唐華

摘 要：在進(jìn)行對(duì)外進(jìn)出口貿(mào)易、基礎(chǔ)建設(shè)和未知領(lǐng)域探索的過(guò)程中，往往需要強(qiáng)度較高的基礎(chǔ)材料作為支持，而焊接過(guò)的金屬材料擁有較高的精度和質(zhì)量，因此成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展不可或缺的一部分。在這其中，能夠提高焊接金屬材料接頭質(zhì)量、保證金屬材料焊接及使用安全性的技術(shù)叫做電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。為了進(jìn)一步發(fā)揮金屬材料應(yīng)用過(guò)程的效益，不斷提高電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍，本文主要從方法、原理以及今后發(fā)展方向等角度闡述了鋼管的電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電磁超聲；鋼管；無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

1 鋼管常用的檢測(cè)方法

鋼管是一種在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中應(yīng)用十分廣泛的金屬管道，通過(guò)對(duì)金屬材料的物理、化學(xué)性能及幾何形狀進(jìn)行檢測(cè)，能夠檢測(cè)到制造鋼管的金屬材料是否存在缺陷，是探傷檢測(cè)形式十分多樣的一種材料。

（1）漏磁探傷。在鋼管的漏磁探傷方法中，磁粉探傷法雖然在技術(shù)上較為簡(jiǎn)單，但因需要人為觀察檢測(cè)結(jié)果，所以較難推廣。而另一種磁場(chǎng)測(cè)定法雖然成本和操作難度都較高，設(shè)備比磁粉探傷法復(fù)雜許多，但因?yàn)槟軌蛲ㄟ^(guò)機(jī)器自動(dòng)化檢測(cè)探傷結(jié)果，消除了人為因素干擾，所以比較容易實(shí)施和推廣[2]。（2）電磁超聲探傷。因電磁超聲探傷不需要傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，超聲波就可以探掃鋼管四周，并且能夠同時(shí)探測(cè)出渦流、漏磁探傷等多種問(wèn)題，因此具有非常重要的研究?jī)r(jià)值和推廣價(jià)值。（3）組合探傷。因漏磁探傷、渦流及超聲等方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，只能較精準(zhǔn)地檢測(cè)到特定范圍的材料缺陷，所以將這些探測(cè)方法加以結(jié)合，形成一種組合式探傷方法，就能較完美地探測(cè)出材料中不同的缺陷問(wèn)題。

2 電磁超聲檢測(cè)的原理

在超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，配合電磁耦合技術(shù)所產(chǎn)生的就是電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。這種技術(shù)主要通過(guò)電磁耦合的方式激發(fā)和接收超聲波。一種通有高頻電流的線圈靠近金屬材料時(shí)，材料表面接受感應(yīng)會(huì)產(chǎn)生高頻渦流，若在材料外圍添加一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，渦流就會(huì)在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下讓金屬中帶電的粒子產(chǎn)生一種高頻力，這個(gè)力叫做洛侖茲力。因?yàn)榇诉^(guò)程是可逆反應(yīng)，所以在材料存在缺陷的部位就會(huì)反射渦流，而渦流本身的磁場(chǎng)會(huì)引起線圈兩頭電壓產(chǎn)生系列變化。利用這一反應(yīng)過(guò)程就可以檢測(cè)到材料內(nèi)部的缺陷。

其中洛侖茲力、磁性力以及磁滯伸縮力都能激發(fā)電磁聲傳感器的工作，使其做到類似發(fā)電機(jī)工作過(guò)程一般的進(jìn)行電磁聲傳感工作。

電磁聲傳感器（EMAT）的物理結(jié)構(gòu)（如圖1）由三部分構(gòu)成： ①工件：為EMAT的一部分，必須為電導(dǎo)體或是磁導(dǎo)體，是與壓電超聲換能器的基本區(qū)別。②高頻線圈：產(chǎn)生高頻，用來(lái)激發(fā)磁場(chǎng)。③磁鐵：可以是永久磁鐵、脈沖電磁鐵、交流電或直流電磁鐵，來(lái)提供外部磁場(chǎng)。

3 鋼管缺陷的電磁超聲檢測(cè)模型

因?yàn)楣ぜ?、高頻線圈和磁鐵三部分共同構(gòu)成了電磁聲傳感器，因而能在被檢測(cè)物件的趨膚層產(chǎn)生超聲的震動(dòng)，電磁超聲傳感器也由這三部分組成[3]。當(dāng)脈沖或交流電通入電磁鐵的鐵線圈中時(shí)，電磁鐵的鐵芯應(yīng)選擇硅鋼片；當(dāng)直流電通入電磁鐵中的通電線圈時(shí)，電磁鐵的鐵芯應(yīng)選擇工業(yè)純鐵；當(dāng)直流、交流和脈沖分別通入電磁鐵的鐵線圈中時(shí)，介質(zhì)鋼管之中激勵(lì)線圈覆蓋的鋼管內(nèi)趨膚層磁場(chǎng)及介質(zhì)中磁場(chǎng)的分布數(shù)值不同。

4 鋼管缺陷的電磁超聲檢測(cè)的研究方向

因?yàn)殡姶懦暀z測(cè)鋼管不需要使傳感器或者鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)，具有非接觸性，又具備同時(shí)探測(cè)出漏磁、渦流和壓電超聲等探傷所能探測(cè)出的缺陷的能力，所以具有深遠(yuǎn)意義，也有推廣和應(yīng)用的必要。

因電磁超聲無(wú)損檢測(cè)要從定性到定量實(shí)現(xiàn)一個(gè)巨大的跨越，其中又要克服建模及求解中的種種復(fù)雜難題，所以實(shí)現(xiàn)電磁超聲無(wú)損檢測(cè)定量分析的難度進(jìn)一步提升。為了提高電磁超聲無(wú)損檢測(cè)的水平，就要對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行更深一步的研究。

第一，深入研究電磁超聲無(wú)損檢測(cè)理論。電磁應(yīng)用技術(shù)較為依賴網(wǎng)絡(luò)信息中計(jì)算技術(shù)的使用，而現(xiàn)代科技的發(fā)展無(wú)疑極大地改善了電磁應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展環(huán)境，提高了其應(yīng)用的應(yīng)變能力，使計(jì)算機(jī)真正替代人工觀察，來(lái)對(duì)復(fù)雜的模型及情況進(jìn)行綜合分析，解答實(shí)際操作過(guò)程中的難題。因?yàn)殡姶懦暉o(wú)損檢測(cè)理論依賴于電磁無(wú)損檢測(cè)，所以必須更深一步對(duì)電磁無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行剖析與研究，再在電磁無(wú)損檢測(cè)理論的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁超聲無(wú)損檢測(cè)理論與實(shí)際操作的進(jìn)一步分析和實(shí)踐。

第二，對(duì)探頭的重點(diǎn)探討。在整個(gè)電磁超聲檢測(cè)系統(tǒng)中，尤為關(guān)鍵的一個(gè)部件就是探頭，所以加強(qiáng)對(duì)探頭的研究有利于電磁超聲檢測(cè)理論和實(shí)際操作等的應(yīng)用。由于電磁超聲檢測(cè)所發(fā)出的信號(hào)較為微弱，所以目前研究的關(guān)鍵在于如何提高探頭對(duì)于微弱信號(hào)的靈敏性，敏感度、信噪比越高的探頭，在電磁超聲檢測(cè)實(shí)際探傷的過(guò)程中，會(huì)為得出更具有準(zhǔn)確性的探傷結(jié)果提供便利。令計(jì)算機(jī)輔助探頭得到更優(yōu)化的設(shè)計(jì)，努力使探頭擁有最高敏感度，同時(shí)消耗最小能量，是今后科研的重點(diǎn)方向。

第三，對(duì)提高信號(hào)過(guò)濾能力的研究。現(xiàn)代信息技術(shù)促進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)日益發(fā)展成熟，使其在電磁超聲檢測(cè)技術(shù)中的重要性逐漸凸現(xiàn)出來(lái)。信號(hào)處理技術(shù)可以大幅度過(guò)濾在電磁超聲無(wú)損檢測(cè)中產(chǎn)生的干擾性信號(hào)，讓探傷過(guò)程得出結(jié)論變得簡(jiǎn)便。

第四，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)及可視化技術(shù)的研究。材料中缺陷的形狀、大小及其他相關(guān)參數(shù)都需要進(jìn)行可視化轉(zhuǎn)化，這就依賴于復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算及求解后轉(zhuǎn)化為圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)及計(jì)算能力的提升將有可能解決轉(zhuǎn)化過(guò)程中復(fù)雜的問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

電磁超聲無(wú)損檢測(cè)理論依賴電磁無(wú)損檢測(cè)理論的解讀，又以電磁超聲技術(shù)的磁性力、磁滯伸縮力與洛侖茲力為基礎(chǔ)，而電磁場(chǎng)計(jì)算方法又被計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力左右，所以隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)磁場(chǎng)的分析將變得更加重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔平，范志鋒，徐敬青等.彈丸結(jié)構(gòu)缺陷電磁超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)綜述[J].爆破器材，2017（1）：6～12.

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[3] 陳申乾，黃松嶺，趙偉等.燃煤鍋爐熱力管道缺陷檢測(cè)技術(shù)[J].無(wú)損檢測(cè)， 2017（1）：42～48.