電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損檢測領域出現的新技術，該技術利用電磁耦合方法激勵和接收超聲波。與傳統的超聲檢測技術相比，它具有精度高、不需要耦合劑、非接觸、適于高溫檢測以及容易激發各種超聲波形等優點。在工業應用中，電磁超聲正越來越受到人們的關注和重視。        


 電磁(ci)超聲檢(jian)測(ce)(ce)(ce)作為(wei)一種新型無(wu)(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術，應(ying)(ying)用(yong)領域(yu)不斷(duan)擴展(zhan)，現已應(ying)(ying)用(yong)于(yu)鐵路鋼軌檢(jian)測(ce)(ce)(ce)、復合材(cai)料檢(jian)測(ce)(ce)(ce)等領域(yu)。某廠新建(jian)一條(tiao)大棒(bang)材(cai)無(wu)(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)生產線，整線的工(gong)藝流(liu)程為(wei):上料→矯直→拋(pao)丸→倒棱→內部檢(jian)測(ce)(ce)(ce)→表面檢(jian)測(ce)(ce)(ce)→分(fen)揀→收集打捆→吊運下線。棒(bang)材(cai)的內部檢(jian)測(ce)(ce)(ce)采用(yong)的就是電磁(ci)超聲檢(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術。


一、設(she)備結構及(ji)功能簡述(shu) 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電(dian)磁超(chao)聲檢測(ce)(ce)(ce)儀采用探(tan)頭旋轉、棒材(cai)直(zhi)線通過式的(de)檢測(ce)(ce)(ce)方法(fa)，主(zhu)要由旋轉探(tan)頭機構、電(dian)氣(qi)柜、計算機控制(zhi)系統、操作臺(tai)、缺陷標(biao)(biao)記器(qi)、標(biao)(biao)棒、去磁裝置等(deng)部(bu)(bu)分組成。旋轉探(tan)頭機構包(bao)(bao)(bao)括(kuo)探(tan)頭架、探(tan)頭線圈、永磁鐵(tie)、滑靴、耐磨片(pian)等(deng)組件(jian)。計算機控制(zhi)系統包(bao)(bao)(bao)括(kuo)硬件(jian)與(yu)軟件(jian)，軟件(jian)的(de)作用主(zhu)要是(shi)進行檢測(ce)(ce)(ce)參數(shu)的(de)設(she)定，檢測(ce)(ce)(ce)結(jie)果的(de)動態顯(xian)示、存儲、打印(yin)等(deng)。在軟件(jian)中(zhong)，A掃(sao)描主(zhu)要是(shi)完成標(biao)(biao)棒校準時的(de)參數(shu)設(she)置，包(bao)(bao)(bao)括(kuo)位(wei)置門(起點、寬度(du))、報警門高(gao)度(du)、增益(yi)值、脈沖重復(fu)頻率、端部(bu)(bu)檢測(ce)(ce)(ce)盲區、檢測(ce)(ce)(ce)速度(du)等(deng)參數(shu);C掃(sao)圖(tu)用于逐支顯(xian)示棒材(cai)的(de)檢測(ce)(ce)(ce)結(jie)果，包(bao)(bao)(bao)括(kuo)棒材(cai)的(de)長度(du)、缺陷的(de)位(wei)置等(deng)。 



二、電磁超聲(sheng)檢測的基本原理(li) 　　


  電(dian)(dian)磁超聲檢測(ce)(ce)將(jiang)棒材(cai)內部劃分(fen)為(wei)芯(xin)部區域(yu)和(he)亞表(biao)面(mian)(mian)區域(yu)，利(li)用(yong)(yong)橫波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)CF檢測(ce)(ce)芯(xin)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)，利(li)用(yong)(yong)橫波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)SSF檢測(ce)(ce)亞表(biao)面(mian)(mian)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。橫波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)CF采用(yong)(yong)回(hui)形(xing)線(xian)圈，當(dang)磁鐵產(chan)生(sheng)(sheng)的磁力線(xian)垂直(zhi)于棒材(cai)表(biao)面(mian)(mian)時，渦(wo)流(liu)受(shou)力方(fang)向平行于棒材(cai)表(biao)面(mian)(mian)，質點(dian)產(chan)生(sheng)(sheng)與作用(yong)(yong)力垂直(zhi)的超聲橫波(bo)，以檢測(ce)(ce)棒材(cai)芯(xin)部缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。橫波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)SSF采用(yong)(yong)蛇形(xing)線(xian)圈，相(xiang)鄰兩部分(fen)繞(rao)組的電(dian)(dian)流(liu)方(fang)向相(xiang)反，磁力線(xian)垂直(zhi)于金屬表(biao)面(mian)(mian)時，棒材(cai)內部將(jiang)產(chan)生(sheng)(sheng)橫波(bo)，以檢測(ce)(ce)棒材(cai)亞表(biao)面(mian)(mian)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。棒材(cai)表(biao)面(mian)(mian)產(chan)生(sheng)(sheng)的電(dian)(dian)磁超聲波(bo)向棒材(cai)內部傳(chuan)播，遇到缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時形(xing)成缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)反射(she)波(bo)，與棒材(cai)底(di)面(mian)(mian)反射(she)波(bo)一起被(bei)電(dian)(dian)磁超聲探(tan)頭(tou)(tou)捕捉(zhuo)，并在回(hui)波(bo)器(qi)上以A掃描波(bo)形(xing)圖的形(xing)式顯(xian)示(shi)出(chu)來，據此可(ke)分(fen)析缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)在棒材(cai)內的位置(zhi)和(he)大小。



三、電磁超聲(sheng)無損檢(jian)測的優(you)點(dian)


  相對于(yu)常規超(chao)聲波檢測，電(dian)磁超(chao)聲具(ju)有以(yi)下優點：    


 1. 非接觸檢測，不(bu)需要耦合(he)劑，可(ke)透過包覆層等(deng)


   EMAT的能量轉(zhuan)換，是(shi)在工(gong)件表面的趨(qu)膚層(ceng)(ceng)(ceng)內直接(jie)進(jin)行得。因而可將趨(qu)膚層(ceng)(ceng)(ceng)看成是(shi)壓電晶片，由于(yu)趨(qu)膚層(ceng)(ceng)(ceng)是(shi)工(gong)件的表面層(ceng)(ceng)(ceng)，所以EMAT產生的超(chao)聲(sheng)波(bo)不需要任何(he)耦合(he)介(jie)質。  


 2. 產生波形(xing)形(xing)式(shi)多(duo)樣，適合做表面缺陷檢(jian)測


  EMAT在(zai)(zai)(zai)檢測的(de)(de)過程中，在(zai)(zai)(zai)滿足(zu)一(yi)定(ding)的(de)(de)激(ji)發條(tiao)件時，會產(chan)生表面波、SH波和(he)Lamb波。如果(guo)改變激(ji)勵電信號頻率(lv)滿足(zu)一(yi)定(ding)公式，則聲波能以任何輻射(she)角(jiao)θ向工件內部(bu)傾斜輻射(she)。即在(zai)(zai)(zai)其它條(tiao)件不變的(de)(de)前提下，只要改變電信號頻率(lv)，就可(ke)以改變聲的(de)(de)輻射(she)角(jiao)，這是EMAT的(de)(de)又(you)一(yi)特(te)點。由于這一(yi)特(te)點的(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)，可(ke)以在(zai)(zai)(zai)不變更換能器(qi)的(de)(de)情況(kuang)下，實現波形模(mo)式的(de)(de)自由選(xuan)擇。  


 3.  適合高溫檢測


  隨(sui)著(zhu)國家在(zai)能(neng)源、動力(li)企業的(de)(de)投入和發(fa)展，各種(zhong)高(gao)溫(wen)壓(ya)力(li)管(guan)道逐漸增多(duo)。作(zuo)為特種(zhong)設備的(de)(de)壓(ya)力(li)管(guan)道，一(yi)(yi)旦(dan)出現(xian)事(shi)故(gu)，損失將非(fei)常(chang)嚴重。對(dui)此(ci)，國家有相關政策法規(gui)強制檢測，以(yi)實現(xian)最小的(de)(de)事(shi)故(gu)發(fa)生(sheng)率。這就使得高(gao)溫(wen)壓(ya)力(li)管(guan)道檢測成為一(yi)(yi)個急(ji)需解決(jue)的(de)(de)問題。而電磁超聲正是解決(jue)這個問題的(de)(de)最好選(xuan)擇。電磁超聲相對(dui)于常(chang)規(gui)超聲一(yi)(yi)個最大的(de)(de)優(you)點就是其非(fei)接(jie)觸性。熱(re)體(ti)在(zai)空間輻射(she)的(de)(de)溫(wen)度(du)場是按(an)指(zhi)數衰減的(de)(de)，探頭(tou)離(li)檢測試件表面每提離(li)一(yi)(yi)段距離(li)，其探頭(tou)環境溫(wen)度(du)就有顯著(zhu)的(de)(de)下降，所以(yi)，電磁超聲可以(yi)用于高(gao)溫(wen)管(guan)道檢測。    


 4. 對被探(tan)工件表(biao)面(mian)質(zhi)量(liang)要求(qiu)不(bu)高


  EMAT不(bu)(bu)需(xu)要(yao)與聲波在其中(zhong)傳播的材料接觸,就可向其發(fa)射和接收返回的超聲波。因此對被(bei)探工件表面不(bu)(bu)要(yao)求特殊清理(li),較粗糙表面也可直接探傷。  


 5. 檢測速度快(kuai)


  傳統的壓(ya)電超(chao)聲(sheng)的檢(jian)測速度，一般都在10米/分鐘左右，而EMAT可達到(dao)40米/分鐘，甚(shen)至更(geng)快(kuai)。    


 6. 聲波傳播距離(li)遠(yuan)


  EMAT在鋼管(guan)或(huo)(huo)鋼棒(bang)(bang)中激發的(de)超聲(sheng)波，可以繞工件傳(chuan)播(bo)幾(ji)周。在進行鋼管(guan)或(huo)(huo)鋼棒(bang)(bang)的(de)縱(zong)向(xiang)缺陷檢測時，探頭與工件都不用旋轉(zhuan)，使探傷設備的(de)機(ji)械結構相對簡單(dan)。  


 7. 所用通道(dao)與探頭數量少(shao)


  在實現(xian)同樣(yang)功能的(de)前提(ti)下(xia)，EMAT探(tan)傷(shang)設備所用的(de)通道(dao)數(shu)和探(tan)頭數(shu)都少于壓電(dian)超(chao)聲(sheng)。特(te)別在板材(cai)EMAT探(tan)傷(shang)設備上就更為明顯(xian)，壓電(dian)超(chao)聲(sheng)要進行(xing)板面(mian)的(de)探(tan)傷(shang)需要幾十個(ge)通道(dao)及探(tan)頭，而EMAT則只需要四個(ge)通道(dao)及相應數(shu)量的(de)探(tan)頭就可以(yi)了(le)。    


 8. 發(fa)現自然缺陷(xian)的能力強EMAT對于鋼管表(biao)面(mian)存(cun)在的折疊、重皮、孔洞等不易檢(jian)出(chu)的缺陷(xian)都能準(zhun)確發(fa)現。 



四、電磁(ci)超聲的(de)缺點     


 1. 它的換能效率(lv)要比傳統(tong)壓電換能器(qi)低20~40dB。當然，這個缺點可(ke)以(yi)用(yong)精(jing)心設計與制造電子發射(she)機與接收機、換能器(qi)來(lai)彌補。    


 2. 高頻線(xian)圈(quan)與工(gong)件間隙不能(neng)太大。線(xian)圈(quan)從工(gong)件表面(mian)每(mei)提(ti)高一個繞線(xian)波長的(de)距(ju)離，聲信號幅度就要(yao)下降107dB和96dB。      



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