電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無(wu)損檢測(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(chao)聲(sheng)檢(jian)測(ce)(ce)作為一種新型無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)技術，應(ying)(ying)用領(ling)域不斷擴展，現已應(ying)(ying)用于鐵路鋼軌檢(jian)測(ce)(ce)、復合(he)材料檢(jian)測(ce)(ce)等領(ling)域。某廠新建一條大棒(bang)(bang)材無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)生(sheng)產線，整線的(de)工藝流程為:上料→矯(jiao)直→拋丸→倒棱→內部(bu)檢(jian)測(ce)(ce)→表面檢(jian)測(ce)(ce)→分(fen)揀→收集(ji)打捆→吊運下線。棒(bang)(bang)材的(de)內部(bu)檢(jian)測(ce)(ce)采(cai)用的(de)就是電(dian)磁超(chao)聲(sheng)檢(jian)測(ce)(ce)技術。
一、設備結構及功(gong)能簡述(shu)
EMATESTＧBBＧ 220型電磁(ci)超聲檢(jian)(jian)(jian)測(ce)儀采用探(tan)頭旋(xuan)(xuan)轉、棒(bang)材(cai)直線(xian)通過式的(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)方法，主(zhu)要(yao)由旋(xuan)(xuan)轉探(tan)頭機(ji)構(gou)、電氣柜、計(ji)算(suan)機(ji)控制系(xi)統、操作臺、缺陷標記(ji)器、標棒(bang)、去磁(ci)裝置(zhi)等(deng)部分組成。旋(xuan)(xuan)轉探(tan)頭機(ji)構(gou)包(bao)(bao)括(kuo)探(tan)頭架(jia)、探(tan)頭線(xian)圈(quan)、永磁(ci)鐵(tie)、滑靴、耐(nai)磨片等(deng)組件(jian)。計(ji)算(suan)機(ji)控制系(xi)統包(bao)(bao)括(kuo)硬件(jian)與(yu)軟(ruan)件(jian)，軟(ruan)件(jian)的(de)作用主(zhu)要(yao)是(shi)進行(xing)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)參(can)數的(de)設(she)定，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)結果(guo)的(de)動(dong)態顯(xian)示、存(cun)儲、打印等(deng)。在軟(ruan)件(jian)中，A掃描主(zhu)要(yao)是(shi)完(wan)成標棒(bang)校(xiao)準時的(de)參(can)數設(she)置(zhi)，包(bao)(bao)括(kuo)位置(zhi)門(起(qi)點、寬度)、報警門高(gao)度、增益(yi)值、脈沖重復頻率、端部檢(jian)(jian)(jian)測(ce)盲區(qu)、檢(jian)(jian)(jian)測(ce)速(su)度等(deng)參(can)數;C掃圖用于逐支顯(xian)示棒(bang)材(cai)的(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)結果(guo)，包(bao)(bao)括(kuo)棒(bang)材(cai)的(de)長度、缺陷的(de)位置(zhi)等(deng)。
二、電磁超聲檢測(ce)的基(ji)本(ben)原理(li)
電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)測將棒(bang)材(cai)(cai)(cai)內部(bu)劃分(fen)為芯(xin)部(bu)區(qu)域(yu)和亞(ya)表(biao)(biao)面(mian)(mian)區(qu)域(yu)，利(li)用(yong)(yong)橫(heng)波(bo)探(tan)頭CF檢(jian)(jian)測芯(xin)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)，利(li)用(yong)(yong)橫(heng)波(bo)探(tan)頭SSF檢(jian)(jian)測亞(ya)表(biao)(biao)面(mian)(mian)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)。橫(heng)波(bo)探(tan)頭CF采用(yong)(yong)回(hui)形(xing)線圈，當磁(ci)(ci)鐵產生(sheng)的磁(ci)(ci)力(li)線垂直于(yu)棒(bang)材(cai)(cai)(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)時(shi)，渦流(liu)受力(li)方(fang)向平行于(yu)棒(bang)材(cai)(cai)(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)，質(zhi)點產生(sheng)與作用(yong)(yong)力(li)垂直的超(chao)聲(sheng)橫(heng)波(bo)，以檢(jian)(jian)測棒(bang)材(cai)(cai)(cai)芯(xin)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)。橫(heng)波(bo)探(tan)頭SSF采用(yong)(yong)蛇形(xing)線圈，相鄰(lin)兩部(bu)分(fen)繞組的電(dian)(dian)流(liu)方(fang)向相反(fan)(fan)，磁(ci)(ci)力(li)線垂直于(yu)金屬表(biao)(biao)面(mian)(mian)時(shi)，棒(bang)材(cai)(cai)(cai)內部(bu)將產生(sheng)橫(heng)波(bo)，以檢(jian)(jian)測棒(bang)材(cai)(cai)(cai)亞(ya)表(biao)(biao)面(mian)(mian)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)。棒(bang)材(cai)(cai)(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)產生(sheng)的電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲(sheng)波(bo)向棒(bang)材(cai)(cai)(cai)內部(bu)傳(chuan)播，遇到缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)時(shi)形(xing)成(cheng)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)反(fan)(fan)射(she)波(bo)，與棒(bang)材(cai)(cai)(cai)底面(mian)(mian)反(fan)(fan)射(she)波(bo)一(yi)起(qi)被(bei)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲(sheng)探(tan)頭捕捉，并(bing)在(zai)回(hui)波(bo)器上以A掃描波(bo)形(xing)圖的形(xing)式顯(xian)示出來，據此(ci)可分(fen)析缺(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)在(zai)棒(bang)材(cai)(cai)(cai)內的位置和大小(xiao)。
三、電(dian)磁超聲無(wu)損檢測的(de)優點
相對于常規超(chao)聲波檢測(ce)，電磁超(chao)聲具(ju)有以下優點：
1. 非接觸檢測，不需要耦合(he)劑，可(ke)透過包覆層等
EMAT的能量轉(zhuan)換，是在工(gong)件表面(mian)的趨(qu)(qu)膚(fu)層內直接進行得。因(yin)而可將趨(qu)(qu)膚(fu)層看(kan)成(cheng)是壓電晶片，由(you)于趨(qu)(qu)膚(fu)層是工(gong)件的表面(mian)層，所以EMAT產生的超聲波不需要(yao)任何耦(ou)合介質。
2. 產生波形形式多樣，適合做表面缺陷檢(jian)測
EMAT在(zai)檢測的(de)(de)過(guo)程中(zhong)，在(zai)滿足(zu)一(yi)定的(de)(de)激發條件(jian)時，會產生表面波(bo)(bo)、SH波(bo)(bo)和Lamb波(bo)(bo)。如果改(gai)(gai)(gai)變激勵電信號頻(pin)率滿足(zu)一(yi)定公式，則聲波(bo)(bo)能(neng)以任何輻射角θ向工件(jian)內部傾斜輻射。即在(zai)其它條件(jian)不變的(de)(de)前(qian)提(ti)下，只要(yao)改(gai)(gai)(gai)變電信號頻(pin)率，就可以改(gai)(gai)(gai)變聲的(de)(de)輻射角，這是EMAT的(de)(de)又一(yi)特點(dian)(dian)。由(you)于這一(yi)特點(dian)(dian)的(de)(de)存在(zai)，可以在(zai)不變更換能(neng)器的(de)(de)情況下，實(shi)現波(bo)(bo)形模式的(de)(de)自由(you)選擇(ze)。
3. 適合高(gao)溫(wen)檢測(ce)
隨(sui)著(zhu)國家在(zai)能源、動力企業(ye)的投入和發展，各種高溫(wen)(wen)壓(ya)力管(guan)道(dao)(dao)逐漸(jian)增多。作為(wei)特(te)種設備的壓(ya)力管(guan)道(dao)(dao)，一旦(dan)出現(xian)事故，損失將非(fei)常嚴重。對此，國家有(you)相(xiang)(xiang)關政策(ce)法規(gui)強制(zhi)檢測(ce)，以(yi)實現(xian)最(zui)(zui)小(xiao)的事故發生率。這就使得高溫(wen)(wen)壓(ya)力管(guan)道(dao)(dao)檢測(ce)成為(wei)一個(ge)急需解決的問(wen)題。而電(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲正是(shi)解決這個(ge)問(wen)題的最(zui)(zui)好(hao)選擇。電(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲相(xiang)(xiang)對于常規(gui)超(chao)聲一個(ge)最(zui)(zui)大(da)的優點就是(shi)其非(fei)接觸(chu)性。熱體(ti)在(zai)空(kong)間輻射(she)的溫(wen)(wen)度(du)場是(shi)按指數衰減(jian)的，探頭離檢測(ce)試件(jian)表面每提離一段距離，其探頭環境溫(wen)(wen)度(du)就有(you)顯著(zhu)的下(xia)降(jiang)，所(suo)以(yi)，電(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲可(ke)以(yi)用(yong)于高溫(wen)(wen)管(guan)道(dao)(dao)檢測(ce)。
4. 對被(bei)探工件(jian)表(biao)面質量要(yao)求不高(gao)
EMAT不需要與聲波(bo)在(zai)其中傳播的(de)材料接(jie)觸,就可向其發(fa)射和(he)接(jie)收返回(hui)的(de)超(chao)聲波(bo)。因此對被探工件表(biao)面(mian)不要求(qiu)特殊清(qing)理,較粗(cu)糙表(biao)面(mian)也可直(zhi)接(jie)探傷(shang)。
5. 檢測速度快
傳(chuan)統的壓電超聲的檢測速度，一般都在(zai)10米/分鐘左右，而EMAT可達到40米/分鐘，甚至更快。
6. 聲波傳(chuan)播距離遠
EMAT在鋼(gang)管(guan)或鋼(gang)棒中激發的超聲(sheng)波(bo)，可以(yi)繞(rao)工件傳播幾周。在進行鋼(gang)管(guan)或鋼(gang)棒的縱向缺陷檢測(ce)時，探頭與工件都不用旋轉，使探傷設(she)備的機械結構相對簡單。
7. 所(suo)用通道與探頭數量少
在實現同樣(yang)功能的前提下(xia)，EMAT探(tan)(tan)(tan)傷設備(bei)所用的通道(dao)(dao)(dao)數(shu)和探(tan)(tan)(tan)頭數(shu)都(dou)少(shao)于壓(ya)電(dian)超(chao)聲(sheng)(sheng)。特別在板材(cai)EMAT探(tan)(tan)(tan)傷設備(bei)上就更(geng)為明顯，壓(ya)電(dian)超(chao)聲(sheng)(sheng)要(yao)進行板面(mian)的探(tan)(tan)(tan)傷需要(yao)幾十個通道(dao)(dao)(dao)及探(tan)(tan)(tan)頭，而EMAT則只(zhi)需要(yao)四個通道(dao)(dao)(dao)及相應數(shu)量的探(tan)(tan)(tan)頭就可以(yi)了。
8. 發現(xian)自然缺陷的(de)(de)能力(li)強EMAT對于鋼管(guan)表面存在(zai)的(de)(de)折(zhe)疊、重皮(pi)、孔洞(dong)等不(bu)易檢出的(de)(de)缺陷都能準確發現(xian)。
四、電磁超聲的缺(que)點
1. 它的換(huan)能(neng)效率要(yao)比傳(chuan)統(tong)壓電換(huan)能(neng)器低(di)20~40dB。當然，這個(ge)缺點可以用精心(xin)設計與制造電子發射機與接收機、換(huan)能(neng)器來彌(mi)補。
2. 高(gao)頻(pin)線圈與工件(jian)(jian)間隙不能太大。線圈從工件(jian)(jian)表面每(mei)提高(gao)一個繞線波長的距離，聲信號(hao)幅度就要下降107dB和96dB。
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