制線包圍圈附近的空心車軸內(nèi)壁表面都將形成與激勵印制線走線形狀相似的反向渦流，如圖6所示。對于任意方向的裂紋，在探頭走向進給運動時，總會阻礙某一陣元的激勵渦流走向，從而影響接收陣元中的電流信號。對于正好處于相鄰兩陣元對陣位置的縱向裂紋和橫向裂紋，若只采用兩組陣列可能存在漏檢現(xiàn)象，為避免這種情況，可采用4組陣列進行錯位排列。
[0024]所述用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，也可由互相錯位的兩個一維接收陣列7組成，采用絕對式檢測，如圖4所示，這樣的布局可以有效地避免漏檢情況。
[0025]此外，為避免非陣元區(qū)域激勵印制線對檢測結(jié)果的干擾，所述用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭可在接收印制線3之外的同層區(qū)域通過覆銅形成屏蔽區(qū)域。
[0026]上述實施例僅用來進一步說明本發(fā)明的用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，但本發(fā)明并不局限于實施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，其特征在于:含有柔性基質(zhì)(1)、激勵印制線(2)和接收印制線(3)，所述柔性基質(zhì)(1)具有多層結(jié)構(gòu)，激勵印制線(2)和接收印制線(3)布置在多層結(jié)構(gòu)的層面以及層與層之間；接收印制線(3)呈陣列式布局，陣列式布局由若干個一維接收陣列(7)構(gòu)成，接收印制線(3)的各接收陣元(4)采用螺旋狀走線形式，各接收陣元(4)的大小、線寬、厚度和圈數(shù)一致，一維接收陣列(7)中相鄰接收陣元(4)的間距保持一致但繞向相反；每個一維接收陣列(7)采用一根激勵印制線(2)進行激勵，激勵印制線(2)的走線對該一維接收陣列(7)中各個接收陣元(4)形成包圍布局，且激勵印制線⑵形成的相鄰包圍圈中電流流向相反。2.如權(quán)利要求1所述的用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，其特征在于:所述激勵印制線(2)和接收印制線(3)位于不同層，接收印制線(3)中各接收陣元(4)螺旋走線形狀和激勵印制線(2)包圍圈形狀均為矩形。3.如權(quán)利要求1或2所述的用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，其特征在于:在接收印制線⑶之外的同層區(qū)域通過覆銅形成屏蔽區(qū)域(5)。4.如權(quán)利要求1或2所述的用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，其特征在于:相鄰一維接收陣列(7)的激勵印制線(2)和接收印制線(3)陣列具有鏡像對稱的特點；不同一維接收陣列(7)之間的接收陣元(4)存在電氣連接。5.如權(quán)利要求1或2所述的用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，其特征在于:相鄰一維接收陣列(7)的激勵印制線(2)和接收印制線(3)陣列互相錯位；不同一維接收陣列(7)之間的接收陣元(4)存在電氣連接。
【專利摘要】用于空心車軸內(nèi)壁探傷的陣列式柔性渦流探頭，屬于渦流無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。包括陣列式接收印制線、激勵印制線、柔性基質(zhì)。柔性基質(zhì)具有多層結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)接收印制線和激勵印制線的復雜走線。陣列式接收印制線的各陣元采用螺旋狀走線形式，一個一維接收陣列采用一根激勵印制線進行激勵，激勵印制線的走線對該組中各個接收陣元形成包圍布局。所述陣列式柔性渦流探頭采用激勵和接收分離的形式，可應用于空心車軸或其他管狀構(gòu)件內(nèi)壁全方向缺陷的檢測，并可實現(xiàn)絕對式和差分式檢測方式。所述陣列式柔性渦流探頭可在無機械旋轉(zhuǎn)情況下完成探傷工作，提高檢測效率，并可采用多組陣列提高探傷的可靠性。
【IPC分類】G01N27/90
【公開號】CN105301096
【申請?zhí)枴緾N201510810961
【發(fā)明人】蔡棟, 孫振國, 鄒誠, 丁雨林, 孫斐然, 陳強
【申請人】清華大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月20日