電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損檢(jian)測(ce)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)磁超聲檢(jian)(jian)測(ce)(ce)作(zuo)為一(yi)(yi)種新(xin)型無(wu)(wu)損(sun)(sun)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)技(ji)術(shu)，應(ying)用領(ling)域(yu)不斷擴展，現已應(ying)用于鐵路鋼軌(gui)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、復合材料檢(jian)(jian)測(ce)(ce)等(deng)領(ling)域(yu)。某廠新(xin)建一(yi)(yi)條大(da)棒(bang)材無(wu)(wu)損(sun)(sun)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)生產線，整(zheng)線的(de)工(gong)藝流(liu)程(cheng)為:上料→矯(jiao)直→拋丸→倒棱→內部檢(jian)(jian)測(ce)(ce)→表面檢(jian)(jian)測(ce)(ce)→分揀→收(shou)集打捆→吊運下線。棒(bang)材的(de)內部檢(jian)(jian)測(ce)(ce)采用的(de)就是電(dian)磁超聲檢(jian)(jian)測(ce)(ce)技(ji)術(shu)。


一、設備結構及功(gong)能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型(xing)電磁超聲檢(jian)測(ce)儀采(cai)用(yong)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)旋轉、棒(bang)(bang)材直線通(tong)過(guo)式的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)方法，主(zhu)要由旋轉探(tan)頭(tou)(tou)(tou)機(ji)構、電氣柜、計算機(ji)控(kong)(kong)制系(xi)統(tong)、操作(zuo)臺、缺陷(xian)標(biao)(biao)記器(qi)、標(biao)(biao)棒(bang)(bang)、去磁裝置等(deng)部分組(zu)成。旋轉探(tan)頭(tou)(tou)(tou)機(ji)構包括(kuo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)架(jia)、探(tan)頭(tou)(tou)(tou)線圈(quan)、永磁鐵、滑靴(xue)、耐磨片等(deng)組(zu)件(jian)(jian)。計算機(ji)控(kong)(kong)制系(xi)統(tong)包括(kuo)硬(ying)件(jian)(jian)與軟件(jian)(jian)，軟件(jian)(jian)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)主(zhu)要是(shi)進行檢(jian)測(ce)參數(shu)的(de)(de)(de)設定，檢(jian)測(ce)結果(guo)(guo)的(de)(de)(de)動態顯示(shi)、存儲(chu)、打印(yin)等(deng)。在軟件(jian)(jian)中(zhong)，A掃(sao)描主(zhu)要是(shi)完成標(biao)(biao)棒(bang)(bang)校(xiao)準時的(de)(de)(de)參數(shu)設置，包括(kuo)位置門(起(qi)點、寬度(du))、報警(jing)門高度(du)、增益值、脈沖(chong)重復頻率、端部檢(jian)測(ce)盲區、檢(jian)測(ce)速(su)度(du)等(deng)參數(shu);C掃(sao)圖用(yong)于逐支顯示(shi)棒(bang)(bang)材的(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)結果(guo)(guo)，包括(kuo)棒(bang)(bang)材的(de)(de)(de)長(chang)度(du)、缺陷(xian)的(de)(de)(de)位置等(deng)。 



二、電磁超聲檢測的(de)基本原(yuan)理 　　


  電(dian)磁(ci)超聲(sheng)檢測(ce)將棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內部(bu)(bu)(bu)劃分(fen)(fen)(fen)為芯(xin)部(bu)(bu)(bu)區域(yu)和(he)亞表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)區域(yu)，利用(yong)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)CF檢測(ce)芯(xin)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)，利用(yong)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)SSF檢測(ce)亞表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)缺陷(xian)。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)CF采用(yong)回形(xing)線(xian)(xian)圈(quan)，當磁(ci)鐵產生的(de)磁(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)垂直(zhi)于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)時，渦流受力(li)(li)方向平行于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)，質點產生與作用(yong)力(li)(li)垂直(zhi)的(de)超聲(sheng)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以檢測(ce)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)芯(xin)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)SSF采用(yong)蛇形(xing)線(xian)(xian)圈(quan)，相鄰兩部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)(fen)繞組的(de)電(dian)流方向相反(fan)，磁(ci)力(li)(li)線(xian)(xian)垂直(zhi)于金屬(shu)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)時，棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內部(bu)(bu)(bu)將產生橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以檢測(ce)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)亞表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)缺陷(xian)。棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)產生的(de)電(dian)磁(ci)超聲(sheng)波(bo)(bo)向棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內部(bu)(bu)(bu)傳播，遇到缺陷(xian)時形(xing)成缺陷(xian)反(fan)射波(bo)(bo)，與棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)底面(mian)(mian)反(fan)射波(bo)(bo)一(yi)起被(bei)電(dian)磁(ci)超聲(sheng)探(tan)(tan)頭(tou)捕(bu)捉，并在回波(bo)(bo)器上(shang)以A掃描波(bo)(bo)形(xing)圖的(de)形(xing)式顯(xian)示(shi)出來，據此可分(fen)(fen)(fen)析缺陷(xian)在棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)內的(de)位置(zhi)和(he)大(da)小。



三、電磁超聲無(wu)損(sun)檢測的(de)優點


  相對(dui)于常規超聲波(bo)檢測，電磁超聲具有(you)以下(xia)優點：    


 1. 非(fei)接觸(chu)檢測，不需要耦(ou)合劑(ji)，可透(tou)過包(bao)覆層(ceng)等(deng)


   EMAT的能量轉(zhuan)換，是在工件(jian)表面的趨膚層內(nei)直接進行(xing)得。因而(er)可將趨膚層看成是壓電晶(jing)片，由于趨膚層是工件(jian)的表面層，所以EMAT產(chan)生的超聲(sheng)波不需(xu)要(yao)任何(he)耦合介質。  


 2. 產生波形形式(shi)多樣，適合做表(biao)面缺陷檢測


  EMAT在檢測的過程中，在滿足一(yi)(yi)定的激發(fa)條件時，會產生表(biao)面波(bo)(bo)、SH波(bo)(bo)和Lamb波(bo)(bo)。如果改變激勵電(dian)信(xin)號(hao)頻率滿足一(yi)(yi)定公式，則聲(sheng)波(bo)(bo)能(neng)以任何輻(fu)射(she)角θ向(xiang)工件內部傾斜輻(fu)射(she)。即在其它(ta)條件不變的前提(ti)下(xia)，只要(yao)改變電(dian)信(xin)號(hao)頻率，就可(ke)(ke)以改變聲(sheng)的輻(fu)射(she)角，這是EMAT的又一(yi)(yi)特點。由于這一(yi)(yi)特點的存(cun)在，可(ke)(ke)以在不變更換能(neng)器的情況下(xia)，實現波(bo)(bo)形模式的自由選擇。  


 3.  適(shi)合高(gao)溫(wen)檢測


  隨著國(guo)家(jia)在(zai)能(neng)源、動力(li)企業的(de)(de)投入和發(fa)展，各(ge)種高(gao)(gao)溫(wen)壓力(li)管(guan)道逐漸增多。作(zuo)為特種設備的(de)(de)壓力(li)管(guan)道，一(yi)旦(dan)出現(xian)事(shi)(shi)故，損失將非常嚴(yan)重。對(dui)(dui)此，國(guo)家(jia)有(you)相關政策法規(gui)強制檢測，以(yi)(yi)實現(xian)最小的(de)(de)事(shi)(shi)故發(fa)生率。這(zhe)就(jiu)使(shi)得高(gao)(gao)溫(wen)壓力(li)管(guan)道檢測成為一(yi)個急需解決(jue)的(de)(de)問(wen)題。而電磁超聲(sheng)(sheng)正(zheng)是(shi)解決(jue)這(zhe)個問(wen)題的(de)(de)最好選擇。電磁超聲(sheng)(sheng)相對(dui)(dui)于(yu)常規(gui)超聲(sheng)(sheng)一(yi)個最大的(de)(de)優點就(jiu)是(shi)其非接(jie)觸性。熱體在(zai)空間輻射(she)的(de)(de)溫(wen)度場是(shi)按指數衰減的(de)(de)，探頭(tou)離(li)檢測試件(jian)表面每提離(li)一(yi)段距離(li)，其探頭(tou)環境溫(wen)度就(jiu)有(you)顯著的(de)(de)下降，所以(yi)(yi)，電磁超聲(sheng)(sheng)可以(yi)(yi)用于(yu)高(gao)(gao)溫(wen)管(guan)道檢測。    


 4. 對被(bei)探工件表面質(zhi)量要求不(bu)高


  EMAT不需(xu)要與(yu)聲波(bo)在(zai)其中傳播的材料接(jie)觸,就可向其發射和接(jie)收返(fan)回的超聲波(bo)。因此對被探(tan)工件表(biao)面不要求(qiu)特(te)殊清(qing)理,較粗糙表(biao)面也可直接(jie)探(tan)傷(shang)。  


 5. 檢測速(su)度快


  傳(chuan)統的(de)壓電超聲的(de)檢(jian)測速度，一般都在10米/分(fen)鐘左右，而EMAT可達到40米/分(fen)鐘，甚至更快。    


 6. 聲波傳播距離遠


  EMAT在鋼管(guan)或鋼棒(bang)中激發的(de)(de)超聲波，可(ke)以繞工件(jian)傳播幾周。在進(jin)行鋼管(guan)或鋼棒(bang)的(de)(de)縱(zong)向缺陷檢測(ce)時，探(tan)頭與工件(jian)都不用旋(xuan)轉，使探(tan)傷(shang)設備(bei)的(de)(de)機(ji)械結構相對簡(jian)單(dan)。  


 7. 所用通道與探頭數量少(shao)


  在實(shi)現同樣功能的前(qian)提下，EMAT探傷設(she)(she)備(bei)所(suo)用的通道數(shu)和探頭數(shu)都少(shao)于壓電超聲(sheng)。特別在板(ban)材EMAT探傷設(she)(she)備(bei)上就更為(wei)明顯(xian)，壓電超聲(sheng)要進行板(ban)面的探傷需(xu)(xu)要幾(ji)十個通道及探頭，而(er)EMAT則只需(xu)(xu)要四個通道及相應(ying)數(shu)量的探頭就可以(yi)了(le)。    


 8. 發現自然缺陷的(de)能力(li)強EMAT對于鋼(gang)管(guan)表面存在的(de)折疊、重皮、孔(kong)洞等不易檢出(chu)的(de)缺陷都能準(zhun)確發現。 



四、電磁超聲的缺點     


 1. 它的換能效率(lv)要比傳統壓電換能器低(di)20~40dB。當(dang)然，這(zhe)個缺點可以用(yong)精(jing)心設計與制造電子(zi)發射機(ji)與接(jie)收機(ji)、換能器來彌補。    


 2. 高頻線圈與(yu)工(gong)件間隙不(bu)能太(tai)大。線圈從工(gong)件表面每提高一個繞(rao)線波長的距離(li)，聲信號(hao)幅(fu)度就(jiu)要下(xia)降107dB和(he)96dB。      



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