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


 電磁超(chao)聲檢(jian)測(ce)(ce)作為一種新型(xing)無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)技(ji)術(shu)，應(ying)(ying)用(yong)領域不斷擴展(zhan)，現已應(ying)(ying)用(yong)于鐵路(lu)鋼軌檢(jian)測(ce)(ce)、復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)檢(jian)測(ce)(ce)等(deng)領域。某廠新建(jian)一條大棒材(cai)(cai)無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)生產線，整線的(de)工藝流(liu)程為:上料(liao)→矯直(zhi)→拋丸→倒棱→內部檢(jian)測(ce)(ce)→表面檢(jian)測(ce)(ce)→分(fen)揀→收集打捆→吊運(yun)下線。棒材(cai)(cai)的(de)內部檢(jian)測(ce)(ce)采用(yong)的(de)就是電磁超(chao)聲檢(jian)測(ce)(ce)技(ji)術(shu)。


一、設(she)備結構及功能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電磁超聲檢(jian)測儀采用探(tan)頭(tou)旋(xuan)轉、棒(bang)材直(zhi)線(xian)通過式的檢(jian)測方法，主要由(you)旋(xuan)轉探(tan)頭(tou)機(ji)構、電氣柜、計算(suan)機(ji)控制(zhi)系統、操作(zuo)臺(tai)、缺(que)陷標記(ji)器、標棒(bang)、去(qu)磁裝置(zhi)等部(bu)分組成。旋(xuan)轉探(tan)頭(tou)機(ji)構包(bao)括探(tan)頭(tou)架、探(tan)頭(tou)線(xian)圈(quan)、永磁鐵、滑靴(xue)、耐磨片(pian)等組件。計算(suan)機(ji)控制(zhi)系統包(bao)括硬件與軟件，軟件的作(zuo)用主要是進行檢(jian)測參(can)(can)數的設定，檢(jian)測結果的動態(tai)顯(xian)示(shi)、存(cun)儲(chu)、打印等。在軟件中，A掃描(miao)主要是完成標棒(bang)校準時的參(can)(can)數設置(zhi)，包(bao)括位置(zhi)門(men)(起點、寬度)、報警門(men)高度、增益值、脈(mo)沖重復頻率、端部(bu)檢(jian)測盲區、檢(jian)測速度等參(can)(can)數;C掃圖(tu)用于逐支顯(xian)示(shi)棒(bang)材的檢(jian)測結果，包(bao)括棒(bang)材的長度、缺(que)陷的位置(zhi)等。 



二(er)、電磁超(chao)聲檢測的基(ji)本原(yuan)理 　　


  電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲檢測(ce)將(jiang)棒(bang)(bang)(bang)材內(nei)(nei)部(bu)(bu)劃(hua)分(fen)(fen)為芯部(bu)(bu)區域(yu)和(he)亞(ya)(ya)表面區域(yu)，利(li)用橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)頭(tou)CF檢測(ce)芯部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)，利(li)用橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)頭(tou)SSF檢測(ce)亞(ya)(ya)表面缺(que)(que)陷(xian)。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)頭(tou)CF采用回形(xing)線(xian)(xian)圈(quan)，當磁(ci)(ci)鐵產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)磁(ci)(ci)力線(xian)(xian)垂直于棒(bang)(bang)(bang)材表面時，渦流受力方向(xiang)(xiang)平行于棒(bang)(bang)(bang)材表面，質點產生(sheng)(sheng)與(yu)作用力垂直的(de)(de)(de)超(chao)聲橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以(yi)檢測(ce)棒(bang)(bang)(bang)材芯部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)頭(tou)SSF采用蛇形(xing)線(xian)(xian)圈(quan)，相鄰兩部(bu)(bu)分(fen)(fen)繞組的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流方向(xiang)(xiang)相反(fan)，磁(ci)(ci)力線(xian)(xian)垂直于金屬(shu)表面時，棒(bang)(bang)(bang)材內(nei)(nei)部(bu)(bu)將(jiang)產生(sheng)(sheng)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以(yi)檢測(ce)棒(bang)(bang)(bang)材亞(ya)(ya)表面缺(que)(que)陷(xian)。棒(bang)(bang)(bang)材表面產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲波(bo)(bo)向(xiang)(xiang)棒(bang)(bang)(bang)材內(nei)(nei)部(bu)(bu)傳播，遇到(dao)缺(que)(que)陷(xian)時形(xing)成缺(que)(que)陷(xian)反(fan)射(she)波(bo)(bo)，與(yu)棒(bang)(bang)(bang)材底面反(fan)射(she)波(bo)(bo)一起(qi)被電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲探(tan)頭(tou)捕捉，并在(zai)回波(bo)(bo)器(qi)上以(yi)A掃描波(bo)(bo)形(xing)圖的(de)(de)(de)形(xing)式顯示(shi)出來，據此可分(fen)(fen)析缺(que)(que)陷(xian)在(zai)棒(bang)(bang)(bang)材內(nei)(nei)的(de)(de)(de)位(wei)置和(he)大小。



三、電磁超聲無損檢測的優點


  相對于常規超聲波檢(jian)測(ce)，電磁超聲具有以下優點(dian)：    


 1. 非接觸檢(jian)測，不(bu)需(xu)要耦合劑，可透過(guo)包覆層等


   EMAT的(de)能(neng)量轉換，是(shi)(shi)在(zai)工件表面的(de)趨(qu)(qu)膚層(ceng)內直(zhi)接(jie)進(jin)行得。因而可將(jiang)趨(qu)(qu)膚層(ceng)看成是(shi)(shi)壓電晶片，由(you)于趨(qu)(qu)膚層(ceng)是(shi)(shi)工件的(de)表面層(ceng)，所以EMAT產生的(de)超聲波不需要(yao)任何耦(ou)合介(jie)質(zhi)。  


 2. 產生波形形式多樣，適合做表面缺(que)陷檢(jian)測


  EMAT在檢測(ce)的(de)(de)過程中，在滿足一定的(de)(de)激(ji)發條件時，會(hui)產生表面波(bo)(bo)、SH波(bo)(bo)和Lamb波(bo)(bo)。如(ru)果改變激(ji)勵電信(xin)號(hao)頻(pin)率滿足一定公式，則聲(sheng)波(bo)(bo)能以(yi)任何(he)輻射角θ向工件內(nei)部傾斜輻射。即在其它條件不(bu)變的(de)(de)前提下(xia)，只要改變電信(xin)號(hao)頻(pin)率，就可以(yi)改變聲(sheng)的(de)(de)輻射角，這是EMAT的(de)(de)又一特點(dian)。由于這一特點(dian)的(de)(de)存在，可以(yi)在不(bu)變更換能器的(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(wen)檢測(ce)


  隨著國(guo)家(jia)在(zai)能源、動力(li)企業的投入和發展，各種高溫(wen)(wen)壓力(li)管道(dao)(dao)逐漸(jian)增多。作為特種設備的壓力(li)管道(dao)(dao)，一(yi)旦出現事故，損失(shi)將非常嚴重。對此，國(guo)家(jia)有(you)相(xiang)關政(zheng)策法規強(qiang)制檢(jian)測，以實(shi)現最小的事故發生率。這(zhe)就(jiu)使得高溫(wen)(wen)壓力(li)管道(dao)(dao)檢(jian)測成為一(yi)個急(ji)需(xu)解(jie)決(jue)的問題。而電(dian)磁超(chao)(chao)聲(sheng)正是(shi)(shi)解(jie)決(jue)這(zhe)個問題的最好選擇。電(dian)磁超(chao)(chao)聲(sheng)相(xiang)對于常規超(chao)(chao)聲(sheng)一(yi)個最大的優點就(jiu)是(shi)(shi)其非接觸性(xing)。熱體在(zai)空間輻射(she)的溫(wen)(wen)度(du)(du)場(chang)是(shi)(shi)按指數衰減的，探頭(tou)離檢(jian)測試件表面(mian)每提離一(yi)段(duan)距離，其探頭(tou)環境(jing)溫(wen)(wen)度(du)(du)就(jiu)有(you)顯著的下降(jiang)，所以，電(dian)磁超(chao)(chao)聲(sheng)可(ke)以用于高溫(wen)(wen)管道(dao)(dao)檢(jian)測。    


 4. 對被探工件(jian)表面質量(liang)要求(qiu)不高


  EMAT不需(xu)要(yao)與聲波在其(qi)中(zhong)傳播的材料(liao)接觸,就可向其(qi)發射和接收返(fan)回的超聲波。因此對被探工件表面不要(yao)求特殊清理,較粗糙(cao)表面也可直接探傷。  


 5. 檢測速(su)度快


  傳統的壓電超聲(sheng)的檢測速度，一般(ban)都在10米/分鐘(zhong)左右，而EMAT可(ke)達(da)到40米/分鐘(zhong)，甚至更快。    


 6. 聲波傳播距離遠


  EMAT在鋼(gang)(gang)管或鋼(gang)(gang)棒(bang)中(zhong)激發的(de)(de)超(chao)聲波(bo)，可(ke)以繞工件傳播(bo)幾周。在進行鋼(gang)(gang)管或鋼(gang)(gang)棒(bang)的(de)(de)縱向(xiang)缺陷檢測時，探頭與工件都(dou)不用(yong)旋轉，使(shi)探傷(shang)設備的(de)(de)機械(xie)結構相對(dui)簡單(dan)。  


 7. 所用通道與(yu)探頭數量少


  在實現同樣(yang)功能的前提下，EMAT探傷(shang)(shang)設(she)備(bei)所(suo)用(yong)的通道數(shu)和探頭(tou)數(shu)都少于壓電(dian)超(chao)聲。特別在板材EMAT探傷(shang)(shang)設(she)備(bei)上就(jiu)更為明顯，壓電(dian)超(chao)聲要(yao)進行板面的探傷(shang)(shang)需(xu)要(yao)幾(ji)十個通道及(ji)探頭(tou)，而EMAT則只需(xu)要(yao)四個通道及(ji)相應數(shu)量的探頭(tou)就(jiu)可(ke)以了。    


 8. 發現(xian)(xian)自然缺(que)陷(xian)的(de)能(neng)(neng)力強EMAT對于鋼管表面存在的(de)折疊、重皮、孔洞等(deng)不易(yi)檢出的(de)缺(que)陷(xian)都能(neng)(neng)準確發現(xian)(xian)。 



四(si)、電磁超聲的(de)缺點     


 1. 它的換(huan)能(neng)(neng)效(xiao)率要(yao)比傳統壓電換(huan)能(neng)(neng)器(qi)低20~40dB。當(dang)然，這個缺點可以用精心設(she)計與制造電子發射機(ji)(ji)與接收機(ji)(ji)、換(huan)能(neng)(neng)器(qi)來彌(mi)補。    


 2. 高頻線(xian)圈與工件間隙(xi)不能太(tai)大。線(xian)圈從工件表(biao)面每(mei)提(ti)高一個繞線(xian)波長的(de)距離，聲信號幅度(du)就要(yao)下降107dB和96dB。      



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