高温能承受压力的容器电磁超声横波测厚探头研制

  李继承、戚政武、杜明坤、黄桂林、杨宁祥、梁敏健、李素群、彭晓军、林晓明、陈建勋、李欢、谢小娟

  一、任务来源 本项目来源于广东省特种设备检测研究院下达的科技项目《高温能承受压力的容器电磁超声横波测厚探头研制》（编号：2020CY09）。 二、研究的主要内容 本项目属于电磁超声无损害地进行检测技术领域，研发一种适用于高温能承受压力的容器壁厚测量的电磁超声横波探头，详细的细节内容如下： 1. 采用 Ansys有限元分析软件对电磁超声横波探头的检验测试过程进行仿真分析，优化线圈形状、尺寸、探头提离高度等设计参数。 2. 采用 SolidWorks软件进行探头三维结构设计，为了更好的提高探头的耐热能力，选用可承受300℃高温的聚酰亚胺型漆包线、铁氟龙高温胶带、硅酸铝陶瓷纤维耐高温防火纸组成多层隔热系统，保证探头在高温条件下的长期有效使用。 3. 利用商用电磁超声测厚仪作为信号发射和接收系统，自行搭建髙温测厚试验平台，对不同厚度钢板试样加热，并在20-300℃温度范围内进行壁厚测量实验，对不一样的温度下超声横波声速做试验测量，在厚度算法中加入声速修正数据表，获得更精确的测量结果。 已解决的技术难题和问题主要有： 1. 针对高温能承受压力的容器现场壁厚测量过程中缺少高温超声探头的技术难题，研发出一种能够工作于室温至300℃范围内的电磁超声探头； 2. 采用ANSYS软件对电磁超声探头在被检测工件内部激发出的交变磁场强度进行有限元仿真，对线圈线径、线圈形状、线圈间距、线圈匝数、提离距离、激励信号频率进行了系统性优化； 3. 通过优化永磁铁的磁场强度大小和下隔板的厚度，实现两者的最佳匹配，整个探头可以有效检测10-100mm厚度钢铁材料； 4. 通过选用耐高温漆包线圈、铁氟龙高温胶带、硅酸铝陶瓷纤维耐高温防火纸，有效提升探头的耐高温性能，整个探头在300℃温度下能够连续使用0.5小时。 项目研究的创新点： 1. 选用聚酰亚胺型耐高温漆包线、铁氟龙高温胶带、硅酸铝陶瓷纤维耐高温防火纸，有效提升电磁超声探头的耐高温性能，整个探头可以在300℃温度下连续使用0.5小时。 2. 探头永磁铁采用多块基础磁铁单元粘接结构，能够准确的通过不同检测厚度要求灵活调整磁场强度，既保证探头有充足高的穿透性，又尽量减小探头的磁吸力，便于现场操作，对于钢铁材料在10-100mm厚度范围内拥有非常良好的检测效果。 三、主要技术性能指标 1. 适用温度范围：室温至300℃； 2. 检验测试范围：钢铁材料 10-100mm； 3. 检测频率：0.1-5MHz； 4. 探头重量：3kg以下； 5. 连续上班时间：大于0.5h； 6. 超声波类型：横波。 四、研究成果 （1）系统装置：开发出适用于室温至300℃的电磁超声高温探头1套； （2）专利：申请发明专利1件，授权实用新型专利2件； （3）论文：在有CN或ISSN刊号的期刊上发表相关论文2篇； （4）报告：项目详细技术研究报告1份； （5）用户证明：项目成果在珠海市忠智设备安装工程有限公司、吴川市机电设备安装公司、山东扬石工程检验检测有限公司3家单位得到实验和验证，出具了用户使用报告。