電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損(sun)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(dian)磁(ci)超聲(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)作(zuo)為一種新(xin)型(xing)無(wu)損(sun)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術(shu)，應(ying)用(yong)領域(yu)不(bu)斷擴展，現已應(ying)用(yong)于鐵路鋼軌(gui)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)、復合材料檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)等領域(yu)。某廠新(xin)建(jian)一條大棒材無(wu)損(sun)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)生產線，整線的(de)工藝流程為:上料→矯直→拋丸→倒棱→內部檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)→表(biao)面檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)→分揀→收集打捆→吊運下線。棒材的(de)內部檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)采用(yong)的(de)就是(shi)電(dian)磁(ci)超聲(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術(shu)。
一、設備結構及(ji)功能簡述(shu)
EMATESTＧBBＧ 220型(xing)電磁(ci)超聲(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)儀(yi)采用(yong)探(tan)頭(tou)旋(xuan)轉(zhuan)、棒材(cai)直(zhi)線通過式的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)方法，主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)由旋(xuan)轉(zhuan)探(tan)頭(tou)機(ji)構、電氣(qi)柜、計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)制(zhi)系統(tong)、操作臺、缺陷標記器(qi)、標棒、去磁(ci)裝(zhuang)置(zhi)等(deng)部(bu)分組成(cheng)。旋(xuan)轉(zhuan)探(tan)頭(tou)機(ji)構包括(kuo)探(tan)頭(tou)架、探(tan)頭(tou)線圈、永磁(ci)鐵、滑靴、耐磨片等(deng)組件(jian)。計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)制(zhi)系統(tong)包括(kuo)硬件(jian)與軟(ruan)件(jian)，軟(ruan)件(jian)的(de)(de)(de)作用(yong)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)是(shi)進(jin)行(xing)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)參(can)(can)數的(de)(de)(de)設(she)定，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)結(jie)果(guo)的(de)(de)(de)動態(tai)顯示、存儲、打印等(deng)。在軟(ruan)件(jian)中，A掃描(miao)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)是(shi)完(wan)成(cheng)標棒校準時的(de)(de)(de)參(can)(can)數設(she)置(zhi)，包括(kuo)位(wei)置(zhi)門(起點、寬度(du))、報警門高度(du)、增益值、脈沖重復(fu)頻率(lv)、端(duan)部(bu)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)盲(mang)區、檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)速度(du)等(deng)參(can)(can)數;C掃圖用(yong)于逐支顯示棒材(cai)的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)結(jie)果(guo)，包括(kuo)棒材(cai)的(de)(de)(de)長度(du)、缺陷的(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)等(deng)。
二、電(dian)磁超聲檢(jian)測的(de)基本原理
電磁(ci)超(chao)聲(sheng)(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)將棒(bang)材(cai)(cai)內(nei)部(bu)劃分(fen)為芯(xin)部(bu)區域和亞表面(mian)(mian)(mian)區域，利用(yong)(yong)(yong)(yong)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭CF檢(jian)(jian)測(ce)(ce)芯(xin)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)，利用(yong)(yong)(yong)(yong)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭SSF檢(jian)(jian)測(ce)(ce)亞表面(mian)(mian)(mian)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)。橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭CF采用(yong)(yong)(yong)(yong)回(hui)(hui)形線(xian)圈，當磁(ci)鐵產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)磁(ci)力線(xian)垂(chui)直于(yu)棒(bang)材(cai)(cai)表面(mian)(mian)(mian)時(shi)，渦流受力方(fang)向平行(xing)于(yu)棒(bang)材(cai)(cai)表面(mian)(mian)(mian)，質點產(chan)生(sheng)(sheng)與作用(yong)(yong)(yong)(yong)力垂(chui)直的(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)，以檢(jian)(jian)測(ce)(ce)棒(bang)材(cai)(cai)芯(xin)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)。橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭SSF采用(yong)(yong)(yong)(yong)蛇形線(xian)圈，相鄰兩部(bu)分(fen)繞組的(de)(de)(de)電流方(fang)向相反(fan)(fan)，磁(ci)力線(xian)垂(chui)直于(yu)金屬(shu)表面(mian)(mian)(mian)時(shi)，棒(bang)材(cai)(cai)內(nei)部(bu)將產(chan)生(sheng)(sheng)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)，以檢(jian)(jian)測(ce)(ce)棒(bang)材(cai)(cai)亞表面(mian)(mian)(mian)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)。棒(bang)材(cai)(cai)表面(mian)(mian)(mian)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)電磁(ci)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)向棒(bang)材(cai)(cai)內(nei)部(bu)傳播，遇(yu)到(dao)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)時(shi)形成缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)反(fan)(fan)射(she)波(bo)(bo)(bo)(bo)，與棒(bang)材(cai)(cai)底面(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)射(she)波(bo)(bo)(bo)(bo)一起被電磁(ci)超(chao)聲(sheng)(sheng)探(tan)頭捕捉，并(bing)在(zai)回(hui)(hui)波(bo)(bo)(bo)(bo)器上(shang)以A掃描波(bo)(bo)(bo)(bo)形圖的(de)(de)(de)形式顯示出來(lai)，據此可分(fen)析缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)在(zai)棒(bang)材(cai)(cai)內(nei)的(de)(de)(de)位置和大小。
三(san)、電磁超聲(sheng)無損檢(jian)測的優點(dian)
相對于常規超聲波檢測，電磁超聲具有以下優點：
1. 非接(jie)觸(chu)檢測，不需要耦合(he)劑，可透過包覆層等
EMAT的(de)能量轉換，是在工件(jian)表面的(de)趨(qu)(qu)膚層(ceng)內直接進行得。因(yin)而(er)可將趨(qu)(qu)膚層(ceng)看(kan)成(cheng)是壓電晶片，由于趨(qu)(qu)膚層(ceng)是工件(jian)的(de)表面層(ceng)，所以EMAT產生(sheng)的(de)超(chao)聲波不需(xu)要任何耦合介質。
2. 產生波(bo)形形式(shi)多樣，適合做(zuo)表(biao)面(mian)缺陷檢測(ce)
EMAT在(zai)檢測的(de)(de)過程(cheng)中，在(zai)滿(man)足(zu)一定的(de)(de)激發條件(jian)時，會產生表面波(bo)(bo)(bo)、SH波(bo)(bo)(bo)和Lamb波(bo)(bo)(bo)。如果改變激勵電(dian)(dian)信號(hao)頻率滿(man)足(zu)一定公式，則聲波(bo)(bo)(bo)能(neng)以任何輻(fu)射角θ向工件(jian)內部傾(qing)斜(xie)輻(fu)射。即在(zai)其它條件(jian)不(bu)(bu)變的(de)(de)前提(ti)下，只要改變電(dian)(dian)信號(hao)頻率，就可以改變聲的(de)(de)輻(fu)射角，這是EMAT的(de)(de)又一特點。由(you)于這一特點的(de)(de)存在(zai)，可以在(zai)不(bu)(bu)變更換(huan)能(neng)器的(de)(de)情況下，實現波(bo)(bo)(bo)形模式的(de)(de)自由(you)選擇。
3. 適合高(gao)溫檢(jian)測
隨(sui)著國家在(zai)能(neng)源、動力企業的(de)投入和發(fa)展，各種高溫(wen)(wen)壓力管(guan)道逐漸(jian)增多。作為特種設備(bei)的(de)壓力管(guan)道，一旦出現(xian)事故，損失將非(fei)常嚴(yan)重。對此，國家有相關政策法規強制檢(jian)測(ce)，以實現(xian)最(zui)小的(de)事故發(fa)生(sheng)率。這就使得高溫(wen)(wen)壓力管(guan)道檢(jian)測(ce)成為一個(ge)急需解決的(de)問(wen)題。而電磁超(chao)(chao)聲正(zheng)是解決這個(ge)問(wen)題的(de)最(zui)好選擇。電磁超(chao)(chao)聲相對于(yu)常規超(chao)(chao)聲一個(ge)最(zui)大的(de)優(you)點就是其非(fei)接觸(chu)性。熱體(ti)在(zai)空間輻射的(de)溫(wen)(wen)度(du)場是按(an)指數衰(shuai)減(jian)的(de)，探頭(tou)離檢(jian)測(ce)試(shi)件表(biao)面每提離一段(duan)距(ju)離，其探頭(tou)環境溫(wen)(wen)度(du)就有顯著的(de)下降(jiang)，所以，電磁超(chao)(chao)聲可以用于(yu)高溫(wen)(wen)管(guan)道檢(jian)測(ce)。
4. 對被探工件表面質量要求(qiu)不高
EMAT不(bu)需要(yao)(yao)與聲(sheng)波在(zai)其中傳(chuan)播的材料接(jie)觸,就可(ke)(ke)向其發射和接(jie)收返回的超(chao)聲(sheng)波。因此對被探工件表(biao)面(mian)不(bu)要(yao)(yao)求特殊(shu)清理,較(jiao)粗糙表(biao)面(mian)也可(ke)(ke)直接(jie)探傷。
5. 檢測速(su)度快(kuai)
傳統的(de)壓電超聲的(de)檢測速度，一(yi)般都(dou)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. 聲波傳(chuan)播距離遠
EMAT在(zai)鋼(gang)(gang)管(guan)或鋼(gang)(gang)棒中激發的(de)(de)超聲波(bo)，可以繞工件傳(chuan)播幾周。在(zai)進行鋼(gang)(gang)管(guan)或鋼(gang)(gang)棒的(de)(de)縱向缺陷檢測(ce)時(shi)，探頭與(yu)工件都不用旋轉(zhuan)，使探傷(shang)設備的(de)(de)機械結構(gou)相對簡單。
7. 所用通道與探(tan)頭數量少
在實現同(tong)樣功能的(de)前提下，EMAT探(tan)傷(shang)設備所用的(de)通(tong)(tong)道(dao)數(shu)(shu)和探(tan)頭數(shu)(shu)都少于壓電(dian)超聲。特別在板(ban)材EMAT探(tan)傷(shang)設備上(shang)就(jiu)(jiu)更為明顯，壓電(dian)超聲要(yao)(yao)進行板(ban)面(mian)的(de)探(tan)傷(shang)需(xu)要(yao)(yao)幾十個通(tong)(tong)道(dao)及探(tan)頭，而(er)EMAT則只需(xu)要(yao)(yao)四個通(tong)(tong)道(dao)及相應數(shu)(shu)量的(de)探(tan)頭就(jiu)(jiu)可以(yi)了。
8. 發現自(zi)然缺陷(xian)的能力強EMAT對于鋼管表面(mian)存在的折疊、重皮(pi)、孔洞等不易檢出的缺陷(xian)都(dou)能準確發現。
四、電磁超聲(sheng)的缺點
1. 它的換能效率要比傳統壓(ya)電(dian)換能器低20~40dB。當(dang)然，這個缺點(dian)可(ke)以用精心設計(ji)與制(zhi)造電(dian)子發射(she)機與接(jie)收機、換能器來彌補。
2. 高頻線圈(quan)與(yu)工(gong)(gong)件間隙(xi)不能(neng)太大。線圈(quan)從工(gong)(gong)件表面每提高一個繞線波長(chang)的距離，聲信號(hao)幅度就(jiu)要下降107dB和96dB。
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