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)作為一(yi)種新型無損檢(jian)測(ce)(ce)技術(shu)，應用(yong)領域(yu)不斷擴展，現已應用(yong)于鐵路鋼軌(gui)檢(jian)測(ce)(ce)、復合材料(liao)檢(jian)測(ce)(ce)等領域(yu)。某廠新建一(yi)條大(da)棒(bang)(bang)材無損檢(jian)測(ce)(ce)生(sheng)產線(xian)，整線(xian)的(de)工(gong)藝流程為:上料(liao)→矯直→拋丸→倒棱→內(nei)部(bu)檢(jian)測(ce)(ce)→表(biao)面檢(jian)測(ce)(ce)→分揀→收(shou)集打捆→吊(diao)運下(xia)線(xian)。棒(bang)(bang)材的(de)內(nei)部(bu)檢(jian)測(ce)(ce)采用(yong)的(de)就(jiu)是(shi)電磁(ci)超聲檢(jian)測(ce)(ce)技術(shu)。


一、設備結構及功能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電(dian)磁超(chao)聲檢(jian)測儀采用(yong)探頭(tou)旋轉(zhuan)、棒材直線(xian)通過式(shi)的(de)檢(jian)測方法，主要(yao)由(you)旋轉(zhuan)探頭(tou)機構(gou)、電(dian)氣柜、計(ji)算機控(kong)制系(xi)統、操作(zuo)臺、缺陷標記(ji)器、標棒、去磁裝置(zhi)等(deng)(deng)部分組成(cheng)。旋轉(zhuan)探頭(tou)機構(gou)包括(kuo)(kuo)探頭(tou)架、探頭(tou)線(xian)圈、永磁鐵、滑靴、耐磨片等(deng)(deng)組件(jian)(jian)。計(ji)算機控(kong)制系(xi)統包括(kuo)(kuo)硬(ying)件(jian)(jian)與(yu)軟件(jian)(jian)，軟件(jian)(jian)的(de)作(zuo)用(yong)主要(yao)是(shi)進行檢(jian)測參數(shu)的(de)設定，檢(jian)測結(jie)果的(de)動態顯示(shi)、存儲、打印等(deng)(deng)。在軟件(jian)(jian)中，A掃描主要(yao)是(shi)完成(cheng)標棒校準時的(de)參數(shu)設置(zhi)，包括(kuo)(kuo)位置(zhi)門(men)(起(qi)點、寬(kuan)度(du))、報警(jing)門(men)高(gao)度(du)、增益值、脈沖重復頻率、端部檢(jian)測盲區、檢(jian)測速度(du)等(deng)(deng)參數(shu);C掃圖(tu)用(yong)于逐支顯示(shi)棒材的(de)檢(jian)測結(jie)果，包括(kuo)(kuo)棒材的(de)長度(du)、缺陷的(de)位置(zhi)等(deng)(deng)。 



二、電磁超(chao)聲檢測的基本原理(li) 　　


  電磁(ci)(ci)超(chao)聲檢(jian)測(ce)將棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內(nei)部(bu)(bu)劃分為(wei)芯部(bu)(bu)區域和(he)亞(ya)表(biao)面(mian)(mian)區域，利用橫(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)CF檢(jian)測(ce)芯部(bu)(bu)缺陷(xian)(xian)，利用橫(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)SSF檢(jian)測(ce)亞(ya)表(biao)面(mian)(mian)缺陷(xian)(xian)。橫(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)CF采(cai)用回形線(xian)圈(quan)，當磁(ci)(ci)鐵產生的(de)(de)磁(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)垂直于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)時(shi)(shi)，渦流(liu)受力(li)(li)方(fang)向平行于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)，質點產生與作用力(li)(li)垂直的(de)(de)超(chao)聲橫(heng)波(bo)(bo)，以(yi)(yi)(yi)檢(jian)測(ce)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)芯部(bu)(bu)缺陷(xian)(xian)。橫(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)SSF采(cai)用蛇形線(xian)圈(quan)，相鄰兩部(bu)(bu)分繞(rao)組的(de)(de)電流(liu)方(fang)向相反(fan)，磁(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)垂直于金(jin)屬表(biao)面(mian)(mian)時(shi)(shi)，棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內(nei)部(bu)(bu)將產生橫(heng)波(bo)(bo)，以(yi)(yi)(yi)檢(jian)測(ce)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)亞(ya)表(biao)面(mian)(mian)缺陷(xian)(xian)。棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)產生的(de)(de)電磁(ci)(ci)超(chao)聲波(bo)(bo)向棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內(nei)部(bu)(bu)傳播，遇到缺陷(xian)(xian)時(shi)(shi)形成缺陷(xian)(xian)反(fan)射波(bo)(bo)，與棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)底面(mian)(mian)反(fan)射波(bo)(bo)一起被電磁(ci)(ci)超(chao)聲探(tan)(tan)頭(tou)捕捉，并在回波(bo)(bo)器上(shang)以(yi)(yi)(yi)A掃描波(bo)(bo)形圖(tu)的(de)(de)形式(shi)顯(xian)示出(chu)來，據此可分析缺陷(xian)(xian)在棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內(nei)的(de)(de)位置和(he)大小。



三(san)、電磁超(chao)聲無損檢測的優點


  相對于常規超聲波檢測，電磁(ci)超聲具有以下(xia)優點：    


 1. 非接觸(chu)檢測，不需要耦合劑，可透(tou)過(guo)包覆層等


   EMAT的能量轉(zhuan)換，是在工(gong)件(jian)表面(mian)(mian)的趨(qu)膚層(ceng)內直(zhi)接進行(xing)得。因而可將(jiang)趨(qu)膚層(ceng)看成是壓電晶(jing)片，由于趨(qu)膚層(ceng)是工(gong)件(jian)的表面(mian)(mian)層(ceng)，所(suo)以(yi)EMAT產生的超聲波不需要(yao)任何耦合介質。  


 2. 產生波形形式多樣，適合做表面缺陷檢(jian)測(ce)


  EMAT在(zai)檢測的過程中，在(zai)滿足(zu)一定的激發(fa)條件時，會產生表面(mian)波(bo)、SH波(bo)和Lamb波(bo)。如果(guo)改(gai)變激勵電信號頻(pin)率(lv)滿足(zu)一定公(gong)式，則聲波(bo)能(neng)以任何輻(fu)射(she)角θ向工(gong)件內(nei)部傾斜輻(fu)射(she)。即(ji)在(zai)其它(ta)條件不(bu)變的前(qian)提下，只(zhi)要改(gai)變電信號頻(pin)率(lv)，就可以改(gai)變聲的輻(fu)射(she)角，這是EMAT的又一特點。由于(yu)這一特點的存在(zai)，可以在(zai)不(bu)變更換(huan)能(neng)器的情況下，實現(xian)波(bo)形(xing)模式的自由選擇(ze)。  


 3.  適合高溫檢(jian)測(ce)


  隨著(zhu)國家在(zai)能源、動(dong)力(li)企業的(de)(de)投入(ru)和發(fa)展(zhan)，各種(zhong)高溫壓(ya)力(li)管道(dao)逐(zhu)漸增多。作為(wei)特種(zhong)設備的(de)(de)壓(ya)力(li)管道(dao)，一旦出(chu)現(xian)事故，損(sun)失將非常嚴重(zhong)。對(dui)此，國家有相(xiang)(xiang)關政策(ce)法規強制檢(jian)(jian)(jian)測(ce)，以(yi)實(shi)現(xian)最小的(de)(de)事故發(fa)生率。這(zhe)就使得高溫壓(ya)力(li)管道(dao)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)成為(wei)一個(ge)(ge)急需解(jie)決的(de)(de)問題(ti)。而(er)電磁超聲(sheng)正是解(jie)決這(zhe)個(ge)(ge)問題(ti)的(de)(de)最好(hao)選擇(ze)。電磁超聲(sheng)相(xiang)(xiang)對(dui)于常規超聲(sheng)一個(ge)(ge)最大(da)的(de)(de)優點就是其(qi)非接觸性。熱體在(zai)空間(jian)輻射的(de)(de)溫度(du)場是按指數衰減的(de)(de)，探(tan)頭離(li)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)試件(jian)表面每提離(li)一段(duan)距離(li)，其(qi)探(tan)頭環境溫度(du)就有顯著(zhu)的(de)(de)下降(jiang)，所以(yi)，電磁超聲(sheng)可以(yi)用于高溫管道(dao)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)。    


 4. 對(dui)被探工件表面質量要求不高


  EMAT不需要(yao)(yao)與聲波(bo)在其中(zhong)傳播的(de)材料接觸,就(jiu)可(ke)向其發射和接收返回的(de)超聲波(bo)。因此(ci)對(dui)被(bei)探(tan)工件表面(mian)不要(yao)(yao)求(qiu)特(te)殊清理,較粗糙(cao)表面(mian)也(ye)可(ke)直接探(tan)傷。  


 5. 檢測速度快


  傳統的(de)壓電超聲的(de)檢測速(su)度，一般都(dou)在10米(mi)/分鐘(zhong)左(zuo)右，而EMAT可(ke)達(da)到40米(mi)/分鐘(zhong)，甚至更快。    


 6. 聲波傳(chuan)播距離遠


  EMAT在鋼管或(huo)鋼棒中激發的(de)超聲波，可以繞工(gong)件傳(chuan)播幾周。在進行鋼管或(huo)鋼棒的(de)縱向缺陷檢測時，探頭(tou)與工(gong)件都不用旋轉(zhuan)，使(shi)探傷(shang)設(she)備的(de)機械結構相對簡單。  


 7. 所用通(tong)道與探頭數量少


  在(zai)實現同樣功(gong)能的(de)(de)前提下，EMAT探(tan)(tan)(tan)傷設備所用的(de)(de)通(tong)(tong)道數(shu)和探(tan)(tan)(tan)頭數(shu)都少于壓(ya)電超聲(sheng)。特別在(zai)板材EMAT探(tan)(tan)(tan)傷設備上就更(geng)為明顯，壓(ya)電超聲(sheng)要(yao)進行板面(mian)的(de)(de)探(tan)(tan)(tan)傷需要(yao)幾十個(ge)通(tong)(tong)道及探(tan)(tan)(tan)頭，而EMAT則只需要(yao)四個(ge)通(tong)(tong)道及相應數(shu)量的(de)(de)探(tan)(tan)(tan)頭就可(ke)以了(le)。    


 8. 發現自然缺陷的(de)(de)能(neng)力強EMAT對于鋼管表面存在(zai)的(de)(de)折(zhe)疊(die)、重皮、孔洞等不易檢(jian)出的(de)(de)缺陷都(dou)能(neng)準確發現。 



四、電(dian)磁超聲(sheng)的(de)缺點     


 1. 它(ta)的換(huan)能效率(lv)要比傳(chuan)統壓電換(huan)能器(qi)低20~40dB。當(dang)然，這個缺(que)點可以(yi)用精心設(she)計與制造電子發(fa)射機與接收機、換(huan)能器(qi)來(lai)彌補。    


 2. 高(gao)頻線圈與(yu)工(gong)件間隙不(bu)能太大。線圈從工(gong)件表面每(mei)提高(gao)一個繞線波長的距離，聲信號(hao)幅度就要(yao)下(xia)降107dB和96dB。      



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