1 概述

　　中厚板在各行各业有着广泛的应用，随着工业技术的迅猛发展、社会生产生活水平的提高，客户对钢板内部质量的要求也越来越严格。超声波无损探伤作为一种重要的无损检测技术，是目前对中厚板内部质量进行检测判定的主要手段。根据使用方式的不同，超声波探伤分为人工手动探伤和自动探伤，特别是在线自动探伤装置具有检测速度快、效率高以及占用生产场地少等优点，已成为近年国内外新建现代化中厚板厂的首选。

　　国外自20世纪6O年代末期便开始了自动超声波探伤技术的研发，7O年代中后期该技术得到了广泛应用。目前，在国内外中厚板生产领域内已投入运行的自动超声波探伤装置中，应用最广、数量最多的是以压电效应为原理的自动探伤装置(即PET自动探伤装置)。国内自宝钢5m 厚板厂于2002年成功引进压电式在线自动超声波探伤装置以来，近年来新建的中厚板厂纷纷仿效。但压电式超声波探伤装置在使用过程中存在可探伤钢板温度范围窄、探伤过程需消耗大量耦合水、探伤过程易受干扰而出现误判等问题，促使技术人员不断寻求更适宜于中厚板生产的无损检测新方式。

　　随着计算机技术的发展和磁性材料技术的进步，EMAT探伤技术，即利用电磁超声波进行无损检测的技术，得到了快速发展，现已走出实验室进入了实际应用领域。俄罗斯、乌克兰、土耳其和日本等国的中厚板厂已成功投产多套EMAT 自动探伤装置，这些EMAT 自动探伤装置的成功运行，显示出EMAT探伤技术在工业化应用领域良好的发展前景。

　　2 EMAT探伤技术的基本原理

　　EMAT无损探伤技术的核心是电磁超声波换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer，简称EMAT)，是一种新型的超声波发射和接收装置。与传统的压电超声波换能器(Piezoelectric Acoustic Transducer，简称PET)靠压电晶片的压电效应来发射和接收超声波不同，EMAT利用电磁效应发射和接收超声波。

　　EMAT的主要组成部分有3个：一是用于提供稳恒磁场的永久磁铁或电磁铁，二是用于产生高频激发磁场的金属线圈，三是被检测工件。金属线圈位于被检测材料表面的稳恒磁场中，当线圈内通人交变电流时，被检材料表面根据变压器原理感应出电流，电流在磁场中受洛仑兹力的作用产生振荡应力波，形成超声波波源。在接收超声波时，导体表面在磁场中振荡而在线圈中感应出电压，上述转换过程都是在材料的电磁趋肤层内进行的。从EMAT线圈接受的电压信号通过低噪前置放大器放大并被发往信号处理部分，在那里信号被进一步放大、过滤并发往波形数字化电路。由计算机测量出信号的到达时间和数字化信号的振幅，并计算钢板的厚度。这一过程在一个设定的时间间隔内不断地进行，以重复扫描并在计算机屏幕上进行显示。

　　EMAT不需要任何耦合介质、不需要与被检材料接触就可向其中发射和接收超声波，是一种重复性很好的非接触式超声波发射和接收系统，但就其原理而言，电磁超声波检测的对象必须是能够产生电磁声波的材料。

　　图1所示为中厚板EMAT 自动探伤装置简易原理图。这种超声波探伤仪采用脉冲反射式技术，是按照超声波在两个不同声阻抗介质的界面上将发生反射，反射能量的大小取决于两种介质声阻抗的差异大小以及界面的取向和大小的原理来设计的。通常，钢板的内部缺陷主要包括分层、缩松、孔洞、夹杂、白点、气泡、内裂、偏析及严重粗晶等。如图1所示，钢板表面产生的电磁超声波在向钢板内部传播的过程中遇到缺陷时，形成缺陷反射波，与板底反射波一起被接收装置捕捉，并在回波器上以波形图的形式显示出来，据此可分析缺陷在钢板内的不同位置和大小。稳恒磁场的方向、金属线圈的几何形状以及脉冲电流的频率共同决定产生的电磁超声波的种类。在磁场和线圈的不同组合模式下，EMAT可产生纵波、横波、表面波(也称瑞利波)和板波(也称兰姆波)。值得指出的是，传统的压电超声波换能器因为必须采用水等耦合介质，而液体和气体不能传播横波，所以压电式超声波探伤仪只能采用纵波，而EMAT探伤仪则可采用性能更优的横波检测。

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