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)磁超聲(sheng)檢測(ce)作(zuo)為(wei)一種新型無損(sun)檢測(ce)技(ji)術，應用(yong)領域不斷(duan)擴展，現已應用(yong)于鐵路(lu)鋼軌檢測(ce)、復合材(cai)料檢測(ce)等領域。某(mou)廠新建(jian)一條大(da)棒材(cai)無損(sun)檢測(ce)生產線，整線的(de)工藝(yi)流程(cheng)為(wei):上料→矯直(zhi)→拋丸→倒棱(leng)→內部檢測(ce)→表(biao)面檢測(ce)→分揀→收集打捆→吊運下線。棒材(cai)的(de)內部檢測(ce)采用(yong)的(de)就是電(dian)磁超聲(sheng)檢測(ce)技(ji)術。


一、設(she)備(bei)結構及功(gong)能簡述(shu) 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型(xing)電磁超聲檢(jian)(jian)測(ce)(ce)儀采(cai)用(yong)探(tan)(tan)頭(tou)旋轉、棒(bang)材直線(xian)通過式的檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方法，主要(yao)由旋轉探(tan)(tan)頭(tou)機(ji)(ji)構、電氣柜、計(ji)算(suan)機(ji)(ji)控(kong)制系(xi)統、操作臺、缺(que)陷標(biao)記器、標(biao)棒(bang)、去磁裝(zhuang)置(zhi)等(deng)(deng)部分(fen)組(zu)成。旋轉探(tan)(tan)頭(tou)機(ji)(ji)構包(bao)括(kuo)探(tan)(tan)頭(tou)架(jia)、探(tan)(tan)頭(tou)線(xian)圈、永磁鐵、滑(hua)靴、耐磨片等(deng)(deng)組(zu)件(jian)。計(ji)算(suan)機(ji)(ji)控(kong)制系(xi)統包(bao)括(kuo)硬件(jian)與軟(ruan)件(jian)，軟(ruan)件(jian)的作用(yong)主要(yao)是進行檢(jian)(jian)測(ce)(ce)參數(shu)的設定，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)結(jie)果(guo)的動態顯示(shi)、存儲(chu)、打印等(deng)(deng)。在軟(ruan)件(jian)中，A掃描主要(yao)是完成標(biao)棒(bang)校準時的參數(shu)設置(zhi)，包(bao)括(kuo)位(wei)置(zhi)門(起點、寬(kuan)度(du)(du))、報(bao)警(jing)門高度(du)(du)、增益值、脈(mo)沖重(zhong)復頻(pin)率(lv)、端(duan)部檢(jian)(jian)測(ce)(ce)盲(mang)區、檢(jian)(jian)測(ce)(ce)速度(du)(du)等(deng)(deng)參數(shu);C掃圖用(yong)于逐支顯示(shi)棒(bang)材的檢(jian)(jian)測(ce)(ce)結(jie)果(guo)，包(bao)括(kuo)棒(bang)材的長度(du)(du)、缺(que)陷的位(wei)置(zhi)等(deng)(deng)。 



二、電磁(ci)超聲檢測的基本原理 　　


  電磁(ci)超(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)測將(jiang)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內部(bu)(bu)劃分為(wei)芯部(bu)(bu)區域(yu)和亞(ya)(ya)表(biao)面(mian)(mian)(mian)區域(yu)，利用橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)CF檢(jian)(jian)測芯部(bu)(bu)缺陷(xian)(xian)，利用橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)SSF檢(jian)(jian)測亞(ya)(ya)表(biao)面(mian)(mian)(mian)缺陷(xian)(xian)。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)CF采用回形線(xian)圈，當磁(ci)鐵產生(sheng)的(de)磁(ci)力線(xian)垂直(zhi)(zhi)于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)(mian)時，渦流受(shou)力方(fang)向(xiang)(xiang)平行于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)(mian)，質點產生(sheng)與作用力垂直(zhi)(zhi)的(de)超(chao)聲(sheng)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以(yi)(yi)檢(jian)(jian)測棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)芯部(bu)(bu)缺陷(xian)(xian)。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)SSF采用蛇形線(xian)圈，相鄰(lin)兩部(bu)(bu)分繞組(zu)的(de)電流方(fang)向(xiang)(xiang)相反(fan)，磁(ci)力線(xian)垂直(zhi)(zhi)于金屬表(biao)面(mian)(mian)(mian)時，棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內部(bu)(bu)將(jiang)產生(sheng)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以(yi)(yi)檢(jian)(jian)測棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)亞(ya)(ya)表(biao)面(mian)(mian)(mian)缺陷(xian)(xian)。棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)(mian)產生(sheng)的(de)電磁(ci)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)向(xiang)(xiang)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內部(bu)(bu)傳播，遇到缺陷(xian)(xian)時形成缺陷(xian)(xian)反(fan)射波(bo)(bo)，與棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)底面(mian)(mian)(mian)反(fan)射波(bo)(bo)一起被電磁(ci)超(chao)聲(sheng)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)捕捉，并在回波(bo)(bo)器上以(yi)(yi)A掃描波(bo)(bo)形圖的(de)形式顯示出來，據此可分析缺陷(xian)(xian)在棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內的(de)位置和大小(xiao)。



三(san)、電磁超聲(sheng)無(wu)損檢(jian)測的優(you)點


  相(xiang)對于常規(gui)超(chao)聲(sheng)波檢(jian)測，電磁超(chao)聲(sheng)具有以下優(you)點：    


 1. 非接觸檢(jian)測，不需要耦合劑(ji)，可透過包覆(fu)層等


   EMAT的能量轉換(huan)，是(shi)在工(gong)件表(biao)面的趨(qu)膚層(ceng)內直接進行得。因而可將趨(qu)膚層(ceng)看成是(shi)壓電晶片(pian)，由于趨(qu)膚層(ceng)是(shi)工(gong)件的表(biao)面層(ceng)，所以EMAT產生的超(chao)聲(sheng)波不需要任(ren)何耦合介質。  


 2. 產生波(bo)形(xing)形(xing)式多樣，適合做(zuo)表面(mian)缺陷檢測


  EMAT在(zai)(zai)檢測(ce)的(de)(de)(de)(de)過程中，在(zai)(zai)滿(man)足一定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)激發(fa)條件(jian)時，會產(chan)生(sheng)表面(mian)波、SH波和Lamb波。如果改(gai)變(bian)激勵電信(xin)號(hao)頻率滿(man)足一定(ding)(ding)公式(shi)，則(ze)聲波能(neng)以(yi)任何輻射(she)(she)角θ向工件(jian)內部傾斜輻射(she)(she)。即在(zai)(zai)其它條件(jian)不變(bian)的(de)(de)(de)(de)前提(ti)下，只要(yao)改(gai)變(bian)電信(xin)號(hao)頻率，就(jiu)可以(yi)改(gai)變(bian)聲的(de)(de)(de)(de)輻射(she)(she)角，這是EMAT的(de)(de)(de)(de)又一特點。由(you)于這一特點的(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)，可以(yi)在(zai)(zai)不變(bian)更換能(neng)器的(de)(de)(de)(de)情況下，實(shi)現波形模式(shi)的(de)(de)(de)(de)自由(you)選擇(ze)。  


 3.  適合高溫檢(jian)測


  隨著(zhu)國家(jia)在(zai)能源、動力企業的(de)(de)(de)投入和發展，各種高(gao)溫(wen)壓力管道(dao)逐(zhu)漸增(zeng)多。作為特種設(she)備的(de)(de)(de)壓力管道(dao)，一(yi)(yi)旦(dan)出(chu)現事故，損(sun)失(shi)將非常嚴重。對此，國家(jia)有相關政(zheng)策法(fa)規強制檢測(ce)(ce)，以(yi)實現最小的(de)(de)(de)事故發生(sheng)率。這(zhe)就(jiu)(jiu)使得高(gao)溫(wen)壓力管道(dao)檢測(ce)(ce)成為一(yi)(yi)個急需解決的(de)(de)(de)問題。而(er)電磁(ci)超聲(sheng)正(zheng)是(shi)解決這(zhe)個問題的(de)(de)(de)最好(hao)選(xuan)擇。電磁(ci)超聲(sheng)相對于常規超聲(sheng)一(yi)(yi)個最大的(de)(de)(de)優點就(jiu)(jiu)是(shi)其(qi)非接觸性。熱體(ti)在(zai)空間輻(fu)射的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)場是(shi)按指數衰減的(de)(de)(de)，探頭(tou)離(li)檢測(ce)(ce)試件(jian)表(biao)面每提離(li)一(yi)(yi)段距離(li)，其(qi)探頭(tou)環境(jing)溫(wen)度(du)就(jiu)(jiu)有顯(xian)著(zhu)的(de)(de)(de)下降，所以(yi)，電磁(ci)超聲(sheng)可以(yi)用于高(gao)溫(wen)管道(dao)檢測(ce)(ce)。    


 4. 對被(bei)探工件表面質量(liang)要求(qiu)不高


  EMAT不(bu)需要(yao)與聲波(bo)在其(qi)中傳播(bo)的(de)材(cai)料接(jie)觸,就可(ke)向其(qi)發射和(he)接(jie)收返回的(de)超(chao)聲波(bo)。因此對(dui)被探工件(jian)表面不(bu)要(yao)求特殊清理,較粗糙(cao)表面也可(ke)直接(jie)探傷(shang)。  


 5. 檢測速(su)度快(kuai)


  傳統的壓電超聲的檢測速度，一般都在(zai)10米/分(fen)鐘左右，而EMAT可達到40米/分(fen)鐘，甚(shen)至更快(kuai)。    


 6. 聲波(bo)傳播距離遠


  EMAT在鋼(gang)(gang)管(guan)或鋼(gang)(gang)棒中激(ji)發的超(chao)聲(sheng)波，可以繞(rao)工件(jian)(jian)傳(chuan)播(bo)幾周。在進行(xing)鋼(gang)(gang)管(guan)或鋼(gang)(gang)棒的縱向缺陷檢測時，探(tan)頭與工件(jian)(jian)都不(bu)用旋轉，使(shi)探(tan)傷設備的機(ji)械結構相對(dui)簡(jian)單。  


 7. 所用通道與探頭數(shu)量少


  在實現同樣功能的(de)(de)前提下，EMAT探(tan)傷設備所(suo)用的(de)(de)通道數(shu)和探(tan)頭數(shu)都少(shao)于壓電(dian)超聲(sheng)。特別(bie)在板材(cai)EMAT探(tan)傷設備上就更為(wei)明顯，壓電(dian)超聲(sheng)要進行板面的(de)(de)探(tan)傷需(xu)要幾十(shi)個通道及探(tan)頭，而EMAT則只需(xu)要四個通道及相應數(shu)量的(de)(de)探(tan)頭就可以了。    


 8. 發(fa)現自然缺陷(xian)的(de)能力強EMAT對于鋼管表面存在的(de)折(zhe)疊、重(zhong)皮、孔洞(dong)等不易(yi)檢出的(de)缺陷(xian)都能準(zhun)確發(fa)現。 



四(si)、電(dian)磁超(chao)聲的缺點     


 1. 它的換(huan)能(neng)效率要比傳統壓電換(huan)能(neng)器低20~40dB。當然(ran)，這個缺點可以用精心(xin)設計(ji)與(yu)制造電子發(fa)射機與(yu)接收機、換(huan)能(neng)器來彌補。    


 2. 高(gao)頻線(xian)圈與工(gong)件間隙不能太大(da)。線(xian)圈從工(gong)件表面(mian)每(mei)提高(gao)一個繞線(xian)波長的(de)距離，聲信號(hao)幅度(du)就(jiu)要下(xia)降(jiang)107dB和96dB。      



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