电磁超声无损检测的原理及其应用..doc

电磁超声无损检测的原理及其应用 200字摘要：电磁超声(Electromagnetic Acoustic Transducer,以下简称EMAT)是无损检测领域出现的新技术，该技术利用电磁耦合方法激励和接受超声波。与传统的超声检测技术相比，它具有精度高、不需要耦合剂、非接触、适于高温检测以及容易激发各种超声波形等优点。在工业应用中，电磁超声正越来越受到人们的关注和重视。其缺点为换能效率低，信号微弱，需要在检测中克服。本文在相关资料的基础上，总结电磁超声无损检测的基本原理，并简单介绍该技术在工业领域的几种典型应用。 关键词：电磁超声；无损检测；工业应用 引言 无损探伤方法多种多样，常规的5种技术（超声、射线、渗透、磁粉、涡流）已经日趋成熟，在当今的工业应用中起着主导作用；另一方面，各种新技术、新方法不断涌现，例如全息、热成像、声振等。它们以其物理性质及原理的特殊性，在一些场合发挥着重要功能，与常规方法相辅相成，电磁超声无损检测技术便是其中的一种。 电磁超声的原理和特点 超声波的工作原理 超声波是频率高于20000Hz的机械波，由于超声波频率高、波长短，因此具有良好的方向性和穿透能力，且由于超声波能量大，方便检测，因此可以用来实现无损检测。具体工过程分为以下几个过程： a. 声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件； b. 超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变； c. 改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析； d. 根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。 一般来说，为保证充分的声耦合，在检测时需要有耦合剂（机油或水等）填充检测探头和被检查表面之间的空隙。 电磁超声的产生机理 处于交变磁场中的金属导体，其内部将产生涡流，同时由于任何电流在磁场中收到洛伦兹力的作用，而金属介质在交变应力的作用下将产生应力波，频率在超声波范围内的应力波即为超声波。于此相反，由于此效应呈现可逆性，返回声压使质点的振动在磁场作用下也会使涡流线圈两端的电压发生变化，因此可以通过接收装置进行接收并放大显示。我们把用这种方法激发和接收的超声波称为电磁超声。 在上述方法中，换能器已经不单单是通交变电流的涡流线圈以及外部固定磁场的组合体，金属表面也是换能器的一个重要组成部分，电和声的转换是靠金属表面来完成的。电磁超声只能在导电介质上产生，因此电磁超声只能在导电介质上获得应用。 电磁超声的基本结构 由上所述，电磁超声检测装置主要由高频线圈、外加磁场、试件本身三部分组成，如图1所示。 图1，电磁超声基本结构 值得一提的是，产生电磁超声的有两种效应，洛伦兹力效应和磁致伸缩效应。如上图的高频线圈通以高频激励电流时就会在试件表面形成感应涡流，感应涡流在外加磁场的作用下会受到洛伦兹力的作用产生电磁超声；同样，强大的脉冲电流会向外辐射一个脉冲磁场，脉冲磁场和外加磁场的复合作用会产生磁致伸缩效应，磁致伸缩力的作用也会产生不同波形的电磁超声。洛伦兹力和磁致伸缩力两种效应具体是哪种在起着主要作用，主要是由外加磁场的大小、激励电流的频率决定。 电磁超声的特点 相对于常规超声电磁超声具有以下特点： 非接触检测，不需要耦合剂，可透过包覆层等 EMAT的能量转换，是在工件表面的趋肤层内直接进行得。因而可将趋肤层看成是压电晶片，由于趋肤层是工件的表面层，所以EMAT产生的超声波不需要任何耦合介质。 产生波形形式多样，适合做表面缺陷检测 EMAT在检测的过程中，在满足一定的激发条件时，会产生表面波、SH波和Lamb波。如果改变激励电信号频率满足一定公式，则声波能以任何辐射角θ向工件内部倾斜辐射。即在其它条件不变的前提下，只要改变电信号频率，就可以改变声的辐射角，这是EMAT的又一特点。由于这一特点的存在，可以在不变更换能器的情况下，实现波形模式的自由选择。 适合高温检测 随着国家在能源、动力企业的投入和发展，各种高温压力管道逐渐增多。作为特种设备的压力管道，一旦出现事故，损失将非常严重。对此，国家有相关政策法规强制检测，以实现最小的事故发生率。这就使得高温压力管道检测成为一个急需解决的问题。而电磁超声正是解决这个问题的最好选择。电磁超声相对于常规超声一个最大的优点就是其非接触性。热体在空间辐射的温度场是按指数衰减的，探头离检测试件表面每提离一段距离，其探头环境温度就有显著的下降，所以，电磁超声可以用于高温管道检测。 对被探工件表面质量要求不高 EMAT不需要与声波在其中传播的材料接触,就可向其发射和接收返回的超声波。因此对被探工件表面不要求特殊清理,较粗糙表面也可直接探伤。 检测速度快 传统的压电超声的检测速度，一般都在10米/分钟左右，而EMAT可达到40米/分钟，甚至更快。 声波传播距离远