電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損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。        


 電磁超(chao)聲檢(jian)(jian)測(ce)作為一種新(xin)型(xing)無(wu)(wu)損(sun)檢(jian)(jian)測(ce)技術(shu)(shu)，應用(yong)領域不斷擴展(zhan)，現(xian)已應用(yong)于鐵(tie)路鋼軌檢(jian)(jian)測(ce)、復合材料(liao)檢(jian)(jian)測(ce)等領域。某廠新(xin)建一條大棒(bang)材無(wu)(wu)損(sun)檢(jian)(jian)測(ce)生產線，整線的工藝流程為:上料(liao)→矯直→拋丸(wan)→倒棱(leng)→內部檢(jian)(jian)測(ce)→表面檢(jian)(jian)測(ce)→分(fen)揀(jian)→收集打(da)捆→吊運下(xia)線。棒(bang)材的內部檢(jian)(jian)測(ce)采用(yong)的就是電磁超(chao)聲檢(jian)(jian)測(ce)技術(shu)(shu)。


一、設備(bei)結構及功能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電磁(ci)超聲(sheng)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)儀采(cai)用探(tan)頭旋轉(zhuan)、棒(bang)材直(zhi)線(xian)(xian)通過式的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)方法(fa)，主要由(you)旋轉(zhuan)探(tan)頭機(ji)(ji)構、電氣柜(ju)、計(ji)算(suan)機(ji)(ji)控制系統(tong)、操作(zuo)臺(tai)、缺陷(xian)標記(ji)器、標棒(bang)、去磁(ci)裝置(zhi)等(deng)部分(fen)組成。旋轉(zhuan)探(tan)頭機(ji)(ji)構包(bao)括(kuo)探(tan)頭架、探(tan)頭線(xian)(xian)圈(quan)、永磁(ci)鐵、滑靴(xue)、耐磨片等(deng)組件。計(ji)算(suan)機(ji)(ji)控制系統(tong)包(bao)括(kuo)硬件與軟(ruan)件，軟(ruan)件的(de)(de)(de)作(zuo)用主要是(shi)進行檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)參數的(de)(de)(de)設定(ding)，檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)結果的(de)(de)(de)動態顯示、存儲、打(da)印(yin)等(deng)。在軟(ruan)件中，A掃描主要是(shi)完成標棒(bang)校準(zhun)時的(de)(de)(de)參數設置(zhi)，包(bao)括(kuo)位置(zhi)門(起點(dian)、寬度)、報警門高度、增益值、脈沖重復頻率(lv)、端部檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)盲區、檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)速度等(deng)參數;C掃圖用于逐支(zhi)顯示棒(bang)材的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)結果，包(bao)括(kuo)棒(bang)材的(de)(de)(de)長度、缺陷(xian)的(de)(de)(de)位置(zhi)等(deng)。 



二(er)、電(dian)磁超(chao)聲檢測的基本(ben)原理 　　


  電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)(jian)測將(jiang)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)內部(bu)劃分為芯部(bu)區域和亞(ya)表(biao)(biao)面區域，利用(yong)(yong)橫(heng)波(bo)探頭(tou)CF檢(jian)(jian)(jian)測芯部(bu)缺陷，利用(yong)(yong)橫(heng)波(bo)探頭(tou)SSF檢(jian)(jian)(jian)測亞(ya)表(biao)(biao)面缺陷。橫(heng)波(bo)探頭(tou)CF采用(yong)(yong)回形線圈(quan)，當磁(ci)鐵產生(sheng)的磁(ci)力線垂(chui)直于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)表(biao)(biao)面時(shi)，渦(wo)流受(shou)力方向(xiang)平行于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)表(biao)(biao)面，質點(dian)產生(sheng)與(yu)作用(yong)(yong)力垂(chui)直的超(chao)聲(sheng)橫(heng)波(bo)，以(yi)(yi)檢(jian)(jian)(jian)測棒(bang)(bang)(bang)材(cai)芯部(bu)缺陷。橫(heng)波(bo)探頭(tou)SSF采用(yong)(yong)蛇形線圈(quan)，相鄰兩部(bu)分繞組(zu)的電(dian)流方向(xiang)相反(fan)，磁(ci)力線垂(chui)直于金屬(shu)表(biao)(biao)面時(shi)，棒(bang)(bang)(bang)材(cai)內部(bu)將(jiang)產生(sheng)橫(heng)波(bo)，以(yi)(yi)檢(jian)(jian)(jian)測棒(bang)(bang)(bang)材(cai)亞(ya)表(biao)(biao)面缺陷。棒(bang)(bang)(bang)材(cai)表(biao)(biao)面產生(sheng)的電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)波(bo)向(xiang)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)內部(bu)傳播，遇(yu)到缺陷時(shi)形成(cheng)缺陷反(fan)射(she)波(bo)，與(yu)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)底面反(fan)射(she)波(bo)一(yi)起被(bei)電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)探頭(tou)捕捉，并在(zai)回波(bo)器(qi)上以(yi)(yi)A掃(sao)描波(bo)形圖(tu)的形式顯示出來，據此可分析缺陷在(zai)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)內的位置和大小。



三、電磁超(chao)聲無損檢(jian)測的優點


  相對(dui)于常規(gui)超(chao)(chao)聲(sheng)波檢測(ce)，電磁超(chao)(chao)聲(sheng)具有以下優點：    


 1. 非(fei)接觸檢測(ce)，不需要耦合劑(ji)，可透過包覆層等(deng)


   EMAT的能量轉換，是在(zai)工件表(biao)面的趨(qu)(qu)膚(fu)層(ceng)內直接進行得。因而(er)可(ke)將趨(qu)(qu)膚(fu)層(ceng)看成是壓電晶片，由于趨(qu)(qu)膚(fu)層(ceng)是工件的表(biao)面層(ceng)，所以EMAT產生的超聲波不(bu)需要任何耦合介質。  


 2. 產生波形形式多(duo)樣，適(shi)合(he)做表面缺陷(xian)檢(jian)測


  EMAT在(zai)(zai)檢測的(de)(de)過程(cheng)中(zhong)，在(zai)(zai)滿(man)足(zu)一(yi)定(ding)的(de)(de)激發條(tiao)件時，會產生(sheng)表(biao)面波(bo)、SH波(bo)和Lamb波(bo)。如果改變(bian)激勵電(dian)信號頻率滿(man)足(zu)一(yi)定(ding)公式(shi)，則聲波(bo)能(neng)以(yi)任何輻射角(jiao)θ向工件內部(bu)傾斜輻射。即在(zai)(zai)其它條(tiao)件不變(bian)的(de)(de)前提下，只要改變(bian)電(dian)信號頻率，就可以(yi)改變(bian)聲的(de)(de)輻射角(jiao)，這是EMAT的(de)(de)又一(yi)特點。由于(yu)這一(yi)特點的(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)，可以(yi)在(zai)(zai)不變(bian)更換(huan)能(neng)器的(de)(de)情況下，實現波(bo)形模式(shi)的(de)(de)自由選擇。  


 3.  適合高溫檢測


  隨著國家(jia)在(zai)(zai)能源、動(dong)力(li)(li)企業(ye)的(de)(de)(de)投入和(he)發展(zhan)，各種高溫壓(ya)力(li)(li)管道逐漸增(zeng)多。作為(wei)特種設(she)備的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)管道，一(yi)旦出現事故(gu)，損失將非常嚴重。對此(ci)，國家(jia)有相關(guan)政策法規強制檢(jian)測(ce)，以(yi)實現最(zui)(zui)小的(de)(de)(de)事故(gu)發生率。這就使得高溫壓(ya)力(li)(li)管道檢(jian)測(ce)成為(wei)一(yi)個急需解(jie)決(jue)的(de)(de)(de)問(wen)題。而電磁超(chao)聲正(zheng)是解(jie)決(jue)這個問(wen)題的(de)(de)(de)最(zui)(zui)好(hao)選擇。電磁超(chao)聲相對于(yu)常規超(chao)聲一(yi)個最(zui)(zui)大(da)的(de)(de)(de)優點就是其(qi)非接(jie)觸性。熱體在(zai)(zai)空間輻射的(de)(de)(de)溫度場是按指數衰減的(de)(de)(de)，探頭離(li)檢(jian)測(ce)試(shi)件(jian)表面每提離(li)一(yi)段距(ju)離(li)，其(qi)探頭環(huan)境溫度就有顯著的(de)(de)(de)下(xia)降，所以(yi)，電磁超(chao)聲可以(yi)用于(yu)高溫管道檢(jian)測(ce)。    


 4. 對被探工件(jian)表面質量要(yao)求不高


  EMAT不需要(yao)(yao)與(yu)聲波(bo)在其中傳播的(de)材料接觸(chu),就可向其發(fa)射和(he)接收返回(hui)的(de)超聲波(bo)。因此對被探工件(jian)表面不要(yao)(yao)求(qiu)特殊(shu)清理,較(jiao)粗糙表面也可直接探傷。  


 5. 檢測速度快(kuai)


  傳統的(de)壓(ya)電(dian)超聲的(de)檢(jian)測速度(du)，一般都在10米/分(fen)鐘左(zuo)右，而(er)EMAT可達到40米/分(fen)鐘，甚(shen)至更(geng)快。    


 6. 聲波(bo)傳播距離(li)遠


  EMAT在(zai)鋼(gang)管(guan)或(huo)鋼(gang)棒(bang)中激發的(de)超聲波，可以繞工件傳播幾周。在(zai)進行鋼(gang)管(guan)或(huo)鋼(gang)棒(bang)的(de)縱向缺陷檢(jian)測時，探頭與工件都不用旋轉(zhuan)，使探傷設備的(de)機械結構相對簡(jian)單。  


 7. 所用通道與(yu)探(tan)頭數量少


  在實現同樣功能的(de)(de)前提下，EMAT探(tan)(tan)(tan)傷(shang)設備所(suo)用的(de)(de)通道數(shu)和探(tan)(tan)(tan)頭數(shu)都少于壓(ya)電(dian)超聲(sheng)。特別(bie)在板材(cai)EMAT探(tan)(tan)(tan)傷(shang)設備上就更為(wei)明(ming)顯(xian)，壓(ya)電(dian)超聲(sheng)要進(jin)行板面(mian)的(de)(de)探(tan)(tan)(tan)傷(shang)需(xu)要幾十個通道及(ji)(ji)探(tan)(tan)(tan)頭，而EMAT則(ze)只需(xu)要四個通道及(ji)(ji)相應數(shu)量的(de)(de)探(tan)(tan)(tan)頭就可以了。    


 8. 發現(xian)自然缺陷的能力強EMAT對于鋼管表面存在的折疊、重(zhong)皮、孔洞等不(bu)易檢(jian)出的缺陷都能準(zhun)確(que)發現(xian)。 



四、電磁超聲的缺點(dian)     


 1. 它的換能效率(lv)要比傳統(tong)壓電換能器(qi)低20~40dB。當然，這個(ge)缺點可以用精(jing)心設計與(yu)制造電子發射機與(yu)接收機、換能器(qi)來彌補。    


 2. 高(gao)頻線(xian)圈與工(gong)(gong)件間隙不能太大。線(xian)圈從工(gong)(gong)件表面每提高(gao)一個繞(rao)線(xian)波長的(de)距離，聲信號幅度就要下降107dB和96dB。      



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