電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無(wu)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)磁超聲(sheng)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)作為(wei)(wei)一種新型無損檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)技術，應用領域不斷擴展，現已應用于鐵路鋼(gang)軌檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)、復(fu)合材料檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)等領域。某廠新建一條(tiao)大棒(bang)材無損檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)生產線，整線的(de)(de)工藝流程為(wei)(wei):上料→矯直→拋丸→倒棱→內(nei)部檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)→表面檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)→分揀→收集打捆→吊運下(xia)線。棒(bang)材的(de)(de)內(nei)部檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)采(cai)用的(de)(de)就是(shi)電(dian)磁超聲(sheng)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)技術。
一、設備結構及功能簡述(shu)
EMATESTＧBBＧ 220型(xing)電磁超聲檢(jian)(jian)測(ce)儀采用探頭(tou)旋轉(zhuan)、棒材(cai)直線通過式(shi)的(de)檢(jian)(jian)測(ce)方(fang)法，主(zhu)要由旋轉(zhuan)探頭(tou)機(ji)構、電氣柜、計(ji)算(suan)機(ji)控制系統(tong)(tong)、操作臺、缺陷標記器、標棒、去磁裝置等(deng)部分組(zu)成。旋轉(zhuan)探頭(tou)機(ji)構包(bao)(bao)括探頭(tou)架(jia)、探頭(tou)線圈、永磁鐵、滑靴、耐(nai)磨片等(deng)組(zu)件(jian)(jian)。計(ji)算(suan)機(ji)控制系統(tong)(tong)包(bao)(bao)括硬件(jian)(jian)與軟件(jian)(jian)，軟件(jian)(jian)的(de)作用主(zhu)要是(shi)進行檢(jian)(jian)測(ce)參數的(de)設定(ding)，檢(jian)(jian)測(ce)結(jie)果的(de)動態顯(xian)示、存儲、打印等(deng)。在軟件(jian)(jian)中，A掃描主(zhu)要是(shi)完成標棒校準時(shi)的(de)參數設置，包(bao)(bao)括位置門(起點、寬度)、報警門高度、增(zeng)益(yi)值、脈沖重復頻率(lv)、端(duan)部檢(jian)(jian)測(ce)盲區、檢(jian)(jian)測(ce)速度等(deng)參數;C掃圖用于逐支顯(xian)示棒材(cai)的(de)檢(jian)(jian)測(ce)結(jie)果，包(bao)(bao)括棒材(cai)的(de)長(chang)度、缺陷的(de)位置等(deng)。
二、電磁超聲檢測的基本(ben)原理(li)
電(dian)(dian)磁(ci)超聲(sheng)檢(jian)測(ce)將棒(bang)(bang)材(cai)內(nei)部(bu)(bu)劃分為芯部(bu)(bu)區域(yu)和亞表面(mian)(mian)(mian)區域(yu)，利(li)用橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)CF檢(jian)測(ce)芯部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)，利(li)用橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)SSF檢(jian)測(ce)亞表面(mian)(mian)(mian)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)CF采用回形線(xian)圈，當磁(ci)鐵產(chan)(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)力線(xian)垂直于(yu)棒(bang)(bang)材(cai)表面(mian)(mian)(mian)時(shi)，渦(wo)流受(shou)力方向(xiang)平行于(yu)棒(bang)(bang)材(cai)表面(mian)(mian)(mian)，質點產(chan)(chan)生(sheng)與(yu)作用力垂直的(de)超聲(sheng)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)，以(yi)檢(jian)測(ce)棒(bang)(bang)材(cai)芯部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)SSF采用蛇形線(xian)圈，相(xiang)鄰兩部(bu)(bu)分繞組的(de)電(dian)(dian)流方向(xiang)相(xiang)反(fan)，磁(ci)力線(xian)垂直于(yu)金(jin)屬(shu)表面(mian)(mian)(mian)時(shi)，棒(bang)(bang)材(cai)內(nei)部(bu)(bu)將產(chan)(chan)生(sheng)橫(heng)波(bo)(bo)(bo)(bo)，以(yi)檢(jian)測(ce)棒(bang)(bang)材(cai)亞表面(mian)(mian)(mian)缺(que)陷(xian)(xian)(xian)。棒(bang)(bang)材(cai)表面(mian)(mian)(mian)產(chan)(chan)生(sheng)的(de)電(dian)(dian)磁(ci)超聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)向(xiang)棒(bang)(bang)材(cai)內(nei)部(bu)(bu)傳播，遇到缺(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)形成缺(que)陷(xian)(xian)(xian)反(fan)射(she)波(bo)(bo)(bo)(bo)，與(yu)棒(bang)(bang)材(cai)底面(mian)(mian)(mian)反(fan)射(she)波(bo)(bo)(bo)(bo)一起被電(dian)(dian)磁(ci)超聲(sheng)探(tan)頭(tou)捕捉，并在回波(bo)(bo)(bo)(bo)器(qi)上(shang)以(yi)A掃描波(bo)(bo)(bo)(bo)形圖的(de)形式顯示出來，據此(ci)可(ke)分析缺(que)陷(xian)(xian)(xian)在棒(bang)(bang)材(cai)內(nei)的(de)位(wei)置和大小。
三、電(dian)磁超聲無損(sun)檢(jian)測(ce)的優(you)點
相對于(yu)常規超聲(sheng)波(bo)檢測，電(dian)磁超聲(sheng)具有以(yi)下優點：
1. 非接觸檢測，不需要耦(ou)合劑，可透過包(bao)覆(fu)層等(deng)
EMAT的(de)能量轉換，是(shi)在(zai)工(gong)件(jian)表面的(de)趨膚層內直(zhi)接進行得。因而可將(jiang)趨膚層看成(cheng)是(shi)壓電(dian)晶片，由于趨膚層是(shi)工(gong)件(jian)的(de)表面層，所(suo)以EMAT產生的(de)超聲(sheng)波不需要任何耦合介質。
2. 產(chan)生(sheng)波形(xing)(xing)形(xing)(xing)式多樣，適合做表(biao)面缺陷檢測
EMAT在(zai)(zai)檢測(ce)的(de)過(guo)程中(zhong)，在(zai)(zai)滿(man)足一定的(de)激發條(tiao)件(jian)時(shi)，會產生表面(mian)波、SH波和Lamb波。如果(guo)改變激勵電信(xin)號(hao)頻率(lv)滿(man)足一定公式，則(ze)聲波能以(yi)任(ren)何輻(fu)射角θ向工(gong)件(jian)內部傾斜輻(fu)射。即(ji)在(zai)(zai)其它條(tiao)件(jian)不(bu)變的(de)前(qian)提下，只(zhi)要改變電信(xin)號(hao)頻率(lv)，就可(ke)以(yi)改變聲的(de)輻(fu)射角，這是EMAT的(de)又一特點(dian)。由于(yu)這一特點(dian)的(de)存在(zai)(zai)，可(ke)以(yi)在(zai)(zai)不(bu)變更(geng)換能器的(de)情況下，實現波形模式的(de)自(zi)由選擇。
3. 適合高溫檢測
隨著國(guo)家在能源、動力企業的(de)(de)投入和發(fa)展，各種高(gao)溫(wen)(wen)壓(ya)力管(guan)(guan)(guan)道(dao)逐(zhu)漸增多(duo)。作為特種設備的(de)(de)壓(ya)力管(guan)(guan)(guan)道(dao)，一旦出現事故，損失(shi)將非(fei)常(chang)嚴重。對(dui)此(ci)，國(guo)家有(you)相關政策法規強制檢(jian)測(ce)，以(yi)(yi)實現最小的(de)(de)事故發(fa)生率。這就(jiu)使得高(gao)溫(wen)(wen)壓(ya)力管(guan)(guan)(guan)道(dao)檢(jian)測(ce)成為一個(ge)急需解決(jue)的(de)(de)問題。而電磁超(chao)聲正(zheng)是解決(jue)這個(ge)問題的(de)(de)最好選擇。電磁超(chao)聲相對(dui)于(yu)常(chang)規超(chao)聲一個(ge)最大的(de)(de)優點就(jiu)是其非(fei)接觸性。熱體(ti)在空(kong)間輻射的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)場是按(an)指數衰減的(de)(de)，探(tan)(tan)頭離檢(jian)測(ce)試件表面每提離一段距離，其探(tan)(tan)頭環境溫(wen)(wen)度(du)就(jiu)有(you)顯著的(de)(de)下降，所以(yi)(yi)，電磁超(chao)聲可以(yi)(yi)用于(yu)高(gao)溫(wen)(wen)管(guan)(guan)(guan)道(dao)檢(jian)測(ce)。
4. 對(dui)被探工件表面質量要(yao)求(qiu)不高
EMAT不需要與(yu)聲(sheng)波(bo)在其(qi)中(zhong)傳播(bo)的材料接(jie)(jie)觸(chu),就可(ke)向(xiang)其(qi)發射和接(jie)(jie)收(shou)返回的超聲(sheng)波(bo)。因此對被(bei)探工件表面不要求特殊清理(li),較粗(cu)糙表面也可(ke)直接(jie)(jie)探傷。
5. 檢(jian)測(ce)速度快
傳統的壓電超(chao)聲的檢測速度，一(yi)般都在10米/分鐘左右，而EMAT可達到40米/分鐘，甚至更快(kuai)。
6. 聲波傳播距離遠
EMAT在鋼(gang)管(guan)或鋼(gang)棒中激發的(de)(de)超(chao)聲波，可以(yi)繞工(gong)件(jian)傳播幾周。在進(jin)行鋼(gang)管(guan)或鋼(gang)棒的(de)(de)縱向缺陷檢測(ce)時(shi)，探頭與(yu)工(gong)件(jian)都不(bu)用(yong)旋轉，使探傷設備的(de)(de)機(ji)械(xie)結(jie)構相對簡單。
7. 所用(yong)通道與探頭(tou)數量少
在(zai)實(shi)現同樣功能的前提下，EMAT探傷設備所用的通(tong)道數(shu)和(he)探頭(tou)數(shu)都少于壓電超聲(sheng)。特別在(zai)板(ban)材(cai)EMAT探傷設備上就(jiu)更為明顯，壓電超聲(sheng)要進行板(ban)面(mian)的探傷需要幾十個通(tong)道及(ji)(ji)探頭(tou)，而EMAT則只(zhi)需要四個通(tong)道及(ji)(ji)相(xiang)應(ying)數(shu)量(liang)的探頭(tou)就(jiu)可以了。
8. 發現(xian)自然(ran)缺(que)陷(xian)的(de)能力強(qiang)EMAT對于鋼管表面存在的(de)折疊(die)、重皮、孔(kong)洞等不易檢(jian)出的(de)缺(que)陷(xian)都能準確發現(xian)。
四、電磁超聲的缺點(dian)
1. 它的換能效率要比(bi)傳(chuan)統壓電(dian)換能器低(di)20~40dB。當然，這個缺點可(ke)以用精心設計與(yu)制造電(dian)子(zi)發射機與(yu)接(jie)收機、換能器來(lai)彌補。
2. 高頻線(xian)圈與工件(jian)間隙不(bu)能太大。線(xian)圈從工件(jian)表面每提高一個繞線(xian)波(bo)長的距離，聲(sheng)信(xin)號幅度就要下降(jiang)107dB和96dB。
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