電磁超聲波快速檢測技術(shù)及應(yīng)用

1、電磁超聲波快速檢測技術(shù)及應(yīng)用【摘要】本文主要對電磁超聲波檢測技術(shù)特點、 電磁超聲技術(shù)原理、電磁超聲技術(shù)原理、電磁超聲波 探傷裝置和可使用的波型進(jìn)行了論述?！娟P(guān)鍵詞】電磁超聲波；檢測技術(shù)；特點；原理1、前言 常規(guī)的壓電式超聲波無損檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用 于各個領(lǐng)域。由于它是一種接觸性檢測技術(shù)，要求受 檢工件表面具有較高的光潔度（一般要求粗糙度 Ra12.5-Ra6.3卩m之間）。探頭和工件之間要加耦合 器劑，并對探頭施加一定的壓力。以上特點造成檢測 成本高、工作量大、勞動強度高、時間長，難于實現(xiàn) 大范圍、普查性質(zhì)的檢查，只能是一種點或區(qū)域性質(zhì) 的抽查方法。因此發(fā)展一種克服常規(guī)超聲檢測技術(shù)不 足之處

2、的檢測技術(shù)具有實際意義。 電磁超聲檢測技術(shù)， 是一種依靠電磁感應(yīng)和電磁致伸縮原理在工件中產(chǎn)生 和接收超聲波的方法，因此電磁超聲探頭不需要接觸 工件，也可在工件中產(chǎn)生超聲波。電磁超聲檢測技術(shù) 是一種非接觸性檢測技術(shù)，它不要求對工件表面進(jìn)行 處理。是一種快速、方便、有效的檢測技術(shù)，可容易 的實現(xiàn)大范圍、普查性質(zhì)的檢查，檢測成本低、勞動 強度小。電磁超聲檢測技術(shù)早已被人們研究掌握，由 于當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。80 年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁超聲檢 測水平得到了極大的發(fā)展和提高，可以實際應(yīng)用于許 多種類工件的缺陷檢測。近幾年，電磁超聲檢測技術(shù) 已成功應(yīng)用于火力發(fā)電廠水

3、冷壁管的壁厚測量和缺陷 檢測，以及電站高、低壓加熱器鋼管和凝汽器管的缺 陷檢測，電磁超聲檢測技術(shù)的優(yōu)勢，將使其愈來愈多 的應(yīng)用于熱力設(shè)備的檢測當(dāng)中。2、電磁超聲技術(shù)原理 在鐵磁性金屬材料當(dāng)中，電磁超聲波的激發(fā)機制 有三種：一是羅侖茲力；二是磁致伸縮力；三是電磁 力。第三種電磁力機制產(chǎn)生超聲波的作用可以不考慮。3、電磁超聲波探傷裝置和可使用的波型 電磁超聲波探傷裝置主要由電磁超聲換能器和探 傷儀兩部分組成。探傷儀主要由高頻脈沖源 ?D?D 用 于對探頭的發(fā)射 /接收線圈激磁；直流電源 ?D?D 用于 對探頭的直流線圈激磁；顯示器 ?D?D 顯示放大器傳 送來的工件中回波情況的信號；同步電路 ?D

4、?D 產(chǎn)生 周期性的同步信號，使儀器各部分協(xié)調(diào)有序的工作。電磁超聲探傷儀的工作原理和組成結(jié)構(gòu)與常規(guī)超 聲波探傷儀基本相似。兩者不同之處是前者有一個直 流激磁電源，各部分的電路參數(shù)不大一樣。電磁超聲 探傷儀的高頻脈沖電源的發(fā)射脈沖幅度在 1500V 以 上，電流在幾十到幾百安培。電磁超聲換能器主要由直流電磁鐵（或永久磁 鐵）、發(fā)射 /接收線圈、工件三部分組成，與常規(guī)壓電 式換能器不同的是，工件也是換能器的一個組分。電 磁超聲換能器的轉(zhuǎn)換效率很低， 要獲得很強的超聲波， 就要求有更高電壓的發(fā)射脈沖，發(fā)射脈沖電壓一般在 幾千伏至幾十千伏之間。電磁超聲換能器線圈和工件 間的提離距離將影響到檢測靈敏度（

5、工件中產(chǎn)生的超 聲波的強度）的變化，隨提離距離的增大，檢測靈敏 度將很快降低。提離距離 1mm 還是可以滿足檢測要求 的。若要增加提離距離，就要增加發(fā)射脈沖的電壓。電磁超聲技術(shù)可以很方便的激發(fā)和接收各種超聲 波型，特別是 SH 橫波。4、電磁超聲波檢測技術(shù)特點4.1 電磁超聲檢測技術(shù)，是依靠電磁感應(yīng)和磁致伸 縮原理在工件中產(chǎn)生和接收超聲波，這個過程不需要 與工件接觸即可完成。因此探傷過程中不需要與工件 接觸和施加耦合劑；4.2 依靠電磁鐵（或永久磁鐵）的不同結(jié)構(gòu)形狀，以及發(fā)射 /接收線圈的不同纏繞方式， 按不同的方式組 合兩者，就可以產(chǎn)生不同形式的超聲波；4.3 可對高溫物體和表面有銹垢及油漆

6、層的物體 直接進(jìn)行檢測，因而可降低檢測成本，實現(xiàn)快速、方 便、有效的檢測；4.4 不需要接觸工件即可實施檢測 ?D?D 即非接觸 檢測法，這樣不存在壓電式探頭由于壓力的變化而靈 敏度不穩(wěn)的問題。但電磁超聲換能器提離距離的變化 也將產(chǎn)生靈敏度不穩(wěn)定的問題，提離距離增大將使檢 測靈敏度降低；4.5 電磁超聲波不能用于對非金屬材料 進(jìn)行檢測，因為非金屬材料是非導(dǎo)體，不能產(chǎn)生渦流 及磁致伸縮現(xiàn)象。5、電磁超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用 目前，電磁超聲波檢測技術(shù)已發(fā)展成熟，已成功 應(yīng)用于常溫鋼材探傷、焊縫探傷、高溫板材和管材測 厚及腐蝕檢測。近年來，隨著電磁超聲檢測技術(shù)的發(fā) 展和完善，已在電站熱力設(shè)備的檢測中得到成

7、功的應(yīng) 用。電站熱力設(shè)備在高溫環(huán)境下工作，其大部分部件 表面在運行過程中都會生成較厚的氧化腐蝕產(chǎn)物層， 應(yīng)用常規(guī)超聲技術(shù)測厚和探傷，必須對部件表面氧化 層進(jìn)行清理，而電磁超聲檢測技術(shù)是無需在實施檢測 時對此類部件表面氧化層進(jìn)行清理，可直接進(jìn)行大范 圍、普查性質(zhì)的測厚和探傷，這就是該技術(shù)的優(yōu)勢所 在。同時，部件外表的氧化層是鐵磁性材料，它具有 較強的磁致伸縮效應(yīng)， 它可以使檢測靈敏度提高 20dB 左右，信噪比也得到了極大提高，這種情況下提離距 離可以增大，即相當(dāng)于提高了發(fā)射脈沖的電壓。大范 圍、普查性質(zhì)的檢查已成功應(yīng)用于電站鍋爐水冷壁管 壁厚的快速大范圍的掃描測量，以及水冷壁管的腐蝕 坑、腐蝕

8、性溝槽、氫損傷、腐蝕疲勞裂紋的快速大范 圍、普查性的檢測。壁厚的測量下限可達(dá)2.54mm,測 量誤差為土 0.127mm。檢測水冷壁管的電磁超聲探頭 可以沿管壁自動爬行或手動爬行,爬行距離和測量數(shù) 據(jù)可以自動記錄, 并對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析或離線分析。 另外,電磁聲波技術(shù)易于產(chǎn)生 SH 型橫波（水平偏振 橫波）, SH 波是一種板波,它也被稱作導(dǎo)波,可用來 檢測鍋爐“四管”中的各種缺陷。 SH 型導(dǎo)波可沿鍋爐 管軸向、周向、螺旋式三種方式傳播,以檢測管中各 種取向的缺陷, 檢測過程中無需移動探頭, SH 型導(dǎo)波 可沿管子軸向有效檢測 30 多米遠(yuǎn)。 SH 型導(dǎo)波同樣可 用來檢測高低壓加熱器鋼管和冷凝器管中的腐蝕坑、 壁厚減薄、穿孔、環(huán)向開裂和斷開等缺陷。只需將探 頭放置在管口,就可產(chǎn)生沿全部圓柱面軸向傳播的 SH 導(dǎo)波,不需移動探頭就可實現(xiàn)整個管徑和全長度的檢測。U型管的彎管部位也不影響S