[发明专利]一种超高温铸锻件检测电磁超声探头及在线快速检测方法

说明书

本发明公开了一种超高温铸锻件检测电磁超声探头及在线快速检测方法，其中电磁超声探头包括探头外壳；设置于所述探头外壳的腔体内的永磁体组；设置于所述探头外壳底部镂空区域的刚玉片；设置于所述刚玉片上方的激励/接收线圈；依次贯穿所述探头外壳、永磁体组、激励/接收线圈、刚玉片的空心管；与所述探头外壳的腔体连通的若干进水口及若干出水口；以及所述探头外壳与所述永磁体组、激励/接收线圈、空心管之间的空腔构成的循环冷却通道。可以实现对1200℃超高温铸锻件的持续检测，解决了现有电磁超声探头在1200℃超高温铸锻件厚度检测过程中，连铸坯枝晶粗大、固液分界面高衰减造成的超声回波弱、信噪比及空间分辨率低的问题。

技术领域

本发明涉及锻铸件检测技术领域，尤其涉及一种超高温铸锻件检测电磁超声探头及在线快速检测方法。

背景技术

随着载人航天、五代战机、航空母舰和高速铁路等项目的顺利开展，我国对高强度、高性能、高可靠性金属构件制造提出了更高要求。可见，未来高质量大型铸锻件的市场前景仍十分广阔。

随着铸锻件尺寸的增大，在高温连铸坯生产过程中，由于铸坯中碳含量控制不合理，结晶器内钢水液面、结晶器内冷却条件、保护渣等工艺与操作因素，以及二次冷水喷嘴堵塞等设备因素，导致连铸坯在辊压、铸造过程中不可避免的出现裂纹、气孔、夹杂等内部缺陷。因此，需要研制出1200℃以上超高温铸锻件检测探头，在连铸生产线实现高温状态下连铸坯在线检测，实时监测连铸坯液芯凝固速度和液芯末端位置，并据此调整连铸工艺参数，实现缺陷的检测、控制与消除，避免产生中心偏析、中心松散等严重缺陷，可以极大程度地提高铸坯成品率。另外，在高温铸锻件生产过程中能够对铸锻件内部缺陷以及锻造加工时的工件厚度进行实时监测，对提高产品的生产率、合格率和制造成本，实现节能减排，促进国民经济高水平发展具有不可估量的价值和现实意义。

常规超声检测中，由于探头压电晶片以及水、油等耦合剂难以适应超高温状态下的连铸坯表面，故无法实现高温铸锻件厚度检测。而电磁超声检测作为一种迅速发展的新技术，因其具有无需耦合剂、无需直接接触，能够适应于表面粗糙且高温环境的特点，十分适合于超高温状态下的铸锻件厚度检测。电磁超声探头的换能机理有洛伦兹力、磁致伸缩和磁化力三种，对于钢铁等铁磁性铸锻件，在居里温度点以下，通常为洛伦兹力和磁致伸缩力共同作用；而在居里温度点以上特别是对于1200℃以上的铸锻件表面，主要以洛伦兹力为主导作用。

目前，有关高温电磁超声检测的现有相关专利包括如下：

专利申请号CN108872401A公开了“一种抗高温、耐磨的电磁超声横波换能器及其制作方法”，该装置侧壁设有冷却介质进出端口，可在内部形成循环冷却系统，对装置进行冷却；探头底部接触面涂有耐磨层，可有效保护线圈组件，提高探头可靠性，延长使用寿命。

专利申请号CN105758938A公开了“一种550℃高温金属材料电磁超声体波探伤方法及其装置”，该发明通过自制陶瓷层银线并绕制线圈，配置耐高温N～AH SmCo永磁铁，能在550℃高温环境中进行长时间检测，且能保持较高的换能效率。

专利申请号CN206772250U授权了“一种测量工件厚度的电磁超声测厚探头”，该装置按照聚酯电容、永磁体、导磁楔、激励/接收线圈自上而下排布，提高了高温环境下的检测效率，且使检测结果更加稳定。

专利申请号CN205483246U公开了“一种用于超声高温检测声速校准的设备”，在预设温度范围内，利用电磁超声传感器检测试块中超声波的传播速度并进行校正，解决了超声波检测高温设备时检测准确度较低的技术问题。

专利申请号CN205538843U公开了“一种耐高温脉冲电磁铁式电磁超声无损检测探头”，该装置通过设计不同的电磁铁结构能够实现横波、纵波检测，对缺陷的检测能力得到了提升。外壳两侧的进出水口，可以对探头进行冷却，使其能够在高温、大型铁磁性锻件上进行长时间检测。