超声波电磁导波技术应用

超声波电磁（EMAT）导波技术应用导波(Guidedwaves):一种以超声或声频率在中平行于边界传播的弹性波，与传统超声检测的恒定波速相比，导波检测中波速会随着波的和的变化而变化。受边界约束传播的波通常称为导波（GuidedWaves）导波:什么是波导?表面（界面）板棒、管子,管道铁轨或其他结构（在很长的距离上横截面几何形状不变）超声导波在里面传播的距离从几厘米到数十米波在约束下传播到端面或底部称之为导波或板波导波质点振动方向示意图瑞利波或表面波椭圆形,贯穿一个波长Lamb波非对称的或对称的水平剪切波在水平方向上与波传播方向垂直压电超声换能器（UT）采用压电晶体激发超声波、电磁超声换能器(EMAT)在零件中激发超声波用EMAT激发超声波等同于一个电动机的作业过程超声波激发:电流（I）传播过程中在工件表面感应出与激励电流平行且方向相反的涡流（Je）当涡流处于一个磁场(B)的作用下,材料中的质点在机械力(F)的作用下产生位移接收采用的是上述逆效应，一定速度的质点位移在磁场(B)作用下在接收线圈中产生电压信号用EMAT激发超声波等同于一个电动机的作业过程EMAT的类型:洛伦兹力EMAT,磁场垂直于涡流并获得有效的洛伦兹力(F=JxB)磁致伸缩EMAT,以平面切向磁场建立的磁致伸缩效应与感应线圈的动态场相互作用xxxSNx洛伦兹力EMAT磁致伸缩EMATxxNSxxxNSxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxNS磁场可以通过永磁铁或电磁铁产生常见的磁铁配置外观形貌特点永磁铁•永久“开”•可用的强劲的稀土元素(NeFeB,SmCo)•价格便宜•难以处理大的传感器直流电磁铁•能随时“开”或“断”•提供合适的正常磁场•大的、笨重的和昂贵的传感器•方便的电驱动•非常适合的大面积磁化效果脉冲直流电磁铁•每秒几次的“开”and“断”，与零件之间没有吸引力可以对铁磁性材料进行扫查•很强劲的切向磁场•大的、笨重的和昂贵的传感器•复合的电驱动•磁致伸缩EMAT设计很有效产生涡流的线圈导线可同心环绕或做成曲折的形状常规应用外观形状特性常规发送体波•三个基本类型;螺旋型,跑道型和“蝴蝶型”•线圈的几何形状决定波动的形态和特性•覆盖范围通常从2mm到25mm(在某些应用中可以范围更大)•线圈的提离可以从材料表面到上方6mm发送斜射体波和导波•曲折线圈•线圈间距决定波长•设计的宽度为了波束的指向性和聚焦•线圈的提离是非常有限的(特别是在高频时)很多常规声束配置为了不同类型模式的波和振动方式线圈类型波动模式振动配置方式螺旋型线圈水平剪切波辐射状跑道型水平剪切波线状蝴蝶型线圈纵波线状导波配置可利用磁致伸缩或洛伦兹力线圈几何尺寸波动模式波长配置曲折和跑道型线圈(螺旋)水平剪切波RF线圈间距或磁铁的尺寸决定波长曲折线圈瑞利波Lamb波RF线圈间距决定波长NSSSSSSNSNSNSNSNSNSSSSSSSSSSSSSSSSNS为什么应用EMAT?因为在役检测条件是恶劣的EMAT能克服不利的条件EMAT能够快速的完成检测高速完成整体筛选检测有大面积覆盖的能力EMAT能够检测不能正常接近的区域应用导波能够到达埋藏的或隐蔽的区域EMAT检测技术·管线的直接评价·有保温层的管道在线监测(CUI)·高温管道系统·船舶检测·焊缝检测·管道支撑的检测·火焰加热器管子检测·容器检测焊缝位置土壤到空气监测EMAT检测技术EMAT导波缺陷检测常规壁厚减薄孤立的锈蚀坑均匀的腐蚀氢致开裂应力开裂酸性侵蚀贫铬保温涂层管道腐蚀局部导波EMATEMAT用于板或大管道轴向或圆周向EMATs在管道里能形成有效的导波导波沿轨道圆周环绕传播100%覆盖获取来自每一个位置的信息发射传感器接收传感器圆周向的导波高速、体积检测完成定位信息的捕获高分辨率的基础透射传输模式声速阻尼衰减量的测量即腐蚀坑减薄速率测量即均匀腐蚀几何结构对导波传输的影响波的传输凹坑对声波的散射在减薄部位上波衰减传输时间改变EMAT导波试样“A”-扫波幅图检测中可能会出现的伤波信号工件的一次端头波EMAT导波试样B-扫图10%20%30%40%50%EMAT筛查工具能够为客户设计特定的应用大口径管周向导波带编码器扫查器高速多种尺寸带编码器的扫查器EMAT导波检测系统永磁对极检小管径的钢管方案镍钴合金带检大管径的钢管方案便携式导波检测仪重量轻和便携电池供电对9m长管子（无刻伤和腐蚀）检测实例分析27m范围的3次底波240m范围内多次底波现场应用实例贵阳某铝厂现场对一条管径6英寸的管道实验管道检测左侧图谱管道检测右侧图谱实验数据实验结论现场测试灵敏度51.2dB,能够看到焊缝和支管道位置，且显示管道已大面积腐蚀，根据图形的记录确定了10处腐蚀严重的位置，通过测厚及高频导波复测，发现管道整体有大量的2-4mm减薄，局部达到4.5mm。导波能提供全面的检测管线、容器、船舶、和热交换管高温应用重复性好可在役检测或停运期间检测不需要耦合剂高速扫查粗糙的表面厚的涂层多种扫查显示便携式系统更易于接近EMAT导波检测从大的结构到小的管子都可以检测高速的筛查工具长距离的检测能力重要的检测技术制订相对通用的标准针对局部和特定案例制订专项标准HSF1电磁超声测厚仪优点:创新研制的非接触式测厚仪（探头悬空），颠覆传统；高清TFT真彩高分辨率显示屏，显示不受强光影响;小机身，大功能，波形、测量结果一览无余；采用横波垂直入射方法，测量精度高于常规纵波测厚，测量更轻松；电磁方式激发超声波，工件即是超声波的发生源，不受角度影响，测量结果与探头零偏没有关系，测量精度更高；探头可提离，对带氧化皮、油漆层等粗糙工件可进行不打磨状态下的厚度测量；检测中，无需耦合剂，对环境没有影响，减少人力物力财力；温度适用范围大，高温环境测厚用处大，且检测中没有高温耦合剂等高价值耗材的消耗，成本低廉。