[发明专利]正交激励-接收涡流检测探头及热等压焊接脱粘缺陷检测方法

权利要求书

1.一种正交激励-接收涡流检测探头，其特征在于：能够对聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道热等压焊接脱粘缺陷进行检测，包括“U”形探头支架和“U”形探头支架两个侧边上各固定的两个方形线圈，四个方形线圈形成矩形排布，且四个方形线圈的参数一致，均具备磁场激励和信号检出功能，能够任意互换；检测时，将其中一个方形线圈作为方形激励线圈，另外三个方形线圈作为三个方形检出线圈；检测时，所述正交激励-接收涡流检测探头的两组线圈同时放置于与线圈截面外边界尺寸相同的两个相邻聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道内对流道热等压焊接脱粘缺陷进行检测。

2.根据权利要求1所述的正交激励-接收涡流检测探头，其特征在于：所述四个方形线圈均由直径相同的铜芯漆包线绕制而成，所述“U”形探头支架的材料为树脂。

3.根据权利要求1所述的正交激励-接收涡流检测探头，其特征在于：所述方形激励线圈在加电驱动情况下激发磁场，该磁场在聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道内感应出的涡流分布于包层第一壁表板冷却流道表面，其感应涡流沿流道管壁周向分布，磁场主方向与冷却流道轴向平行；所述方形检出线圈输出的感应电压信号为检测信号，与方形激励线圈位于“U”形探头支架同一侧边上的方形检出线圈拾取磁场方向与激发磁场一致，位于“U”形探头支架另一侧边上与方形激励线圈平行的方形检出线圈拾取磁场方向与激发磁场平行，位于“U”形探头支架另一侧边上与方形激励线圈呈对角线布置的方形检出线圈拾取磁场方向与激发磁场呈预设角度。

4.权利要求1至3任一项所述正交激励-接收涡流检测探头进行热等压焊接脱粘缺陷的检测方法，其特征在于：聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道涡流信号扫查曲线的建立、聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道热等压焊接脱粘缺陷定位及评估；

(1)聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道涡流信号扫查曲线的建立，具体方法如下：

依次连接信号发生器、功率放大器、所述正交激励-接收涡流检测探头、多路复用器、滤波放大器、数据采集卡和计算机，将正交激励-接收涡流检测探头放置于尺寸与线圈外边界尺寸相同的聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道内，正交激励-接收涡流检测探头的初始位置为其在流道内轴向扫查坐标原点，探头在流道内进行轴向扫查时不发生周向转动；首先对无缺陷标准试件进行检测，信号发生器和功率放大器产生正弦波信号，方形激励线圈工作，与此同时，由计算机通过数据采集卡采集三个方形检出线圈的无缺陷感应电压信号分别为R₂、R₃、R₄，将此无缺陷试件下获得的无缺陷感应电压信号R₂、R₃、R₄作为参考信号；继而对被测试件进行轴向扫查，在任意位置l_x处获得三个方形检出线圈的感应电压信号分别为V₂l_x、V₃l_x、V₄l_x，将此感应电压信号与参考信号作差得到三个方形检出线圈的感应电压差分信号分别为△V₂l_x、△V₃l_x、△V₄l_x，提取三个方形检出线圈感应电压差分信号△V₂l_x、△V₃l_x、△V₄l_x的峰值P₂l_x、P₃l_x、P₄l_x作为信号特征，由此得任意位置l_x处三个方形检出线圈的信号特征P₂l_x、P₃l_x、P₄l_x与其扫查位置关联的扫查曲线P₂l、P₃l、P₄l；

(2)聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道热等压焊接脱粘缺陷定位，具体方法如下：

提取扫查曲线P₂l、P₃l、P₄l出现峰值时的扫查位置l_y2，l_y3，l_y4，缺陷的轴向位置分别为l_y2，l_y3，l_y4；

(3)聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道热等压焊接脱粘缺陷评估，具体方法如下：

在n个几何参数相同的聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道A₁、A₂、A₃、……，A_n的热等压焊接界面分别加工缺陷体积为T₁、T₂、T₃、……，T_n，缺陷平均深度为H₁、H₂、H₃、……，H_n的缺陷，通过正交激励-接收涡流检测探头轴向扫查，分别得到扫查曲线P₂l_a1、P₂l_a2、P₂l_a3、……，P₂l_an以及P₃l_a1、P₃l_a2、P₃l_a3、……，P₃l_an和P₄l_a1、P₄l_a2、P₄l_a3、……，P₄l_an；扫查曲线的峰值分别为M₂l₁、M₂l₂、M₂l₃、……，M₂l_n以及M₃l₁、M₃l₂、M₃l₃、……，M₃l_n和M₄l₁、M₄l₂、M₄l₃、……，M₄l_n；以扫查曲线上各点的值为纵坐标，扫查位置为横坐标，扫查起始点位置为原点，其围成区域面积分别为S₂l_a1、S₂l_a2、S₂l_a3、……，S₂l_an以及S₃l_a1、S₃l_a2、S₃l_a3、……，S₃l_an和S₄l_a1、S₄l_a2、S₄l_a3、……，S₄l_an；以H₁、H₂、H₃、……，H_n为横坐标，M₂l₁、M₂l₂、M₂l₃、……，M₂l_n以及M₃l₁、M₃l₂、M₃l₃、……，M₃l_n和M₄l₁、M₄l₂、M₄l₃、……，M₄l_n分别为纵坐标，得到热等压焊接脱粘缺陷平均深度与扫查曲线峰值的关联曲线，对热等压焊接脱粘缺陷平均深度与扫查曲线峰值的关联曲线进行线性拟合得到拟合公式M₂＝a₂H+b₂以及M₃＝a₃H+b₃和M₄＝a₄H+b₄，其中a₂、a₃、a₄，b₂、b₃、b₄均为常数；以T₁、T₂、T₃、……，T_n为横坐标，S₂l_a1、S₂l_a2、S₂l_a3、……，S₂l_an以及S₃l_a1、S₃l_a2、S₃l_a3、……，S₃l_an和S₄l_a1、S₄l_a2、S₄l_a3、……，S₄l_an分别为纵坐标，得到热等压焊接脱粘缺陷体积与扫查曲线和扫查位置构成区域面积的关联曲线，对热等压焊接脱粘缺陷体积与扫查曲线和扫查位置构成区域面积的关联曲线进行线性拟合得到拟合公式S₂＝c₂T+d₂以及S₃＝c₃T+d₃和S₄＝c₄T+d₄，其中c₂、c₃、c₄，d₂、d₃、d₄均为常数；对于热等压焊接脱粘缺陷几何尺寸未知的聚变堆真空室包层第一壁表板冷却流道，通过反演峰值拟合曲线与面积拟合曲线，分别得到缺陷平均深度的反演公式H＝(M₂-b₂)/a₂、H＝(M₃-b₃)/a₃、H＝(M₄-b₄)/a₄，缺陷体积的反演公式T＝(S₂-d₂)/c₂、T＝(S₃-d₃)/c₃、T＝(S₄-d₄)/c₄；依据所得扫查曲线P₂l、P₃l、P₄l的M₂l_x、M₃l_x、M₄l_x和S₂l_x、S₃l_x、S₄l_x，将其分别带入缺陷平均深度反演公式和缺陷体积反演公式，能够计算得到各方形检出线圈位置处的热等压焊接脱粘缺陷平均深度和体积。