電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡(jiǎn)稱(chēng)EMAT)，是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，該技術(shù)利用電磁耦合方法激勵(lì)和接收超聲波。與傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)技術(shù)相比，它具有精度高、不需要耦合劑、非接觸、適于高溫檢測(cè)以及容易激發(fā)各種超聲波形等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)應(yīng)用中，電磁超聲正越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視。
電磁超聲檢測(cè)作為一種新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，現(xiàn)已應(yīng)用于鐵路鋼軌檢測(cè)、復(fù)合材料檢測(cè)等領(lǐng)域。某廠(chǎng)新建一條大棒材無(wú)損檢測(cè)生產(chǎn)線(xiàn)，整線(xiàn)的工藝流程為:上料→矯直→拋丸→倒棱→內(nèi)部檢測(cè)→表面檢測(cè)→分揀→收集打捆→吊運(yùn)下線(xiàn)。棒材的內(nèi)部檢測(cè)采用的就是電磁超聲檢測(cè)技術(shù)。
一、設(shè)備結(jié)構(gòu)及功能簡(jiǎn)述
EMATESTＧBBＧ 220型電磁超聲檢測(cè)儀采用探頭旋轉(zhuǎn)、棒材直線(xiàn)通過(guò)式的檢測(cè)方法，主要由旋轉(zhuǎn)探頭機(jī)構(gòu)、電氣柜、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、操作臺(tái)、缺陷標(biāo)記器、標(biāo)棒、去磁裝置等部分組成。旋轉(zhuǎn)探頭機(jī)構(gòu)包括探頭架、探頭線(xiàn)圈、永磁鐵、滑靴、耐磨片等組件。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件與軟件，軟件的作用主要是進(jìn)行檢測(cè)參數(shù)的設(shè)定，檢測(cè)結(jié)果的動(dòng)態(tài)顯示、存儲(chǔ)、打印等。在軟件中，A掃描主要是完成標(biāo)棒校準(zhǔn)時(shí)的參數(shù)設(shè)置，包括位置門(mén)(起點(diǎn)、寬度)、報(bào)警門(mén)高度、增益值、脈沖重復(fù)頻率、端部檢測(cè)盲區(qū)、檢測(cè)速度等參數(shù);C掃圖用于逐支顯示棒材的檢測(cè)結(jié)果，包括棒材的長(zhǎng)度、缺陷的位置等。
二、電磁超聲檢測(cè)的基本原理
電磁超聲檢測(cè)將棒材內(nèi)部劃分為芯部區(qū)域和亞表面區(qū)域，利用橫波探頭CF檢測(cè)芯部缺陷，利用橫波探頭SSF檢測(cè)亞表面缺陷。橫波探頭CF采用回形線(xiàn)圈，當(dāng)磁鐵產(chǎn)生的磁力線(xiàn)垂直于棒材表面時(shí)，渦流受力方向平行于棒材表面，質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生與作用力垂直的超聲橫波，以檢測(cè)棒材芯部缺陷。橫波探頭SSF采用蛇形線(xiàn)圈，相鄰兩部分繞組的電流方向相反，磁力線(xiàn)垂直于金屬表面時(shí)，棒材內(nèi)部將產(chǎn)生橫波，以檢測(cè)棒材亞表面缺陷。棒材表面產(chǎn)生的電磁超聲波向棒材內(nèi)部傳播，遇到缺陷時(shí)形成缺陷反射波，與棒材底面反射波一起被電磁超聲探頭捕捉，并在回波器上以A掃描波形圖的形式顯示出來(lái)，據(jù)此可分析缺陷在棒材內(nèi)的位置和大小。
三、電磁超聲無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)
相對(duì)于常規(guī)超聲波檢測(cè)，電磁超聲具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 非接觸檢測(cè)，不需要耦合劑，可透過(guò)包覆層等
EMAT的能量轉(zhuǎn)換，是在工件表面的趨膚層內(nèi)直接進(jìn)行得。因而可將趨膚層看成是壓電晶片，由于趨膚層是工件的表面層，所以EMAT產(chǎn)生的超聲波不需要任何耦合介質(zhì)。
2. 產(chǎn)生波形形式多樣，適合做表面缺陷檢測(cè)
EMAT在檢測(cè)的過(guò)程中，在滿(mǎn)足一定的激發(fā)條件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生表面波、SH波和Lamb波。如果改變激勵(lì)電信號(hào)頻率滿(mǎn)足一定公式，則聲波能以任何輻射角θ向工件內(nèi)部?jī)A斜輻射。即在其它條件不變的前提下，只要改變電信號(hào)頻率，就可以改變聲的輻射角，這是EMAT的又一特點(diǎn)。由于這一特點(diǎn)的存在，可以在不變更換能器的情況下，實(shí)現(xiàn)波形模式的自由選擇。
3. 適合高溫檢測(cè)
隨著國(guó)家在能源、動(dòng)力企業(yè)的投入和發(fā)展，各種高溫壓力管道逐漸增多。作為特種設(shè)備的壓力管道，一旦出現(xiàn)事故，損失將非常嚴(yán)重。對(duì)此，國(guó)家有相關(guān)政策法規(guī)強(qiáng)制檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)最小的事故發(fā)生率。這就使得高溫壓力管道檢測(cè)成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。而電磁超聲正是解決這個(gè)問(wèn)題的最好選擇。電磁超聲相對(duì)于常規(guī)超聲一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是其非接觸性。熱體在空間輻射的溫度場(chǎng)是按指數(shù)衰減的，探頭離檢測(cè)試件表面每提離一段距離，其探頭環(huán)境溫度就有顯著的下降，所以，電磁超聲可以用于高溫管道檢測(cè)。
4. 對(duì)被探工件表面質(zhì)量要求不高
EMAT不需要與聲波在其中傳播的材料接觸,就可向其發(fā)射和接收返回的超聲波。因此對(duì)被探工件表面不要求特殊清理,較粗糙表面也可直接探傷。
5. 檢測(cè)速度快
傳統(tǒng)的壓電超聲的檢測(cè)速度，一般都在10米/分鐘左右，而EMAT可達(dá)到40米/分鐘，甚至更快。
6. 聲波傳播距離遠(yuǎn)
EMAT在鋼管或鋼棒中激發(fā)的超聲波，可以繞工件傳播幾周。在進(jìn)行鋼管或鋼棒的縱向缺陷檢測(cè)時(shí)，探頭與工件都不用旋轉(zhuǎn)，使探傷設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。
7. 所用通道與探頭數(shù)量少
在實(shí)現(xiàn)同樣功能的前提下，EMAT探傷設(shè)備所用的通道數(shù)和探頭數(shù)都少于壓電超聲。特別在板材EMAT探傷設(shè)備上就更為明顯，壓電超聲要進(jìn)行板面的探傷需要幾十個(gè)通道及探頭，而EMAT則只需要四個(gè)通道及相應(yīng)數(shù)量的探頭就可以了。
8. 發(fā)現(xiàn)自然缺陷的能力強(qiáng)EMAT對(duì)于鋼管表面存在的折疊、重皮、孔洞等不易檢出的缺陷都能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)。
四、電磁超聲的缺點(diǎn)
1. 它的換能效率要比傳統(tǒng)壓電換能器低20~40dB。當(dāng)然，這個(gè)缺點(diǎn)可以用精心設(shè)計(jì)與制造電子發(fā)射機(jī)與接收機(jī)、換能器來(lái)彌補(bǔ)。
2. 高頻線(xiàn)圈與工件間隙不能太大。線(xiàn)圈從工件表面每提高一個(gè)繞線(xiàn)波長(zhǎng)的距離，聲信號(hào)幅度就要下降107dB和96dB。
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