電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無(wu)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(ci)超(chao)聲檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)作(zuo)為(wei)一種新型無(wu)損檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)技術(shu)，應用領(ling)域不斷(duan)擴展，現已(yi)應用于鐵路鋼軌(gui)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)、復合(he)材(cai)料檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)等(deng)領(ling)域。某廠新建一條(tiao)大棒材(cai)無(wu)損檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)生產線(xian)，整線(xian)的(de)(de)(de)工藝流程為(wei):上料→矯(jiao)直→拋丸(wan)→倒(dao)棱→內部(bu)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)→表面檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)→分揀(jian)→收集打捆→吊(diao)運下線(xian)。棒材(cai)的(de)(de)(de)內部(bu)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)采(cai)用的(de)(de)(de)就(jiu)是電磁(ci)超(chao)聲檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)技術(shu)。


一(yi)、設備結構及功能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電磁超聲檢(jian)(jian)測儀采(cai)用(yong)探頭旋轉(zhuan)、棒(bang)材直(zhi)線(xian)通(tong)過(guo)式的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測方法，主要由旋轉(zhuan)探頭機(ji)(ji)構、電氣柜(ju)、計算(suan)機(ji)(ji)控(kong)制(zhi)系統、操作(zuo)臺、缺陷標(biao)(biao)記器、標(biao)(biao)棒(bang)、去磁裝置(zhi)(zhi)等部分組成(cheng)。旋轉(zhuan)探頭機(ji)(ji)構包(bao)括(kuo)探頭架、探頭線(xian)圈、永磁鐵、滑靴、耐磨片等組件(jian)。計算(suan)機(ji)(ji)控(kong)制(zhi)系統包(bao)括(kuo)硬件(jian)與軟件(jian)，軟件(jian)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)主要是進行檢(jian)(jian)測參數(shu)(shu)的(de)(de)(de)設(she)定，檢(jian)(jian)測結果(guo)的(de)(de)(de)動態顯示(shi)(shi)、存(cun)儲(chu)、打印等。在軟件(jian)中，A掃描主要是完成(cheng)標(biao)(biao)棒(bang)校(xiao)準時的(de)(de)(de)參數(shu)(shu)設(she)置(zhi)(zhi)，包(bao)括(kuo)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)門(起點、寬(kuan)度(du))、報(bao)警門高度(du)、增(zeng)益值(zhi)、脈沖重復頻率、端(duan)部檢(jian)(jian)測盲(mang)區、檢(jian)(jian)測速(su)度(du)等參數(shu)(shu);C掃圖用(yong)于(yu)逐支(zhi)顯示(shi)(shi)棒(bang)材的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測結果(guo)，包(bao)括(kuo)棒(bang)材的(de)(de)(de)長(chang)度(du)、缺陷的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)等。 



二、電磁(ci)超(chao)聲(sheng)檢(jian)測(ce)的基本原理 　　


  電(dian)磁超(chao)聲檢(jian)測(ce)(ce)將(jiang)棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材內(nei)(nei)部劃(hua)分為芯部區域(yu)和亞(ya)表(biao)(biao)面(mian)區域(yu)，利(li)(li)用(yong)(yong)橫(heng)波(bo)探(tan)(tan)頭CF檢(jian)測(ce)(ce)芯部缺(que)陷(xian)，利(li)(li)用(yong)(yong)橫(heng)波(bo)探(tan)(tan)頭SSF檢(jian)測(ce)(ce)亞(ya)表(biao)(biao)面(mian)缺(que)陷(xian)。橫(heng)波(bo)探(tan)(tan)頭CF采用(yong)(yong)回形(xing)線(xian)圈，當磁鐵(tie)產生的(de)(de)磁力(li)(li)(li)線(xian)垂直于棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材表(biao)(biao)面(mian)時(shi)，渦流(liu)受力(li)(li)(li)方向平行于棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材表(biao)(biao)面(mian)，質點產生與(yu)作用(yong)(yong)力(li)(li)(li)垂直的(de)(de)超(chao)聲橫(heng)波(bo)，以(yi)檢(jian)測(ce)(ce)棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材芯部缺(que)陷(xian)。橫(heng)波(bo)探(tan)(tan)頭SSF采用(yong)(yong)蛇形(xing)線(xian)圈，相鄰兩部分繞(rao)組的(de)(de)電(dian)流(liu)方向相反(fan)，磁力(li)(li)(li)線(xian)垂直于金屬表(biao)(biao)面(mian)時(shi)，棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材內(nei)(nei)部將(jiang)產生橫(heng)波(bo)，以(yi)檢(jian)測(ce)(ce)棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材亞(ya)表(biao)(biao)面(mian)缺(que)陷(xian)。棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材表(biao)(biao)面(mian)產生的(de)(de)電(dian)磁超(chao)聲波(bo)向棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材內(nei)(nei)部傳播，遇到缺(que)陷(xian)時(shi)形(xing)成缺(que)陷(xian)反(fan)射(she)波(bo)，與(yu)棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材底面(mian)反(fan)射(she)波(bo)一起(qi)被電(dian)磁超(chao)聲探(tan)(tan)頭捕捉，并在回波(bo)器上以(yi)A掃(sao)描波(bo)形(xing)圖的(de)(de)形(xing)式顯示出來(lai)，據(ju)此可分析缺(que)陷(xian)在棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)材內(nei)(nei)的(de)(de)位置和大小(xiao)。



三、電磁超聲無損檢測的優點


  相對于常規超聲(sheng)波檢測，電磁超聲(sheng)具有以(yi)下優(you)點：    


 1. 非接觸(chu)檢測(ce)，不需要耦合(he)劑，可透(tou)過包覆層等


   EMAT的(de)(de)能量轉換，是在工(gong)件表面的(de)(de)趨膚層(ceng)內直(zhi)接進行得。因(yin)而可將趨膚層(ceng)看成是壓電晶片，由于趨膚層(ceng)是工(gong)件的(de)(de)表面層(ceng)，所以EMAT產生(sheng)的(de)(de)超聲波不需要任何耦合介質。  


 2. 產生波形(xing)形(xing)式多樣，適合做表面缺陷檢測(ce)


  EMAT在(zai)檢測的(de)(de)過程中，在(zai)滿(man)足(zu)一定(ding)(ding)的(de)(de)激(ji)發條件(jian)時(shi)，會產生表(biao)面(mian)波(bo)(bo)、SH波(bo)(bo)和Lamb波(bo)(bo)。如果改變(bian)(bian)激(ji)勵電信(xin)號(hao)頻率滿(man)足(zu)一定(ding)(ding)公式，則聲波(bo)(bo)能(neng)以任何(he)輻射(she)(she)角θ向工件(jian)內部傾(qing)斜輻射(she)(she)。即(ji)在(zai)其它(ta)條件(jian)不變(bian)(bian)的(de)(de)前(qian)提下(xia)，只要(yao)改變(bian)(bian)電信(xin)號(hao)頻率，就(jiu)可以改變(bian)(bian)聲的(de)(de)輻射(she)(she)角，這是EMAT的(de)(de)又一特點(dian)(dian)。由于(yu)這一特點(dian)(dian)的(de)(de)存(cun)在(zai)，可以在(zai)不變(bian)(bian)更換能(neng)器的(de)(de)情況下(xia)，實現波(bo)(bo)形模(mo)式的(de)(de)自由選擇。  


 3.  適合高溫檢測


  隨著(zhu)(zhu)國(guo)家在(zai)能源、動力企業(ye)的(de)(de)投入和發展，各種(zhong)高溫(wen)(wen)壓(ya)力管道逐漸增多。作為特種(zhong)設備的(de)(de)壓(ya)力管道，一旦(dan)出(chu)現事故(gu)(gu)，損失將非常嚴(yan)重。對此，國(guo)家有相(xiang)(xiang)關政策法規強(qiang)制檢測(ce)，以(yi)實現最小的(de)(de)事故(gu)(gu)發生率。這(zhe)就(jiu)使得(de)高溫(wen)(wen)壓(ya)力管道檢測(ce)成為一個(ge)(ge)(ge)急需解決的(de)(de)問題(ti)(ti)。而電磁(ci)超(chao)聲正是解決這(zhe)個(ge)(ge)(ge)問題(ti)(ti)的(de)(de)最好選擇。電磁(ci)超(chao)聲相(xiang)(xiang)對于常規超(chao)聲一個(ge)(ge)(ge)最大的(de)(de)優(you)點就(jiu)是其(qi)非接(jie)觸性。熱(re)體在(zai)空間輻射(she)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)場是按指數(shu)衰(shuai)減的(de)(de)，探頭(tou)(tou)離(li)檢測(ce)試件表面每提(ti)離(li)一段(duan)距離(li)，其(qi)探頭(tou)(tou)環境(jing)溫(wen)(wen)度(du)就(jiu)有顯著(zhu)(zhu)的(de)(de)下降，所以(yi)，電磁(ci)超(chao)聲可以(yi)用于高溫(wen)(wen)管道檢測(ce)。    


 4. 對被探工件表面質量要求不(bu)高


  EMAT不需(xu)要(yao)與(yu)聲波在其中(zhong)傳播的材料(liao)接觸(chu),就(jiu)可向其發射和接收返回的超(chao)聲波。因此對被探(tan)工件表(biao)面不要(yao)求特殊清理,較粗糙表(biao)面也(ye)可直接探(tan)傷。  


 5. 檢測速(su)度快


  傳統的壓電超聲的檢(jian)測速度(du)，一般都(dou)在(zai)10米(mi)/分鐘左右，而EMAT可達到(dao)40米(mi)/分鐘，甚至(zhi)更快。    


 6. 聲波傳播(bo)距離遠


  EMAT在鋼(gang)(gang)管或鋼(gang)(gang)棒(bang)中(zhong)激發的(de)(de)超聲(sheng)波，可以繞工件(jian)傳播幾周(zhou)。在進行(xing)鋼(gang)(gang)管或鋼(gang)(gang)棒(bang)的(de)(de)縱向缺陷(xian)檢測(ce)時，探(tan)頭與工件(jian)都不(bu)用(yong)旋轉，使探(tan)傷設備的(de)(de)機械結構(gou)相對(dui)簡單。  


 7. 所(suo)用通(tong)道(dao)與(yu)探頭(tou)數量少


  在實現同樣(yang)功能的(de)前(qian)提下，EMAT探(tan)傷(shang)設備所(suo)用的(de)通(tong)道數(shu)和探(tan)頭數(shu)都(dou)少于(yu)壓電超(chao)聲。特別在板材EMAT探(tan)傷(shang)設備上就(jiu)更(geng)為明(ming)顯，壓電超(chao)聲要(yao)進行板面的(de)探(tan)傷(shang)需(xu)要(yao)幾十(shi)個通(tong)道及探(tan)頭，而EMAT則只需(xu)要(yao)四個通(tong)道及相(xiang)應數(shu)量的(de)探(tan)頭就(jiu)可以了。    


 8. 發現自然缺陷(xian)的(de)能(neng)(neng)力強EMAT對于鋼管表面(mian)存在的(de)折疊、重皮、孔(kong)洞等不易(yi)檢(jian)出的(de)缺陷(xian)都(dou)能(neng)(neng)準確發現。 



四、電(dian)磁超(chao)聲的缺點     


 1. 它(ta)的換能(neng)效率要(yao)比傳(chuan)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(zhi)造電子發射機與接(jie)收機、換能(neng)器(qi)來彌(mi)補(bu)。    


 2. 高頻線圈與工(gong)件間隙不(bu)能(neng)太大(da)。線圈從工(gong)件表面每提高一個繞線波長的距離(li)，聲信號(hao)幅度就要下降107dB和(he)96dB。      



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