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机械工程学报 2021年第2期57卷 46-52页

作者：涂君蔡卓越张旭宋小春湖北工业大学机械工程学院武汉430068 现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068

电磁超声换能器一般采用具有超强磁力的稀土永磁制作,在实际检测中由于磁力不可控,存在偏置磁场不够强导致换能效率过低和磁力过强造成操作不方便等问题。提出一种偏置磁场磁力可控的电磁超声换能器,采用电磁铁与永磁铁相结合的方式,达... 详细信息

电磁超声换能器一般采用具有超强磁力的稀土永磁制作,在实际检测中由于磁力不可控,存在偏置磁场不够强导致换能效率过低和磁力过强造成操作不方便等问题。提出一种偏置磁场磁力可控的电磁超声换能器,采用电磁铁与永磁铁相结合的方式,达到偏置磁场磁力可控的目的。通过有限元仿真和试验得出,提出的偏置磁场磁力可控的电磁超声换能器,在电磁铁处于关闭模式下,永磁铁能够提供基础磁场;采用增强模式或减弱模式,无被测物时,换能器下表面平均垂直磁通最大分别增强78.58%和减弱19.36%,而提离2 mm检测钢板时,换能器下方钢板表面平均垂直磁通最大分别增强52.99%和减弱38.02%;得出3种模式下,探头磁力随着提离距离缩小而增强的试验曲线;通过增强模式对铝板和钢板进行测厚试验,将检测信号幅值分别提高46.91%和62.01%。所设计的磁力可控电磁超声换能器不仅具有磁力可控的功能,还能够提高检测信号幅值。

关键词：电磁超声偏置磁场磁力可控电磁铁永磁体

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厚壁管电磁超声SV波与表面波集成检测方法研究

厚壁管电磁超声SV波与表面波集成检测方法研究

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作者：蔡卓越湖北工业大学

学位级别：硕士

厚壁钢管在工业上广泛应用于管道输送、建筑以及机械等领域,有着工业血管之称。由于其在生产加工中易产生各种冶金缺陷,因此需要做出厂前的检测;出厂后在长期服役过程中,受环境介质侵蚀及高温高压等外部载荷的影响,在钢管表面及内部均... 详细信息

厚壁钢管在工业上广泛应用于管道输送、建筑以及机械等领域,有着工业血管之称。由于其在生产加工中易产生各种冶金缺陷,因此需要做出厂前的检测;出厂后在长期服役过程中,受环境介质侵蚀及高温高压等外部载荷的影响,在钢管表面及内部均会形成各类疲劳和腐蚀缺陷。电磁超声具有非接触、无需耦合剂、可灵活激励体波和长距离表面波等优点,在厚壁钢管检测中表现出了较大的优势。虽然国内外已开展了大量的电磁超声技术研究,然而目前仍存在以下三个方面的问题:其一,传统的单一永磁体所提供的偏置磁场强度有限,并且磁吸附力较大;其二,对钢管的检测线圈设计基本上是忽略钢管曲率的影响,直接简化为平面设计;其三,目前的电磁超声探头基本上都只产生一种类型的超声波,在厚壁钢管检测中会存在检测盲区。为了深入研究厚壁钢管缺陷电磁超声检测技术,本文做出了如下三个方面的研究工作。(1)设计一种偏置磁场磁力可控的电磁超声换能器,采用电磁线圈与永磁体相结合的方式,达到偏置磁场磁力可控的目的。通过表面磁通的仿真和实验以及磁吸力实验,验证了磁力可控的可行性;通过增强模式下的检测信号实验,验证了电磁超声信号增强的可行性,相对于关闭模式,铝板和钢板的测厚信号幅值分别提高46.91%和62.01%,厚壁铝管的内部缺陷和表面缺陷检测信号幅值分别增强了29.78%和119.06%。(2)研究一种线聚焦曲面曲折线圈的设计方法,相比于传统的线聚焦平面曲折线圈,所设计的曲面曲折线圈能够提高激励出的线聚焦SV波的指向性精度和缺陷检测信号幅值,且随着曲面工件曲率的增加,优化效果更佳。在仿真研究对象中,指向性精度最高提高了14.53%,缺陷检测幅值最高提高了37.42%;在厚壁铝管和厚壁钢管实验中,检测内部通孔缺陷,缺陷检测信号幅值最大提高了338.84%。(3)提出一种电磁超声SV波与表面波多维集成检测方法,在单一电磁超声曲折线圈中加载含有两个不同频率段的脉冲信号进行激励,同时产生SV波和表面波,分别检测厚壁件表面和内部深层缺陷。在厚壁铝管的实验中,针对四种规格的厚壁铝管分别检测出内部通孔和表面槽。最后,采用设计的偏置磁场磁力可控磁化器与线聚焦曲面曲折检测线圈组合,并结合提出的电磁超声SV波与表面波多维集成检测方法,针对厚壁钢管,分别对内部通孔和表面槽进行检测,相对于永磁体,检测信号幅值分别增强了134.8%和578.26%。

关键词：电磁超声厚壁钢管磁力可控曲面线圈集成检测

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