電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損(sun)檢(jian)測(ce)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(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)作為一(yi)種新型無(wu)損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術，應(ying)用(yong)(yong)領域不(bu)斷擴展，現已應(ying)用(yong)(yong)于鐵路鋼軌檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)、復合材料檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)等領域。某(mou)廠新建一(yi)條大棒材無(wu)損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)生產線(xian)，整(zheng)線(xian)的(de)工藝流程為:上(shang)料→矯直→拋丸→倒棱→內部(bu)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)→表面(mian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)→分揀(jian)→收集打(da)捆→吊運下線(xian)。棒材的(de)內部(bu)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)采用(yong)(yong)的(de)就(jiu)是電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術。


一(yi)、設(she)備結構及功能簡(jian)述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電(dian)磁(ci)超聲檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)儀采用(yong)(yong)探(tan)(tan)頭旋(xuan)轉、棒(bang)材直線通(tong)過式的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)方法，主(zhu)要(yao)(yao)由旋(xuan)轉探(tan)(tan)頭機構(gou)(gou)、電(dian)氣柜、計算機控制系統、操作臺、缺陷標記(ji)器(qi)、標棒(bang)、去磁(ci)裝置(zhi)等(deng)(deng)部分(fen)組成(cheng)。旋(xuan)轉探(tan)(tan)頭機構(gou)(gou)包括探(tan)(tan)頭架、探(tan)(tan)頭線圈(quan)、永磁(ci)鐵、滑靴、耐磨片等(deng)(deng)組件(jian)。計算機控制系統包括硬件(jian)與軟(ruan)件(jian)，軟(ruan)件(jian)的(de)(de)作用(yong)(yong)主(zhu)要(yao)(yao)是進行檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)參數(shu)(shu)的(de)(de)設定，檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)結果的(de)(de)動態(tai)顯示(shi)、存儲、打印等(deng)(deng)。在(zai)軟(ruan)件(jian)中，A掃描主(zhu)要(yao)(yao)是完成(cheng)標棒(bang)校(xiao)準時(shi)的(de)(de)參數(shu)(shu)設置(zhi)，包括位置(zhi)門(起點、寬度(du))、報警門高度(du)、增益值、脈沖重復頻率、端部檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)盲區、檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)速度(du)等(deng)(deng)參數(shu)(shu);C掃圖用(yong)(yong)于逐支顯示(shi)棒(bang)材的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)結果，包括棒(bang)材的(de)(de)長(chang)度(du)、缺陷的(de)(de)位置(zhi)等(deng)(deng)。 



二、電(dian)磁(ci)超(chao)聲檢測的基(ji)本原理 　　


  電(dian)(dian)磁(ci)超聲(sheng)(sheng)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)將棒(bang)(bang)(bang)材內部(bu)劃分(fen)(fen)為芯部(bu)區域和亞表(biao)(biao)面(mian)區域，利用(yong)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭CF檢(jian)(jian)測(ce)(ce)芯部(bu)缺陷，利用(yong)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭SSF檢(jian)(jian)測(ce)(ce)亞表(biao)(biao)面(mian)缺陷。橫(heng)波(bo)(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭CF采用(yong)回形(xing)(xing)線(xian)圈，當磁(ci)鐵產(chan)(chan)生的(de)磁(ci)力(li)線(xian)垂直于棒(bang)(bang)(bang)材表(biao)(biao)面(mian)時，渦流受力(li)方向平行(xing)于棒(bang)(bang)(bang)材表(biao)(biao)面(mian)，質點(dian)產(chan)(chan)生與(yu)作用(yong)力(li)垂直的(de)超聲(sheng)(sheng)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)，以(yi)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)棒(bang)(bang)(bang)材芯部(bu)缺陷。橫(heng)波(bo)(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭SSF采用(yong)蛇形(xing)(xing)線(xian)圈，相鄰兩部(bu)分(fen)(fen)繞組的(de)電(dian)(dian)流方向相反(fan)，磁(ci)力(li)線(xian)垂直于金屬(shu)表(biao)(biao)面(mian)時，棒(bang)(bang)(bang)材內部(bu)將產(chan)(chan)生橫(heng)波(bo)(bo)(bo)，以(yi)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)棒(bang)(bang)(bang)材亞表(biao)(biao)面(mian)缺陷。棒(bang)(bang)(bang)材表(biao)(biao)面(mian)產(chan)(chan)生的(de)電(dian)(dian)磁(ci)超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)向棒(bang)(bang)(bang)材內部(bu)傳播(bo)，遇到缺陷時形(xing)(xing)成缺陷反(fan)射波(bo)(bo)(bo)，與(yu)棒(bang)(bang)(bang)材底面(mian)反(fan)射波(bo)(bo)(bo)一起(qi)被電(dian)(dian)磁(ci)超聲(sheng)(sheng)探(tan)(tan)(tan)頭捕捉，并在回波(bo)(bo)(bo)器上(shang)以(yi)A掃描波(bo)(bo)(bo)形(xing)(xing)圖的(de)形(xing)(xing)式顯示出來，據此可分(fen)(fen)析缺陷在棒(bang)(bang)(bang)材內的(de)位置和大小。



三、電(dian)磁超聲無損檢測的優點


  相對于常規超(chao)(chao)聲波檢測，電磁(ci)超(chao)(chao)聲具有以下優(you)點：    


 1. 非接(jie)觸檢測，不需要耦(ou)合劑，可透過包覆層等


   EMAT的(de)能量(liang)轉換，是(shi)在工件表(biao)面的(de)趨膚(fu)層內直(zhi)接進行得。因(yin)而可將趨膚(fu)層看成是(shi)壓(ya)電晶(jing)片(pian)，由于趨膚(fu)層是(shi)工件的(de)表(biao)面層，所以EMAT產生(sheng)的(de)超聲波不需要任何(he)耦合(he)介(jie)質。  


 2. 產(chan)生波(bo)形形式(shi)多(duo)樣，適合做表面缺陷(xian)檢測


  EMAT在檢測的(de)(de)過程中(zhong)，在滿(man)足一(yi)(yi)定的(de)(de)激(ji)發(fa)條件(jian)時(shi)，會產生表面波、SH波和Lamb波。如果改變(bian)(bian)(bian)激(ji)勵電(dian)信號頻率(lv)滿(man)足一(yi)(yi)定公式(shi)，則(ze)聲(sheng)波能以任何(he)輻射角θ向(xiang)工件(jian)內(nei)部傾斜輻射。即在其它條件(jian)不(bu)變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)前提下，只要改變(bian)(bian)(bian)電(dian)信號頻率(lv)，就可以改變(bian)(bian)(bian)聲(sheng)的(de)(de)輻射角，這是EMAT的(de)(de)又一(yi)(yi)特(te)點。由(you)于這一(yi)(yi)特(te)點的(de)(de)存(cun)在，可以在不(bu)變(bian)(bian)(bian)更換能器的(de)(de)情況下，實現波形模式(shi)的(de)(de)自由(you)選(xuan)擇。  


 3.  適(shi)合高溫檢測


  隨(sui)著國(guo)家在能(neng)源、動力(li)企業的(de)(de)(de)投入和發展(zhan)，各(ge)種(zhong)高溫(wen)(wen)(wen)壓(ya)力(li)管(guan)道(dao)逐漸增(zeng)多(duo)。作為(wei)特種(zhong)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)管(guan)道(dao)，一旦(dan)出現(xian)事故(gu)，損失將非常嚴重。對此(ci)，國(guo)家有相關政策法規(gui)強制(zhi)檢(jian)測(ce)(ce)，以(yi)實現(xian)最小的(de)(de)(de)事故(gu)發生率(lv)。這就(jiu)使得高溫(wen)(wen)(wen)壓(ya)力(li)管(guan)道(dao)檢(jian)測(ce)(ce)成(cheng)為(wei)一個急需解決的(de)(de)(de)問題。而電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)正是(shi)解決這個問題的(de)(de)(de)最好選擇(ze)。電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)相對于常規(gui)超(chao)聲(sheng)一個最大的(de)(de)(de)優點就(jiu)是(shi)其非接觸性。熱體在空間輻射(she)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度場是(shi)按指數衰(shuai)減的(de)(de)(de)，探頭離檢(jian)測(ce)(ce)試(shi)件表面每提離一段距(ju)離，其探頭環境(jing)溫(wen)(wen)(wen)度就(jiu)有顯著的(de)(de)(de)下降，所以(yi)，電(dian)磁(ci)超(chao)聲(sheng)可(ke)以(yi)用(yong)于高溫(wen)(wen)(wen)管(guan)道(dao)檢(jian)測(ce)(ce)。    


 4. 對被探工(gong)件表面質量要(yao)求不高


  EMAT不需(xu)要與聲波在其中傳(chuan)播的材料接(jie)觸,就可向其發(fa)射和(he)接(jie)收返(fan)回的超聲波。因此對被探(tan)工件(jian)表面不要求特殊清理,較粗糙表面也可直接(jie)探(tan)傷(shang)。  


 5. 檢(jian)測速度快


  傳統的壓電超聲的檢測速度，一般都在10米/分(fen)鐘(zhong)左(zuo)右(you)，而EMAT可達到40米/分(fen)鐘(zhong)，甚(shen)至(zhi)更(geng)快。    


 6. 聲波傳播(bo)距離(li)遠(yuan)


  EMAT在鋼(gang)管(guan)或(huo)鋼(gang)棒(bang)中(zhong)激發的超聲(sheng)波，可以繞工件傳(chuan)播幾周。在進(jin)行鋼(gang)管(guan)或(huo)鋼(gang)棒(bang)的縱向缺陷檢測時，探頭與工件都不用旋(xuan)轉，使(shi)探傷設備的機械結構相對簡單(dan)。  


 7. 所用通道與探頭數量少


  在實現同樣功能的(de)前(qian)提下，EMAT探(tan)(tan)(tan)傷設備(bei)(bei)所用的(de)通(tong)道(dao)(dao)數和(he)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)數都少于壓電超聲。特別在板材EMAT探(tan)(tan)(tan)傷設備(bei)(bei)上就更(geng)為明顯，壓電超聲要進行板面的(de)探(tan)(tan)(tan)傷需要幾十個通(tong)道(dao)(dao)及(ji)(ji)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)，而EMAT則只(zhi)需要四個通(tong)道(dao)(dao)及(ji)(ji)相應數量的(de)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)就可以了。    


 8. 發(fa)現(xian)自然缺(que)陷的能(neng)力(li)強EMAT對于鋼管表面存在的折疊、重皮、孔洞等(deng)不易檢出(chu)的缺(que)陷都能(neng)準確發(fa)現(xian)。 



四、電磁超(chao)聲的(de)缺點     


 1. 它的換(huan)(huan)能(neng)(neng)效(xiao)率要比傳統壓電換(huan)(huan)能(neng)(neng)器(qi)低(di)20~40dB。當然(ran)，這個缺(que)點可以(yi)用精(jing)心設計與制造(zao)電子發射機與接收機、換(huan)(huan)能(neng)(neng)器(qi)來彌補(bu)。    


 2. 高(gao)頻線(xian)圈(quan)與工件間隙(xi)不能(neng)太(tai)大。線(xian)圈(quan)從工件表(biao)面(mian)每提高(gao)一個(ge)繞線(xian)波長的距離，聲信(xin)號幅度就要(yao)下降107dB和96dB。      



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