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。        


 電磁超聲檢(jian)(jian)測作為一種(zhong)新型(xing)無損檢(jian)(jian)測技(ji)術，應用領域(yu)不斷(duan)擴(kuo)展，現已應用于鐵路(lu)鋼軌檢(jian)(jian)測、復(fu)合材料(liao)檢(jian)(jian)測等領域(yu)。某廠新建一條大棒材無損檢(jian)(jian)測生(sheng)產(chan)線(xian)，整線(xian)的(de)工藝流程為:上料(liao)→矯直→拋丸→倒棱(leng)→內部檢(jian)(jian)測→表面(mian)檢(jian)(jian)測→分揀(jian)→收集打捆→吊運下線(xian)。棒材的(de)內部檢(jian)(jian)測采用的(de)就是(shi)電磁超聲檢(jian)(jian)測技(ji)術。


一、設備結構及功(gong)能簡述(shu) 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電(dian)磁超(chao)聲檢測(ce)(ce)儀采用探(tan)(tan)頭(tou)(tou)旋轉、棒材直線通過(guo)式的檢測(ce)(ce)方法，主要由旋轉探(tan)(tan)頭(tou)(tou)機構、電(dian)氣(qi)柜、計算(suan)機控制系統、操作臺(tai)、缺陷(xian)標記器(qi)、標棒、去磁裝置(zhi)(zhi)等部分組成。旋轉探(tan)(tan)頭(tou)(tou)機構包(bao)括探(tan)(tan)頭(tou)(tou)架、探(tan)(tan)頭(tou)(tou)線圈、永磁鐵、滑靴、耐磨片等組件。計算(suan)機控制系統包(bao)括硬件與軟(ruan)件，軟(ruan)件的作用主要是進行檢測(ce)(ce)參(can)數的設定，檢測(ce)(ce)結果的動態顯示(shi)、存儲、打印等。在軟(ruan)件中(zhong)，A掃描主要是完成標棒校準(zhun)時的參(can)數設置(zhi)(zhi)，包(bao)括位(wei)置(zhi)(zhi)門(men)(起(qi)點、寬度(du))、報警門(men)高度(du)、增益(yi)值、脈沖(chong)重復頻率、端部檢測(ce)(ce)盲區、檢測(ce)(ce)速(su)度(du)等參(can)數;C掃圖用于逐支顯示(shi)棒材的檢測(ce)(ce)結果，包(bao)括棒材的長度(du)、缺陷(xian)的位(wei)置(zhi)(zhi)等。 



二、電(dian)磁超(chao)聲檢(jian)測的(de)基本原理(li) 　　


  電(dian)磁(ci)超(chao)(chao)聲檢測(ce)(ce)(ce)將(jiang)棒(bang)(bang)材(cai)內(nei)部(bu)(bu)(bu)劃分為芯部(bu)(bu)(bu)區域(yu)和亞表(biao)(biao)面(mian)(mian)區域(yu)，利用(yong)橫(heng)(heng)(heng)波探(tan)頭(tou)CF檢測(ce)(ce)(ce)芯部(bu)(bu)(bu)缺(que)陷(xian)，利用(yong)橫(heng)(heng)(heng)波探(tan)頭(tou)SSF檢測(ce)(ce)(ce)亞表(biao)(biao)面(mian)(mian)缺(que)陷(xian)。橫(heng)(heng)(heng)波探(tan)頭(tou)CF采(cai)用(yong)回形(xing)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈，當磁(ci)鐵產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)力(li)線(xian)(xian)(xian)(xian)垂直于棒(bang)(bang)材(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)時(shi)(shi)(shi)，渦流受力(li)方向平行于棒(bang)(bang)材(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)，質點產(chan)生(sheng)與作用(yong)力(li)垂直的(de)超(chao)(chao)聲橫(heng)(heng)(heng)波，以檢測(ce)(ce)(ce)棒(bang)(bang)材(cai)芯部(bu)(bu)(bu)缺(que)陷(xian)。橫(heng)(heng)(heng)波探(tan)頭(tou)SSF采(cai)用(yong)蛇形(xing)線(xian)(xian)(xian)(xian)圈，相(xiang)鄰(lin)兩部(bu)(bu)(bu)分繞組(zu)的(de)電(dian)流方向相(xiang)反，磁(ci)力(li)線(xian)(xian)(xian)(xian)垂直于金屬表(biao)(biao)面(mian)(mian)時(shi)(shi)(shi)，棒(bang)(bang)材(cai)內(nei)部(bu)(bu)(bu)將(jiang)產(chan)生(sheng)橫(heng)(heng)(heng)波，以檢測(ce)(ce)(ce)棒(bang)(bang)材(cai)亞表(biao)(biao)面(mian)(mian)缺(que)陷(xian)。棒(bang)(bang)材(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)超(chao)(chao)聲波向棒(bang)(bang)材(cai)內(nei)部(bu)(bu)(bu)傳播，遇到缺(que)陷(xian)時(shi)(shi)(shi)形(xing)成缺(que)陷(xian)反射波，與棒(bang)(bang)材(cai)底面(mian)(mian)反射波一起被電(dian)磁(ci)超(chao)(chao)聲探(tan)頭(tou)捕(bu)捉(zhuo)，并(bing)在回波器上以A掃描波形(xing)圖的(de)形(xing)式顯示出來，據此可分析缺(que)陷(xian)在棒(bang)(bang)材(cai)內(nei)的(de)位置(zhi)和大小(xiao)。



三(san)、電磁(ci)超聲(sheng)無損檢測的(de)優點


  相對于常規超聲波檢測，電磁超聲具有(you)以下優點：    


 1. 非接觸檢測，不需要耦合劑(ji)，可透(tou)過包覆層等


   EMAT的能量(liang)轉換，是在工件(jian)表面的趨(qu)膚層內直接進行得。因(yin)而可將趨(qu)膚層看成是壓電晶片，由于(yu)趨(qu)膚層是工件(jian)的表面層，所以EMAT產生的超聲波不需(xu)要任何(he)耦合介(jie)質。  


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


  EMAT在(zai)檢測的(de)過程中，在(zai)滿足(zu)一定的(de)激(ji)發條件時，會(hui)產生表面波、SH波和Lamb波。如果(guo)改(gai)(gai)變(bian)激(ji)勵電信號(hao)頻率滿足(zu)一定公式，則聲波能以(yi)任何輻射角(jiao)θ向工(gong)件內部傾斜輻射。即在(zai)其(qi)它條件不變(bian)的(de)前(qian)提下，只要改(gai)(gai)變(bian)電信號(hao)頻率，就可(ke)以(yi)改(gai)(gai)變(bian)聲的(de)輻射角(jiao)，這(zhe)是EMAT的(de)又一特點。由于(yu)這(zhe)一特點的(de)存(cun)在(zai)，可(ke)以(yi)在(zai)不變(bian)更換能器的(de)情況下，實現波形模式的(de)自(zi)由選擇。  


 3.  適合高溫檢測


  隨(sui)著(zhu)(zhu)國(guo)家在能源、動力(li)企業的投入和(he)發(fa)展，各種(zhong)高(gao)溫(wen)壓力(li)管道(dao)逐漸增多。作(zuo)為特種(zhong)設備的壓力(li)管道(dao)，一(yi)旦出現事故(gu)(gu)，損(sun)失(shi)將非常嚴重。對此，國(guo)家有相關政(zheng)策法規強(qiang)制檢(jian)(jian)測(ce)，以(yi)實現最小(xiao)的事故(gu)(gu)發(fa)生率。這就(jiu)使得高(gao)溫(wen)壓力(li)管道(dao)檢(jian)(jian)測(ce)成(cheng)為一(yi)個(ge)急需解(jie)決(jue)的問(wen)題(ti)。而電(dian)磁(ci)超聲(sheng)正是(shi)解(jie)決(jue)這個(ge)問(wen)題(ti)的最好選擇。電(dian)磁(ci)超聲(sheng)相對于常規超聲(sheng)一(yi)個(ge)最大的優點(dian)就(jiu)是(shi)其(qi)非接觸性。熱體(ti)在空(kong)間輻(fu)射的溫(wen)度場是(shi)按指(zhi)數(shu)衰減的，探(tan)頭離檢(jian)(jian)測(ce)試件表(biao)面每提離一(yi)段(duan)距離，其(qi)探(tan)頭環境溫(wen)度就(jiu)有顯著(zhu)(zhu)的下降(jiang)，所以(yi)，電(dian)磁(ci)超聲(sheng)可(ke)以(yi)用于高(gao)溫(wen)管道(dao)檢(jian)(jian)測(ce)。    


 4. 對被(bei)探工件表面(mian)質量要求不高


  EMAT不(bu)需要(yao)與聲(sheng)波在其中傳播的(de)材料接觸,就可向其發射和接收(shou)返(fan)回的(de)超聲(sheng)波。因此對被探(tan)工(gong)件表(biao)(biao)面不(bu)要(yao)求特殊清理,較(jiao)粗糙(cao)表(biao)(biao)面也可直接探(tan)傷。  


 5. 檢測速度快


  傳統的壓(ya)電超聲的檢(jian)測速度，一般都在10米/分(fen)鐘左右(you)，而(er)EMAT可達(da)到40米/分(fen)鐘，甚(shen)至更快。    


 6. 聲波傳播距離遠


  EMAT在鋼(gang)管或鋼(gang)棒中激(ji)發的(de)超聲波，可以繞工件(jian)傳播(bo)幾(ji)周。在進行鋼(gang)管或鋼(gang)棒的(de)縱向缺陷檢測時(shi)，探(tan)頭與工件(jian)都不用旋(xuan)轉，使探(tan)傷設備的(de)機械結構相對簡單。  


 7. 所用通(tong)道與探頭數量少


  在(zai)實現同樣功能的(de)前(qian)提下，EMAT探傷設備(bei)所用的(de)通(tong)道數(shu)(shu)和(he)探頭(tou)數(shu)(shu)都少于(yu)壓電(dian)超聲。特別在(zai)板材EMAT探傷設備(bei)上就更為明顯，壓電(dian)超聲要(yao)進行板面(mian)的(de)探傷需(xu)要(yao)幾十(shi)個(ge)通(tong)道及探頭(tou)，而(er)EMAT則只需(xu)要(yao)四個(ge)通(tong)道及相應(ying)數(shu)(shu)量(liang)的(de)探頭(tou)就可以(yi)了。    


 8. 發(fa)現(xian)自(zi)然(ran)缺陷的(de)能力強EMAT對于鋼管表面(mian)存在的(de)折疊、重皮、孔洞等不易檢出(chu)的(de)缺陷都能準確發(fa)現(xian)。 



四、電磁超(chao)聲(sheng)的缺點(dian)     


 1. 它的換(huan)能效率要比傳統壓電換(huan)能器低20~40dB。當然(ran)，這個缺點可以用精(jing)心設計與(yu)制造電子發射機與(yu)接收機、換(huan)能器來彌補(bu)。    


 2. 高(gao)頻線(xian)圈與工件間隙不能太大。線(xian)圈從工件表面每提高(gao)一個(ge)繞線(xian)波長的距(ju)離，聲信號幅度就要下(xia)降107dB和96dB。      



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