适于钢管短盲区横向缺陷高速检测的轴向磁化装置

摘要

本发明公开了适于钢管短盲区横向缺陷高速检测的轴向磁化装置，包括线圈磁化器和探头，磁化器为单一的磁化线圈；还包括由磁性材料制成的聚磁圆环；聚磁圆环与磁化线圈间隔设定的距离且与磁化线圈同轴；聚磁圆环通过以磁性材料构成的磁路连接到磁化线圈；探头位于磁化线圈与聚磁圆环之间。本发明在钢管横向缺陷高速检测设备中采用单一线圈磁化器与聚磁器代替现有的双线圈磁化器，能显著地改善双线圈磁化器检测盲区较长的缺陷，使得横向检测盲区长度不超过200mm。

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域中的钢管磁性探伤技术，尤其涉及一种适于钢管短盲区横向缺陷检测的轴向磁化装置，其用于钢管轧制线、加工线上的钢管磁性检测。

背景技术

现有的钢管轧制线、加工线上的钢管磁性高速检测设备中，钢管横向缺陷检测部分的轴向磁化装置通常采用双线圈磁化器。用双线圈磁化器对通过的钢管进行轴向磁化以检测钢管壁上的各种横向分布缺陷。钢管在高速通过双线圈磁化装置时，由于对双线圈磁化器内的磁介质和电特性参数影响，导致对钢管端头磁化过程中磁场的扰动，因而存在较长的横向检测盲区，其主要原因如下：

(1)当钢管端头穿过双线圈磁化器的第一个磁化线圈时，由于磁化线圈增加了钢管为铁芯，导致其阻抗增加，在稳压直流电源作用下的磁化电路电流变小，磁化线圈磁场减弱，造成钢管端头磁化不足；

(2)钢管端头穿过位于双线圈磁化器之间的探头阵列，由于第一个磁化线圈的磁场急速变化在探头内的传感器中形成强烈的扰动，淹没钢管端头的横向缺陷信号；

(3)与此同时，钢管端头形成的散射磁场也在探头内的传感器中形成连续强烈的扰动，淹没钢管端头的横向缺陷信号；

(4)钢管端头穿过双线圈磁化器的第二个磁化线圈时，由于磁化线圈增加了钢管为铁芯，导致其阻抗增加，在稳压直流电源作用下的磁化电路电流变小，磁化线圈磁场减弱，造成钢管端头磁化不足；

(5)直到钢管端头全部通过第二个磁化线圈后，磁化线圈阻抗才能恒定，和磁化电路电流逐渐稳定不变，磁场的扰动才结束，结果形成较长距离的端头横向检测盲区。

最新国际标准ISO10893-3《铁磁性无缝钢管和焊管(埋弧焊除外)纵向和横向缺欠的全周向自动漏磁检测》中，都无法规定钢管两端横向检测盲区的大小。实际上，钢管磁性高速检测设备在钢管端头所形成的横向检测盲区长度能达到300-500mm；我国国家标准GB/T25757-2010《钢管自动漏磁检测系统综合性能测试方法》中推荐钢管各端头横向检测盲区为300m。而现有的采用双线圈磁化器的检测设备很难达到国家标准的这一推荐值。

从理论上说，钢管端头横向检测盲区的存在是无法避免的，因此只有尽量缩短实际检测中的盲区，以增加检测的可靠性，从而大大提高钢管的使用安全性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适于钢管短盲区横向缺陷高速检测的轴向磁化装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：适于钢管短盲区横向缺陷高速检测的轴向磁化装置，包括线圈磁化器和探头，磁化器为单一的磁化线圈；还包括由磁性材料制成的聚磁圆环；聚磁圆环与磁化线圈间隔设定的距离且与磁化线圈同轴；聚磁圆环通过以磁性材料构成的磁路连接到磁化线圈；探头位于磁化线圈与聚磁圆环之间。

作为优选，还包括线圈支架、底板、支持柱，所述线圈支架、底板、支持柱均由磁性材料制成；磁化线圈固定在线圈支架上，聚磁圆环固定在支持柱上端，支持柱下端固定在底板上；线圈支架、底板、支持柱构成由磁化线圈连接到聚磁圆环的磁路。

作为优选，探头靠近聚磁圆环。

作为优选，探头与横向聚磁磁极的距离为50～100mm。

作为优选，磁化线圈的内径设有磁性材料制成的圆环，使磁化线圈成为带铁芯的磁化线圈。

作为优选，聚磁圆环由多层的同心圆环构成，同心圆环由磁性材料制成的板材首尾相接而成，各层同心圆环依各自半径大小由外而内相互嵌入构成一个整体的同心圆环。

作为优选，还包括探头架；探头设置在探头架上；探头架为环形支架，探头在环形支架上沿圆周周向排列，探头所排列的圆周直径与被测钢管直径相适配。

作为优选，探头架包括长探头臂和短探头臂，探头分别安装在长探头臂的前端与短探头臂的前端，长探头臂与短探头臂的后端固定在探头架上并以相互交错形式作阵列式排列。

作为优选，还包括机架、滑槽和导轨，滑槽固定在机架的上部，导轨固定在机架的底部；探头架插入滑槽及导轨构成的空间内；探头架可在滑槽和导轨中抽拉更换。

作为优选，磁性材料为软铁磁性材料。

本发明的工作原理：

1、双线圈磁化器形成较长检测盲区的原理：

双空心线圈磁化器的各自阻抗为Z＝R+jωL，当通过恒定直流，处于稳态时，磁化器的阻抗为Z＝R。当钢管端头高速通过第一个磁化线圈的过渡过程期间，线圈磁化器由空心线圈变为部分铁芯线圈，其的阻抗为Z＝R+jω(L+ΔL)＝R+jωL+jωΔL，它增加了磁化电路的阻抗，使过渡过程期间磁化电路电流减小，线圈磁场减弱，对钢管端头磁化不足，导致缺陷漏检；

当钢管端头高速通过第二个磁化线圈的过渡过程期间，仍然会出现以上情况，直至钢管端头通过这两组磁化线圈的过渡过程结束，进入稳态期间，磁化器的阻抗为Z＝R，进入对正常管体检测状态时间。

钢管从高速通过第一个磁化线圈，然后再高速通过第二个磁化线圈后过渡过程结束，这期间都会导致钢管端头磁化不足，缺陷漏检，形成较长的检测盲区。

2、本发明的轴向磁化装置减小检测盲区的原理：

本发明的轴向磁化装置首先采用单一磁化线圈，而且在其内部增设高导磁性能铁磁性圆环，一方面能让钢管高速通过，同时使线圈为铁芯线圈，钢管端头通过时造成的jωΔL变化相对较小，从而缩短了过渡过程时间；

本发明的轴向磁化装置采用了横向聚磁磁极代替第二个磁化线圈，一方面消除了第二个磁化线圈过渡过程，同时钢管端头到达聚磁磁极时，钢管端头的散射磁场被束缚到钢管壁内，减小了散射磁场在探头内形成的干扰，便于对钢管端头缺陷的检测；

本发明的轴向磁化装置的线圈支架、横向聚磁磁极、支持柱、底板均由磁性材料制成，并且相互连接构成低磁阻磁路，减小了磁化回路磁阻，提高了磁化效率。

本发明的轴向磁化装置将探头位于磁化线圈与聚磁圆环之间并靠近聚磁圆环，当钢管高速通过第一个磁化线圈的过渡过程期间，探头完全不和钢管接触，不会形成线圈的磁场急速变化在探头内的传感器中形成强烈的扰动；当钢管到达探头区域时，很快就到达聚磁圆环，过渡过程结束，进入稳态期间。该轴向磁化装置对端头的全部检测过程形成的检测盲区为探头与聚磁圆环之间的最大距离(50-100mm)加上聚磁环的宽度值，该检测盲区不会大于200mm。

本发明的有益效果是：

在钢管高速检测设备的横向缺陷检测部分的轴向磁化装置中采用单线圈磁化器与聚磁环代替现有的双线圈磁化器，能显著地改善双线圈磁化器检测盲区较长的缺陷，使得钢管高速检测设备的横向缺陷检测部分的检测盲区不超过200mm(该值小于国家标准推荐值300mm)，从而达到和优于国家标准GB/T25757-2010《钢管自动漏磁检测系统综合性能测试方法》和国家黑色金属行业标准YB/T4083《钢管自动涡流探伤系统综合性能测试方法》中关于端头横向盲区的推荐值，增加了对钢管检测的可靠性，提高钢管的使用安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明适于钢管短盲区横向缺陷高速检测的轴向磁化装置实施例的结构示意图。

图2是本发明适于钢管短盲区横向缺陷高速检测的轴向磁化装置实施例的结构剖视图。

图3是本发明适于钢管短盲区横向缺陷高速检测的轴向磁化装置实施例的聚磁圆环结构示意图。

图中，1-底板，2-直角座，3-磁化线圈，4-线卡，5-线圈安装板，6-圆环，7-探头滑板，8-套管，9-螺栓，10-上滑槽，11-探头，12-探头臂，13-横向聚磁磁极，1301-聚磁圆环，1302-支持柱，1303-底座，14-挂耳，15-滑轮，16-导轨，17-钢管。

具体实施方式

本实施例为适于钢管短盲区横向缺陷高速检测的轴向磁化装置。其用于钢管轧制线、加工线上。

图1中，适于钢管短盲区横向缺陷高速检测的轴向磁化装置由底板、磁化器、横向聚磁磁极和探头组成。

磁化器为单个的磁化线圈3，磁化线圈3用4个线卡4固定在软铁磁性材料制成的线圈安装板5上，线圈安装板5通过直角座2固定在底板1上。

在图2中，为减小被测钢管端头穿过独立的磁化线圈时，造成磁化器电感阻抗变化，磁化电流变小的影响，在磁化线圈3中央还设置了用软铁磁性材料制成的圆环6，使其成为带铁芯的磁化线圈。

在图3中，作为聚磁机构，横向聚磁磁极13由聚磁圆环1301、支持柱1302、底座1303组成，系全部用软铁磁性材料制成。横向聚磁磁极13的底座1303固定在底板1上，安装时，聚磁圆环1301与磁化线圈3间隔设定的距离，聚磁圆环1301的中心轴与磁化线圈3为同一根中心轴。

为适合检测不同管径的钢管，聚磁圆环1301是由多层的同心圆环构成，每个圆环由软铁磁性材料制成的板材首尾相接而成，各层同心圆环按半径依次相叠且嵌成一个整体圆环。该结构便于在检测不同管径的钢管时，只要拆下嵌在中间的圆环，即可检测管径更大的钢管。

聚磁圆环1301通过支持柱1302和底座1303，再通过软铁磁性材料制成的底板1、线圈安装板5与磁化线圈3的磁路相通。

在磁化线圈3与聚磁圆环1301之间设置了8个探头11。

8个探头11分别安装在8个探头臂12的前端，探头臂安装在探头滑板7上。探头滑板7中间设有适于被测钢管通过的圆孔，圆孔直径与与被测钢管管径相适配。8个探头臂12分别为4个长探头臂和4个短探头臂，长探头臂与短探头臂在探头滑板上呈阵列式排列，即长臂探头与短臂探头沿圆孔的周向呈交错排列，保证探头对被测钢管径向一周的完全覆盖，大大减少漏检率。

考虑到检测现场经常需要对不同管径的钢管进行检测，探头滑板采用了便于更换的抽拉式结构。即将探头滑板7安装在上滑槽10与导轨16之间。其中，上滑槽10与线圈安装板5上部用穿过套管8的螺栓9连接，导轨16固定在上滑槽下方的底板1上。

探头滑板7的下部设有挂耳14，挂耳中设有滑轮15，这样探头滑板通过滑轮可在滑槽和导轨中迅速抽拉更换，以适应检测不同管径的钢管。

探头滑板7位于磁化线圈3与横向聚磁磁极13之间，当钢管17的端头达到聚磁圆环1301内时，钢管端部的散射磁场由端头汇聚到聚磁圆环1301上，磁场被集中到钢管17的管壁内，减小了钢管端部的散射磁场在探头内形成的扰动。

为了进一步缩短钢管端部散射磁场在探头中形成的扰动，将探头滑板7尽量靠近聚磁圆环1301，在本实施例中，探头滑板7距离聚磁圆环为80mm。

本实施例中，聚磁圆环1301的宽度为50mm。因此检测盲区的长度为130mm。

本实施例采用大功率稳恒磁场磁化系统，通过对高速通过的被测钢管施加稳恒磁场，在其外表面拾取缺陷折射的漏磁场，能够可靠检测管体内、外表面和内部缺陷。实践中可检测出钢管内部的为长×宽×深＝12.5mm×1mm×0.5mm的横向槽伤。本实施例对钢管内外壁和内部各种缺陷具有很高的检测灵敏度和可靠性。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。