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电磁超声技术简介

作者:samecc

衡量一个国家基础工业的先进与否,无损检测是其中一个重要因素。美国前总统里根曾说过,没有先进的无损检测技术,美国就不可能享有在众多领域的领先地位!可见无损检测在国民经济中的重要地位。

无损检测的目的在于定量掌握缺陷与强度的关系,评价构件的允许载荷、寿命或剩余寿命;探伤设备在制造或使用过程中产生的结构不完整,以及缺陷的情况。从而以便改进制造工艺,提高产品质量,及时发现故障,保证设备安全、高效、可靠地运行。无损检测技术应用非常广泛,可应用在机械制造、石油化工、舰艇船舶、汽车、铁道、建筑、冶金、航空航天和核能等工业中,能够创造可观的经济效益和社会效益。

超声无损检测技术是五大常规检测技术之一,具有检测精度高、范围广、缺陷定位准确、现场操作方便等特点,是应用最为广泛的无损检测技术,体现在改进产品质量、产品设计、加工制造、成品检验以及设备服役各个阶段。超声无损检测方式对于提高产品质量,提升产品核心竞争力具有重要意义。

现有的超声无损检测方式通常采用压电超声检测方法,但是存在依赖声耦合剂、检测场合受限等问题,难以用于高温、低温、在线等检测领域。

电磁超声无损检测技术是一种以电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,简称EMAT) 为核心的新型超声无损检测技术。与传统的压电超声技术相比,该技术具有检测时无需耦合剂,无需与试件接触,无需对试件表面预处理,能够方便地产生多种类型超声波等优势,适用于无接触检测、高温检测、高速在线检测等场合。电磁超声技术显著提高了超声无损检测技术的检测精度、检测效率、应用范围、环境适应性、经济性及环保性。

典型的电磁超声换能器包括线圈、磁铁和试件三个部分。在非铁磁性材料中,EMAT的换能机理为洛伦兹力机理;而在铁磁材料中,洛伦兹力、磁致伸缩力和磁化力三种机理将共同作用,完成超声波的发射和接收。以洛伦兹力机理为例简介EMAT的工作原理(见图1):通以交变电流的导线 (或线圈) 置于试件表面时,将在试件表层感生出涡流;涡流与磁铁产生的静磁场相互作用,就会产生洛伦兹力;洛伦兹力将引发试件内部质点的高频振动,这种振动以波的形式向外传播,就完成了超声波的发射;通过控制线圈、磁铁的结构和参数,就可以方便地激发出多种类型的超声波。电磁超声的接收是发射的逆过程。


  

1 典型的体波EMAT工作过程示意图

作为传统压电超声技术较为理想的替代品,美、德、英、日等国对电磁超声无损检测技术高度重视,无论在资金支持还是在人员配备上均有很大投入。近年来,这些国家已对该技术开展了广泛而深入的研究,并将其成功应用于冶金、焊接、列车轮轨、管道、桥梁、飞机、板材、棒材等众多领域,同时其中的部分产品已经进入我国市场。而我国在电磁超声无损检测领域的研究起步较晚,目前关于电磁超声无损检测产品的报道相对较少。