電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損檢(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(jian)測(ce)(ce)(ce)作(zuo)為(wei)一種新(xin)型無(wu)損檢(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術，應(ying)(ying)用領(ling)域不斷擴展，現已應(ying)(ying)用于鐵路鋼(gang)軌檢(jian)測(ce)(ce)(ce)、復合材料(liao)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)等(deng)領(ling)域。某廠新(xin)建一條大(da)棒材無(wu)損檢(jian)測(ce)(ce)(ce)生產線(xian)，整(zheng)線(xian)的(de)工藝流程為(wei):上料(liao)→矯直→拋丸→倒(dao)棱(leng)→內(nei)部(bu)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)→表面檢(jian)測(ce)(ce)(ce)→分揀(jian)→收集打(da)捆(kun)→吊運下線(xian)。棒材的(de)內(nei)部(bu)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)采用的(de)就是(shi)電(dian)磁超聲(sheng)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術。


一、設備(bei)結構及功能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電磁超(chao)聲檢測(ce)儀采用(yong)探(tan)(tan)(tan)頭旋(xuan)轉(zhuan)、棒材(cai)直線通(tong)過式的檢測(ce)方法(fa)，主要(yao)由旋(xuan)轉(zhuan)探(tan)(tan)(tan)頭機構、電氣(qi)柜(ju)、計算(suan)機控制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)、操作(zuo)臺、缺陷標記器、標棒、去磁裝置等(deng)部分(fen)組(zu)成(cheng)。旋(xuan)轉(zhuan)探(tan)(tan)(tan)頭機構包(bao)括探(tan)(tan)(tan)頭架、探(tan)(tan)(tan)頭線圈(quan)、永磁鐵、滑靴、耐磨片等(deng)組(zu)件。計算(suan)機控制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)包(bao)括硬(ying)件與軟(ruan)件，軟(ruan)件的作(zuo)用(yong)主要(yao)是進行檢測(ce)參數的設定，檢測(ce)結(jie)果的動態顯示、存儲、打印(yin)等(deng)。在軟(ruan)件中，A掃(sao)描主要(yao)是完(wan)成(cheng)標棒校準(zhun)時的參數設置，包(bao)括位置門(men)(起(qi)點、寬(kuan)度(du)(du))、報警門(men)高度(du)(du)、增益值、脈沖重復(fu)頻率、端部檢測(ce)盲區、檢測(ce)速度(du)(du)等(deng)參數;C掃(sao)圖(tu)用(yong)于逐(zhu)支(zhi)顯示棒材(cai)的檢測(ce)結(jie)果，包(bao)括棒材(cai)的長度(du)(du)、缺陷的位置等(deng)。 



二、電磁超聲檢測(ce)的基本原理(li) 　　


  電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲(sheng)檢測(ce)將(jiang)(jiang)棒(bang)材內部劃(hua)分為芯部區(qu)域和(he)亞(ya)(ya)表面(mian)(mian)區(qu)域，利(li)用(yong)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探頭(tou)CF檢測(ce)芯部缺陷，利(li)用(yong)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探頭(tou)SSF檢測(ce)亞(ya)(ya)表面(mian)(mian)缺陷。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探頭(tou)CF采用(yong)回(hui)形(xing)線(xian)圈(quan)，當磁(ci)(ci)鐵產生(sheng)的磁(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)垂(chui)直于棒(bang)材表面(mian)(mian)時，渦流受力(li)(li)方向(xiang)(xiang)平行于棒(bang)材表面(mian)(mian)，質點產生(sheng)與作用(yong)力(li)(li)垂(chui)直的超(chao)聲(sheng)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以檢測(ce)棒(bang)材芯部缺陷。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探頭(tou)SSF采用(yong)蛇形(xing)線(xian)圈(quan)，相鄰(lin)兩部分繞組的電(dian)(dian)流方向(xiang)(xiang)相反(fan)，磁(ci)(ci)力(li)(li)線(xian)垂(chui)直于金(jin)屬表面(mian)(mian)時，棒(bang)材內部將(jiang)(jiang)產生(sheng)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以檢測(ce)棒(bang)材亞(ya)(ya)表面(mian)(mian)缺陷。棒(bang)材表面(mian)(mian)產生(sheng)的電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)向(xiang)(xiang)棒(bang)材內部傳播(bo)，遇(yu)到(dao)缺陷時形(xing)成缺陷反(fan)射波(bo)(bo)，與棒(bang)材底(di)面(mian)(mian)反(fan)射波(bo)(bo)一起被電(dian)(dian)磁(ci)(ci)超(chao)聲(sheng)探頭(tou)捕捉，并(bing)在(zai)回(hui)波(bo)(bo)器上以A掃描波(bo)(bo)形(xing)圖的形(xing)式顯示出來，據(ju)此可分析缺陷在(zai)棒(bang)材內的位置(zhi)和(he)大小。



三、電(dian)磁(ci)超聲無(wu)損(sun)檢測的優點


  相對于常規超聲波檢測(ce)，電磁(ci)超聲具有以下優點：    


 1. 非接觸檢(jian)測，不需要耦(ou)合(he)劑，可透過(guo)包覆(fu)層等


   EMAT的能量轉換，是在工件(jian)表面的趨膚層(ceng)(ceng)內直接進行得(de)。因而(er)可將趨膚層(ceng)(ceng)看成是壓電晶片，由于趨膚層(ceng)(ceng)是工件(jian)的表面層(ceng)(ceng)，所以EMAT產生的超(chao)聲波不需要任何耦合介質。  


 2. 產生波形形式多樣，適(shi)合做(zuo)表面缺陷檢測


  EMAT在(zai)(zai)檢測的(de)(de)過程中，在(zai)(zai)滿(man)足(zu)一(yi)定(ding)的(de)(de)激發條(tiao)件(jian)時，會產生表(biao)面波、SH波和(he)Lamb波。如果改(gai)變(bian)激勵電(dian)信(xin)號頻率滿(man)足(zu)一(yi)定(ding)公(gong)式，則聲(sheng)波能(neng)(neng)以(yi)任何輻(fu)(fu)射角(jiao)θ向工件(jian)內部傾斜(xie)輻(fu)(fu)射。即在(zai)(zai)其它條(tiao)件(jian)不變(bian)的(de)(de)前(qian)提下(xia)，只要(yao)改(gai)變(bian)電(dian)信(xin)號頻率，就可(ke)以(yi)改(gai)變(bian)聲(sheng)的(de)(de)輻(fu)(fu)射角(jiao)，這(zhe)(zhe)是EMAT的(de)(de)又一(yi)特(te)點。由于這(zhe)(zhe)一(yi)特(te)點的(de)(de)存在(zai)(zai)，可(ke)以(yi)在(zai)(zai)不變(bian)更換能(neng)(neng)器的(de)(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，實(shi)現波形(xing)模式的(de)(de)自(zi)由選(xuan)擇。  


 3.  適(shi)合高溫檢測


  隨著國(guo)家在能(neng)源、動力(li)企業(ye)的(de)(de)投入(ru)和(he)發展，各種高(gao)(gao)溫(wen)壓(ya)力(li)管(guan)道(dao)逐漸增多。作(zuo)為特(te)種設備的(de)(de)壓(ya)力(li)管(guan)道(dao)，一旦出現(xian)事故，損失將非常(chang)嚴重。對此，國(guo)家有(you)相(xiang)關政策(ce)法(fa)規強制(zhi)檢測(ce)(ce)(ce)，以實現(xian)最小(xiao)的(de)(de)事故發生率。這就使得高(gao)(gao)溫(wen)壓(ya)力(li)管(guan)道(dao)檢測(ce)(ce)(ce)成為一個(ge)急需解決的(de)(de)問題(ti)(ti)。而電(dian)磁超(chao)聲正(zheng)是(shi)解決這個(ge)問題(ti)(ti)的(de)(de)最好選擇。電(dian)磁超(chao)聲相(xiang)對于(yu)常(chang)規超(chao)聲一個(ge)最大的(de)(de)優(you)點就是(shi)其非接觸性(xing)。熱(re)體在空間輻射(she)的(de)(de)溫(wen)度場(chang)是(shi)按(an)指數(shu)衰減的(de)(de)，探頭離檢測(ce)(ce)(ce)試件表面每提離一段距離，其探頭環境溫(wen)度就有(you)顯著的(de)(de)下(xia)降，所以，電(dian)磁超(chao)聲可以用于(yu)高(gao)(gao)溫(wen)管(guan)道(dao)檢測(ce)(ce)(ce)。    


 4. 對(dui)被探工件表面質(zhi)量要求不高


  EMAT不需要與聲波(bo)在(zai)其中傳播的(de)材(cai)料(liao)接(jie)觸(chu),就可向其發(fa)射和接(jie)收返回的(de)超聲波(bo)。因此(ci)對被(bei)探(tan)工件表面不要求特(te)殊清理,較粗糙表面也可直接(jie)探(tan)傷。  


 5. 檢測速度快


  傳統的(de)壓(ya)電超聲的(de)檢測(ce)速(su)度(du)，一般(ban)都(dou)在(zai)10米/分鐘(zhong)左(zuo)右，而EMAT可達到40米/分鐘(zhong)，甚至(zhi)更快(kuai)。    


 6. 聲波傳播距離遠(yuan)


  EMAT在鋼(gang)管或(huo)鋼(gang)棒中激發的(de)超聲(sheng)波，可以(yi)繞(rao)工(gong)件傳(chuan)播幾周。在進行鋼(gang)管或(huo)鋼(gang)棒的(de)縱向缺陷檢測(ce)時，探頭與工(gong)件都(dou)不用(yong)旋轉，使探傷設備(bei)的(de)機械結構相對簡單。  


 7. 所用通道與探頭(tou)數量少


  在實現(xian)同樣功能(neng)的(de)前提(ti)下(xia)，EMAT探(tan)傷(shang)設備所用的(de)通(tong)道(dao)數(shu)和(he)探(tan)頭數(shu)都少于壓電超(chao)聲(sheng)。特別在板材(cai)EMAT探(tan)傷(shang)設備上就(jiu)更為明顯，壓電超(chao)聲(sheng)要進行(xing)板面的(de)探(tan)傷(shang)需要幾十個(ge)通(tong)道(dao)及(ji)探(tan)頭，而EMAT則只需要四個(ge)通(tong)道(dao)及(ji)相應數(shu)量的(de)探(tan)頭就(jiu)可以了。    


 8. 發(fa)(fa)現(xian)自然缺陷的能(neng)力強EMAT對于鋼管表面存在(zai)的折疊、重皮、孔洞等(deng)不易檢(jian)出的缺陷都(dou)能(neng)準確發(fa)(fa)現(xian)。 



四(si)、電磁超聲的缺點     


 1. 它的換(huan)(huan)能效率要比傳統壓電(dian)換(huan)(huan)能器(qi)低20~40dB。當然，這個缺點可(ke)以用精(jing)心設計與制造電(dian)子發射(she)機(ji)與接收機(ji)、換(huan)(huan)能器(qi)來彌補。    


 2. 高(gao)頻(pin)線(xian)(xian)圈與工(gong)件間隙(xi)不能太大。線(xian)(xian)圈從工(gong)件表面每提高(gao)一個(ge)繞線(xian)(xian)波長的距離，聲信號(hao)幅度就要(yao)下降107dB和(he)96dB。      



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