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工程设计学报
工程设计学报  2022, Vol. 29 Issue (3): 394-400    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.037
整机和系统设计     
高压电缆铝护套焊缝缺陷ACFM检测方法及检测系统的研究
陈涛1(),董袁航1,张赛1,吕程2,张立红2,廖春晖1
1.湖北工业大学 机械工程学院，湖北 武汉 430068
2.湖北特种设备检验检测研究院，湖北 武汉 430077
Research on ACFM detection method and detection system for weld defects of aluminum sheath of high voltage cable
Tao CHEN1(),Yuan-hang DONG1,Sai ZHANG1,Cheng Lü2,Li-hong ZHANG2,Chun-hui LIAO1
1.School of Mechanical Engineering, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China
2.Hubei Special Equipment Inspection and Testing Research Institute, Wuhan 430077, China
 全文: PDF(8663 KB)   HTML
摘要：

针对在氩弧焊型高压电缆铝护套焊接过程中易出现表面漏焊、埋藏未焊透和焊穿等缺陷的问题，提出了焊缝缺陷的交流电磁场检测（alternating current field measurement, ACFM）方法。首先，利用COMSOL多物理场仿真软件建立高压电缆铝护套焊缝缺陷ACFM模型，研究U形磁芯上的励磁线圈在不同类型铝护套焊缝缺陷区域产生的感应电流的密度分布特点和和磁场信号特征；其次，设计了可获取缺陷长度和深度信息的正交式接收线圈，制作了带有缺陷的电缆铝护套焊缝试件及ACFM实验平台；最后，进行了不同类型铝护套焊缝缺陷的检测及结果分析。实验结果表明，ACFM方法能够有效用于3 mm厚的高压电缆铝护套焊缝表面漏焊和焊穿缺陷的检测，并且能够有效识别埋深为2 mm，长、宽、深分别为10，0.3，1 mm的埋藏未焊透缺陷。研究结果为高压电缆铝护套焊缝缺陷的识别和焊缝质量的评价提供了重要参考。
关键词： 电缆铝护套;  焊缝;  交流电磁场检测;  无损检测    
Abstract:

In view of the defects such as surface missed welding, buried incomplete penetration and weld penetration during the welding of aluminum sheath of argon arc welded high voltage cable, analternating current field measurement (ACFM) method for weld defects was proposed. Firstly, the ACFM model of weld defect of aluminum sheath of high voltage cable was established by using COMSOL multi-physical field simulation software, and the density distribution characteristics of induced current generated by an exciting coil on a U-shaped core and magnetic field signal characteristics of different types of defect areas of aluminum sheath weld were studied; secondly, an orthogonal receiving coil was designed to obtain the information of length and depth of defects, and the cable aluminum sheath weld specimen with defects and ACFM experimental platform were made; finally, the weld defects of different types of aluminum sheath were detected and the results were analyzed.The experimental results showed that ACFM method could be effectively used to detect the surface missed welding and weld penetration defects of aluminum sheath of high voltage cable with a thickness of 3 mm, and could effectively identify the buried incomplete penetration defects with a buried depth of 2 mm and a length, width and depth of 10, 0.3 and 1 mm respectively.The research results provide an important reference for the identification of weld defects and the evaluation of weld quality of aluminum sheath of high voltage cable.
Key words: cable aluminum sheath    weld    alternating current field measurement (ACFM)    non-destructive testing
收稿日期: 2021-05-21 出版日期: 2022-07-05
CLC:  TH 878.3  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目(51605148);国家市场监督管理总局科技计划项目(2020MK066);湖北省技术创新专项重大项目(2018AAA034)
作者简介: 陈 涛（1986—），男，河南固始人，副教授，硕士生导师，博士，从事传感器与仪器仪表、自动化检测设备及无损检测新技术等研究，E-mail：chentao@hnu.edu.cn，https：//orcid.org/0000-0001-6588-9267
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陈涛
董袁航
张赛
吕程
张立红
廖春晖

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陈涛,董袁航,张赛,吕程,张立红,廖春晖. 高压电缆铝护套焊缝缺陷ACFM检测方法及检测系统的研究[J]. 工程设计学报, 2022, 29(3): 394-400.

Tao CHEN,Yuan-hang DONG,Sai ZHANG,Cheng Lü,Li-hong ZHANG,Chun-hui LIAO. Research on ACFM detection method and detection system for weld defects of aluminum sheath of high voltage cable[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2022, 29(3): 394-400.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.037    或    https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2022/V29/I3/394

图1  ACFM原理示意
图2  铝护套焊缝缺陷ACFM仿真模型
材料电导率/(S/m)相对磁导率相对介电常数
空气111
铝3.03×10711
铜(线圈)6×10711
铁氧体(磁芯)01 0001
表1  铝护套焊缝缺陷ACFM仿真模型的材料参数
图3  表面漏焊缺陷区域的感应电流密度分布
图4  焊缝缺陷检测路径
图5  表面漏焊缺陷区域的磁场强度
图6  埋藏未焊透缺陷区域的感应电流密度分布
图7  埋藏未焊透缺陷区域的磁场强度
图8  焊穿缺陷区域的感应电流密度分布
图9  焊穿缺陷区域的磁场强度
图10  ACFM实验平台
图11  表面漏焊缺陷检测实验
图12  埋藏未焊透缺陷检测信号
图13  焊穿缺陷检测信号
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