基于磁导体线圈结构的管杆类金属件周向缺陷涡流检测方法研究

Metal tubes and rods are widely used in industry. Feed-through coils can be used to inspect these kinds of workpieces rapidly and effectively, but circumferential flaws are not detected effectively for the reason that their orientations are parallel with the eddy currents. Traditional methods have significant disadvantages in solving this problem. This project studies this problem by generating axial induced currents perpendicular to the circumferential flaw. Sensor design involves two types, the global and the local. The global type design comes up with a new method, using magnetic conductor coil instead of electrical conductor coil to be fed though the workpiece to create axial induced currents perpendicular to the circumferential flaw on the whole circle. Theoretical analysis, simulation and experiments will be performed to study the distribution of the magnetic fields and electric currents, to optimize the electromagnetic parameters of magnetic conductor coil, to find low-noise and low-loss magnetic conductor materials and explore shaping approaches, to build low impedance auxiliary circuit to enhance induced currents with ends-connecting, electric brush or capacitor methods, to use different receiving sensors for different inspection requirement. The research will be focused on the inspection of small diameter tubes, rods and bolts using magnetic conductor coil method. The local type of sensor design creates axial currents with as few sensors as possible and compare the detection results with those using magnetic conductor coil method. This project aims at developing new sensors and methods as effective supplement to conventional eddy current methods under some inspection conditions.

金属管、杆类工件在工业中用量巨大。利用穿过式线圈对该类工件进行涡流探伤有效、高速但周向缺陷因与涡流方向平行不能有效检出。解决此问题的已有方法存在不足。本项目从使工件表面产生与周向缺陷垂直的轴向电流的角度出发研究该问题。传感器设计考虑整体与局部轴向电流两种方式。整体设计提出将电导体线圈改为磁导体线圈穿过工件的新方法，使工件产生与周向缺陷垂直的完整覆盖的轴向电流；通过理论、仿真、实验对磁场及电流分布等进行基础研究，并优化传感器电磁参数；试验低噪声低衰减的磁导体材料、确定制作工艺；利用端头连通、电刷、电容方法建立低阻抗辅助电路增强感应电流；采用不同类型接收传感器适应不同检测需求。重点研究采用磁导体线圈方法进行小直径管、杆及螺栓类工件的检测。局部轴向电流设计采用尽可能少的传统传感器产生轴向电流，将其检测结果与磁导体方法进行比较。项目的目的在于发展新型传感器结构和方法成为原有涡流检测技术的有效补充。

金属管、杆类工件在工业中用量巨大。利用穿过式线圈对该类工件进行涡流探伤有效、高速但周向缺陷因与涡流方向平行不能有效检出。解决此问题的已有方法存在不足。本项目从使工件表面产生与周向缺陷垂直的轴向电流的角度出发研究该问题。传感器设计考虑了整体与局部轴向电流两种方式。整体设计研究了将电导体线圈改为磁导体线圈穿过工件的方法，使工件产生与周向缺陷垂直的完整覆盖的轴向电流。通过仿真和实验对磁场及电流分布等进行基础研究，并优化传感器电磁参数。仿真和试验结果表明采用单匝磁导体并联可以有效产生轴向电流，有利于检测周向缺陷，并且有利于抑制杂散漏磁场对于检测的干扰。同时项目通过仿真发现适当设计的管内横向探头的磁场所激发出的轴向涡流可以占整个圆周的一半以上，表明利用两个横向探头可以完成整个圆周的缺陷检测。基于这一发现针对铜管和钢管应用脉冲涡流检测技术做了试验，结果表明所设计的横向探头的检测灵敏度显著高于传统的纵向探头。项目的另一重要进展为发现利用远场涡流的磁场平行于周向缺陷平面的特点以及结合脉冲涡流和差分探头的特点可实现对周向缺陷的有效检测。基于脉冲远场涡流技术设计了一种差分式探头，其接收部分由两个差分连接的检测线圈组成。实验结果表明该方法对周向裂纹类缺陷具有高的检测灵敏度，远优于传统方法。同时将探头差分接收结构中的一个检测线圈用作绝对式线圈，其检测信号采用另一个信号采集通道处理，则一次扫描可同时检测管道各种类型缺陷，达到高效检测管道缺陷的目的。项目进行了基础研究，并基于脉冲涡流检测技术和脉冲远场涡流检测技术建立了两种有效的检测管道周向缺陷的方法。