电磁超声波快速检测技术及应用

电磁超声波快速检测技术及应用
【摘要】本文主要对电磁超声波检测技术特点、电磁超声技术原理、电磁超声技术原理、电磁超声波探伤装置和可使用的波型进行了论述。

【关键词】电磁超声波；检测技术；特点；原理
1、前言
常规的压电式超声波无损检测技术已经广泛应用于各个领域。

由于它是一种接触性检测技术，要求受检工件表面具有较高的光洁度（一般要求粗糙度
Ra12.5―Ra6.3μm之间）。

探头和工件之间要加耦合器剂，并对探头施加一定的压力。

以上特点造成检测成本高、工作量大、劳动强度高、时间长，难于实现大围、普查性质的检查，只能是一种点或区域性质的抽查方法。

因此发展一种克服常规超声检测技术不足之处的检测技术具有实际意义。

电磁超声检测技术，是一种依靠电磁感应和电磁致伸缩原理在工件中产生和接收超声波的方法，因此电磁超声探头不需要接触工件，也可在工件中产生超声波。

电磁超声检测技术是一种非接触性检测技术，它不要求对工件表面进行处理。

是一种快速、方便、有效的检测技术，可容易
的实现大围、普查性质的检查，检测成本低、劳动强度小。

电磁超声检测技术早已被人们研究掌握，由于当时的科学技术发展水平限制了它的发展和应用。

80年代以来，随着科学技术的不断发展，电磁超声检测水平得到了极大的发展和提高，可以实际应用于许多种类工件的缺陷检测。

近几年，电磁超声检测技术已成功应用于火力发电厂水冷壁管的壁厚测量和缺陷检测，以及电站高、低压加热器钢管和凝汽器管的缺陷检测，电磁超声检测技术的优势，将使其愈来愈多的应用于热力设备的检测当中。

2、电磁超声技术原理
在铁磁性金属材料当中，电磁超声波的激发机制有三种：一是罗仑兹力；二是磁致伸缩力；三是电磁力。

第三种电磁力机制产生超声波的作用可以不考虑。

3、电磁超声波探伤装置和可使用的波型
电磁超声波探伤装置主要由电磁超声换能器和探伤仪两部分组成。

探伤仪主要由高频脉冲源?D?D用于对探头的发射/接收线圈激磁；直流电源?D?D用于对探头的直流线圈激磁；显示器?D?D显示放大器传送来的工件中回波情况的信号；同步电路?D?D产生周期性的同步信号，使仪器各部分协调有序的工作。

电磁超声探伤仪的工作原理和组成结构与常规超
声波探伤仪基本相似。

两者不同之处是前者有一个直流激磁电源，各部分的电路参数不大一样。

电磁超声探伤仪的高频脉冲电源的发射脉冲幅度在1500V以上，电流在几十到几百安培。

电磁超声换能器主要由直流电磁铁（或永久磁铁）、发射/接收线圈、工件三部分组成，与常规压电式换能器不同的是，工件也是换能器的一个组分。

电磁超声换能器的转换效率很低，要获得很强的超声波，就要求有更高电压的发射脉冲，发射脉冲电压一般在几千伏至几十千伏之间。

电磁超声换能器线圈和工件间的提离距离将影响到检测灵敏度（工件中产生的超声波的强度）的变化，随提离距离的增大，检测灵敏度将很快降低。

提离距离1mm还是可以满足检测要求的。

若要增加提离距离，就要增加发射脉冲的电压。

电磁超声技术可以很方便的激发和接收各种超声波型，特别是SH横波。

4、电磁超声波检测技术特点
4.1电磁超声检测技术，是依靠电磁感应和磁致伸缩原理在工件中产生和接收超声波，这个过程不需要与工件接触即可完成。

因此探伤过程中不需要与工件接触和施加耦合剂；
4.2依靠电磁铁（或永久磁铁）的不同结构形状，
以及发射/接收线圈的不同缠绕方式，按不同的方式组合两者，就可以产生不同形式的超声波；
4.3可对高温物体和表面有锈垢及油漆层的物体直接进行检测，因而可降低检测成本，实现快速、方便、有效的检测；
4.4不需要接触工件即可实施检测?D?D即非接触检测法，这样不存在压电式探头由于压力的变化而灵敏度不稳的问题。

但电磁超声换能器提离距离的变化也将产生灵敏度不稳定的问题，提离距离增大将使检测灵敏度降低；4.5电磁超声波不能用于对非金属材料进行检测，因为非金属材料是非导体，不能产生涡流及磁致伸缩现象。

5、电磁超声波检测技术应用
目前，电磁超声波检测技术已发展成熟，已成功应用于常温钢材探伤、焊缝探伤、高温板材和管材测厚及腐蚀检测。

近年来，随着电磁超声检测技术的发展和完善，已在电站热力设备的检测中得到成功的应用。

电站热力设备在高温环境下工作，其大部分部件表面在运行过程中都会生成较厚的氧化腐蚀产物层，应用常规超声技术测厚和探伤，必须对部件表面氧化层进行清理，而电磁超声检测技术是无需在实施检测时对此类部件表面氧化层进行清理，可直接进行大围、
普查性质的测厚和探伤，这就是该技术的优势所在。

同时，部件外表的氧化层是铁磁性材料，它具有较强的磁致伸缩效应，它可以使检测灵敏度提高20dB左右，信噪比也得到了极大提高，这种情况下提离距离可以增大，即相当于提高了发射脉冲的电压。

大围、普查性质的检查已成功应用于电站锅炉水冷壁管壁厚的快速大围的扫描测量，以及水冷壁管的腐蚀坑、腐蚀性沟槽、氢损伤、腐蚀疲劳裂纹的快速大围、普查性的检测。

壁厚的测量下限可达2.54mm，测量误差为±0.127mm。

检测水冷壁管的电磁超声探头可以沿管壁自动爬行或手动爬行，爬行距离和测量数据可以自动记录，并对数据进行实时分析或离线分析。

另外，电磁声波技术易于产生SH型横波（水平偏振横波），SH波是一种板波，它也被称作导波，可用来检测锅炉“四管”中的各种缺陷。

SH型导波可沿锅炉管轴向、周向、螺旋式三种方式传播，以检测管中各种取向的缺陷，检测过程中无需移动探头，SH型导波可沿管子轴向有效检测30多米远。

SH型导波同样可用来检测高低压加热器钢管和冷凝器管中的腐蚀坑、壁厚减薄、穿孔、环向开裂和断开等缺陷。

只需将探头放置在管口，就可产生沿全部圆柱面轴向传播的SH导波，不需移动探头就可实现整个管径和全长度的检测。

U型
管的弯管部位也不影响SH导波的传播，在U型管的一端管口放置探头，不需移动探头就可实现管径全长度的检测。

SH型导波可沿管子轴向有效检测距离达20米以上。

随着科学技术的不断发展，电磁超声技术必将得到极大的发展和完善，它在电站热力设备中的优势，必将得到愈来愈广泛的应用。