電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損(sun)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(wei)(wei)一種新(xin)型無(wu)損檢(jian)測技(ji)術，應(ying)用(yong)(yong)領(ling)域不斷(duan)擴展，現已應(ying)用(yong)(yong)于鐵路鋼(gang)軌檢(jian)測、復合材料(liao)檢(jian)測等領(ling)域。某廠(chang)新(xin)建(jian)一條大棒(bang)材無(wu)損檢(jian)測生(sheng)產線，整線的(de)工藝流(liu)程為(wei)(wei):上(shang)料(liao)→矯直→拋(pao)丸→倒棱→內部檢(jian)測→表面(mian)檢(jian)測→分(fen)揀(jian)→收集打捆(kun)→吊運下(xia)線。棒(bang)材的(de)內部檢(jian)測采(cai)用(yong)(yong)的(de)就是(shi)電磁超聲(sheng)檢(jian)測技(ji)術。
一、設備結構及功能簡述
EMATESTＧBBＧ 220型電磁(ci)超聲檢(jian)(jian)測(ce)儀采用(yong)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)旋(xuan)轉(zhuan)、棒材(cai)直線(xian)通過(guo)式的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)方法(fa)，主(zhu)要由旋(xuan)轉(zhuan)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)機(ji)(ji)(ji)構(gou)、電氣柜、計(ji)算機(ji)(ji)(ji)控制系統、操(cao)作臺、缺(que)陷(xian)(xian)標記(ji)器、標棒、去(qu)磁(ci)裝(zhuang)置(zhi)等部分組成。旋(xuan)轉(zhuan)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)機(ji)(ji)(ji)構(gou)包(bao)括探(tan)(tan)頭(tou)(tou)架(jia)、探(tan)(tan)頭(tou)(tou)線(xian)圈、永磁(ci)鐵、滑靴、耐磨片等組件(jian)(jian)。計(ji)算機(ji)(ji)(ji)控制系統包(bao)括硬件(jian)(jian)與軟件(jian)(jian)，軟件(jian)(jian)的(de)(de)(de)作用(yong)主(zhu)要是進行檢(jian)(jian)測(ce)參(can)數(shu)的(de)(de)(de)設定，檢(jian)(jian)測(ce)結(jie)果(guo)的(de)(de)(de)動態顯示、存儲、打印等。在軟件(jian)(jian)中，A掃描主(zhu)要是完成標棒校準時的(de)(de)(de)參(can)數(shu)設置(zhi)，包(bao)括位置(zhi)門(men)(起點、寬度)、報警門(men)高(gao)度、增(zeng)益值、脈沖重(zhong)復頻(pin)率、端(duan)部檢(jian)(jian)測(ce)盲區、檢(jian)(jian)測(ce)速度等參(can)數(shu);C掃圖(tu)用(yong)于(yu)逐(zhu)支(zhi)顯示棒材(cai)的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)結(jie)果(guo)，包(bao)括棒材(cai)的(de)(de)(de)長度、缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)位置(zhi)等。
二(er)、電磁(ci)超聲(sheng)檢測(ce)的基本原理(li)
電磁超(chao)(chao)聲檢(jian)(jian)(jian)測(ce)將棒(bang)材(cai)(cai)內(nei)部(bu)劃分為(wei)芯部(bu)區(qu)域(yu)和(he)亞(ya)表面(mian)區(qu)域(yu)，利用橫(heng)(heng)波(bo)探頭CF檢(jian)(jian)(jian)測(ce)芯部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)，利用橫(heng)(heng)波(bo)探頭SSF檢(jian)(jian)(jian)測(ce)亞(ya)表面(mian)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。橫(heng)(heng)波(bo)探頭CF采用回(hui)(hui)形(xing)(xing)線圈，當磁鐵產(chan)生(sheng)的(de)磁力(li)(li)線垂(chui)(chui)直于(yu)棒(bang)材(cai)(cai)表面(mian)時，渦流受(shou)力(li)(li)方向(xiang)(xiang)平行(xing)于(yu)棒(bang)材(cai)(cai)表面(mian)，質點(dian)產(chan)生(sheng)與作(zuo)用力(li)(li)垂(chui)(chui)直的(de)超(chao)(chao)聲橫(heng)(heng)波(bo)，以檢(jian)(jian)(jian)測(ce)棒(bang)材(cai)(cai)芯部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。橫(heng)(heng)波(bo)探頭SSF采用蛇形(xing)(xing)線圈，相鄰兩(liang)部(bu)分繞組的(de)電流方向(xiang)(xiang)相反(fan)，磁力(li)(li)線垂(chui)(chui)直于(yu)金(jin)屬表面(mian)時，棒(bang)材(cai)(cai)內(nei)部(bu)將產(chan)生(sheng)橫(heng)(heng)波(bo)，以檢(jian)(jian)(jian)測(ce)棒(bang)材(cai)(cai)亞(ya)表面(mian)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。棒(bang)材(cai)(cai)表面(mian)產(chan)生(sheng)的(de)電磁超(chao)(chao)聲波(bo)向(xiang)(xiang)棒(bang)材(cai)(cai)內(nei)部(bu)傳播，遇到缺(que)陷(xian)(xian)(xian)時形(xing)(xing)成缺(que)陷(xian)(xian)(xian)反(fan)射(she)(she)波(bo)，與棒(bang)材(cai)(cai)底面(mian)反(fan)射(she)(she)波(bo)一(yi)起被(bei)電磁超(chao)(chao)聲探頭捕捉(zhuo)，并在回(hui)(hui)波(bo)器上(shang)以A掃描波(bo)形(xing)(xing)圖的(de)形(xing)(xing)式顯示出(chu)來，據此可分析缺(que)陷(xian)(xian)(xian)在棒(bang)材(cai)(cai)內(nei)的(de)位置和(he)大小。
三、電磁超聲(sheng)無損檢(jian)測的優點
相對于常規超(chao)聲(sheng)波檢(jian)測，電磁(ci)超(chao)聲(sheng)具有以下優(you)點：
1. 非接(jie)觸檢測(ce)，不需(xu)要耦(ou)合劑，可(ke)透過(guo)包覆層(ceng)等
EMAT的(de)能量(liang)轉(zhuan)換，是在工件表面(mian)的(de)趨膚(fu)層(ceng)(ceng)內直(zhi)接進(jin)行得(de)。因而可將趨膚(fu)層(ceng)(ceng)看成(cheng)是壓電晶(jing)片(pian)，由于趨膚(fu)層(ceng)(ceng)是工件的(de)表面(mian)層(ceng)(ceng)，所以EMAT產(chan)生(sheng)的(de)超聲波不(bu)需要任何耦(ou)合(he)介(jie)質。
2. 產(chan)生波形(xing)(xing)形(xing)(xing)式多樣，適合(he)做表面缺陷(xian)檢測
EMAT在(zai)(zai)(zai)檢測的(de)過程中(zhong)，在(zai)(zai)(zai)滿足一定的(de)激(ji)發條件(jian)時，會(hui)產生(sheng)表面波(bo)、SH波(bo)和(he)Lamb波(bo)。如果改變(bian)(bian)激(ji)勵(li)電(dian)信(xin)(xin)號頻率(lv)滿足一定公(gong)式，則聲波(bo)能以(yi)任何(he)輻(fu)射(she)角(jiao)θ向工件(jian)內(nei)部傾斜(xie)輻(fu)射(she)。即在(zai)(zai)(zai)其它條件(jian)不(bu)(bu)變(bian)(bian)的(de)前提下，只要改變(bian)(bian)電(dian)信(xin)(xin)號頻率(lv)，就可以(yi)改變(bian)(bian)聲的(de)輻(fu)射(she)角(jiao)，這是(shi)EMAT的(de)又一特點(dian)。由于這一特點(dian)的(de)存在(zai)(zai)(zai)，可以(yi)在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)變(bian)(bian)更換(huan)能器的(de)情況下，實現波(bo)形模式的(de)自由選(xuan)擇。
3. 適合高溫檢測
隨著國家在(zai)能源、動力(li)企業的(de)(de)投(tou)入和發(fa)(fa)展，各(ge)種高溫(wen)壓力(li)管(guan)道(dao)逐漸(jian)增(zeng)多。作(zuo)為特種設(she)備的(de)(de)壓力(li)管(guan)道(dao)，一(yi)(yi)旦(dan)出現事故(gu)，損失將非常(chang)嚴重。對此(ci)，國家有相(xiang)關政策法規強制檢測，以(yi)實現最小(xiao)的(de)(de)事故(gu)發(fa)(fa)生率(lv)。這就(jiu)使得高溫(wen)壓力(li)管(guan)道(dao)檢測成為一(yi)(yi)個(ge)急(ji)需解(jie)(jie)決(jue)的(de)(de)問(wen)題。而電磁超(chao)聲正是(shi)解(jie)(jie)決(jue)這個(ge)問(wen)題的(de)(de)最好選擇。電磁超(chao)聲相(xiang)對于(yu)常(chang)規超(chao)聲一(yi)(yi)個(ge)最大的(de)(de)優點就(jiu)是(shi)其(qi)(qi)非接觸性。熱體在(zai)空間輻射(she)的(de)(de)溫(wen)度場是(shi)按指數衰(shuai)減的(de)(de)，探頭離(li)(li)檢測試件表面每提離(li)(li)一(yi)(yi)段距(ju)離(li)(li)，其(qi)(qi)探頭環境溫(wen)度就(jiu)有顯著的(de)(de)下降，所(suo)以(yi)，電磁超(chao)聲可以(yi)用于(yu)高溫(wen)管(guan)道(dao)檢測。
4. 對被探工件表面質(zhi)量要求不高
EMAT不需要與聲(sheng)波在其中傳(chuan)播的材(cai)料接(jie)觸,就(jiu)可(ke)向其發射(she)和接(jie)收返回的超聲(sheng)波。因此對被(bei)探(tan)工(gong)件表(biao)面(mian)不要求特殊(shu)清理,較粗(cu)糙表(biao)面(mian)也(ye)可(ke)直(zhi)接(jie)探(tan)傷。
5. 檢(jian)測速度快
傳統的壓電超聲(sheng)的檢測速度，一般都在10米(mi)/分鐘(zhong)左右，而EMAT可(ke)達到40米(mi)/分鐘(zhong)，甚至更(geng)快。
6. 聲波(bo)傳播距離遠
EMAT在鋼(gang)管或(huo)鋼(gang)棒中激發的超(chao)聲波，可以(yi)繞工件傳播幾周(zhou)。在進(jin)行鋼(gang)管或(huo)鋼(gang)棒的縱向缺陷(xian)檢測時，探頭與工件都不用(yong)旋轉，使探傷設備的機械結構相對簡單。
7. 所用通道與探頭數量少(shao)
在實(shi)現(xian)同(tong)樣功能的前提下，EMAT探(tan)傷(shang)設備所用的通(tong)道(dao)數(shu)和探(tan)頭數(shu)都少于壓電超(chao)聲。特別在板材EMAT探(tan)傷(shang)設備上(shang)就(jiu)更為明顯，壓電超(chao)聲要進行板面(mian)的探(tan)傷(shang)需(xu)要幾十個(ge)通(tong)道(dao)及探(tan)頭，而(er)EMAT則只需(xu)要四個(ge)通(tong)道(dao)及相應數(shu)量(liang)的探(tan)頭就(jiu)可以了。
8. 發(fa)現自然缺(que)陷的(de)能(neng)力(li)強EMAT對于鋼管表面存在的(de)折疊、重皮、孔洞等不易檢出(chu)的(de)缺(que)陷都能(neng)準確發(fa)現。
四、電磁超聲的缺(que)點
1. 它的換能(neng)效率要比傳統壓電換能(neng)器(qi)低(di)20~40dB。當然，這個缺點可以用精心設計與制造電子(zi)發射機(ji)與接收機(ji)、換能(neng)器(qi)來彌補。
2. 高頻線圈與工(gong)件(jian)間隙不能太(tai)大。線圈從工(gong)件(jian)表面每提高一個繞線波(bo)長(chang)的距離，聲信號幅度(du)就要下降(jiang)107dB和96dB。
浙江至德鋼業有限公司專業生產不銹(xiu)鋼(gang)管及管道連接配件廠家，倉庫常備不銹鋼管庫存1000余噸及部分不銹鋼法蘭管件（彎頭|三通|大小頭）現貨，常用規格可當天發貨。另可提供各種不銹鋼管切割、拋光、折彎、鉆孔、焊接、車床加工及管道預制件加工等配套服務。
