本發(fā)明屬于無損檢測中超聲檢測技術(shù)領域，涉及一種縱波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導波換能器，具體涉及一種應用于管道無損檢測的縱波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導波換能器。

背景技術(shù)：

電金屬管道種類繁多、數(shù)量大，應用廣泛。應用于諸如電力電站、石化、石油，化工行業(yè)，機械行業(yè)、長輸油氣、供水工程，跨海大橋，碼頭橋樁給水、排水、供熱、供煤氣、農(nóng)業(yè)灌溉、水力工程和各種工業(yè)裝置中。管道的無損檢測對其使用的安全評價和修復具有重要作用。電磁超聲檢測技術(shù)是超聲波無損檢測技術(shù)的一種，是無損檢測領域一種新型、有效的技術(shù)，可用于金屬材料的檢測。電磁超聲波檢測的原理與傳統(tǒng)壓電超聲波檢測技術(shù)不同。在工業(yè)領域中，電磁超聲檢測具有非接觸、無需耦合劑等優(yōu)勢，在管道檢測中有廣泛的應用市場。

電磁超聲換能器是電磁超聲檢測的關(guān)鍵。電磁超聲換能器即是超聲檢測的探頭部分，是產(chǎn)生和接收超聲波的核心部件。線圈置于被測工件近表面，對線圈通交變電流，在近表面內(nèi)部產(chǎn)生渦流，在磁場偏置作用下，交變渦流受到交變的洛倫茲力。渦流質(zhì)點在交變洛倫茲力的作用下，形成機械振動，產(chǎn)生超聲波。在電磁超聲檢測應用過程中，因線圈形狀和與磁場偏置不同，產(chǎn)生不同種類超聲波。根據(jù)超聲波的傳播原理，進行金屬管道無損檢測。

金屬管道的缺陷普遍存在周向、縱向、斜向的多方向性缺陷，而傳統(tǒng)研究的電磁超聲換能器僅能產(chǎn)生單一縱向?qū)Рɑ蛑芟驅(qū)Р?，不能滿足電磁超聲管道檢測的實際需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：

本發(fā)明提供一種縱波模式管道內(nèi)檢測電磁超聲螺旋導波換能器，可以產(chǎn)生沿管道不同方向傳播的電磁超聲導波，從而實現(xiàn)管道任意方向螺旋導波的產(chǎn)生和任意方向管道缺陷的檢測。

技術(shù)方案：

一種縱波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導波換能器，包括保護外殼、握持結(jié)構(gòu)、行走支撐結(jié)構(gòu)、永磁鐵和線圈，其特征在于：保護外殼為拱形，保護外殼兩側(cè)平面連接有行走支撐結(jié)構(gòu)，一側(cè)行走支撐結(jié)構(gòu)的另一側(cè)連接有握持結(jié)構(gòu)，保護外殼外弧面上側(cè)開有容納槽，容納槽內(nèi)連接有永磁鐵，永磁鐵上下端面皆為弧面，永磁鐵上弧面連接有線圈，永磁鐵的上下弧面磁性相反。

所述行走支撐結(jié)構(gòu)由支撐件和滑輪組成，支撐件連接于保護外殼兩側(cè)平面，滑輪安裝于支撐件上部。

所述握持結(jié)構(gòu)由連接角件、手柄、內(nèi)桿和把手組成，連接角件連接在行走支撐結(jié)構(gòu)的支撐件一側(cè)，內(nèi)桿螺紋連接于手柄的一端，內(nèi)桿連接在連接角件的另一側(cè)，手柄的端部一側(cè)連接有把手。

所述把手設有扣手槽，扣手槽為四個圓橫向交疊組成。

所述手柄和內(nèi)桿上還連接有鎖緊件。

所述手柄為管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)一端是封閉的，管壁一側(cè)開有豁口，內(nèi)壁設有內(nèi)螺紋，內(nèi)桿為圓柱形，外壁設有與手柄內(nèi)壁內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋，內(nèi)桿間隔開有環(huán)形槽，鎖緊件和環(huán)形槽寬度與豁口寬度相同，鎖緊件包括鎖緊件a和鎖緊件b，鎖緊件a一側(cè)設有半圓槽a，半圓槽a直徑與內(nèi)桿的環(huán)形槽內(nèi)直徑相匹配，鎖緊件b一側(cè)設有半圓槽b，半圓槽b直徑與手柄的外直徑相匹配。

所述支撐件為l型，下部轉(zhuǎn)角處上平面緊貼于保護外殼內(nèi)弧面，上側(cè)中間開有方槽，滑輪安裝于方槽內(nèi)。

所述線圈為柔性線圈，線圈整體斷面為拱形，其下弧面與永磁鐵上弧面重合，平面所視線圈為傾斜曲折形狀，工作導線長于端線，工作導線與端線不垂直。

所述保護外殼的容納槽內(nèi)設有注膠通道。

優(yōu)點及效果：

與傳統(tǒng)壓電超聲檢測比較，電磁超聲檢測在實際應用中有以下優(yōu)勢：對被測工件要求低，不需要與被測工件接觸，就可向其發(fā)射和接收返回的超聲波，因此對被探工件表面不要求特殊清理，較粗糙的表面也可直接探傷；電磁超聲換能器不需要任何耦合介質(zhì)，因其是靠電磁效應發(fā)射和接收超聲波的，其能量轉(zhuǎn)換則是在被測工件表面的趨膚層內(nèi)進行的；適用范圍廣，電磁超聲換能器可通過更換線圈產(chǎn)生不同種類的超聲波。與橫波模式電磁螺旋超聲波比較，縱波模式傳播速度高于橫波模式傳播速度，檢測速度快。與管道外檢測設備相比，管道內(nèi)檢測更適用于檢測長埋于地下油氣管道。

電磁超聲管道螺旋導波換能器可通過改變工作夾角，即工作導線與端線之間的夾角產(chǎn)生不同升角的螺旋導波。與傳統(tǒng)管道縱向超聲導波或周向超聲導波相比，該螺旋導波能實現(xiàn)管道縱向、周向、斜向即任意方向的超聲波的產(chǎn)生和缺陷檢測，使得電磁超聲管道檢測范圍全面，廣泛。

采用拱形整塊條形磁鐵提供縱波模式的電磁超聲螺旋導波換能器的縱向偏置磁場，換能器線圈采用曲折結(jié)構(gòu)線圈，當曲折線圈兩端通高頻高壓交流電時，工件近表面產(chǎn)生渦電流，渦電流質(zhì)點在縱向偏置磁場作用下受到洛倫茲力，在工件內(nèi)部振動產(chǎn)生電磁超聲導波。通過設置曲折線圈的工作導線和端線間的夾角，實現(xiàn)任意升角的螺旋導波。導波傳播方向與工作導線正交垂直。當線圈環(huán)向包圍管道放置時，產(chǎn)生的超聲導波將沿管道螺旋方向傳播，工作夾角為工作導線與端線間夾角的余角，工作夾角決定螺旋升角，大小相同。此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電磁超聲管道螺旋導波為縱波模式。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

圖1為本換能器立體示意圖；

圖2為本換能器立體爆炸示意圖；

圖3為支撐件示意圖；

圖4為手柄示意圖；

圖5為內(nèi)桿示意圖；

圖6為鎖緊件示意圖；

圖7為線圈與永磁鐵相對位置示意圖。

所述標注為：1.保護外殼、2.永磁鐵、3.線圈、4.半圓槽a、5.容納槽、6.支撐件、7.滑輪、8.連接角件、9.手柄、10.把手、11.扣手槽、12.方槽、13.工作導線、14.端線、15.半圓槽b、16.注膠通道、17.內(nèi)桿、18.鎖緊件、19.豁口、20.環(huán)形槽、21.鎖緊件a、22.鎖緊件b。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示一種縱波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導波換能器，包括保護外殼1、握持結(jié)構(gòu)、行走支撐結(jié)構(gòu)、永磁鐵2和線圈3，保護外殼1為拱形，保護外殼1兩側(cè)平面連接有行走支撐結(jié)構(gòu)，行走支撐結(jié)構(gòu)由支撐件6和滑輪7組成，支撐件6為l型，下部轉(zhuǎn)角處上平面緊貼于保護外殼1內(nèi)弧面，上側(cè)中間開有方槽12，滑輪7安裝于方槽12內(nèi)。支撐件6連接于保護外殼1兩側(cè)平面，滑輪7安裝于支撐件6上部。一側(cè)行走支撐結(jié)構(gòu)的另一側(cè)連接有握持結(jié)構(gòu)，握持結(jié)構(gòu)由連接角件8、手柄9、內(nèi)桿17、鎖緊件18和把手10組成，連接角件8連接在行走支撐結(jié)構(gòu)的支撐件6一側(cè)，內(nèi)桿17螺紋連接于手柄9的一端，內(nèi)桿17連接在連接角件8的另一側(cè)，手柄的端部一側(cè)連接有把手10。把手10設有扣手槽11，扣手槽11為四個圓橫向交疊組成。手柄9為管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)一端是封閉的，管壁一側(cè)開有豁口19，內(nèi)壁設有內(nèi)螺紋，內(nèi)桿17為圓柱形，外壁設有與手柄9內(nèi)壁內(nèi)螺紋相匹配的外螺紋，內(nèi)桿17間隔開有環(huán)形槽20，鎖緊件18和環(huán)形槽20寬度與豁口19寬度相同，鎖緊件18包括鎖緊件a21和鎖緊件b22，鎖緊件a21一側(cè)設有半圓槽a4，半圓槽a4直徑與內(nèi)桿17的環(huán)形槽20內(nèi)直徑相匹配，鎖緊件b22一側(cè)設有半圓槽b15，半圓槽b15直徑與手柄9的外直徑相匹配。保護外殼1外弧面上側(cè)開有容納槽5，容納槽5內(nèi)連接有永磁鐵2，永磁鐵2上下端面皆為弧面，永磁鐵2上弧面連接有線圈3，永磁鐵2的上下弧面磁性相反。所述線圈3為柔性線圈，線圈3整體斷面為拱形，其下弧面與永磁鐵2上弧面重合，平面所視線圈3為傾斜曲折形狀，工作導線13長于端線14，工作導線13與端線14不垂直。所述保護外殼1的容納槽5內(nèi)設有注膠通道16。能夠通過注膠固定線圈3。

使用方式：將本縱波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導波換能器置于被檢測管道內(nèi)表面，線圈3兩端接通高頻高壓交變電，被測工件內(nèi)表面產(chǎn)生渦流效應，渦流質(zhì)點受永磁鐵提供的縱向偏置磁場，受橫向機械振動，產(chǎn)生縱波模式超聲波。根據(jù)超聲波在管道中傳播情況，判斷被測管道是否有裂紋存在。螺旋導波可檢測管道中的斜向裂紋、縱向裂紋和周向裂紋。檢測后，將電流斷開，將本縱波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導波換能器抽離出管道。

本發(fā)明一種縱波模式電磁超聲管道內(nèi)檢測螺旋導波換能器，提出的螺旋導波概念和產(chǎn)生的螺旋導波涵蓋了空心圓柱體傳統(tǒng)研究的縱向?qū)Рê椭芟驅(qū)Р?。螺旋升角可任意設定的電磁超聲導波產(chǎn)生和任意方向管道缺陷的檢測，對超聲波管道缺陷檢測具有更好的普遍適用性和廣泛推廣性，對于電磁超聲檢測技術(shù)工程應用至關(guān)重要。管道裂紋根據(jù)所在位置和走向可以分為：軸向裂紋、周向裂紋和斜向裂紋，其中斜向裂紋最常見。本發(fā)明可實現(xiàn)任意方向裂紋檢測。