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。
電磁超聲(sheng)檢(jian)測作為一(yi)種新(xin)(xin)型無損檢(jian)測技(ji)術(shu)，應用領域不(bu)斷擴展(zhan)，現已應用于鐵路鋼軌(gui)檢(jian)測、復(fu)合材(cai)料檢(jian)測等領域。某廠(chang)新(xin)(xin)建一(yi)條大棒材(cai)無損檢(jian)測生產線，整線的工(gong)藝(yi)流程為:上(shang)料→矯直(zhi)→拋丸→倒(dao)棱→內(nei)部檢(jian)測→表(biao)面檢(jian)測→分(fen)揀→收集(ji)打(da)捆(kun)→吊運下(xia)線。棒材(cai)的內(nei)部檢(jian)測采用的就是電磁超聲(sheng)檢(jian)測技(ji)術(shu)。
一、設備(bei)結構及功能(neng)簡述(shu)
EMATESTＧBBＧ 220型電磁(ci)超聲(sheng)檢(jian)(jian)測儀采用探頭(tou)旋(xuan)轉、棒(bang)材直線(xian)(xian)通過(guo)式的(de)檢(jian)(jian)測方法，主(zhu)(zhu)要由旋(xuan)轉探頭(tou)機構、電氣柜、計算(suan)機控(kong)制系統(tong)、操(cao)作臺、缺陷標(biao)(biao)記器、標(biao)(biao)棒(bang)、去磁(ci)裝置等(deng)部分(fen)組成(cheng)(cheng)。旋(xuan)轉探頭(tou)機構包(bao)(bao)(bao)括(kuo)探頭(tou)架、探頭(tou)線(xian)(xian)圈(quan)、永磁(ci)鐵、滑靴(xue)、耐磨片等(deng)組件(jian)(jian)。計算(suan)機控(kong)制系統(tong)包(bao)(bao)(bao)括(kuo)硬件(jian)(jian)與軟(ruan)件(jian)(jian)，軟(ruan)件(jian)(jian)的(de)作用主(zhu)(zhu)要是進(jin)行檢(jian)(jian)測參數的(de)設(she)定(ding)，檢(jian)(jian)測結(jie)果(guo)的(de)動態顯示、存儲(chu)、打印等(deng)。在軟(ruan)件(jian)(jian)中，A掃(sao)描主(zhu)(zhu)要是完成(cheng)(cheng)標(biao)(biao)棒(bang)校準時的(de)參數設(she)置，包(bao)(bao)(bao)括(kuo)位(wei)置門(起點、寬(kuan)度(du))、報警門高度(du)、增益(yi)值(zhi)、脈沖重復頻率、端(duan)部檢(jian)(jian)測盲區、檢(jian)(jian)測速度(du)等(deng)參數;C掃(sao)圖用于逐支顯示棒(bang)材的(de)檢(jian)(jian)測結(jie)果(guo)，包(bao)(bao)(bao)括(kuo)棒(bang)材的(de)長度(du)、缺陷的(de)位(wei)置等(deng)。
二、電磁(ci)超(chao)聲(sheng)檢測(ce)的基本(ben)原理
電(dian)磁(ci)超聲(sheng)(sheng)檢測(ce)(ce)將(jiang)(jiang)棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內部(bu)劃分為芯(xin)部(bu)區域和(he)亞(ya)表(biao)面(mian)(mian)(mian)區域，利(li)用(yong)(yong)(yong)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)探頭CF檢測(ce)(ce)芯(xin)部(bu)缺(que)陷，利(li)用(yong)(yong)(yong)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)探頭SSF檢測(ce)(ce)亞(ya)表(biao)面(mian)(mian)(mian)缺(que)陷。橫(heng)波(bo)(bo)(bo)探頭CF采用(yong)(yong)(yong)回(hui)形(xing)(xing)線圈，當磁(ci)鐵(tie)產(chan)(chan)生的(de)磁(ci)力線垂(chui)直于棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)(mian)時，渦流受力方向(xiang)(xiang)平行于棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)(mian)，質點產(chan)(chan)生與作(zuo)用(yong)(yong)(yong)力垂(chui)直的(de)超聲(sheng)(sheng)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)，以檢測(ce)(ce)棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)芯(xin)部(bu)缺(que)陷。橫(heng)波(bo)(bo)(bo)探頭SSF采用(yong)(yong)(yong)蛇(she)形(xing)(xing)線圈，相(xiang)鄰兩部(bu)分繞組的(de)電(dian)流方向(xiang)(xiang)相(xiang)反(fan)，磁(ci)力線垂(chui)直于金屬表(biao)面(mian)(mian)(mian)時，棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內部(bu)將(jiang)(jiang)產(chan)(chan)生橫(heng)波(bo)(bo)(bo)，以檢測(ce)(ce)棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)亞(ya)表(biao)面(mian)(mian)(mian)缺(que)陷。棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)(mian)產(chan)(chan)生的(de)電(dian)磁(ci)超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)向(xiang)(xiang)棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內部(bu)傳播，遇到缺(que)陷時形(xing)(xing)成(cheng)缺(que)陷反(fan)射(she)波(bo)(bo)(bo)，與棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)底(di)面(mian)(mian)(mian)反(fan)射(she)波(bo)(bo)(bo)一(yi)起被電(dian)磁(ci)超聲(sheng)(sheng)探頭捕(bu)捉，并在(zai)(zai)回(hui)波(bo)(bo)(bo)器上以A掃描波(bo)(bo)(bo)形(xing)(xing)圖的(de)形(xing)(xing)式顯示(shi)出(chu)來，據此可分析缺(que)陷在(zai)(zai)棒(bang)(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內的(de)位置和(he)大小。
三、電磁超聲無(wu)損檢測的(de)優(you)點
相對于常(chang)規超聲波檢(jian)測，電磁超聲具有以下優(you)點：
1. 非(fei)接(jie)觸檢(jian)測，不(bu)需要耦合劑，可透過包覆層等
EMAT的能(neng)量轉(zhuan)換(huan)，是(shi)在工件表(biao)面的趨膚層內直接進行(xing)得。因而可將趨膚層看(kan)成是(shi)壓電晶片，由(you)于趨膚層是(shi)工件的表(biao)面層，所(suo)以EMAT產(chan)生的超聲波(bo)不需要任(ren)何耦合介質。
2. 產生波形(xing)形(xing)式多(duo)樣，適(shi)合做表(biao)面缺陷(xian)檢測
EMAT在檢測(ce)的(de)過程(cheng)中(zhong)，在滿足一定的(de)激(ji)發條件(jian)時(shi)，會產生表面波(bo)(bo)(bo)(bo)、SH波(bo)(bo)(bo)(bo)和Lamb波(bo)(bo)(bo)(bo)。如果改變(bian)(bian)激(ji)勵電信(xin)號頻(pin)率滿足一定公式(shi)，則聲波(bo)(bo)(bo)(bo)能以(yi)任何輻(fu)射角θ向(xiang)工件(jian)內部傾斜輻(fu)射。即在其它條件(jian)不變(bian)(bian)的(de)前提(ti)下，只(zhi)要改變(bian)(bian)電信(xin)號頻(pin)率，就(jiu)可(ke)以(yi)改變(bian)(bian)聲的(de)輻(fu)射角，這是(shi)EMAT的(de)又一特點。由于這一特點的(de)存(cun)在，可(ke)以(yi)在不變(bian)(bian)更(geng)換能器的(de)情況下，實現波(bo)(bo)(bo)(bo)形模式(shi)的(de)自由選擇。
3. 適(shi)合(he)高(gao)溫檢(jian)測(ce)
隨著(zhu)國(guo)家(jia)在能源、動(dong)力(li)企業的(de)(de)(de)(de)投入和發(fa)展，各種(zhong)高(gao)溫(wen)(wen)壓(ya)力(li)管道逐(zhu)漸(jian)增多。作為(wei)(wei)特種(zhong)設備的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)管道，一旦出(chu)現(xian)事故，損失將非常嚴重。對此，國(guo)家(jia)有(you)相(xiang)關政策法規強制檢(jian)測，以實現(xian)最小的(de)(de)(de)(de)事故發(fa)生率。這(zhe)就使得高(gao)溫(wen)(wen)壓(ya)力(li)管道檢(jian)測成為(wei)(wei)一個(ge)急需解(jie)決(jue)的(de)(de)(de)(de)問題(ti)。而(er)電磁超(chao)(chao)聲正是(shi)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問題(ti)的(de)(de)(de)(de)最好選(xuan)擇。電磁超(chao)(chao)聲相(xiang)對于常規超(chao)(chao)聲一個(ge)最大的(de)(de)(de)(de)優點就是(shi)其非接觸性(xing)。熱(re)體在空(kong)間(jian)輻(fu)射的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)場是(shi)按指數(shu)衰減(jian)的(de)(de)(de)(de)，探頭離(li)檢(jian)測試件表面每提離(li)一段距(ju)離(li)，其探頭環境溫(wen)(wen)度(du)就有(you)顯著(zhu)的(de)(de)(de)(de)下降，所以，電磁超(chao)(chao)聲可以用于高(gao)溫(wen)(wen)管道檢(jian)測。
4. 對被探工件表面質量要求不高
EMAT不需要與聲波在其中(zhong)傳(chuan)播的材料接觸,就可(ke)向(xiang)其發射和接收返(fan)回的超聲波。因此對被探(tan)工(gong)件表(biao)(biao)面(mian)(mian)不要求特殊(shu)清理,較粗糙表(biao)(biao)面(mian)(mian)也(ye)可(ke)直接探(tan)傷。
5. 檢測速度快(kuai)
傳統的壓電超聲的檢測速度，一般(ban)都在10米(mi)/分(fen)鐘(zhong)左右，而EMAT可達到40米(mi)/分(fen)鐘(zhong)，甚至更快。
6. 聲(sheng)波傳播距離遠(yuan)
EMAT在(zai)鋼管(guan)或鋼棒(bang)中激(ji)發的超聲波，可以(yi)繞工件傳播幾(ji)周。在(zai)進(jin)行鋼管(guan)或鋼棒(bang)的縱向缺(que)陷(xian)檢測時，探(tan)頭(tou)與(yu)工件都不(bu)用旋(xuan)轉，使探(tan)傷設(she)備的機械結構相對簡單。
7. 所用通道(dao)與(yu)探頭數量少(shao)
在實現同樣功(gong)能(neng)的(de)(de)(de)前提下，EMAT探(tan)傷設備所用(yong)的(de)(de)(de)通道數(shu)和(he)探(tan)頭數(shu)都少(shao)于(yu)壓(ya)電超(chao)聲(sheng)。特別在板材EMAT探(tan)傷設備上就更為明顯(xian)，壓(ya)電超(chao)聲(sheng)要(yao)進行板面的(de)(de)(de)探(tan)傷需要(yao)幾十個通道及探(tan)頭，而EMAT則(ze)只需要(yao)四個通道及相應數(shu)量的(de)(de)(de)探(tan)頭就可(ke)以了。
8. 發現(xian)(xian)自(zi)然缺(que)陷的能力強EMAT對(dui)于鋼管表面存在的折疊、重(zhong)皮、孔洞(dong)等(deng)不(bu)易(yi)檢出的缺(que)陷都能準(zhun)確發現(xian)(xian)。
四、電(dian)磁超聲的缺(que)點
1. 它的換(huan)能效率要比傳統壓電(dian)換(huan)能器(qi)低20~40dB。當然，這個缺點(dian)可以用精心(xin)設(she)計與制造電(dian)子發射機(ji)與接收機(ji)、換(huan)能器(qi)來彌(mi)補。
2. 高頻線圈(quan)與工件間隙不能太大。線圈(quan)從工件表面每提高一個繞線波長的距離，聲信號(hao)幅度就要下降(jiang)107dB和(he)96dB。
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