电磁超声传感器检测不同材质钢管的试验研究

　　电磁超声传感器(EMAT)检测钢管的模型如图1所示^[1] ,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,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　它是EMAT的一部分,这是与压电超声换能器的基本区别,但工件必须是电导体或磁导体。

　　EMAT的工作原理或称其激发与接收超声的机理有罗仑兹(Lorentz)力、磁滞伸缩力和磁性力三种。这三种力都与磁场有关,而磁场与钢管材质有关。因此,研究电磁超声传感器检测不同材质钢管的结果,对电磁超声传感器的产品开发具有重要意义。

　　1　不同材质无缝钢管的磁致伸缩曲线

　　1.1　无缝钢管的材质

　　试验研究的是常用无缝钢管缺陷的电磁超声传感器检测技术,选用直径为100~300 mm、壁厚5~30 mm、钢种为20号和45号优质碳素钢与30Mn和30CrMo低合金钢作为检测对象,不同钢种的无缝钢管成分含量见表1和表2^[2] 。

　　1.2　磁致伸缩的试验曲线

　　1.2.1　试验系统构成

　　磁致伸缩参数测量的方法有干涉仪法、光杠杆和机械杠杆联合使用的方法及形变电阻法[3]。形变电阻法磁致伸缩参数测量装置是由单片计算机作主控单元,集电磁铁电源和特斯拉计于一体的智能化测量仪器,通过标准RS22322C接口受微机的控制和管理,将测试数据传送给计算机处理,应变仪的模拟输出与数字电压表相连,从而可得到磁致伸缩量与磁场的关系曲线。磁致伸缩量的分辨率由应变仪决定,由四位半数字显示。其原理框图见图2。

　　1.2.2　检测用钢管的磁致伸缩试验曲线

　　记录特斯拉计和电压表的读数,画出各种材料无缝钢管的磁致伸缩曲线,如图3所示。磁致伸缩效应在很大程度上取决于金属或合金的品种和它的组织(如铸件、滚轧件、回火件和冷作硬化件等)。不同钢管的磁致伸缩曲线不同。

　　2　检测不同材质钢管的试验研究

　　2.1　试验目的及方案

　　试验目的为得到不同材质钢管在EMAT作用下,电磁场激励电流I与超声波输出电压峰2峰值V _p的关系'

　　主要试验条件为直流电磁铁,线圈匝数1 000匝,直流电流源电流I可变范围0~6 A;EMAT距钢管提离距离1 mm;示波器频率范围0~10 MHz;试验对象为钢管。