一种基于载带的高温构件干磁粉漏磁检测方法

1.本发明属于铁磁材料无损检测领域，更具体地，涉及一种基于载带的高温构件干磁粉漏磁检测方法。


背景技术：

2.在常温下，对各种铁磁性构件的漏磁检测技术已经应用十分广泛，如钢丝绳、油管、钻杆等。在实际生产中，有一些热处理后的铁磁构件，构件铁磁性质发生变化，其无损检测更加困难。随着温度的升高，铁磁构件的饱和磁感应强度下降，漏磁信号减弱，到达居里温度以后则失去磁性。近年来，高温构件探伤需求扩大，但针对它们的无损检测研究较少。在普通漏磁检测中的低提离值使探头距离构件过近，而探头难以承受高温构件热辐射传导造成的高温，高温构件的无损检测问题亟需解决。
3.磁粉检测与漏磁检测原理类似，通过向被磁化的构件表面喷洒磁粉，磁粉堆积形态可以反应铁磁构件漏磁场的分布。传统磁粉检测方法主要靠人工观察磁痕，自动化程度有限。把磁粉作为观测对象，将探头布置在距离构件表面较远处，可实现较远程的构件探伤。普通的磁粉探伤中，构件的表面状况对磁粉的运动，磁痕的形成影响很大。被测构件表面需要尽可能的光滑、清洁。表面的油污和粗糙表面形成的漏磁场都会吸附磁粉，对裂纹磁痕形成干扰。对于表面状况不佳的被测构件，磁粉运动受阻，磁痕特征不明显。
4.由此可见，现有铁磁性高温构件的无损检测技术存在检测探头难以承受高温构件热辐射传导造成的高温、表面状况不佳的被测构件磁痕特征不明显、检测结果不准确的技术问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于载带的高温构件干磁粉漏磁检测方法，由此解决现有铁磁性高温构件的无损检测技术存在检测探头难以承受高温构件热辐射传导造成的高温、表面状况不佳的被测构件磁痕特征不明显、检测结果不准确的技术问题。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于载带的高温构件干磁粉漏磁检测方法，包括：
7.将非铁磁性载带的一面与高温构件接触，高温构件为居里温度以下的铁磁性构件；
8.磁化高温构件后，在非铁磁性载带的另一面喷洒干磁粉，干磁粉在非铁磁性载带的另一面形成磁痕；
9.使用激光位移传感器对非铁磁性载带的另一面不间断扫查，获得磁痕轮廓，据此判断高温构件的裂纹状态。
10.进一步地，所述磁痕轮廓通过如下方式得到：
11.使用激光位移传感器对非铁磁性载带的另一面不间断扫查，将高于非铁磁性载带
的另一面预设值的扫查数据判定为裂纹磁痕轮廓数据，形成磁痕轮廓，所述预设值为1-2颗干磁粉的高度。
12.进一步地，所述干磁粉的颗粒尺寸为60微米-1000微米。
13.进一步地，所述方法还包括：
14.将磁痕轮廓输入深度学习回归模型，得到高温构件的裂纹轮廓；
15.所述深度学习回归模型通过如下方式训练得到：
16.将已知裂纹轮廓的高温构件作为样本，将非铁磁性载带的一面与样本接触，磁化高温构件后，在非铁磁性载带的另一面喷洒干磁粉，使用激光位移传感器对非铁磁性载带的另一面不间断扫查，获得样本磁痕轮廓，将样本磁痕轮廓输入深度学习回归模型，将输出的裂纹轮廓与已知裂纹轮廓之间的误差反向传播更新深度学习回归模型参数，训练至收敛，得到训练好的深度学习回归模型。
17.进一步地，所述非铁磁性载带的厚度为10微米-50微米。
18.进一步地，所述非铁磁性载带的另一面的粗糙度小于高温构件的表面粗糙度。
19.进一步地，所述磁化方式为线圈磁化、磁轭式磁化或导线磁化。
20.进一步地，所述扫查完成后，关闭磁化电源，使用交流退磁法消除高温构件剩磁，回收干磁粉。
21.进一步地，所述在非铁磁性载带的另一面喷洒干磁粉时，均匀喷洒多次后，去除多余干磁粉。
22.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
23.(1)高温构件为居里温度以下的铁磁性构件，温度超过局里温度的铁磁构件将失去铁磁性，不适用于基于漏磁原理的检测。本发明提供的检测方法通过测量载带上磁粉分布形态来推测漏磁场分布以及裂纹分布情况，激光位移传感器可远距离测量，避免了传统漏磁方法中小提离值下测磁探头在高温下损坏的情况出现。铁磁性载带存在磁屏蔽效应，将大多数磁通留在载带内部，泄漏到空气中的漏磁场变小。非铁磁性载带的磁导率与空气接近，对漏磁场影响不大，漏磁场正常进入载带背面的空气中。载带一面紧贴高温构件表面，另一面作为磁粉运动的媒介，相对于表面情况复杂的构件，有利于磁粉的运动，磁痕的形成，增加了高温构件检测的检出率、准确率以及检测效率。
24.(2)裂纹越深，漏磁场越强，磁粉堆越高，裂纹轮廓与磁痕轮廓正相关，基于此，本发明通过深度学习的方式，先训练模型，然后利用训练好的模型对激光位移传感器测得的磁痕轮廓进行预测，得到高温构件的裂纹轮廓，有利于实现高速自动化。处理激光位移传感器获取的轮廓数据时，采用阈值算法，高于载带背面一定值的数据点判定为裂纹磁痕轮廓数据，这样可以减少无关数据，提高训练效率和模型预测的准确率。
25.(3)载带的厚度即为磁粉相对于高温构件的提离值，载带的厚度的不同导致磁粉相对于构件表面的提离值变化，由于构件表面有一定的粗糙度，会产生漏磁场，这种漏磁场与裂纹产生的漏磁场组合在一起，随着提离层变厚，粗糙表面产生的漏磁场与裂纹漏磁场都衰减，但衰减幅度不同。改变载带厚度可获得最佳信噪比，厚度越大信号磁场衰减越大，在信噪比达标后，厚度尽量小，基于此，综合考虑信噪比与磁感应强度后，设置非铁磁性载带的厚度。高温构件的表面情况复杂，不便于清洁，非铁磁性载带的另一面的粗糙度小于高
温构件的表面粗糙度，向其加载磁粉，有利于磁粉运动，对磁痕特征有增强作用，可表现为磁痕形态更完整，磁粉堆高度更高，有助于提高检测的准确率。
26.(4)本发明磁化方式多样，以满足不同形状的高温构件、不同裂纹的检测需求。双线圈布置磁化可以在被测区域获得均匀的磁场，有利于磁痕的形成。磁轭式磁化可以对高温构件的任意方向施加磁化，从而可以检测各种方向分布的裂纹，避免漏检。
27.(5)磁化后，向载带背面多次喷洒出均匀磁粉，去除多余干磁粉，以确保磁痕清晰可见，形态稳定。扫查完成后，关闭磁化电源，使用交流退磁法消除高温构件剩磁，构件裂纹处的漏磁场退去，磁粉不再吸附于构件表面，通过振动或者风力的方式可以方便的完成磁粉的去除。载带背面光滑清洁，去除的磁粉可以多次回收再利用。
附图说明
28.图1是本发明实施例提供的一种基于载带的高温构件干磁粉漏磁检测方法的原理示意图；
29.图2是本发明实施例提供的基于载带的高温构件干磁粉漏磁检测方法涉及的轴向线圈式磁化示意图；
30.图3是本发明实施例提供的基于载带的高温构件干磁粉漏磁检测方法涉及的磁轭式磁化示意图；
31.图4是本发明实施例提供的铁磁性载带缺陷局部放大原理图；
32.图5是本发明实施例提供的非铁磁性载带缺陷局部放大原理图；
33.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
34.1为高温构件，2为磁感线，3为裂纹，4为载带，5为磁粉堆，6为磁化线圈，7为磁粉喷枪，8为激光位移传感器，9为风机，10为磁轭式磁化器，11为铁磁性载带，12为非铁磁性载带。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
36.本发明提供的一种基于载带的高温构件干磁粉漏磁检测方法，包括以下步骤：
37.步骤一：安装检测系统，在高温构件的表面布置载带。
38.具体地，高温构件为居里温度以下的铁磁性构件。需要注意，温度超过居里温度的铁磁构件将失去铁磁性，不适用于基于漏磁原理的检测。载带为厚度10微米到50微米的薄带，载带需要紧贴高温构件的表面，载带的厚度即为磁粉相对于高温构件的提离值。载带需用耐高温材料。载带为非铁磁性材料，材料选用以及载带的厚度对漏磁场的分布及形成的磁痕将产生影响。载带背面为光滑面，磁痕形成速度快，特征强。
39.步骤二：磁化高温构件，向载带背面喷洒干磁粉；
40.具体地，可选用多种磁化装置，以满足不同形状的高温构件、不同裂纹的检测需求，包括线圈磁化、磁轭式磁化、导线磁化等。磁粉喷枪和风机分别用于均匀喷洒磁粉以及
多余磁粉的吹除。高温构件的表面情况复杂，不便于清洁，而载带背面为清洁的光滑表面，向其加载磁粉，有利于磁粉运动，对磁痕特征有增强作用。可表现为磁痕形态更完整，磁粉堆高度更高。
41.步骤三：使用激光位移传感器对载带背面不间断扫查，获得干磁粉的分布形态，据此判断高温构件裂纹状态。
42.具体地，激光位移传感器可测量一条线上的二维数据，当探测头与载带形成相对运动，持续测量即可获得载带背面以及磁痕的三维轮廓。再根据缺陷重构算法来判断裂纹的分布情况，对裂纹给出定性定量的分析。当磁粉堆达到一定的高度则说明裂纹存在，根据磁粉堆的宽度、截面积等信息可以给出更具体的裂纹信息，包括裂纹宽度、深度等。单次检测的目标区域为载带所覆盖的构件表面区域。
43.其中，处理激光位移传感器获取的轮廓数据时，首先通过聚类算法标定载带的表面。采用阈值算法，高于载带背面一定值的数据点判定为裂纹磁痕轮廓数据，该阈值根据使用的干磁粉颗粒尺寸可设为60-1000微米，约为两颗磁粉高度的值，从而获取了磁痕的三维轮廓数据。从磁痕的三维轮廓数据推断裂纹的三维结构。设计深度学习模型，可假设裂纹截面为长方形，建立从磁痕截面数据到裂纹长度宽度的深度学习回归模型。经过网络训练，可由磁痕轮廓计算出裂纹三维轮廓。
44.如图1所示，高温构件1为温度处于居里温度以下的铁磁构件，具有一定的铁磁性。当其受到磁化后，磁感线2穿过构件，在裂纹3处，磁感线2发生变化，有一部分磁感线传出构件上表面，在构件上方形成漏磁场。当载带为非铁磁性材料时，载带4对漏磁场分布几乎没有影响。当载带4为铁磁性材料时，将改变漏磁场分布。不同的漏磁场下喷洒磁粉、并吹除多余磁粉，会形成不同形态的磁粉堆5。经过激光位移传感器的测量可以获得磁粉堆5的形态，据此判断裂纹3的特征，包括裂纹3的存在与否、尺寸大小等。
45.如图2所示，采用磁化线圈6对高温构件1施加磁场，进行磁化。双线圈的布置可以在被测区域获得更加均匀的磁场，有利于磁痕的形成。磁化后，磁粉喷枪7向载带4背面喷洒出均匀磁粉，风机9吹除在载带4背面的多余磁粉。重复喷洒三到四次，以确保磁痕清晰可见，形态稳定。通过激光位移传感器8扫查后，将数据传输给上位机进一步处理。扫查完成后，关闭磁化电源，使用交流退磁法消除高温构件剩磁，构件裂纹处的漏磁场退去，磁粉不再吸附于构件表面，通过振动或者风力的方式可以方便的完成磁粉的去除。载带背面光滑清洁，去除的磁粉可以多次回收再利用。
46.如图3所示，采用磁轭式磁化器10对高温构件1施加磁化，磁轭式磁化器10可以对高温构件1以任意方向施加磁化，从而可以检测各种方向分布的裂纹，避免漏检。磁化后，磁粉喷枪7向载带4背面喷洒出均匀磁粉，风机9吹除在载带4背面的多余磁粉重复喷洒三到四次，以确保磁痕清晰可见，形态稳定。通过激光位移传感器8扫查后，将数据传输给上位机进一步处理。
47.如图4所示，为改善磁痕的形态，本发明方法引入了载带。铁磁性载带11存在磁屏蔽效应，将大多数磁通留在载带内部，泄漏到空气中的漏磁场变小。如图5所示，非铁磁性载带12磁导率与空气接近，对漏磁场影响不大，漏磁场正常进入载带背面的空气中。但载带厚度越大，表面漏磁场会越小，以载带在满足磁痕增强效果的基础上应该尽可能薄。因此本发明中的载带为非铁磁性薄带。
48.本发明提供的一种基于载带的高温构件干磁粉漏磁检测方法，也可以用于对常温铁磁构件进行漏磁检测，也可以用于大于常温且小于居里温度的铁磁构件。
49.本发明实施方法所提供的高温构件裂纹检测方法，可通过线圈或磁轭式磁化器的方式进行磁化，以载带背面承接磁粉，用激光位移传感器进行扫查获得磁粉分布形态数据，通过缺陷重构算法判断裂纹状态。本方法增大了漏磁检测的提离值，满足了高温构件的检测需求。通过设计载带的材料、厚度，加工光滑表面改善磁粉堆的分布特征。
50.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。