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EMAT检测技术的研究技术的意义随着火车速度的不断提高,火车运输的风险性越来越太,尤其是1998年6月德国ICE高速列车灾难性事故之后,车轮的检测问题受到各国高度重视.我国正处在列车不断提速的过程中.对车轮的安全性提出了更高的要求,迫切需要研究一种既能在车轮出厂时对车轮全面检测,也能对正在运行中的车轮进行检测的方法和设施.目前采用的压电式超声波探伤,只能检测出车轮轮辋内部的缺陷,而对车轮踏面近表面(距踏面lOrmn以内)的检测因存在探伤盲区而难以准确检测,而车轮近表面的疲劳裂纹和其他冶金缺陷对车轮的安全运行又起着关键性作用.另外,目前使用的超声波探伤只能在生产厂静态检测车轮,不能用于正在运行中车轮的在线动态检测.为此我们与钢铁研究总院合作,用EMAT技术检测车轮踏面近表面的缺陷,从而为高速车轮的安全运行找到一种科学,安全,可行的检测方法.EMAT技术是当今世界车轮元损检测技术中刚刚兴起的一门崭新技术,由于它的可靠性,安全性与经济性决定了它在车轮无损检测中占有重要的地位和具有强大的生命力.2EMAT检测原理EMAT是Electro—magnetic&埘ctrall~ucex的英文缩写.所谓EMAT技术,实质上就是电磁超声换能器技术.它主要有三个部分组成:高频线圈,外磁场和试样本身.图l是一种激发横波的EMAT抉能器示意图.图中置于磁铁N及S极之下的高频线圈两部分绕线方向相反,所以在试样中感应出的棍巍也相反.那么,用右手矢量法可以翔断出产生h∞l乜力F的方向都平行于试样的水平面.所以使表面趋肤层内质点产生切向位移,向试样内传播而形成横波.如果高频线圈不是置于两个磁极之下,而是置于两个磁板之间,那么很容易判断出会使趋肤层内质点产生与传播方向平行的振动而形成纵波.如果将高颡线圈制成如图2(a)所示的蛇形,使相临两部分绕组的电流方向相反,并使其间距等于,那么,在表面上就会产生如图2(b)所示的表面波;如改变激励电流频率,表面波束就会向作者筒介:季怀患,男(I~55一).马铜科技部经理.高彀工程师.收藕日期:∞0D?0B一苗总第l0期季怀忠:日肼_T控疆l技术的研兜?9?试样内偏斜,用此可以激发出h呷渡;如果使高频电流方向平行于外磁场来摆放线圈,在铁磁性材料中借助于磁致伸缩效应产生出sH渡.由此可见,用EMAT技术可以很方便地激发出各种渡型来.0@试样Jj=L波传田1横波E蛐换能器(a)圈(b)田2表面波EhtAT换能器由于EMAT技术还处在研究开发之中,虽然据有关报导EMAT技术已在检测钢板,钢坯,钢棒和钢管近表面缺陷方面获得成功,但由于车轮形状复杂,尤其对处于运动中的车轮检测一直是一十技术难题.实验设计的该技术的关键环节——螺头的工作原理如图3所示.高频电流在工件表面感应的涡流”l”与”2”方向相反.此时外磁场B垂直作用在涡流”1”与…2上的方向也相反,产生的力F1与砣方向相同,所以线圈轴线上的合力不为0,轴线上声压最强,能获得较高的探伤灵敏度,声场指向性也优于目前国外设计的”反向激励”探头,我们把如图3所示的探头定义为”同向激励”探头.～-10?季怀忠:EMAT~技术的研究总第10期声传播方向固3同向激励探头固4电磁超声原理方框图车轮踏面近表面探伤,特别是车轮轮缘和喉部的探伤涉及到复杂的声学问题,因而EMAT的设计也非常复杂.如果EMAT设计合理,则对车轮踏面近表面,轮缘和喉部存在的缺陷都可获得较高的信噪比.研究设计的EMAT装置是一种紧凑轻便型装譬,葛原理方框图如图4所示.该装置由一台计算机,一个用强磁体固定的换能器罩和一个包括前置放大器及偏振开关的专用件组成.把EMAT换能器置于罩内,使其可重复地在轮辋上精确楚位.EMAT换能器可使声波从两个垂直方向穿过轮辋.强电流脉冲穿过紧靠轮辋面的线圈而产生声波,并在车轮表面感应出涡流.车轮表面的这些据流与外磁场相互作用产生超声波.EMAT装置的特点是在垂直叠层线圈中产生频率为2MHz的电流,使之不移动换能器也可以在正交方向产生偏振超声波.与传统装置相比,EMAT装置的一个特点是换能器和测试材料之间不需要耦合剂.根据电磁学原理,带电质点在磁场中要受到一个电磁力的作用,当把高频电流加到靠近金属表面的电感线圈上时,在金属表面的趋肤深度内将感应出相应频率的涡流来.其方向与线圈内高频电流方向相反.如果同时在金属表面上加一个外部静磁场,那么涡流在外磁场作用下便会产生一个与涡流频率相同的力,传人工件中去而产生超声波.由于此效应的可逆性,反射回声在磁场的作用下也会产生涡流.涡流的磁场使线圈端电压发生变化,从而检测出超声信号来.用此法同样也可激发出纵波,横波及其他各样波型来.如图5所示.在金属中产生涡流超声需要三个条件:(1)通以高频电流的涡流线圈,(2)外磁场,(3)导电的被探件本身.该技术能够将工件本身的趋肤深度层作为超声声源,当然也就不需要声耦合剂了.不用耦台剂就消除了因台全不良而造成的误差,从而能倔证检测的精度.与传统的压电超声换能器(PET)相比,EMAT装置的另一个特点是检测完全自动化.操作人员只需要启动车轮滚动并接通EMAT装置,就可在15—20s内得出无偏差的检测结果.如果车轮踏面近表面存在危害性缺陷,计算机就会通知操作人员.总第10期季怀忠:I~fAI”检刺技术的研克3试验研究图5用电磁超声波激发纵,横波示意圈3.1实验室试验研究:用15车轮踏面制造人工缺陷,其尺寸为:长30mm,深lama.用EMAT装置对其进行检测试验.经过反复试验,对该装置中的仪器和探头进行逐步改进,使之达到了较高的探伤灵敏度,且对人工缺陷的检测重复性好,可探出表面下10mm内的研究缺陷.图6探头布置示意田3.2生产现场试验:试验路线:试验车轮选择+检测危害性缺陷+检测灵敏度调整+缺陷定位+缺陷的解剖验证.试验车轮选择.本次试验选择了一批93个o8柏皿S车轮,进行现场实验研究.检测危害性缺陷.首先用电磁超声探伤方法对所选择的93个o{加衄S车轮逐个进行踏面近表面检测.检测工作频率定在0.75MHz,可检测深度定在0—8nnn.探头布置在圆周某一点踏面中心位置,如图6所示.检测灵敏度调整.检测过程中,白大到小不断调整探伤当量,逐步提高检测灵敏度,在噪声不影响观察的情况下尽可能提高检测灵敏度.超声信号被激发后沿工件踏面近表面(约08mm范围)传播,显示屏上可见3次底波,声波传播长度达工件3周,相邻底波幅度衰减约6dB,如图7所示.缺陷定位.对选择的93个∞40皿S车轮进行检测后,仅发现其中1个车轮上有一微弱反射信号.根据信号显示对缺陷定位:P=1/2S=1/2vt——缺陷位置;s_——缺陷离探头的双倍距离;r—-渡传播速度;?l2?季怀忠:西【捡曩l技术的研克恙第10期r～波传播时阃.计算得p:l/2(300000Orn/Bx160us)=240mmA一砍透过波二次透过渡图7屏幕显示示意圈缺陷的解剖验证.为了验证EblAT拄术的检测精度,我们用低倍方法对检测认为有缺陷的车轮进行了实验验证.在离电磁超声检测方法探头周向约24Omm处(即定位缺陷处)取一横向低倍试样,进行酸洗腐蚀观察.余下试样在踏面部位进行多次铣削并酸洗腐蚀观察.横向试样面束发现缺陷.踏面在切削约3r址Il和约3.5n珈时,在酸洗面上发现点状微小缺陷,最长的在0.5叫I左右,数量25点.同样我们也用低倍方法对检测认为无缺陷的92个车轮抽样验证了24个低倍试样,均未发现缺陷.试样编号如图8所示.被检横藏面被检踏面田8解剖簟号示意田编号3,4,5,6试样作横剖面观察,l一1,l一2,2一l,2—2试样作踏面观察.在编号3,4,5,6试样上分别取一个横截面经铣削加工,然后进行酸洗腐蚀观察,每块试样连续进行3次铣削和酸洗腐蚀观察,每次铣削量lⅡⅡn左右,共观察l2个横向解剖面.在编号l—l,1—2,2一l,2—2试样踏面进行铣削加工,然后进行酸洗腐蚀观察,每块试样连续进行3次铣削和酸洗腐蚀观察,第一刁铣削量(试样中心位置)3mt左右,第二,第三刀铣削量分别l删n左右,共观察l2个踏面解剖面o8块试样共24个解剖面的低倍观察均未发现低倍缺陷以及值得怀疑的疑点.4结论4.1咖装置体积小便于安装.应用技术检测车轮踏面对,探头当量.该技术能适用于快速客车轮,提速货车轮和我们正在设计研究的高速客车轮的检测.4.4该技术可用于正在行使列车上安装的车轮检测.参考文献1张广纯赵景歧:电磁超声探伤技术的研究,中圆奎属学奢179—1980年优秀论文选集2J∞印hiBtBII:用眦AT幕王捡测铁路丰转,国外机丰丰辆工艺1999年N0.53张广纯陈玉珍渠玉珍:奎属材料的超声波探伤.冶金部无损检刺人置贵格鉴定委员奢1998年.4铰道部:n獬一1996和1B,r2817—1蛳.铰路快速客丰和铰道丰辆用辗钢整体丰转技术条件.5HsQ客丰辗钢整体丰转交货技术条件(暂行).。
电磁超声无损检测的原理及其应用电磁超声无损检测（Electromagnetic Acoustic Testing, EMAT）是一种无需使用传统的耦合介质（如水或液体）来传输超声波的方法。
它主要利用电磁感应原理，结合材料的电磁性质，实现材料的检测。
电磁超声无损检测的原理是利用了磁控制超声波生成和接收。
当电流通过线圈时，它会产生一个交变磁场。
在存在交变磁场的情况下，如果材料是导电材料，磁场就会感应出涡流。
涡流在材料中产生耗散，从而导致材料局部温度的上升。
当涡流与材料界面处有超声波传播时，超声波会被热膨胀效应产生的热波所表面耦合，从而发生辐射声波。
这样就可以通过磁控制超声波的辐射和接收来检测材料的状态。
1.金属材料的缺陷检测：电磁超声无损检测可以用来检测金属材料中的缺陷，如裂纹、腐蚀等。
通过波束聚焦技术，可以对材料内部进行高分辨率的检测。
与传统的耦合超声检测相比，电磁超声无需使用耦合介质，能够更好地适应复杂几何形状的材料。
2.管道的检测：电磁超声无损检测可以应用于管道的检测。
在管道内表面涂覆电磁超声薄膜或埋设电磁超声传感器，可以检测出管道中的缺陷和腐蚀情况。
这对于防止管道爆裂、泄露等问题具有重要意义。
3.铁路轨道的检测：电磁超声无损检测可以用于铁路轨道的检测。
通过在轨道上安装电磁超声传感器，可以实时检测轨道的变形、裂纹等缺陷，及时进行维修和保养，确保铁路的安全运行。
4.混凝土结构的检测：电磁超声无损检测可以用于混凝土结构的健康监测。
通过在混凝土结构表面激发电磁超声波，并接收散射和透射的信号，可以检测到混凝土中的缺陷和裂纹，提前预警可能发生的结构问题。
5.材料的杂质检测：电磁超声无损检测可以用于材料中杂质的检测。
例如，在铸造过程中，若有金属杂质混入，可以使用电磁超声无损检测方法进行快速检测，以防止产品质量问题。
总的来说，电磁超声无损检测由于其无需使用耦合介质、能够适应复杂几何形状的材料等优点，被广泛应用于各个领域的材料检测中。
电磁超声无损检测的原理及其应用200字摘要：电磁超声(Electromagnetic Acoustic Transducer,以下简称EMAT)是无损检测领域出现的新技术，该技术利用电磁耦合方法激励和接受超声波。
与传统的超声检测技术相比，它具有精度高、不需要耦合剂、非接触、适于高温检测以及容易激发各种超声波形等优点。
在工业应用中，电磁超声正越来越受到人们的关注和重视。
其缺点为换能效率低，信号微弱，需要在检测中克服。
本文在相关资料的基础上，总结电磁超声无损检测的基本原理，并简单介绍该技术在工业领域的几种典型应用。
关键词：电磁超声；无损检测；工业应用1 引言无损探伤方法多种多样，常规的5种技术（超声、射线、渗透、磁粉、涡流）已经日趋成熟，在当今的工业应用中起着主导作用；另一方面，各种新技术、新方法不断涌现，例如全息、热成像、声振等。
它们以其物理性质及原理的特殊性，在一些场合发挥着重要功能，与常规方法相辅相成，电磁超声无损检测技术便是其中的一种。
2 电磁超声的原理和特点2.1超声波的工作原理超声波是频率高于20000Hz的机械波，由于超声波频率高、波长短，因此具有良好的方向性和穿透能力，且由于超声波能量大，方便检测，因此可以用来实现无损检测。
具体工过程分为以下几个过程：a.声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；b. 超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；c. 改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；d. 根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。
一般来说，为保证充分的声耦合，在检测时需要有耦合剂（机油或水等）填充检测探头和被检查表面之间的空隙。
2.2电磁超声的产生机理处于交变磁场中的金属导体，其内部将产生涡流，同时由于任何电流在磁场中收到洛伦兹力的作用，而金属介质在交变应力的作用下将产生应力波，频率在超声波范围内的应力波即为超声波。
电磁超声及其在无损检测中的应用摘要：电磁超声（EMAT）是无损检测领域的一种新兴技术。
电磁超声测量精度高、无需接触、不需要耦合剂的特点，使其特别适合于高温和移动的无损检测。
同时电磁超声容易激发各种超声波型。
所有这些优点，越来越受到人们的关注。
关键词：电磁超声；非接触；高温检测；电磁测厚目前无损检测的重要性已经得到各行业的广泛认识，检测方法越来越多。
电磁超声无损检测技术便是其中的一种。
和传统采用压电换能器的传统超声波检查比较，由于电磁超声是在金属材料的表面激发，因此具有无需耦合剂、可非接触式、可应用于低温或高热环境、有利于自动化、易于激发各种超声检测波形等优点，并且具备传统超声波的特点，在国内外的无损检测中已经普遍的获得认可和广泛应用，发挥着越来越重要的作用。
1 电磁超声的工作原理[1]当置于工件表面的高频线圈通以高频电流时，根据电磁感应原理，高频线圈附近区域会产生一交变磁场，磁场在工件表面会感应出电流，即涡流I。
涡流在外界强磁场B作用下将产生机械力F。
工件表面质点受力产生机械振动，同时振动以波的形式传播出去，这就是电磁超声波的激发过程。
接收过程是激发过程的逆过程。
工件表面的机械振动在外界强磁场作用下，在线圈中产生感应电压，仪器通过接收处理电压的变化情况反映对工件的探测结果。
这种激发和接收的超声波的方法称为电磁超声。
图一电磁超声换能器结构2电磁超声换能器基本结构和效应电磁超声换能器主要由高频线圈、外加磁场、工件三部分组成[2]，如图一所示。
（1）用于提供外加强偏置磁场的磁铁。
（2）用于激发高频磁场的金属线圈。
（3）被测金属工件。
由于EMAT检测的工件材质的差别，产生的效应也有所不同。
电磁超声包含三种效应：洛伦兹力效应、磁致伸缩力效应、磁性力效应。
在非铁磁性材料中，例如铝合金、铜材料、钕材料中，洛伦兹力为主要效应。
通电线圈在工件集肤层感应出的涡流在外界静磁场作用下产生机械力，这种力就是洛伦兹力。
基于此力激发和接收电磁超声波的现象为洛伦兹力效应。
电磁超声无损检测的原理及其应用200字摘要：电磁超声(Electromagnetic Acoustic Transducer,以下简称EMAT)是无损检测领域出现的新技术，该技术利用电磁耦合方法激励和接受超声波。
与传统的超声检测技术相比，它具有精度高、不需要耦合剂、非接触、适于高温检测以及容易激发各种超声波形等优点。
在工业应用中，电磁超声正越来越受到人们的关注和重视。
其缺点为换能效率低，信号微弱，需要在检测中克服。
本文在相关资料的基础上，总结电磁超声无损检测的基本原理，并简单介绍该技术在工业领域的几种典型应用。
关键词：电磁超声；无损检测；工业应用1 引言无损探伤方法多种多样，常规的5种技术（超声、射线、渗透、磁粉、涡流）已经日趋成熟，在当今的工业应用中起着主导作用；另一方面，各种新技术、新方法不断涌现，例如全息、热成像、声振等。
它们以其物理性质及原理的特殊性，在一些场合发挥着重要功能，与常规方法相辅相成，电磁超声无损检测技术便是其中的一种。
2 电磁超声的原理和特点2.1超声波的工作原理超声波是频率高于20000Hz的机械波，由于超声波频率高、波长短，因此具有良好的方向性和穿透能力，且由于超声波能量大，方便检测，因此可以用来实现无损检测。
具体工过程分为以下几个过程：a.声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件；b. 超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变；c. 改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析；d. 根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。
一般来说，为保证充分的声耦合，在检测时需要有耦合剂（机油或水等）填充检测探头和被检查表面之间的空隙。
2.2电磁超声的产生机理处于交变磁场中的金属导体，其内部将产生涡流，同时由于任何电流在磁场中收到洛伦兹力的作用，而金属介质在交变应力的作用下将产生应力波，频率在超声波范围内的应力波即为超声波。
超声波探伤仪在车轮缺陷的应用
数字超声波探伤仪在车轮缺陷检测中的应用，轮对是车辆走行部中重要的部件之一，对车辆轮对的检测并准确地判断其缺陷位置一直是铁道运输部门非常重视的问题。
采用数字超声波探伤仪，实现轮对踏面的缺陷检测，包括：踏面剥离及剥离前期检测；踏面表面及近表面裂纹检测。
超声波探伤仪系统利用超声表面波的脉冲反射原理进行缺陷检测。
当轮对沿钢轨运行到探头位置，轮对踏面接触探头的瞬间，EMAT(电磁超声探伤技术)在车轮踏面表面及近表面激发出电磁超声表面波脉冲，超声表面波将沿踏面表面及近表面圆周以很小的损耗传播。
超声表面波在踏面双向传播(顺时针和逆时针)，沿车轮表面及近表面传播1周后回到探头位置，EMAT探头检测到返回的超声表面波后形成第1次周期回波；未衰减的超声波继续沿踏面传播，依次形成第2次、第3次周期回波，直到能量衰减到设备无法检测为止。
当车轮踏面表面及近表面有裂纹或剥离等缺陷存在时，超声波在缺陷端面处一部分能量被反射，沿原传播路径返回并被探头检测到，形成缺陷回波；另一部分能量绕过缺陷端面继续传播，形成周期性回波。
通过正常的周期回波(RT)与缺陷回波(E)的对比分析，可以定性分析当前轮对的踏面缺陷状况。
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数字超声波探伤仪
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电磁(EMAT)无损探伤的特点及钢铁行业的应用前景【摘要】电磁（EMAT）无损探伤技术为检测领域带来了新的发展前景，此技术能够采用电磁耦合方法对超声波进行激励与接受，是如今钢铁行业用来检测金属内部质量的重要手段。
它与以往的检测技术不同，由于更具有高精度性和非接触性，以及在高温检测中也非常容易激发超声波形等，因此电磁（EMAT）无损探伤技术在钢铁行业中更加被重视。
本文通过简单介绍电磁(EMAT)无损探伤，对电磁(EMAT)无损探伤的特点进行分析，并阐述电磁(EMAT)无损探伤技术在钢铁行业的应用前景。
【关键词】电磁(EMAT)无损探伤；钢铁；特点；应用前景随着我国工业技术水平的不断发展，在钢铁行业中，对钢铁产品质量问题也越加重视。
电磁（EMAT）无损探伤技术的推出，成为了钢铁行业检测钢铁产品内部质量的重要手段，由于它的检测速度快，并且精确度很高等优势，因此成为我国在钢铁行业的首选检测方式。
电磁（EMAT）无损探伤技术的成功应用，使它在钢铁行业中拥有更好的发展前景。
1.电磁（EMAT）无损探伤电磁超声波换能器就是电磁（EMAT）无损探伤，这种技术属于新的超声波发射与接收的一种装置，主要是采用电磁效应进行超声波的发射与接收。
电磁（EMAT）无损探伤通过电磁趋肤层内稳恒磁场中产生的超声波源在线圈中感应电压，并接收电压信号送往信号处理中，经过放大和过滤后送往波形数字化电路，采用计算机测量到达的时间和振幅，然后将钢板的厚度进行计算，并在一定的时间范围内进行不间断的重复扫描显示。
因为电磁（EMAT）无损探伤技术不需要耦合介质或接触有关的检测材料，就能够将超声波进行发射与接收，所以，它属于一种非常好的非接触超声波发射与接收的系统，但是这种技术必须要拥有可以产生电磁波的材料才能够被实际应用。
电磁（EMAT）无损探伤根据不同的声阻抗介质进行脉冲反射，其主要的缺陷主要有白点和气泡、分层和夹杂，以及内裂和缩松等。
当钢板表面的电磁波遇到传播缺陷问题时，就会自动形成缺陷反射波，然后由接收装置接收，并以波形图的方式在回波器中显示，根据回波器中的显示可以判断出缺陷的不同大小和位置。
