确定电磁超声换能器钢管检测最佳磁化强度的试验研究

　　中图分类号:TG115.28　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-6656(2004)06-0297-02

　　超声检测技术在无损探伤、温度测量、距离测量、流量测量、液体成分测量及岩体检测等方面应用广泛。目前,电磁超声是超声检测应用于工业无损探伤 的重要发展方向之一,它能实现对铁磁性金属材料的高温、高速和非接触检测。无缝钢管是将圆管坯经穿孔机或挤压机加工成毛管,再经压管机压延成形,小直管和 薄壁管还要反复冷轧进行退火。无缝钢管的常见自然缺陷有折叠、结疤(钢管表面的条状或块状折叠)、直道缺陷(钢管内外表面呈纵向的凹陷或凸起)、凹坑(压 痕)、裂缝、夹渣、导板划痕、横裂及分层[1]。

　　电磁超声换能器(EMAT)激发的超声波可沿管材圆周方向传播,理论上无需使钢管或传感器转动便可扫描钢管的圆周。电磁超声探伤能同时探出压电超声、涡流及漏磁探伤方法能探出的缺陷,可实现自动检测,保证生产进度。

　　1　电磁超声检测的原理

　　当通以高频电流的线圈靠近金属试件时,试件表层感生涡流,若在试件附近施以强磁场,则涡流在磁场作用下使金属材料中的带电粒子产生高频洛仑兹 (Lorentz)力,因为该力是高频机械振动,所以它能在试件中传播,产生超声波。由于上述过程可逆,因而从试件边角处或缺陷部位反射回的超声波在外加 磁场作用下形成涡流,涡流本身的磁场引起线圈两端电压变化,利用该信号即可实现缺陷检测[2]。EMAT由三部分组成:

　　(1)高频线圈　用于产生高频激发磁场。

　　(2)磁铁　用来提供外磁场,它可以是直流电磁铁、永久磁铁、交流电磁铁或脉冲电磁铁。

　　(3)工件　是EMAT的一部分,这是与压电超声换能器的基本区别。工件必须是电导体或磁导体。EMAT的工作原理(即激发与接收超声波的机 理)与洛仑兹力、磁致伸缩力和磁性力相关。三种力都与磁场有关,缺陷波幅值最大时电磁铁磁化强度为最佳磁化强度。确定最佳磁化强度可提高检测灵敏度。

　　2　确定最佳磁化强度的试验研究

　　2.1　试验目的及方案

　　(1)试验目的　得到不同外径和不同厚度的钢管在EMAT作用下,电磁场激励电流I与超声波输出电压峰-峰值V_p的关系。

　　(2)主要试验条件　直流电磁铁线圈匝数1 000匝,电磁铁铁芯尺寸如图1所示,直流电流源电流I可变范围0~6A;EMAT距钢管提离距离1mm;示波器频率范围0~10MHz。

　　(3)试验装置　结构框图如图2所示。

　　2.2　试验数据及处理

　　外磁场强度与洛仑兹力和磁致伸缩力成正比,提高外磁场强度,可增大质点振动速度和声强,提高接收电压幅值,即提高了信噪比和检测灵敏度。