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(dian)磁(ci)超聲檢(jian)測(ce)(ce)作為(wei)一種(zhong)新(xin)型無(wu)損檢(jian)測(ce)(ce)技(ji)術，應用領(ling)域(yu)不斷擴(kuo)展，現已應用于鐵(tie)路鋼軌檢(jian)測(ce)(ce)、復合材(cai)料檢(jian)測(ce)(ce)等領(ling)域(yu)。某廠新(xin)建(jian)一條大棒材(cai)無(wu)損檢(jian)測(ce)(ce)生(sheng)產線，整線的(de)工藝流程(cheng)為(wei):上料→矯直→拋(pao)丸→倒棱→內部檢(jian)測(ce)(ce)→表面檢(jian)測(ce)(ce)→分揀→收集打捆→吊運下線。棒材(cai)的(de)內部檢(jian)測(ce)(ce)采用的(de)就是電(dian)磁(ci)超聲檢(jian)測(ce)(ce)技(ji)術。


一、設備結(jie)構及功能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電磁(ci)(ci)超聲檢測(ce)(ce)儀采(cai)用探頭旋轉、棒(bang)材(cai)直線通過式的(de)檢測(ce)(ce)方(fang)法，主(zhu)要由旋轉探頭機構、電氣柜、計(ji)算(suan)機控制系(xi)統(tong)、操作臺(tai)、缺陷(xian)標(biao)記器、標(biao)棒(bang)、去磁(ci)(ci)裝置(zhi)等部分組(zu)成(cheng)。旋轉探頭機構包括探頭架、探頭線圈、永磁(ci)(ci)鐵、滑靴、耐(nai)磨片等組(zu)件(jian)(jian)。計(ji)算(suan)機控制系(xi)統(tong)包括硬件(jian)(jian)與(yu)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)，軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)的(de)作用主(zhu)要是進(jin)行檢測(ce)(ce)參(can)數的(de)設(she)定，檢測(ce)(ce)結果(guo)的(de)動態顯(xian)示(shi)、存儲、打印等。在軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)中，A掃描主(zhu)要是完成(cheng)標(biao)棒(bang)校準時的(de)參(can)數設(she)置(zhi)，包括位(wei)置(zhi)門(起點、寬(kuan)度(du)(du)(du))、報警門高度(du)(du)(du)、增益(yi)值(zhi)、脈沖重復頻(pin)率、端部檢測(ce)(ce)盲區、檢測(ce)(ce)速(su)度(du)(du)(du)等參(can)數;C掃圖用于逐支顯(xian)示(shi)棒(bang)材(cai)的(de)檢測(ce)(ce)結果(guo)，包括棒(bang)材(cai)的(de)長度(du)(du)(du)、缺陷(xian)的(de)位(wei)置(zhi)等。 



二、電磁(ci)超(chao)聲檢測的基本(ben)原(yuan)理 　　


  電磁(ci)超(chao)(chao)聲檢(jian)測將棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)內部(bu)劃分(fen)為芯部(bu)區域和亞表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)區域，利用(yong)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)頭CF檢(jian)測芯部(bu)缺(que)陷，利用(yong)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)頭SSF檢(jian)測亞表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)缺(que)陷。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)頭CF采用(yong)回形線(xian)圈(quan)，當磁(ci)鐵產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)力線(xian)垂直(zhi)于棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)時，渦(wo)流受力方向平行于棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)，質點產(chan)生(sheng)與作用(yong)力垂直(zhi)的(de)超(chao)(chao)聲橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以檢(jian)測棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)芯部(bu)缺(que)陷。橫(heng)(heng)波(bo)(bo)探(tan)頭SSF采用(yong)蛇形線(xian)圈(quan)，相鄰兩(liang)部(bu)分(fen)繞組的(de)電流方向相反，磁(ci)力線(xian)垂直(zhi)于金屬表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)時，棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)內部(bu)將產(chan)生(sheng)橫(heng)(heng)波(bo)(bo)，以檢(jian)測棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)亞表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)缺(que)陷。棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)產(chan)生(sheng)的(de)電磁(ci)超(chao)(chao)聲波(bo)(bo)向棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)內部(bu)傳(chuan)播，遇到缺(que)陷時形成缺(que)陷反射波(bo)(bo)，與棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)底面(mian)(mian)反射波(bo)(bo)一起被(bei)電磁(ci)超(chao)(chao)聲探(tan)頭捕捉，并在(zai)回波(bo)(bo)器上(shang)以A掃描波(bo)(bo)形圖的(de)形式顯示出來，據此可分(fen)析缺(que)陷在(zai)棒(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)內的(de)位置和大小。



三(san)、電磁超聲無損(sun)檢測的(de)優點


  相對于常規超聲波檢測，電磁超聲具有(you)以(yi)下優點：    


 1. 非(fei)接觸檢測，不需要耦(ou)合劑，可透(tou)過(guo)包覆層等(deng)


   EMAT的(de)(de)(de)能量轉換，是(shi)(shi)在工件表面(mian)的(de)(de)(de)趨膚(fu)層內直接進行得。因而可將趨膚(fu)層看成(cheng)是(shi)(shi)壓(ya)電晶片，由(you)于趨膚(fu)層是(shi)(shi)工件的(de)(de)(de)表面(mian)層，所以EMAT產生的(de)(de)(de)超聲波不需要任(ren)何耦合介質。  


 2. 產生波形形式多樣(yang)，適合(he)做(zuo)表面缺陷檢測(ce)


  EMAT在(zai)檢測的(de)(de)過(guo)程中(zhong)，在(zai)滿足一定的(de)(de)激發條(tiao)(tiao)件(jian)時，會產生表(biao)面波、SH波和Lamb波。如果(guo)改(gai)變(bian)(bian)(bian)激勵電信(xin)(xin)號頻(pin)率(lv)滿足一定公(gong)式，則(ze)聲波能以任何(he)輻射(she)角θ向(xiang)工件(jian)內部傾斜輻射(she)。即在(zai)其它條(tiao)(tiao)件(jian)不變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)前提下(xia)，只要改(gai)變(bian)(bian)(bian)電信(xin)(xin)號頻(pin)率(lv)，就可以改(gai)變(bian)(bian)(bian)聲的(de)(de)輻射(she)角，這(zhe)是EMAT的(de)(de)又一特點。由(you)于這(zhe)一特點的(de)(de)存在(zai)，可以在(zai)不變(bian)(bian)(bian)更換能器的(de)(de)情況下(xia)，實現波形模(mo)式的(de)(de)自由(you)選擇。  


 3.  適合高溫檢測(ce)


  隨著(zhu)國(guo)家在(zai)能源、動力(li)企(qi)業的(de)(de)(de)投入和發展(zhan)，各種高(gao)溫壓力(li)管(guan)(guan)道逐漸(jian)增多(duo)。作為特種設備的(de)(de)(de)壓力(li)管(guan)(guan)道，一(yi)旦出(chu)現事故，損(sun)失將非常(chang)嚴重(zhong)。對(dui)此，國(guo)家有相關政策法規強制檢(jian)(jian)測(ce)(ce)，以實(shi)現最小(xiao)的(de)(de)(de)事故發生率。這就使得(de)高(gao)溫壓力(li)管(guan)(guan)道檢(jian)(jian)測(ce)(ce)成為一(yi)個急需解(jie)決的(de)(de)(de)問題。而電(dian)磁超(chao)聲(sheng)正是解(jie)決這個問題的(de)(de)(de)最好選擇。電(dian)磁超(chao)聲(sheng)相對(dui)于(yu)常(chang)規超(chao)聲(sheng)一(yi)個最大的(de)(de)(de)優點就是其(qi)非接觸性。熱體在(zai)空間輻射的(de)(de)(de)溫度場是按(an)指(zhi)數衰減的(de)(de)(de)，探頭離(li)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)試件表面(mian)每提(ti)離(li)一(yi)段(duan)距離(li)，其(qi)探頭環(huan)境溫度就有顯著(zhu)的(de)(de)(de)下(xia)降(jiang)，所以，電(dian)磁超(chao)聲(sheng)可(ke)以用于(yu)高(gao)溫管(guan)(guan)道檢(jian)(jian)測(ce)(ce)。    


 4. 對被探工件(jian)表面質量要求不高(gao)


  EMAT不需(xu)要(yao)與聲(sheng)波在其(qi)中傳播(bo)的(de)材料(liao)接觸(chu),就可(ke)向(xiang)其(qi)發(fa)射(she)和(he)接收返(fan)回的(de)超聲(sheng)波。因此對被探(tan)工(gong)件表(biao)(biao)面(mian)不要(yao)求(qiu)特殊(shu)清理,較粗糙表(biao)(biao)面(mian)也可(ke)直(zhi)接探(tan)傷(shang)。  


 5. 檢(jian)測速(su)度快


  傳統(tong)的壓電超聲的檢測(ce)速(su)度，一般(ban)都在10米/分鐘左(zuo)右，而(er)EMAT可達(da)到40米/分鐘，甚(shen)至更快。    


 6. 聲(sheng)波傳播(bo)距離遠


  EMAT在(zai)鋼管或鋼棒中激(ji)發的(de)超聲波，可以繞工(gong)件傳(chuan)播幾周。在(zai)進行鋼管或鋼棒的(de)縱(zong)向缺陷(xian)檢測時，探(tan)頭與工(gong)件都不用旋轉(zhuan)，使探(tan)傷設備的(de)機械結構相對簡單。  


 7. 所(suo)用(yong)通道與探頭數量少


  在實現同(tong)樣(yang)功能(neng)的(de)前提(ti)下(xia)，EMAT探(tan)傷(shang)設(she)備所用的(de)通道數(shu)(shu)和(he)探(tan)頭(tou)數(shu)(shu)都少于壓電超(chao)聲。特(te)別在板(ban)材EMAT探(tan)傷(shang)設(she)備上就更(geng)為明顯，壓電超(chao)聲要(yao)進行板(ban)面(mian)的(de)探(tan)傷(shang)需(xu)要(yao)幾十個(ge)通道及探(tan)頭(tou)，而EMAT則(ze)只需(xu)要(yao)四個(ge)通道及相應數(shu)(shu)量的(de)探(tan)頭(tou)就可以(yi)了。    


 8. 發(fa)現自(zi)然缺(que)陷的能(neng)力強EMAT對于(yu)鋼管表面存在的折疊、重皮(pi)、孔洞等不易檢出的缺(que)陷都能(neng)準確發(fa)現。 



四、電磁超(chao)聲的缺點(dian)     


 1. 它的換能效率要比傳統壓電換能器(qi)低20~40dB。當(dang)然，這個缺點可以用精心(xin)設計與制造電子(zi)發射機與接收機、換能器(qi)來彌補。    


 2. 高頻線(xian)(xian)圈(quan)與(yu)工件間隙不(bu)能太大。線(xian)(xian)圈(quan)從工件表(biao)面每提高一個(ge)繞線(xian)(xian)波長(chang)的距(ju)離(li)，聲信號幅(fu)度就要(yao)下降107dB和96dB。      



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