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(sheng)檢測(ce)(ce)作為一種新型(xing)無損檢測(ce)(ce)技術(shu)，應(ying)用領域不斷擴展(zhan)，現已應(ying)用于鐵路鋼軌檢測(ce)(ce)、復合材(cai)料檢測(ce)(ce)等領域。某(mou)廠新建一條(tiao)大棒材(cai)無損檢測(ce)(ce)生產線，整線的工藝流程為:上(shang)料→矯直→拋丸→倒棱→內部檢測(ce)(ce)→表面(mian)檢測(ce)(ce)→分揀→收集打捆→吊運下線。棒材(cai)的內部檢測(ce)(ce)采用的就是電磁超聲(sheng)檢測(ce)(ce)技術(shu)。


一、設備結構及功(gong)能簡述 　　


  EMATESTＧBBＧ 220型電磁超聲檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)儀采用探(tan)頭(tou)旋轉(zhuan)(zhuan)、棒(bang)(bang)材(cai)直(zhi)線通(tong)過式(shi)的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)方法，主要由(you)旋轉(zhuan)(zhuan)探(tan)頭(tou)機(ji)構(gou)、電氣柜(ju)、計算(suan)機(ji)控制系統(tong)、操(cao)作臺、缺陷標(biao)記器、標(biao)棒(bang)(bang)、去磁裝置(zhi)等(deng)部分組成。旋轉(zhuan)(zhuan)探(tan)頭(tou)機(ji)構(gou)包括(kuo)(kuo)探(tan)頭(tou)架、探(tan)頭(tou)線圈、永(yong)磁鐵、滑靴、耐磨(mo)片等(deng)組件。計算(suan)機(ji)控制系統(tong)包括(kuo)(kuo)硬件與軟(ruan)(ruan)(ruan)件，軟(ruan)(ruan)(ruan)件的(de)(de)作用主要是進行(xing)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)參數(shu)(shu)的(de)(de)設(she)定，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)結(jie)果(guo)的(de)(de)動態顯示、存(cun)儲(chu)、打印(yin)等(deng)。在軟(ruan)(ruan)(ruan)件中(zhong)，A掃描主要是完成標(biao)棒(bang)(bang)校準時的(de)(de)參數(shu)(shu)設(she)置(zhi)，包括(kuo)(kuo)位(wei)置(zhi)門(起(qi)點(dian)、寬度(du))、報警(jing)門高度(du)、增益(yi)值、脈沖重(zhong)復頻率、端部檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)盲區、檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)速(su)度(du)等(deng)參數(shu)(shu);C掃圖(tu)用于(yu)逐支(zhi)顯示棒(bang)(bang)材(cai)的(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)結(jie)果(guo)，包括(kuo)(kuo)棒(bang)(bang)材(cai)的(de)(de)長度(du)、缺陷的(de)(de)位(wei)置(zhi)等(deng)。 



二(er)、電磁超聲檢測的基本原理 　　


  電(dian)磁(ci)(ci)超聲檢(jian)測將棒(bang)材(cai)(cai)內部劃分為芯(xin)部區域和亞(ya)表(biao)面(mian)(mian)區域，利(li)用(yong)橫波(bo)(bo)探頭(tou)CF檢(jian)測芯(xin)部缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)，利(li)用(yong)橫波(bo)(bo)探頭(tou)SSF檢(jian)測亞(ya)表(biao)面(mian)(mian)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。橫波(bo)(bo)探頭(tou)CF采用(yong)回(hui)形線(xian)圈，當(dang)磁(ci)(ci)鐵產(chan)(chan)生的(de)(de)磁(ci)(ci)力(li)線(xian)垂(chui)直于(yu)棒(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)時(shi)，渦流(liu)受(shou)力(li)方向平行于(yu)棒(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)，質(zhi)點產(chan)(chan)生與(yu)(yu)作用(yong)力(li)垂(chui)直的(de)(de)超聲橫波(bo)(bo)，以檢(jian)測棒(bang)材(cai)(cai)芯(xin)部缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。橫波(bo)(bo)探頭(tou)SSF采用(yong)蛇形線(xian)圈，相鄰兩(liang)部分繞組的(de)(de)電(dian)流(liu)方向相反，磁(ci)(ci)力(li)線(xian)垂(chui)直于(yu)金(jin)屬表(biao)面(mian)(mian)時(shi)，棒(bang)材(cai)(cai)內部將產(chan)(chan)生橫波(bo)(bo)，以檢(jian)測棒(bang)材(cai)(cai)亞(ya)表(biao)面(mian)(mian)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。棒(bang)材(cai)(cai)表(biao)面(mian)(mian)產(chan)(chan)生的(de)(de)電(dian)磁(ci)(ci)超聲波(bo)(bo)向棒(bang)材(cai)(cai)內部傳播，遇到(dao)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)形成缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)反射波(bo)(bo)，與(yu)(yu)棒(bang)材(cai)(cai)底面(mian)(mian)反射波(bo)(bo)一起被(bei)電(dian)磁(ci)(ci)超聲探頭(tou)捕捉(zhuo)，并在回(hui)波(bo)(bo)器上(shang)以A掃描(miao)波(bo)(bo)形圖(tu)的(de)(de)形式顯示出來，據此可分析缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)在棒(bang)材(cai)(cai)內的(de)(de)位置和大小。



三(san)、電磁(ci)超聲無損檢測(ce)的優點


  相對(dui)于常規超(chao)聲(sheng)波檢(jian)測，電磁超(chao)聲(sheng)具有以(yi)下(xia)優點：    


 1. 非接觸檢測，不需要耦(ou)合(he)劑(ji)，可透過包(bao)覆層等


   EMAT的(de)能(neng)量轉換，是在工件表面(mian)的(de)趨(qu)膚(fu)層(ceng)內直接(jie)進行得。因(yin)而可將趨(qu)膚(fu)層(ceng)看成是壓電(dian)晶片，由于趨(qu)膚(fu)層(ceng)是工件的(de)表面(mian)層(ceng)，所(suo)以EMAT產生的(de)超聲(sheng)波不(bu)需要任(ren)何耦合(he)介質。  


 2. 產生(sheng)波形(xing)形(xing)式多(duo)樣，適合(he)做表面缺陷(xian)檢測


  EMAT在(zai)檢測的(de)(de)過程中(zhong)，在(zai)滿足(zu)一定的(de)(de)激發條件(jian)(jian)時(shi)，會產生表(biao)面(mian)波(bo)(bo)、SH波(bo)(bo)和Lamb波(bo)(bo)。如果改變(bian)激勵電(dian)信號頻率(lv)滿足(zu)一定公式，則聲波(bo)(bo)能(neng)以任(ren)何輻(fu)射(she)(she)角θ向(xiang)工件(jian)(jian)內部傾斜輻(fu)射(she)(she)。即(ji)在(zai)其它條件(jian)(jian)不變(bian)的(de)(de)前提下，只要改變(bian)電(dian)信號頻率(lv)，就(jiu)可以改變(bian)聲的(de)(de)輻(fu)射(she)(she)角，這是(shi)EMAT的(de)(de)又一特點。由(you)于這一特點的(de)(de)存在(zai)，可以在(zai)不變(bian)更換能(neng)器的(de)(de)情況下，實現波(bo)(bo)形模式的(de)(de)自由(you)選擇(ze)。  


 3.  適合高溫檢測


  隨著(zhu)(zhu)國家(jia)在(zai)能源、動(dong)力(li)(li)企(qi)業的(de)(de)投入和(he)發(fa)展(zhan)，各種高(gao)溫(wen)壓力(li)(li)管(guan)道逐漸增多。作為特(te)種設備(bei)的(de)(de)壓力(li)(li)管(guan)道，一旦出現事故(gu)，損失將(jiang)非常嚴重(zhong)。對(dui)此(ci)，國家(jia)有相(xiang)關政(zheng)策法規(gui)強制(zhi)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)，以實現最小的(de)(de)事故(gu)發(fa)生率。這就使得高(gao)溫(wen)壓力(li)(li)管(guan)道檢測(ce)(ce)(ce)(ce)成(cheng)為一個(ge)急需(xu)解(jie)決的(de)(de)問題。而電(dian)(dian)磁超(chao)聲正是解(jie)決這個(ge)問題的(de)(de)最好(hao)選擇(ze)。電(dian)(dian)磁超(chao)聲相(xiang)對(dui)于常規(gui)超(chao)聲一個(ge)最大的(de)(de)優(you)點就是其非接觸(chu)性。熱體在(zai)空間輻射的(de)(de)溫(wen)度(du)場是按(an)指數衰減的(de)(de)，探(tan)頭離(li)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)試件(jian)表面(mian)每提離(li)一段距離(li)，其探(tan)頭環境溫(wen)度(du)就有顯(xian)著(zhu)(zhu)的(de)(de)下(xia)降，所以，電(dian)(dian)磁超(chao)聲可以用于高(gao)溫(wen)管(guan)道檢測(ce)(ce)(ce)(ce)。    


 4. 對被探工件(jian)表(biao)面質量要求不高


  EMAT不(bu)需要與聲波在其中傳播的材料接(jie)(jie)觸,就可(ke)向(xiang)其發射和接(jie)(jie)收返回的超聲波。因此對被探(tan)工件表(biao)面(mian)(mian)不(bu)要求特(te)殊清理,較粗糙表(biao)面(mian)(mian)也(ye)可(ke)直接(jie)(jie)探(tan)傷。  


 5. 檢測速(su)度快


  傳統的壓電超聲的檢測速(su)度，一般(ban)都在(zai)10米/分(fen)鐘左右(you)，而EMAT可達到40米/分(fen)鐘，甚(shen)至更快(kuai)。    


 6. 聲波(bo)傳(chuan)播距離遠


  EMAT在鋼(gang)管或鋼(gang)棒(bang)中激發(fa)的(de)超聲(sheng)波，可(ke)以繞(rao)工件傳(chuan)播(bo)幾周。在進行鋼(gang)管或鋼(gang)棒(bang)的(de)縱向(xiang)缺陷檢測時，探(tan)頭與工件都(dou)不用旋(xuan)轉，使(shi)探(tan)傷設備的(de)機械結構(gou)相對簡單(dan)。  


 7. 所(suo)用(yong)通道與(yu)探頭數量少(shao)


  在(zai)實現同樣功能的前(qian)提下，EMAT探(tan)傷設備(bei)所用的通(tong)道數(shu)和探(tan)頭(tou)數(shu)都少于壓電超聲。特別(bie)在(zai)板材(cai)EMAT探(tan)傷設備(bei)上就更為明(ming)顯，壓電超聲要(yao)(yao)進行板面的探(tan)傷需要(yao)(yao)幾十個通(tong)道及探(tan)頭(tou)，而EMAT則(ze)只需要(yao)(yao)四個通(tong)道及相應數(shu)量的探(tan)頭(tou)就可以了。    


 8. 發現自然缺陷的(de)能力強(qiang)EMAT對于鋼(gang)管(guan)表面存在的(de)折疊、重皮(pi)、孔洞等不易檢(jian)出的(de)缺陷都能準確發現。 



四、電磁超聲的缺點     


 1. 它的換(huan)能效(xiao)率要比(bi)傳統壓(ya)電換(huan)能器(qi)低20~40dB。當然，這(zhe)個缺點(dian)可以用精心設計(ji)與制造電子(zi)發射機(ji)(ji)與接收機(ji)(ji)、換(huan)能器(qi)來彌補。    


 2. 高頻線(xian)圈與工(gong)件間隙不能太大。線(xian)圈從(cong)工(gong)件表面每提高一個繞線(xian)波長的距離，聲信(xin)號幅度(du)就(jiu)要下降107dB和96dB。      



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