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CN107941855A - 一种基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置 - Google Patents

一种基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置 Download PDF

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CN107941855A CN201711175095.0A CN201711175095A CN107941855A CN 107941855 A CN107941855 A CN 107941855A CN 201711175095 A CN201711175095 A CN 201711175095A CN 107941855 A CN107941855 A CN 107941855A
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伍剑波
夏慧
黄晓明
王杰
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Sichuan University
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Abstract

本发明公开了一种基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于包括：永磁体旋转加热器以及红外热像仪。阵列永磁体圆周均匀固定在旋转架上，并与钢管内表面保持一定提离距离。在电机驱动下旋转架带动永磁体产生旋转磁场，钢管切割磁感线，产生感应电动势，进而产生动生涡流。当钢管管端存在缺陷时，其将阻碍动生涡流的传导，从而引起缺陷区域的涡流密度明显增大，焦耳热相对集中，最终导致缺陷区域的温度明显高于无缺陷区域，再由红外热像仪拾取钢管管端表面温度来检测缺陷。该热成像检测装置可以对钢管管端进行全周向均匀加热，极大地简化了加热过程。该装置与钢管管端不需要直接接触，检测结果可视化，提高了检测效率，降低了成本。

Description

一种基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置
技术领域
本发明涉及涡流热成像无损检测领域，具体是一种基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置。
背景技术
在现在的钢管自动探伤检测中，由于设备机械结构、探头之间空间位置差以及被检测钢管运动等的限制，难以避免的会在钢管管端形成检测盲区，并且很难消除。检测盲区的存在会给钢管产品的质量带来很大的安全隐患，而目前的处理方法大多是切除端头检测盲区，造成材料的浪费，因此有必要对钢管管端进行探伤检测。
磁粉检测已经广泛的应用于钢管管端的探伤检测中。磁粉检测是利用磁化装置将钢管管端磁化后施加磁悬液或磁粉，当试件表面有缺陷存在时，磁力线就会绕过缺陷产生弯曲变形，进而识别缺陷。但是在探伤检测之前必须对钢管进行磁化，磁化效果的优劣将直接影响缺陷的检测精度，而且必须人工施加磁粉，检测速度较慢。磁粉检测要求钢管表面必须光滑，所以需要打磨和预清洗后才能进行，且探伤过程需要专门的磁粉探伤仪，探伤完毕后需要退磁，最后清洗。操作步骤繁琐，工艺复杂，污染环境。
发明内容
针对现有钢管管端缺陷检测方法的现状与不足，本发明的目的在于提供一种基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，以解决现有钢管管端缺陷检测方法存在的检测步骤繁琐，检测速度慢，污染环境等问题。
本发明提供的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其构成包括：永磁体旋转加热器以及红外热像仪。永磁体在钢管管端内部旋转，产生旋转磁场。基于法拉第电磁感应定律，由于钢管管端与旋转磁场产生相对运动，将在钢管管端产生动生涡流，根据焦耳定律，实现钢管管端的全周向均匀加热。当钢管管端存在缺陷时，缺陷区域温度将会显著高于非缺陷区域，利用红外热像仪采集钢管管端表面温度信号，从而实现钢管管端表面缺陷的高灵敏度检测。
在上述技术方案中，所述旋转磁场由阵列永磁体旋转产生，钢管静止不动。
在上述技术方案中，所述永磁体周向均匀分布于钢管管端内部，数量为偶数且不少于2个。
在上述技术方案中，相邻两个永磁体之间极性相反。
在上述技术方案中，所述旋转架由导磁材料制成。
在上述技术方案中，永磁体与钢管内表面之间的提离距离不大于10mm。
在上述技术方案中，所述旋转磁场的转速可调节，永磁体的线速度不小于5m/s。
在上述技术方案中，所述红外热像仪布置在刚管管端外侧。
在上述技术方案中，所述红外热像仪周向均匀布置，数量不小于2个。
本发明提供的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其具有以下十分突出的优点：
1.可实现钢管管端缺陷的有效检测。钢管管端与旋转磁场相对运动切割磁感线产生动生涡流，当钢管管端存在缺陷时，其阻碍了动生涡流的传导，在缺陷区域引起了焦耳热的异常分布，布置在钢管外侧的红外热像仪就可以检测到钢管缺陷。
2.检测装置与钢管管端不需要直接接触，检测结果可视化，提高了检测效率，降低了成本，检测过程环保无污染。
附图说明
图1为基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置结构示意图
图2为旋转磁场及动生涡流产生示意图
图3为基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置检测钢管管端的示意图
上述附图中的各图标标号表示对象分别为：1-钢管；2-红外热像仪；3-永磁体旋转加热器；4-电机；5-磁感线；6、7、8、9-动生涡流；10-旋转架；11、12、13、14-永磁体；15-缺陷。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的具体实施方式，并通过具体实施方式对本发明的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置作进一步的说明。需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于实施例所描述的形式。
在下面所述具体实施方式中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前、后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语仅仅是为了便于说明本发明，并非用来限制本发明。
本实施例的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置检测钢管管端表面，采用四个永磁体，其结构示意图如图1所示，构成包括：钢管1，红外热像仪2，永磁体旋转加热器3。永磁体在钢管管端内部周向均匀分布，电机4带动永磁体旋转，进而产生空间旋转磁场。钢管1切割旋转磁场，在其内部产生动生涡流。红外热像仪2获取钢管表面的异常温度信息来实现缺陷检测。
采用本发明装置检测钢管管端时，旋转磁场及动生涡流产生示意图如图2所示。相邻永磁体安装时极性相反，例如永磁体11与永磁体14。电机4以转速n匀速旋转，通过旋转架10带动阵列永磁体11、12、13、14旋转形成旋转磁场，与钢管产生相对运动，根据右手定则，在靠近永磁体位置的钢管内部产生如图所示的动生涡流6、7、8、9，相邻动生涡流的传导方向相反。
当钢管中存在缺陷时，如图3所示，缺陷15会阻碍动生涡流6在钢管1中的传导，引起缺陷区域的涡流密度明显大于非缺陷区域，根据焦耳定律，最终导致缺陷区域的温度明显高于非缺陷区域。基于涡流热成像原理，红外热像仪2可以检测到缺陷15的存在，实现钢管管端缺陷的检测。
所以，采用本发明的检测装置能够快速准确的实现钢管管端缺陷的高灵敏度检测。

Claims (9)

1.一种基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于包括：安装在钢管管端外侧的红外热像仪（2）、安装在钢管管端内部的永磁体旋转加热器（3），所述永磁体旋转加热器由阵列永磁体(11).、(12)、(13)、(14)和旋转架(10)组成，永磁体旋转产生旋转磁场，并与钢管管端发生相对运动，钢管切割磁感线产生动生涡流，在钢管缺陷的阻碍作用下，缺陷区域动生涡流更加集中，进而使得缺陷区域温度比非缺陷区域温度高，再利用红外热像仪拾取钢管管端表面温度，从而可以辨别钢管管端存在的缺陷。
2.根据权利要求1所述的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于：旋转磁场由阵列永磁体旋转产生，钢管静止不动。
3.根据权利要求1所述的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于：永磁体位于钢管管端内部，周向均匀分布，数量为偶数且不少于2。
4.根据权利要求1或3所述的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于：永磁体安装时相邻两个永磁体之间极性相反。
5.根据权利要求1所述的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于：固定永磁体的旋转架用导磁材料制作。
6.根据权利要求1或3所述的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于：永磁体与钢管内表面的提离距离不大于10mm。
7.根据权利要求1或2所述的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于：旋转磁场的转速可调节，旋转速度根据钢管直径来设定，永磁体线速度不小于5m/s。
8.根据权利要求1所述的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于：红外热像仪放置于钢管管端外侧。
9.根据权利要求1或7所述的基于永磁体旋转加热的钢管管端热成像检测装置，其特征在于：红外热像仪沿周向均匀布置，不少于2个。
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