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。        


 電磁超聲檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)作為(wei)一(yi)種新型無損檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技術，應用(yong)領(ling)域不斷擴展，現已應用(yong)于鐵路鋼軌檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)、復合(he)材料(liao)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)等領(ling)域。某廠新建一(yi)條大(da)棒材無損檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)生(sheng)產(chan)線(xian)，整線(xian)的(de)工藝流程為(wei):上料(liao)→矯(jiao)直→拋丸→倒棱→內(nei)部檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)→表面檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)→分揀→收集打捆→吊運(yun)下線(xian)。棒材的(de)內(nei)部檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)采用(yong)的(de)就是電磁超聲檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技術。


一、設備結構及功能(neng)簡述(shu) 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電(dian)磁超(chao)聲檢(jian)(jian)測(ce)儀(yi)采用探頭旋轉(zhuan)、棒(bang)材直線通過式的(de)檢(jian)(jian)測(ce)方法，主(zhu)要由旋轉(zhuan)探頭機(ji)構(gou)、電(dian)氣柜、計(ji)算(suan)機(ji)控制(zhi)系統、操作臺、缺陷標記器、標棒(bang)、去磁裝置等部分組(zu)成。旋轉(zhuan)探頭機(ji)構(gou)包(bao)括(kuo)探頭架、探頭線圈、永磁鐵(tie)、滑靴、耐磨片(pian)等組(zu)件。計(ji)算(suan)機(ji)控制(zhi)系統包(bao)括(kuo)硬件與(yu)軟件，軟件的(de)作用主(zhu)要是進行(xing)檢(jian)(jian)測(ce)參數(shu)(shu)的(de)設(she)定，檢(jian)(jian)測(ce)結(jie)果(guo)的(de)動態顯(xian)示、存儲、打印等。在軟件中，A掃描主(zhu)要是完成標棒(bang)校準時(shi)的(de)參數(shu)(shu)設(she)置，包(bao)括(kuo)位置門(起點、寬度)、報(bao)警門高度、增益值、脈沖重復頻率、端部檢(jian)(jian)測(ce)盲區、檢(jian)(jian)測(ce)速度等參數(shu)(shu);C掃圖用于逐支(zhi)顯(xian)示棒(bang)材的(de)檢(jian)(jian)測(ce)結(jie)果(guo)，包(bao)括(kuo)棒(bang)材的(de)長度、缺陷的(de)位置等。 



二、電磁超聲檢測的(de)基本原理 　　


  電磁超聲(sheng)檢測(ce)將(jiang)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)內(nei)部(bu)(bu)(bu)劃分(fen)(fen)為芯部(bu)(bu)(bu)區(qu)域(yu)和(he)亞(ya)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)區(qu)域(yu)，利用橫波(bo)(bo)探(tan)頭CF檢測(ce)芯部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)，利用橫波(bo)(bo)探(tan)頭SSF檢測(ce)亞(ya)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)缺(que)(que)陷(xian)。橫波(bo)(bo)探(tan)頭CF采(cai)用回(hui)(hui)形(xing)線(xian)圈(quan)，當磁鐵產生的(de)磁力(li)線(xian)垂直于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)時(shi)，渦(wo)流(liu)受力(li)方(fang)向平行于棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)，質(zhi)點產生與作用力(li)垂直的(de)超聲(sheng)橫波(bo)(bo)，以檢測(ce)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)芯部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)。橫波(bo)(bo)探(tan)頭SSF采(cai)用蛇(she)形(xing)線(xian)圈(quan)，相鄰兩部(bu)(bu)(bu)分(fen)(fen)繞組的(de)電流(liu)方(fang)向相反，磁力(li)線(xian)垂直于金屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)時(shi)，棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)內(nei)部(bu)(bu)(bu)將(jiang)產生橫波(bo)(bo)，以檢測(ce)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)亞(ya)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)缺(que)(que)陷(xian)。棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)產生的(de)電磁超聲(sheng)波(bo)(bo)向棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)內(nei)部(bu)(bu)(bu)傳播(bo)，遇(yu)到(dao)缺(que)(que)陷(xian)時(shi)形(xing)成缺(que)(que)陷(xian)反射波(bo)(bo)，與棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)底面(mian)(mian)(mian)反射波(bo)(bo)一起被電磁超聲(sheng)探(tan)頭捕捉，并在(zai)回(hui)(hui)波(bo)(bo)器(qi)上以A掃描(miao)波(bo)(bo)形(xing)圖的(de)形(xing)式(shi)顯示(shi)出(chu)來，據此可分(fen)(fen)析缺(que)(que)陷(xian)在(zai)棒(bang)(bang)(bang)材(cai)(cai)(cai)(cai)內(nei)的(de)位置(zhi)和(he)大小。



三、電磁超聲無損檢(jian)測的優(you)點


  相(xiang)對于(yu)常(chang)規超聲(sheng)波檢測，電(dian)磁超聲(sheng)具有以下優點：    


 1. 非接觸檢測，不(bu)需要耦合劑，可(ke)透過包覆層等


   EMAT的(de)能量轉換，是(shi)(shi)在工件(jian)表面的(de)趨膚層(ceng)內(nei)直接進行得。因而可將(jiang)趨膚層(ceng)看成是(shi)(shi)壓(ya)電晶片，由于趨膚層(ceng)是(shi)(shi)工件(jian)的(de)表面層(ceng)，所以(yi)EMAT產(chan)生的(de)超聲波不需要任(ren)何(he)耦合介質。  


 2. 產生波形形式多樣(yang)，適合做表面缺陷檢測


  EMAT在(zai)(zai)(zai)檢測的(de)過程中，在(zai)(zai)(zai)滿足一(yi)定的(de)激發條件時(shi)，會(hui)產生表面(mian)波(bo)、SH波(bo)和(he)Lamb波(bo)。如果改(gai)變激勵電信號頻(pin)率滿足一(yi)定公式(shi)(shi)，則(ze)聲(sheng)波(bo)能(neng)以(yi)任(ren)何(he)輻射(she)角θ向工件內部傾(qing)斜輻射(she)。即(ji)在(zai)(zai)(zai)其它條件不變的(de)前提下(xia)，只(zhi)要改(gai)變電信號頻(pin)率，就可以(yi)改(gai)變聲(sheng)的(de)輻射(she)角，這是(shi)EMAT的(de)又一(yi)特(te)點。由(you)于這一(yi)特(te)點的(de)存在(zai)(zai)(zai)，可以(yi)在(zai)(zai)(zai)不變更換能(neng)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，實現波(bo)形模式(shi)(shi)的(de)自(zi)由(you)選(xuan)擇。  


 3.  適合高溫檢測


  隨著國(guo)家(jia)在能(neng)源(yuan)、動力(li)企業的(de)(de)投入和發展(zhan)，各種高溫(wen)(wen)(wen)壓力(li)管(guan)道(dao)逐漸增多(duo)。作為(wei)(wei)特種設備的(de)(de)壓力(li)管(guan)道(dao)，一旦出現(xian)事(shi)故，損失將(jiang)非常嚴重。對(dui)此，國(guo)家(jia)有(you)相關(guan)政策法規強制檢(jian)(jian)測(ce)，以(yi)實現(xian)最小(xiao)的(de)(de)事(shi)故發生率。這(zhe)就使得高溫(wen)(wen)(wen)壓力(li)管(guan)道(dao)檢(jian)(jian)測(ce)成為(wei)(wei)一個急需解(jie)決的(de)(de)問(wen)題(ti)。而電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)(sheng)正是解(jie)決這(zhe)個問(wen)題(ti)的(de)(de)最好(hao)選擇(ze)。電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)(sheng)相對(dui)于常規超(chao)聲(sheng)(sheng)一個最大(da)的(de)(de)優點就是其(qi)非接觸性。熱體在空間(jian)輻射的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度場是按指(zhi)數衰(shuai)減(jian)的(de)(de)，探(tan)頭離檢(jian)(jian)測(ce)試件表面每提離一段距(ju)離，其(qi)探(tan)頭環境溫(wen)(wen)(wen)度就有(you)顯(xian)著的(de)(de)下降，所以(yi)，電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)(sheng)可(ke)以(yi)用于高溫(wen)(wen)(wen)管(guan)道(dao)檢(jian)(jian)測(ce)。    


 4. 對被探(tan)工件(jian)表面質量要求不高


  EMAT不需要(yao)與聲(sheng)波在其中傳播的(de)材料接觸(chu),就可(ke)向其發射和接收返回(hui)的(de)超聲(sheng)波。因此對被探工件(jian)表(biao)面不要(yao)求特殊清理,較粗糙表(biao)面也(ye)可(ke)直接探傷(shang)。  


 5. 檢(jian)測速度快


  傳統(tong)的壓電超聲(sheng)的檢測速(su)度，一般都(dou)在(zai)10米/分鐘(zhong)左右，而EMAT可(ke)達(da)到40米/分鐘(zhong)，甚至(zhi)更快。    


 6. 聲波傳播(bo)距離遠


  EMAT在(zai)鋼(gang)管或(huo)鋼(gang)棒(bang)中激發的(de)(de)超聲波(bo)，可以繞工件傳(chuan)播幾周。在(zai)進行鋼(gang)管或(huo)鋼(gang)棒(bang)的(de)(de)縱向缺陷(xian)檢測時，探頭(tou)與(yu)工件都不用旋轉(zhuan)，使探傷(shang)設備的(de)(de)機械結(jie)構相對簡單。  


 7. 所用通道與探頭數量少


  在實現同樣功(gong)能(neng)的前提下，EMAT探傷設備所用的通道(dao)數和探頭數都(dou)少(shao)于壓(ya)(ya)電(dian)超聲(sheng)(sheng)。特別在板材EMAT探傷設備上就更(geng)為明顯，壓(ya)(ya)電(dian)超聲(sheng)(sheng)要(yao)進行板面(mian)的探傷需(xu)要(yao)幾十個通道(dao)及探頭，而(er)EMAT則只需(xu)要(yao)四個通道(dao)及相應(ying)數量的探頭就可以了。    


 8. 發現自(zi)然缺(que)陷的能(neng)力強EMAT對(dui)于鋼(gang)管表面(mian)存在(zai)的折疊、重皮(pi)、孔洞等不易檢出的缺(que)陷都(dou)能(neng)準確發現。 



四、電磁超聲的(de)缺點     


 1. 它的換能(neng)(neng)效(xiao)率要比傳統壓電(dian)換能(neng)(neng)器低20~40dB。當然，這(zhe)個缺(que)點可以(yi)用精心設計與制(zhi)造電(dian)子發射機與接收機、換能(neng)(neng)器來彌補。    


 2. 高頻(pin)線圈與工件(jian)間隙不(bu)能太大。線圈從工件(jian)表面每提高一個繞(rao)線波(bo)長的距離，聲信號幅度就要下降107dB和(he)96dB。      



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