電磁超聲(ElectromagneticAcousticTransducer,以下簡稱EMAT)，是無損(sun)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(ci)超聲(sheng)檢(jian)測(ce)作為一(yi)種(zhong)新型無(wu)(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)技術(shu)，應(ying)(ying)用(yong)領域不斷擴展，現已(yi)應(ying)(ying)用(yong)于(yu)鐵路鋼(gang)軌(gui)檢(jian)測(ce)、復合(he)材料檢(jian)測(ce)等領域。某廠新建一(yi)條大(da)棒(bang)材無(wu)(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)生產線，整線的工藝流(liu)程(cheng)為:上料→矯直→拋丸→倒棱(leng)→內(nei)部檢(jian)測(ce)→表(biao)面檢(jian)測(ce)→分揀→收集打(da)捆→吊運下線。棒(bang)材的內(nei)部檢(jian)測(ce)采用(yong)的就是電磁(ci)超聲(sheng)檢(jian)測(ce)技術(shu)。


一、設備結構(gou)及功能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電磁(ci)超聲檢(jian)(jian)測(ce)(ce)儀采用(yong)探(tan)(tan)(tan)頭旋轉、棒(bang)(bang)材(cai)直(zhi)線通過式的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方法(fa)，主要(yao)由旋轉探(tan)(tan)(tan)頭機構、電氣柜、計算機控制系統、操作臺、缺陷(xian)標(biao)記(ji)器、標(biao)棒(bang)(bang)、去磁(ci)裝置(zhi)等(deng)(deng)部(bu)分組(zu)成。旋轉探(tan)(tan)(tan)頭機構包括(kuo)探(tan)(tan)(tan)頭架、探(tan)(tan)(tan)頭線圈(quan)、永磁(ci)鐵、滑靴、耐(nai)磨片等(deng)(deng)組(zu)件(jian)。計算機控制系統包括(kuo)硬(ying)件(jian)與軟件(jian)，軟件(jian)的(de)(de)作用(yong)主要(yao)是進行檢(jian)(jian)測(ce)(ce)參數(shu)的(de)(de)設(she)定，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)結果(guo)的(de)(de)動態顯示(shi)(shi)、存(cun)儲(chu)、打印(yin)等(deng)(deng)。在軟件(jian)中，A掃描主要(yao)是完(wan)成標(biao)棒(bang)(bang)校準時的(de)(de)參數(shu)設(she)置(zhi)，包括(kuo)位置(zhi)門(起點、寬(kuan)度(du))、報警(jing)門高度(du)、增益值、脈沖重復頻率、端部(bu)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)盲區、檢(jian)(jian)測(ce)(ce)速度(du)等(deng)(deng)參數(shu);C掃圖用(yong)于(yu)逐支顯示(shi)(shi)棒(bang)(bang)材(cai)的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)結果(guo)，包括(kuo)棒(bang)(bang)材(cai)的(de)(de)長度(du)、缺陷(xian)的(de)(de)位置(zhi)等(deng)(deng)。 



二、電磁超聲檢測的基本原(yuan)理(li) 　　


  電磁超(chao)聲檢測將(jiang)棒材(cai)(cai)(cai)內(nei)部劃分(fen)為芯(xin)部區域和亞(ya)(ya)表面區域，利用(yong)(yong)(yong)橫波探(tan)頭CF檢測芯(xin)部缺(que)(que)陷，利用(yong)(yong)(yong)橫波探(tan)頭SSF檢測亞(ya)(ya)表面缺(que)(que)陷。橫波探(tan)頭CF采用(yong)(yong)(yong)回(hui)形線圈(quan)，當(dang)磁鐵(tie)產(chan)生的(de)磁力線垂(chui)直(zhi)于(yu)棒材(cai)(cai)(cai)表面時(shi)，渦流(liu)受力方(fang)向平行(xing)于(yu)棒材(cai)(cai)(cai)表面，質點產(chan)生與作用(yong)(yong)(yong)力垂(chui)直(zhi)的(de)超(chao)聲橫波，以檢測棒材(cai)(cai)(cai)芯(xin)部缺(que)(que)陷。橫波探(tan)頭SSF采用(yong)(yong)(yong)蛇形線圈(quan)，相(xiang)鄰兩部分(fen)繞組的(de)電流(liu)方(fang)向相(xiang)反，磁力線垂(chui)直(zhi)于(yu)金屬表面時(shi)，棒材(cai)(cai)(cai)內(nei)部將(jiang)產(chan)生橫波，以檢測棒材(cai)(cai)(cai)亞(ya)(ya)表面缺(que)(que)陷。棒材(cai)(cai)(cai)表面產(chan)生的(de)電磁超(chao)聲波向棒材(cai)(cai)(cai)內(nei)部傳播，遇到缺(que)(que)陷時(shi)形成(cheng)缺(que)(que)陷反射(she)波，與棒材(cai)(cai)(cai)底面反射(she)波一(yi)起被電磁超(chao)聲探(tan)頭捕捉，并在(zai)回(hui)波器上以A掃描波形圖的(de)形式顯示出(chu)來，據此可分(fen)析缺(que)(que)陷在(zai)棒材(cai)(cai)(cai)內(nei)的(de)位置和大小。



三、電磁(ci)超聲無損檢測的優點(dian)


  相對于(yu)常(chang)規(gui)超(chao)聲(sheng)波檢測，電磁超(chao)聲(sheng)具有以下優點(dian)：    


 1. 非接觸檢測，不需要(yao)耦合劑，可透過(guo)包覆(fu)層等


   EMAT的(de)能量轉換，是在工件表面的(de)趨(qu)(qu)膚(fu)層內直(zhi)接(jie)進行(xing)得。因而可將(jiang)趨(qu)(qu)膚(fu)層看成是壓電(dian)晶片(pian)，由于趨(qu)(qu)膚(fu)層是工件的(de)表面層，所以(yi)EMAT產生(sheng)的(de)超聲(sheng)波不需要任何(he)耦合介質。  


 2. 產(chan)生波形(xing)形(xing)式多樣，適合做表面(mian)缺陷檢(jian)測(ce)


  EMAT在(zai)檢測的(de)過(guo)程中，在(zai)滿(man)足一(yi)定的(de)激(ji)發條件(jian)(jian)時(shi)，會產生表(biao)面波(bo)、SH波(bo)和Lamb波(bo)。如果改(gai)變(bian)(bian)激(ji)勵電信(xin)號頻(pin)率滿(man)足一(yi)定公式(shi)，則聲(sheng)波(bo)能(neng)以(yi)任何(he)輻(fu)射角θ向工件(jian)(jian)內部傾斜輻(fu)射。即(ji)在(zai)其它(ta)條件(jian)(jian)不(bu)(bu)變(bian)(bian)的(de)前提(ti)下，只要改(gai)變(bian)(bian)電信(xin)號頻(pin)率，就可以(yi)改(gai)變(bian)(bian)聲(sheng)的(de)輻(fu)射角，這(zhe)是EMAT的(de)又一(yi)特點(dian)(dian)。由于(yu)這(zhe)一(yi)特點(dian)(dian)的(de)存在(zai)，可以(yi)在(zai)不(bu)(bu)變(bian)(bian)更(geng)換能(neng)器的(de)情(qing)況下，實現波(bo)形(xing)模(mo)式(shi)的(de)自由選擇。  


 3.  適合高溫檢(jian)測


  隨(sui)著國(guo)家在能(neng)源(yuan)、動力(li)企業的(de)投入和發展，各(ge)種高(gao)溫(wen)壓(ya)(ya)力(li)管(guan)道逐漸(jian)增多。作為特種設備的(de)壓(ya)(ya)力(li)管(guan)道，一(yi)旦出現(xian)事故，損失將(jiang)非常嚴重。對此，國(guo)家有相(xiang)關(guan)政策法規(gui)強制檢(jian)測(ce)，以實現(xian)最小的(de)事故發生率。這就(jiu)使得(de)高(gao)溫(wen)壓(ya)(ya)力(li)管(guan)道檢(jian)測(ce)成為一(yi)個急需解決的(de)問題(ti)。而電(dian)磁超聲(sheng)正是(shi)解決這個問題(ti)的(de)最好(hao)選(xuan)擇。電(dian)磁超聲(sheng)相(xiang)對于(yu)常規(gui)超聲(sheng)一(yi)個最大的(de)優點就(jiu)是(shi)其非接觸性。熱體(ti)在空間輻射的(de)溫(wen)度(du)場是(shi)按指數衰減的(de)，探頭離檢(jian)測(ce)試件(jian)表面每提離一(yi)段(duan)距離，其探頭環境溫(wen)度(du)就(jiu)有顯著的(de)下降，所以，電(dian)磁超聲(sheng)可以用(yong)于(yu)高(gao)溫(wen)管(guan)道檢(jian)測(ce)。    


 4. 對被探(tan)工件表面質量要求不(bu)高


  EMAT不(bu)需(xu)要與(yu)聲(sheng)波(bo)在其中傳播的(de)(de)材料接觸,就(jiu)可向其發射和接收返回(hui)的(de)(de)超聲(sheng)波(bo)。因此對被探(tan)工(gong)件表面不(bu)要求特殊清理(li),較(jiao)粗(cu)糙表面也可直接探(tan)傷。  


 5. 檢測(ce)速度快


  傳統的壓電超聲的檢測速度，一般都在(zai)10米/分鐘(zhong)左(zuo)右(you)，而EMAT可達到40米/分鐘(zhong)，甚至(zhi)更快。    


 6. 聲波(bo)傳播距離(li)遠


  EMAT在鋼管或鋼棒(bang)中(zhong)激發的(de)超聲波，可以繞工件傳播(bo)幾周。在進(jin)行鋼管或鋼棒(bang)的(de)縱向缺陷檢測(ce)時，探(tan)頭與工件都(dou)不用旋轉(zhuan)，使探(tan)傷設(she)備的(de)機(ji)械(xie)結構相(xiang)對簡單(dan)。  


 7. 所用通(tong)道與探頭(tou)數量少


  在(zai)實現同樣功能的前提下，EMAT探(tan)(tan)傷(shang)設備(bei)所用的通道(dao)數和探(tan)(tan)頭數都少于壓電超聲。特別在(zai)板材EMAT探(tan)(tan)傷(shang)設備(bei)上就更(geng)為明顯，壓電超聲要(yao)進行板面的探(tan)(tan)傷(shang)需(xu)要(yao)幾(ji)十個(ge)通道(dao)及探(tan)(tan)頭，而(er)EMAT則(ze)只需(xu)要(yao)四(si)個(ge)通道(dao)及相(xiang)應(ying)數量的探(tan)(tan)頭就可以(yi)了。    


 8. 發(fa)(fa)現(xian)自然缺(que)陷的(de)(de)能(neng)力強EMAT對于鋼(gang)管表面存(cun)在的(de)(de)折疊(die)、重皮、孔(kong)洞等不易(yi)檢(jian)出的(de)(de)缺(que)陷都能(neng)準(zhun)確發(fa)(fa)現(xian)。 



四(si)、電磁超(chao)聲的缺點     


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


 2. 高頻(pin)線圈(quan)與工件間隙(xi)不能太大。線圈(quan)從(cong)工件表面每提高一(yi)個繞線波長的(de)距(ju)離(li)，聲(sheng)信號幅(fu)度(du)就要下降107dB和96dB。      



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