電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損檢(jian)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。        


 電磁超(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)作為一種新型無損(sun)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技術，應(ying)用領域不斷擴展(zhan)，現已(yi)應(ying)用于鐵路(lu)鋼軌(gui)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)、復合材(cai)(cai)料檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)等領域。某廠(chang)新建一條大棒材(cai)(cai)無損(sun)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)生產(chan)線，整線的(de)工藝流程為:上料→矯(jiao)直→拋丸→倒(dao)棱→內(nei)部(bu)(bu)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)→表(biao)面檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)→分揀→收集打捆→吊運(yun)下線。棒材(cai)(cai)的(de)內(nei)部(bu)(bu)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)采用的(de)就(jiu)是(shi)電磁超(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技術。


一(yi)、設備結(jie)構及功能(neng)簡述(shu) 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電(dian)磁(ci)超聲檢(jian)測(ce)儀(yi)采用探(tan)頭(tou)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)、棒(bang)(bang)(bang)材直線通過式的(de)檢(jian)測(ce)方法，主(zhu)(zhu)要(yao)由旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)探(tan)頭(tou)機構(gou)(gou)、電(dian)氣(qi)柜、計(ji)算機控制系(xi)統(tong)、操作臺、缺陷(xian)標(biao)記器、標(biao)棒(bang)(bang)(bang)、去磁(ci)裝置等部(bu)分組(zu)成。旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)探(tan)頭(tou)機構(gou)(gou)包(bao)括(kuo)(kuo)探(tan)頭(tou)架、探(tan)頭(tou)線圈、永磁(ci)鐵、滑靴、耐(nai)磨片等組(zu)件(jian)。計(ji)算機控制系(xi)統(tong)包(bao)括(kuo)(kuo)硬(ying)件(jian)與軟件(jian)，軟件(jian)的(de)作用主(zhu)(zhu)要(yao)是(shi)(shi)進行檢(jian)測(ce)參數的(de)設(she)定(ding)，檢(jian)測(ce)結果(guo)的(de)動態顯示、存(cun)儲、打(da)印等。在軟件(jian)中，A掃(sao)(sao)描主(zhu)(zhu)要(yao)是(shi)(shi)完成標(biao)棒(bang)(bang)(bang)校準時的(de)參數設(she)置，包(bao)括(kuo)(kuo)位置門(men)(起點、寬度(du))、報警門(men)高度(du)、增益值、脈沖重復頻率、端部(bu)檢(jian)測(ce)盲(mang)區、檢(jian)測(ce)速度(du)等參數;C掃(sao)(sao)圖(tu)用于(yu)逐(zhu)支顯示棒(bang)(bang)(bang)材的(de)檢(jian)測(ce)結果(guo)，包(bao)括(kuo)(kuo)棒(bang)(bang)(bang)材的(de)長度(du)、缺陷(xian)的(de)位置等。 



二(er)、電磁超聲(sheng)檢測的基(ji)本原理 　　


  電磁(ci)(ci)超聲(sheng)檢(jian)測將棒(bang)(bang)材(cai)(cai)內(nei)(nei)部劃分為芯(xin)部區(qu)域和亞(ya)(ya)表(biao)(biao)面(mian)區(qu)域，利(li)用(yong)(yong)橫(heng)(heng)(heng)波(bo)探頭(tou)CF檢(jian)測芯(xin)部缺(que)(que)陷，利(li)用(yong)(yong)橫(heng)(heng)(heng)波(bo)探頭(tou)SSF檢(jian)測亞(ya)(ya)表(biao)(biao)面(mian)缺(que)(que)陷。橫(heng)(heng)(heng)波(bo)探頭(tou)CF采用(yong)(yong)回(hui)形線(xian)圈，當磁(ci)(ci)鐵產(chan)生(sheng)的(de)(de)磁(ci)(ci)力線(xian)垂直(zhi)(zhi)于棒(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)(biao)面(mian)時，渦流受(shou)力方(fang)向(xiang)平行于棒(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)(biao)面(mian)，質(zhi)點(dian)產(chan)生(sheng)與作用(yong)(yong)力垂直(zhi)(zhi)的(de)(de)超聲(sheng)橫(heng)(heng)(heng)波(bo)，以檢(jian)測棒(bang)(bang)材(cai)(cai)芯(xin)部缺(que)(que)陷。橫(heng)(heng)(heng)波(bo)探頭(tou)SSF采用(yong)(yong)蛇形線(xian)圈，相鄰兩部分繞組的(de)(de)電流方(fang)向(xiang)相反，磁(ci)(ci)力線(xian)垂直(zhi)(zhi)于金(jin)屬表(biao)(biao)面(mian)時，棒(bang)(bang)材(cai)(cai)內(nei)(nei)部將產(chan)生(sheng)橫(heng)(heng)(heng)波(bo)，以檢(jian)測棒(bang)(bang)材(cai)(cai)亞(ya)(ya)表(biao)(biao)面(mian)缺(que)(que)陷。棒(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)(biao)面(mian)產(chan)生(sheng)的(de)(de)電磁(ci)(ci)超聲(sheng)波(bo)向(xiang)棒(bang)(bang)材(cai)(cai)內(nei)(nei)部傳播，遇到缺(que)(que)陷時形成(cheng)缺(que)(que)陷反射波(bo)，與棒(bang)(bang)材(cai)(cai)底面(mian)反射波(bo)一起被電磁(ci)(ci)超聲(sheng)探頭(tou)捕捉，并在回(hui)波(bo)器上(shang)以A掃描波(bo)形圖(tu)的(de)(de)形式顯(xian)示出來(lai)，據(ju)此可分析缺(que)(que)陷在棒(bang)(bang)材(cai)(cai)內(nei)(nei)的(de)(de)位(wei)置和大小。



三、電磁超(chao)聲無損檢測的優(you)點(dian)


  相對(dui)于常規超聲波檢測，電磁超聲具有(you)以下優點(dian)：    


 1. 非接觸檢測，不需要耦合劑，可透過包覆層等


   EMAT的(de)(de)能量轉(zhuan)換，是在工(gong)件表面的(de)(de)趨膚(fu)層(ceng)(ceng)內(nei)直(zhi)接進行得。因而(er)可將趨膚(fu)層(ceng)(ceng)看成是壓(ya)電晶(jing)片，由(you)于趨膚(fu)層(ceng)(ceng)是工(gong)件的(de)(de)表面層(ceng)(ceng)，所以(yi)EMAT產生的(de)(de)超聲波不需要任何耦(ou)合介質(zhi)。  


 2. 產生波形(xing)(xing)形(xing)(xing)式(shi)多樣(yang)，適合做表面缺陷檢測(ce)


  EMAT在(zai)(zai)檢(jian)測的(de)(de)(de)(de)(de)過程中，在(zai)(zai)滿(man)足一定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)發條件時，會產生表面(mian)波(bo)、SH波(bo)和Lamb波(bo)。如果改(gai)變激(ji)勵電信(xin)號(hao)頻率(lv)滿(man)足一定(ding)(ding)公式(shi)，則聲(sheng)波(bo)能以任何輻射(she)角(jiao)θ向工件內部傾斜輻射(she)。即在(zai)(zai)其它(ta)條件不(bu)變的(de)(de)(de)(de)(de)前提下，只要改(gai)變電信(xin)號(hao)頻率(lv)，就可以改(gai)變聲(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)輻射(she)角(jiao)，這(zhe)是EMAT的(de)(de)(de)(de)(de)又一特(te)點。由(you)于這(zhe)一特(te)點的(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)，可以在(zai)(zai)不(bu)變更(geng)換能器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)情況下，實(shi)現波(bo)形模(mo)式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)自由(you)選(xuan)擇。  


 3.  適合高(gao)溫檢測


  隨著(zhu)國家在(zai)能源、動力(li)企(qi)業的(de)(de)(de)投入(ru)和發(fa)展(zhan)，各種(zhong)高溫(wen)壓力(li)管(guan)(guan)道(dao)逐漸增多。作為特種(zhong)設備的(de)(de)(de)壓力(li)管(guan)(guan)道(dao)，一(yi)(yi)旦出現事(shi)故(gu)，損失(shi)將非(fei)常嚴重。對此(ci)，國家有相關政策法規強(qiang)制檢測(ce)，以實現最小的(de)(de)(de)事(shi)故(gu)發(fa)生率。這就使得高溫(wen)壓力(li)管(guan)(guan)道(dao)檢測(ce)成為一(yi)(yi)個(ge)急需解決(jue)的(de)(de)(de)問(wen)題。而電(dian)磁超(chao)聲正是(shi)解決(jue)這個(ge)問(wen)題的(de)(de)(de)最好選(xuan)擇。電(dian)磁超(chao)聲相對于常規超(chao)聲一(yi)(yi)個(ge)最大(da)的(de)(de)(de)優點就是(shi)其(qi)非(fei)接(jie)觸性。熱體在(zai)空(kong)間(jian)輻射(she)的(de)(de)(de)溫(wen)度場(chang)是(shi)按(an)指數衰減的(de)(de)(de)，探(tan)頭(tou)離檢測(ce)試件表面每提(ti)離一(yi)(yi)段距離，其(qi)探(tan)頭(tou)環境溫(wen)度就有顯著(zhu)的(de)(de)(de)下降，所以，電(dian)磁超(chao)聲可以用于高溫(wen)管(guan)(guan)道(dao)檢測(ce)。    


 4. 對被探(tan)工件表面質量要求不(bu)高(gao)


  EMAT不需要與聲(sheng)波在其(qi)中傳(chuan)播的(de)材料接(jie)(jie)觸,就(jiu)可向其(qi)發射和接(jie)(jie)收返回(hui)的(de)超聲(sheng)波。因此對被探工(gong)件(jian)表面不要求特殊清理,較粗(cu)糙表面也(ye)可直接(jie)(jie)探傷。  


 5. 檢測速(su)度快


  傳(chuan)統的壓電超聲的檢(jian)測速度(du)，一般都在10米(mi)/分(fen)鐘左右(you)，而EMAT可(ke)達(da)到40米(mi)/分(fen)鐘，甚至更快(kuai)。    


 6. 聲波傳(chuan)播(bo)距離遠


  EMAT在鋼(gang)管(guan)或鋼(gang)棒(bang)中激(ji)發的(de)超聲波，可以(yi)繞工件傳播幾(ji)周。在進行鋼(gang)管(guan)或鋼(gang)棒(bang)的(de)縱(zong)向缺陷檢測時(shi)，探頭與工件都不用旋(xuan)轉，使探傷設備(bei)的(de)機械結構相(xiang)對(dui)簡單。  


 7. 所用通(tong)道與探(tan)頭數量少


  在實現同樣功能(neng)的前提下，EMAT探(tan)傷(shang)設備(bei)所用的通道(dao)(dao)數(shu)和(he)探(tan)頭數(shu)都少于(yu)壓電超聲。特(te)別在板材EMAT探(tan)傷(shang)設備(bei)上就更為明顯，壓電超聲要進行板面的探(tan)傷(shang)需要幾(ji)十(shi)個通道(dao)(dao)及探(tan)頭，而EMAT則只(zhi)需要四個通道(dao)(dao)及相應數(shu)量的探(tan)頭就可(ke)以了。    


 8. 發(fa)現自(zi)然缺陷的(de)(de)能力強(qiang)EMAT對(dui)于鋼管表面存在(zai)的(de)(de)折疊、重皮、孔洞(dong)等不易檢出的(de)(de)缺陷都能準(zhun)確發(fa)現。 



四、電磁超聲的缺點     


 1. 它的換(huan)能(neng)效率要比傳統壓電換(huan)能(neng)器低20~40dB。當然，這個缺點可以用精心設計與(yu)制(zhi)造電子發(fa)射機(ji)與(yu)接收機(ji)、換(huan)能(neng)器來彌(mi)補。    


 2. 高頻(pin)線圈與工件間(jian)隙不能太(tai)大。線圈從工件表面每提高一個繞線波長的距離，聲信號(hao)幅度就(jiu)要下(xia)降107dB和96dB。      



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