一种基于旋转磁化场的钢管纵向缺陷漏磁探伤装置的制作方法

本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种基于旋转磁化场的钢管纵向缺陷漏磁探伤装置。

背景技术：

钢管作为重要的运输和支撑材料，广泛应用于石油化工与基础建设中。随着工业现代化的迅猛发展，对优质钢管的需求越来越大。目前，我国具有世界上最先进的钢管生产工艺和最新的轧管机组，钢管生产节奏越来越快。根据美国石油协会（api）的要求，所有钢管在出厂之前必须进行100%的质量检测。

漏磁检测作为一种高效的检测方法，可有效检测钢管内外部缺陷，且对试件表面要求低，无需耦合剂，已被广泛应用于各种铁磁性材料的检测过程中，尤其适用于细长铁磁性构件的高速质量检测，如钢管、钢丝绳和铁轨等。

根据漏磁检测的垂直磁化理论，磁化场方向要尽量与裂纹走向垂直才能够激发出足够强度的漏磁场。按照裂纹相对于钢管的走向，分为：纵向缺陷（也即轴向）和横向缺陷（也即周向）。纵向缺陷平行于钢管轴向，横向缺陷沿钢管的周向。因此，漏磁检测中形成了钢管轴向磁化检测横向缺陷和周向磁化检测纵向缺陷的基本检测形式和探伤设备结构。

在对钢管纵向缺陷检测时，传统的单一直流周向磁化方法只能在钢管周向形成局部的可检测区域。因此，为实现钢管纵向缺陷的自动化全覆盖检测，一般通过旋转周向磁化器、钢管直线前进，或者固定周向磁化器、钢管螺旋前进的方式进行。将笨重的磁化器或者钢管进行旋转均大大增加了检测设备的复杂性，从而增加了检测成本，并且高速旋转会降低检测的稳定性和可靠性。

为了简化钢管纵向缺陷检测方法，cn200810197719.3公开了一种钢管正交磁化漏磁检测装置，其通过两套正交布置的纵向缺陷检测主机来实现纵向缺陷的全覆盖自动检测。另外，cn201510752847.x公开了一种钢管脉冲磁化漏磁探伤装置，其通过对钢管进行分时局部磁化，从而将两套纵向缺陷检测主机简化为一套。上述两种方法均可以实现磁化器固定，钢管直线前进的检测方式，然而由于上述两种磁化方法均是对钢管进行分区局部磁化，在分区交界处磁化不均匀，从而会增加周向灵敏度差异，降低检测可靠性。此外，两者的机械结构与信号系统复杂，占的空间较大，成本高，实用性较低。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于旋转磁化场的钢管纵向缺陷漏磁探伤装置。该装置利用旋转磁化场对钢管进行全周向均匀磁化，实现了被检钢管以高速直线推进时，通过一套固定式检测单元就可以实现钢管纵向缺陷的全覆盖检测。

本发明提供的一种基于旋转磁化场的钢管纵向缺陷漏磁探伤装置，其结构包括：旋转磁化器，面阵传感器阵列，面阵传感器阵列支架，励磁电源，滤波器，放大器，a/d转换器。励磁电源向旋转磁化器提供三相异步交流电，进而在旋转磁化器内部空间产生旋转磁化场。当钢管通过旋转磁化器时，被旋转磁化场全周向均匀磁化。若钢管中存在纵向缺陷，将产生缺陷漏磁场，并被缺陷对应位置的传感器拾取并转换为电信号，依次经过滤波器，放大器，a/d转换器传递给计算机，实现纵向缺陷的检测。

在上述技术方案中，所述旋转磁化器中旋转磁场的旋转速度和大小可通过励磁电源提供的三相异步交流电频率和幅值来控制，以适应不同检测要求，如不同的检测速度、钢管材质和外形尺寸等。

在上述技术方案中，所述面阵传感器阵列与钢管表面之间的提离距离一般为1.0mm。

本发明提供的基于旋转磁化场的钢管纵向缺陷漏磁探伤装置，其具有以下十分突出的优点：

1.三相异步交流电通入旋转磁化器，在其内部产生旋转磁化场，进而对钢管进行全周向均匀磁化，实现钢管纵向缺陷的全覆盖检测。

2.旋转磁化场的旋转速度和强度可根据需要调整，以适应不同的检测要求。

3.检测过程中，磁化器固定，钢管直线推进，因此结构简单，设备紧凑，维护成本低，极其适用于钢管的高速无损检测。同时，解决自身难以做旋转运动的细长铁磁构件的纵向缺陷检测(如连续油管、方钻杆和钢轨等)。

附图说明

图1是基于旋转磁化场的钢管纵向缺陷漏磁探伤装置结构示意图

图2是励磁电源输入的典型三相异步交流电信号图

图3a是三相异步交流电处于第ⅰ阶段时，旋转磁化器中产生磁化场的分布示意图

图3b是三相异步交流电处于第ⅱ阶段时，旋转磁化器中产生磁化场的分布示意图

图3c是三相异步交流电处于第ⅲ阶段时，旋转磁化器中产生磁化场的分布示意图

图3d是三相异步交流电处于第ⅳ阶段时，旋转磁化器中产生磁化场的分布示意图

图4是面阵传感器阵列结构示意图

图5是基于旋转磁化场的纵向缺陷检测原理图

上述附图中的各图示标号表示对象分别为：1-旋转磁化器；2-面阵传感器阵列；3-钢管；4-四极磁化线圈；5-面阵传感器阵列支架；6-励磁电源；7-滤波器；8-放大器；9-a/d转换器；10-旋转磁化场；11,12,13,14-纵向缺陷；15,16,17,18-传感器单元；n-磁场旋转方向。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的具体实施方式，并通过具体实施方式对本发明的基于旋转磁化场的钢管纵向缺陷漏磁探伤装置作进一步的说明。需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于实施例所描述的形式。

在下面所述具体实施方式中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前、后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语仅仅是为了便于说明本发明，并非用来限制本发明。

本实施例的基于旋转磁化场的钢管纵向缺陷漏磁探伤装置，其结构示意图如图1所示，构成包括：旋转磁化器1，面阵传感器阵列2，四极磁化线圈4，面阵传感器阵列支架5，励磁电源6，滤波器7，放大器8以及a/d转换器9。励磁电源6给旋转磁化器1通入三相异步交流电，进而产生空间的旋转磁化场，钢管3通过旋转磁化器1时被旋转磁化场周向磁化，在纵向缺陷处产生缺陷漏磁场，纵向缺陷对应位置的面阵传感器获取漏磁场信号，进而转化为电信号，随后依次经过滤波器7、放大器8、a/d转换器9进入到计算机。

采用本发明装置，励磁电源6提供的典型三相异步交流电，如图2所示。激励电源产生三个相位差为120°的异步交流电:,,，同时进入旋转磁化器1的四极磁化线圈4。

采用本发明装置，旋转磁化器1产生旋转磁化场10的原理图如图3a、图3b、图3c、图3d所示。激励电源产生的三相异步交流电i1,i2,i3分别通过旋转磁化器1的四极磁化线圈4（a、b、c、a’、b’、c’）流入流出。当三相异步交流电处于图2的第ⅰ阶段时，电流i1和i3为正，i2为负，即电流从a、c、b’流入，b、a’、c’流出，根据电磁感应定律以及右手定则，此时产生的磁化场10如图3a所示。当三相异步交流电处于图2的第ⅱ阶段时，电流i1为正，i2和i3为负，即电流从a、b’、c’流入，b、c、a’流出，根据电磁感应定律以及右手定则，此时产生的磁化场10如图3b所示。当三相异步交流电处于图2的第ⅲ阶段时，电流i1和i2为正，i3为负，即电流从a、b、c’流入，c、a’、b’流出，根据电磁感应定律以及右手定则，此时产生的磁化场10如图3c所示。当三相异步交流电处于图2的第ⅳ阶段时，电流i2为正，i1和i3为负，即电流从b、a’、c’流入，a、c、b’流出，根据电磁感应定律以及右手定则，此时产生的磁化场10如图3d所示。随着三相异步交流电从第ⅰ阶段到第ⅳ阶段，从图3a到图3d可明显的看出磁场的方向按顺时针方向旋转，形成了旋转磁化场。

如图4所示，面阵传感器阵列2由四个面阵传感器阵列支架5固定在旋转磁化器1的内部，环抱钢管3，实现对钢管3的全覆盖检测。面阵传感器阵列2共6圈，每圈上均匀布置若干个传感器单元，其数量由钢管的外径d决定。面阵传感器阵列2的内径为d，其值比钢管外径d大1.0mm。

如图5所示，当钢管3中存在纵向缺陷11,12,13,14时，钢管3从面阵传感器阵列的内部穿过，被旋转磁化器产生的旋转磁化场10全周向均匀磁化，产生缺陷漏磁场，缺陷对应位置的传感器单元15,16,17,18拾取缺陷漏磁场信号。