鋼管的電磁超聲無損檢測技術(shù)分析

唐華

摘 要：在進行對外進出口貿(mào)易、基礎(chǔ)建設(shè)和未知領(lǐng)域探索的過程中，往往需要強度較高的基礎(chǔ)材料作為支持，而焊接過的金屬材料擁有較高的精度和質(zhì)量，因此成為我國經(jīng)濟快速發(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)叫做電磁超聲無損檢測技術(shù)。為了進一步發(fā)揮金屬材料應(yīng)用過程的效益，不斷提高電磁超聲無損檢測技術(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損檢測技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電磁超聲；鋼管；無損檢測技術(shù)

1 鋼管常用的檢測方法

鋼管是一種在工業(yè)生產(chǎn)當中應(yīng)用十分廣泛的金屬管道，通過對金屬材料的物理、化學性能及幾何形狀進行檢測，能夠檢測到制造鋼管的金屬材料是否存在缺陷，是探傷檢測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)上較為簡單，但因需要人為觀察檢測結(jié)果，所以較難推廣。而另一種磁場測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，但因為能夠通過機器自動化檢測探傷結(jié)果，消除了人為因素干擾，所以比較容易實施和推廣[2]。（2）電磁超聲探傷。因電磁超聲探傷不需要傳感器進行轉(zhuǎn)動，超聲波就可以探掃鋼管四周，并且能夠同時探測出渦流、漏磁探傷等多種問題，因此具有非常重要的研究價值和推廣價值。（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，只能較精準地檢測到特定范圍的材料缺陷，所以將這些探測方法加以結(jié)合，形成一種組合式探傷方法，就能較完美地探測出材料中不同的缺陷問題。

2 電磁超聲檢測的原理

在超聲波無損檢測技術(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損檢測技術(shù)。這種技術(shù)主要通過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，材料表面接受感應(yīng)會產(chǎn)生高頻渦流，若在材料外圍添加一個強磁場，渦流就會在強磁場的作用下讓金屬中帶電的粒子產(chǎn)生一種高頻力，這個力叫做洛侖茲力。因為此過程是可逆反應(yīng)，所以在材料存在缺陷的部位就會反射渦流，而渦流本身的磁場會引起線圈兩頭電壓產(chǎn)生系列變化。利用這一反應(yīng)過程就可以檢測到材料內(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)電機工作過程一般的進行電磁聲傳感工作。

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，用來激發(fā)磁場。③磁鐵：可以是永久磁鐵、脈沖電磁鐵、交流電或直流電磁鐵，來提供外部磁場。

3 鋼管缺陷的電磁超聲檢測模型

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

4 鋼管缺陷的電磁超聲檢測的研究方向

因為電磁超聲檢測鋼管不需要使傳感器或者鋼管轉(zhuǎn)動，具有非接觸性，又具備同時探測出漏磁、渦流和壓電超聲等探傷所能探測出的缺陷的能力，所以具有深遠意義，也有推廣和應(yīng)用的必要。

因電磁超聲無損檢測要從定性到定量實現(xiàn)一個巨大的跨越，其中又要克服建模及求解中的種種復(fù)雜難題，所以實現(xiàn)電磁超聲無損檢測定量分析的難度進一步提升。為了提高電磁超聲無損檢測的水平，就要對一些問題進行更深一步的研究。

第一，深入研究電磁超聲無損檢測理論。電磁應(yīng)用技術(shù)較為依賴網(wǎng)絡(luò)信息中計算技術(shù)的使用，而現(xiàn)代科技的發(fā)展無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，使計算機真正替代人工觀察，來對復(fù)雜的模型及情況進行綜合分析，解答實際操作過程中的難題。因為電磁超聲無損檢測理論依賴于電磁無損檢測，所以必須更深一步對電磁無損檢測進行剖析與研究，再在電磁無損檢測理論的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對電磁超聲無損檢測理論與實際操作的進一步分析和實踐。

第二，對探頭的重點探討。在整個電磁超聲檢測系統(tǒng)中，尤為關(guān)鍵的一個部件就是探頭，所以加強對探頭的研究有利于電磁超聲檢測理論和實際操作等的應(yīng)用。由于電磁超聲檢測所發(fā)出的信號較為微弱，所以目前研究的關(guān)鍵在于如何提高探頭對于微弱信號的靈敏性，敏感度、信噪比越高的探頭，在電磁超聲檢測實際探傷的過程中，會為得出更具有準確性的探傷結(jié)果提供便利。令計算機輔助探頭得到更優(yōu)化的設(shè)計，努力使探頭擁有最高敏感度，同時消耗最小能量，是今后科研的重點方向。

第三，對提高信號過濾能力的研究。現(xiàn)代信息技術(shù)促進信號處理技術(shù)日益發(fā)展成熟，使其在電磁超聲檢測技術(shù)中的重要性逐漸凸現(xiàn)出來。信號處理技術(shù)可以大幅度過濾在電磁超聲無損檢測中產(chǎn)生的干擾性信號，讓探傷過程得出結(jié)論變得簡便。

第四，對數(shù)據(jù)庫及可視化技術(shù)的研究。材料中缺陷的形狀、大小及其他相關(guān)參數(shù)都需要進行可視化轉(zhuǎn)化，這就依賴于復(fù)雜的數(shù)據(jù)運算及求解后轉(zhuǎn)化為圖像進行存儲。對計算機存儲及計算能力的提升將有可能解決轉(zhuǎn)化過程中復(fù)雜的問題。

5 結(jié)語

電磁超聲無損檢測理論依賴電磁無損檢測理論的解讀，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)，而電磁場計算方法又被計算機的計算能力左右，所以隨著計算機信息技術(shù)的不斷發(fā)展，對磁場的分析將變得更加重要。

參考文獻：

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

[2] 趙思琦，裴翠祥，肖盼等.基于表面波的塑性變形電磁超聲定量無損檢測[J].無損檢測，2016（10）：25～28.

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