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专利名称：不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用旋转直流磁场检测大直径钢管的设备，特别是对在生产流水线上高速运动中的、很长的且直径超过60mm以上的钢管的内外壁和内部进行探伤和质量检测的装置。
背景技术：
目前，电磁法检测技术在工业领域已经广泛应用，由于交流磁场的积肤效应，它们只能检测金属材料表面的缺陷，对于钢管而言，它们只能检测外壁的缺陷，而对钢管的内壁和距钢管外表面较深层次的缺陷不能检测，同时，国家电磁检测标准GB/T6635规定，它们检测钢管直径极限为180mm，而对于超过180mm的大直径钢管采用交流磁检测设备不能满足探伤实际需要，并且，电磁检测方法有约200mm以上的检测盲区，对于盲区内的缺陷不能检测。对于在生产流水线上高速运动的、很长的、管壁较厚的、直径大于60mm特别是180mm以上的钢管，同时动态高速地对其内、外壁、内部和端头的缺陷进行检测，至今尚未发现有效的检测方法和装置。

发明内容
本发明的目的是提供一种能对在生产流水线上高速运动的、很长的、直径大于60mm特别是大于180mm的钢管的内外壁和内部缺陷同时进行无盲区检测的方法和装置，本发明对钢管进行旋转周向磁化以检测纵向和其它方向分布的缺陷，保证管道检测的精确度，本发明的检测装置在检测不同直径的钢管时不需更换检测传感器探头。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，在于钢管缺陷的检测过程是设置二个线圈，由旋转装置带动高速旋转，在线圈之间设置二组的直条排列的传感器阵列，它们与钢管轴线平行，传感器阵列连接信号放大器，随同线圈旋转，钢管运行穿过两个旋转的且通过电流的线圈之间后，在钢管上产生旋转磁�。氪送保衅髡罅刑舾止芡獗冢叭「止芄鼙诘拇判藕牛藕欧糯笃鞣糯蠛螅偷叫藕糯砥鹘行藕糯恚儆杉扑慊侗�、控制、保存。
所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于钢管缺陷的检测过程是设置一个支承座，支承座上安装一个转动空心轴，转动空心轴上安装有相互隔离并与转动空心轴绝缘的滑环，转动轴端部间隔安装纯铁环，纯铁环内对称安装有一对同轴线圈和传感器阵列，一对同轴线圈内安装一对导磁极靴，钢管穿过转动空心轴时，传感器阵列贴紧钢管外表面，随着转动空心轴的旋转，各传感器探测到的钢管磁信号通过信号放大器放大后分别传输到滑环，滑环外设置银刷，银刷拾取的信号，送到信号处理器。
所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于所述的一个传感器阵列包括几个传感器和一个探头，转动轴端部安装有法兰，法兰上间隔安装有纯铁环，所述传感器阵列为二组。
所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于银刷触点相对滑环以3-4m/s左右的线速度高速划过，滑环为经过锻打工艺、材料内无疏松和气隙的铜材；触头为银基碳纤维复合材料，滑环与触头之间动态接触电阻限制在0.02Ω以内。
所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于传感器为磁敏传感器，单个磁敏传感器是在30×6×0.2mm微带内刻成数匝集成感应线圈构成，各传感器电阻分量一致，多个传感器阵列贴敷在与钢管表面贴合的、提离值y分别为0.8mm非磁性探头块内构成探头，探头上敷设特种非磁性合金的耐磨头和喷镀氮化钛。
所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于2组磁化线圈在直流磁化电流的作用下产生磁化�。�2组磁化极靴、管道壁和纯铁圆环形成闭合磁路，当对同轴线圈馈送直流电流时，1只线圈形成的磁场通过1只极靴耦合到钢管上，并从钢管的两侧壁通过，从另一极靴汇合到第2只同轴线圈上，与第2只通电线圈磁场同向叠加，最后经纯铁环构成闭合磁路。
所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于2组探头内包含多只传感器，随着转动空心轴的旋转，各传感器独自拾取缺陷形成的漏磁�。毕菪藕牛毕菪藕磐ü嘀恍藕欧糯笃鞣糯蠛蟛捎谩笆狈指从谩奔际趼至鞔涞交罚吠馍柚靡ⅲ⑹叭〉男藕挪捎猛降摹笆狈指从谩奔际醴直鹪诙嘀坏缏肥涑龆送飞匣指粗叵郑叵值男藕沤行藕糯砗虯/D变换，转换成数字信号，由计算机识别、显示。
不更换探头的大口径钢管无盲区检测装置，有一个支承座，支承座上活动安装有转动空心轴，转动空心轴一端用非导磁材料安装有纯铁环，转动空心轴外套有间隔排列的滑环，转动空心轴和滑环绝缘，纯铁环和转动空心轴端面有间隔，纯铁环内侧中央剖面位置沿钢管平行方向对称安装二个磁化线圈，磁化线圈的中央各安装有一个导磁极靴，纯铁环内侧还安装有探头传感器阵列和信号放大器，传感器阵列与磁化极靴成90°空间分布，其传感器弹性活动安装有纯铁环上，传感器和信号放大器、滑环之间通过导线连接，滑环外安装有银刷，接信号放大器和计算机。
所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测装置，其特征在于有2组传感器阵列构成二个对称探头，和导磁极靴正交分布，转动空心轴一端安装有法兰盘，法兰盘外侧间隔安装有纯铁环，在法兰上垂直安装2个支柱，探头固定在绕支柱转动的探头支架上，探头靠套在支柱上并一端压住探头支架的扭力弹簧自动贴合在钢管表面上。
所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测装置，其特征在于在磁化线圈之间设置二组直条排列的传感器探头与导磁极靴成90°空间分布，探头靠扭力弹簧自动贴合在钢管表面上，二传感器探头端头上各有柱头，在纯铁环一端安装一块与纯铁环等直径的限位环板，环板上设2只椭圆孔，探头端头上的柱头被限制在椭圆孔内活动，检测不同口径钢管，只改变限位环板上正对2个柱头的椭圆孔位置，使探头既能密切贴合钢管表面而不需要更换探头。
所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测装置，其特征在于所述的转动空心轴一端安装有法兰盘，法兰盘外侧间隔安装有纯铁环，法兰盘、纯铁环外径相同，同轴安装空心轴上。如果纯铁环外用端板封�。虮痉⒚髯爸每捎糜诩觳飧止芏送返淖菹蛉毕荨�
根据对钢管缺陷类型检测情况，通常采用周向磁化有磁轭法和轴向通电法。周向磁化有利于发现与轴线平行的缺陷和其它类型缺陷。本发明对钢管进行周向磁化以检测纵向和其它方向分布的缺陷，保证管道检测的精确度。
本发明不更换探头的大口径钢管无盲区高速检测装置，磁化线圈产生的磁化场经导磁极靴从钢管壁两侧分流，钢管通过转动空心轴时，传感器阵列贴紧钢管表面，随着转动轴的旋转，传感器阵列拾取缺陷形成的漏磁场HWt，转化为缺陷信号，缺陷信号通过信号放大器放大后传输到滑环，滑环外设置银刷，银刷拾取的放大信号进行信号处理和计算机识别、控制。
本发明不更换探头的大口径钢管高速无盲区检测装置，其前端设置有由多组上下张合的V形转动空心轴组成的定位驱动机构，每组下V形转动空心轴通过减速机和传动轴驱动旋转，V形转动空心轴驱动钢管沿其轴线通过检测装置，减速机在时间继电器的控制下能停止转动，也能以特定的速度转动，下V形转动空心轴由汽缸带动与上V形转动空心轴共同作用对通过的钢管压合，不会被旋转的磁场吸引。
不更换探头的大口径钢管无盲区高速检测装置，连接有信号处理系统和计算机，2组探头内包含16或30只传感器，随着转动空心轴的旋转，各传感器阵列独自拾取缺陷形成的漏磁场HWt，转化为缺陷信号，缺陷信号通过16或30只信号放大器组放大后采用“时分复用”技术轮流传输到滑环，滑环外设置银刷，银刷拾取的信号采用同步的“时分复用”技术分别在16或30只电路输出端头上重现，重现的信号进行信号处理和A/D变换，转换成数字信号，由计算机识别、显示。
大功率直流磁化电流不能依靠无线发射方式传送，必须经滑环馈送，银基触头固定在支架上，银基触头和滑环构成信号交换滑环机构。探头探测到的缺陷信号、信号放大器的工作电源、磁化装置的同轴线圈分别连接到不同的铜质导电环上。对同轴线圈和对信号放大器供电的直流电源，缺陷信号的引出端都分别连接到不同的银质触头上。当转动空心轴旋转时，银质触头将直流电流源送到对应的铜质导电环上，从而对同轴线圈和信号放大器供电，同时缺陷信号从导电环和对应的银质触头上传导到控制设备内。为提高检测灵敏度，减小钢管表面接触噪声和温度影响，单个磁敏传感器是在30×6×0.2(mm)微带内刻成长约30mm的数匝集成感应线圈构成。各传感器电阻分量一致，多个传感器阵列贴敷在与钢管表面吻合的、提离值y分别为0.8mm铜质探头块内构成探头。铜质探头上敷设特种非磁性合金的耐磨头和喷镀氮化钛，极大地提高了探头使用寿命和检测结果的重复性，同时保证在一定的工作期间内，各磁敏传感器具有几乎一致的性能。
滑环馈送的电源电压高、电流大。滑环传送它们时，需用的滑环多、触点多、结构异常复杂；触点相对滑环以3-4m/s左右的线速度高速划过，触头的磨损、粉尘的淤积等，若使任一通道接触不良，都会在滑环上产生严重的火花干扰。为此，要求旋转滑环的径向和轴向摆动严格限制在±0.1mm。对于构成滑环的铜材，宜采用真空冶炼，真空浇铸、真空锻打工艺，消除材料内的疏松和气隙；触头宜采用“银基碳纤维复合材料”，使滑环与触头之间动态接触电阻限制在0.02Ω以内。
改变磁化极靴的形状和材质以减少磁路磁阻，可在磁化极靴与管道表面之间形成均匀磁�。笨稍黾蛹觳馓酵返挠行Сざ鹊�。
周向磁化器磁化电流不变时，磁化极靴与管道壁之间的间隙越�。觳獾娜毕菪藕旁角浚得鞔呕鞔呕试礁撸坏髡呕鞯拇呕慷仁顾嵌怨艿赖拇呕锏浇ズ偷拇呕锥危哂凶詈玫募觳庑Ч�
检测机构与磁化装置随轴旋转，2只磁敏传感器探头贴在钢管的外表面扫查。在钢管的无缺陷区域，磁场束缚并均匀地分布在钢管壁上，磁敏传感器内切割不到磁�。扌藕攀涑觯诟止艿娜毕萸颍蘼廴毕菰诟止艿哪谕獗诨蚰诓浚毕莸母叽抛韬腿毕萦敫止艿谋呓缱饔茫蓟崾勾懦”湫魏驼凵涞礁止艿耐獗砻妫潜淮琶舸衅髑懈睿谙呷κ涑龆诵纬扇毕菪藕牛毕菪藕欧糯笃鞣糯螅涑龅娇刂粕璞钢�。
本发明传感器阵列探测到的多路(16-30)信号传送采用“时分复用”技术，抽样压缩归为一路，再通过滑环传送，最后采用同步的“时分复用”技术，将抽样压缩归为一路的信号反压缩分为多路的传送方法能显著提高可靠性、信噪比和消除干扰。
本发明的优点在于解决了生产流水线上的大量的直径大于60mm，特别是大于180mm的钢管的高速检测，生产效率大大提高，而且能一次性检测大直径钢管管体和两端头内外壁、内部缺陷，检测不同直径的钢管不需更换探头，省去很多麻烦和时间，大大减轻劳动强度，经济效益和社会效益显著。


图1为本发明钢管缺陷检测装置轴向剖视图。
图2为本发明钢管缺陷检测装置示意图。
图3为本发明钢管缺陷检测装置磁化路线示意图。
图4为本发明钢管缺陷检测装置传感器在限位环板上安装结构示意图。
具体实施例方式本发明钢管缺陷检测装置是有一个支承座10，支承座10安装在底板11上，支承座10上活动安装有转动空心轴8，转动空心轴8和支承座10之间通过轴承9安装固定。转动空心轴8上套有滑环组12，转动空心轴8和滑环12绝缘，转动空心轴8一端安装有法兰盘13，法兰盘13外侧用不锈钢螺栓(非导磁材料)间隔固定安装有纯铁环17，纯铁环17中央剖面位置沿钢管1平行方向对称安装二个磁化线圈14，磁化线圈14的中央各安装有一个磁极靴15，纯铁环17内还有探头2阵列和与之连接的信号放大器，探头2有两个，与磁化极靴15成90°空间分布，探头2固定在绕法兰盘13上的二个垂直支柱5转动的探头支架3上，法兰盘13上垂直安装两个支柱5，探头支架3靠套在支柱5并压在探头支架3上的扭力弹簧4自动贴合在钢管1表面(类似于自行车后座上弹簧夹结构)，传感器探头2和信号放大器、滑环12之间通过导线连接，滑环12外安装有银刷，接信号处理器和计算机。在纯铁环17外侧一端安装有一块与纯铁环13等直径的限位环板16，限位环板16的内径开圆孔使钢管通过，环板16上正对两个探头2端头的柱头6设两只椭圆孔7，探头2端头上的柱头6被限制在椭圆孔7内活动，使探头2既能密切贴合钢管1外表面。
检测不同口径钢管，只改变限位环板16上正对2个柱头的椭圆孔7位置，使得探头2的位置发生变化，使探头2既能密切贴合钢管表面而不需要更换探头。
钢管经过检测装置时，钢管通过转动空心轴，传感器阵列贴紧钢管表面，随着转动空心轴的旋转，各传感器探测到的钢管磁信号通过信号放大器放大后分别传输到各滑环，滑环外设置银刷，银刷拾取的放大信号进行信号处理和计算机识别、控制。
权利要求
1.不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，在于钢管缺陷的检测过程是设置二个线圈，由旋转装置带动高速旋转，在线圈之间设置二组的直条排列的传感器阵列，它们与钢管轴线平行，传感器阵列连接信号放大器，随同线圈旋转，钢管运行穿过两个旋转的且通过电流的线圈之间后，在钢管上产生旋转磁�。氪送保衅髡罅刑舾止芡獗冢叭「止芄鼙诘拇判藕牛藕欧糯笃鞣糯蠛螅偷叫藕糯砥鹘行藕糯恚儆杉扑慊侗�、控制、保存。
2.根据权利要求1所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于钢管缺陷的检测过程是设置一个支承座，支承座上安装一个转动空心轴，转动空心轴上安装有相互隔离并与转动空心轴绝缘的滑环，转动轴端部间隔安装纯铁环，纯铁环内对称安装有一对同轴线圈和传感器阵列，一对同轴线圈内安装一对导磁极靴，钢管穿过转动空心轴时，传感器阵列贴紧钢管外表面，随着转动空心轴的旋转，各传感器探测到的钢管磁信号通过信号放大器放大后分别传输到滑环，滑环外设置银刷，银刷拾取的信号，送到信号处理器。
3.根据权利要求1所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于所述的一个传感器阵列包括几个传感器和一个探头，转动轴端部安装有法兰，法兰上间隔安装有纯铁环，所述传感器阵列为二组。
4.根据权利要求1所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于银刷触点相对滑环以3-4m/s左右的线速度高速划过，滑环为经过锻打工艺、材料内无疏松和气隙的铜材；触头为银基碳纤维复合材料，滑环与触头之间动态接触电阻限制在0.02Ω以内。
5.根据权利要求1所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于传感器为磁敏传感器，单个磁敏传感器是在30×6×0.2mm微带内刻成数匝集成感应线圈构成，各传感器电阻分量一致，多个传感器阵列贴敷在与钢管表面贴合的、提离值y分别为0.8mm非磁性探头块内构成探头，探头上敷设特种非磁性合金的耐磨头和喷镀氮化钛。
6.根据权利要求1所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于2组磁化线圈在直流磁化电流的作用下产生磁化场，经2组磁化极靴、管道壁和纯铁圆环形成闭合磁路，当对同轴线圈馈送直流电流时，1只线圈形成的磁场通过1只极靴耦合到钢管上，并从钢管的两侧壁通过，从另一极靴汇合到第2只同轴线圈上，与第2只通电线圈磁场同向叠加，最后经纯铁环构成闭合磁路。
7.根据权利要求1所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法，其特征在于2组探头内包含多只传感器，随着转动空心轴的旋转，各传感器独自拾取缺陷形成的漏磁场，转化为缺陷信号，缺陷信号通过多只信号放大器放大后采用“时分复用”技术轮流传输到滑环，滑环外设置银刷，银刷拾取的信号采用同步的“时分复用”技术分别在多只电路输出端头上恢复重现，重现的信号进行信号处理和A/D变换，转换成数字信号，由计算机识别、显示。
8.不更换探头的大口径钢管无盲区检测装置，有一个支承座，支承座上活动安装有转动空心轴，转动空心轴一端用非导磁材料安装有纯铁环，转动空心轴外套有间隔排列的滑环，转动空心轴和滑环绝缘，纯铁环和转动空心轴端面有间隔，纯铁环内侧中央剖面位置沿钢管平行方向对称安装二个磁化线圈，磁化线圈的中央各安装有一个导磁极靴；纯铁环内侧还安装有探头传感器阵列和信号放大器，传感器阵列与磁化极靴成90°空间分布，其传感器弹性活动安装有纯铁环上，传感器和信号放大器、滑环之间通过导线连接，滑环外安装有银刷，接信号放大器和计算机。
9.根据权利要求7所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测装置，其特征在于有2组传感器阵列构成二个对称探头，和导磁极靴正交分布，转动空心轴一端安装有法兰盘，法兰盘外侧间隔安装有纯铁环，在法兰上垂直安装2个支柱，探头固定在绕支柱转动的探头支架上，探头靠套在支柱上并一端压住探头支架的扭力弹簧自动贴合在钢管表面上。
10.根据权利要求8所述的不更换探头的大口径钢管无盲区检测装置，其特征在于在磁化线圈之间设置二组直条排列的传感器探头与导磁极靴成90°空间分布，探头靠扭力弹簧自动贴合在钢管表面上，二传感器探头端头上各有柱头，在纯铁环一端安装一块与纯铁环等直径的限位环板，环板上设2只椭圆孔，探头端头上的柱头被限制在椭圆孔内活动，检测不同口径钢管，只改变限位环板上正对2个柱头的椭圆孔位置，使探头既能密切贴合钢管表面而不需要更换探头。
全文摘要
本发明公开了一种不更换探头的大口径钢管无盲区检测方法和装置，在于钢管缺陷的检测过程是设置二个线圈，由旋转装置带动高速旋转，在线圈之间设置二组的直条排列的传感器阵列，它们与钢管轴线平行，传感器阵列连接信号放大器，随同线圈旋转，钢管运行穿过两个旋转的且通过电流的线圈之间后，在钢管上产生旋转磁�。氪送保衅髡罅刑舾止芡獗冢叭「止芄鼙诘拇判藕牛藕欧糯笃鞣糯蠛螅偷叫藕糯砥鹘行藕糯恚儆杉扑慊侗�、控制、保存。本发明实现了无盲区高速检测，不需更换探头。
文档编号G01N27/82GK1616959SQ20041001404
公开日2005年5月18日 申请日期2004年2月10日 优先权日2004年2月10日
发明者何辅云 申请人:何辅云