钢管的电磁超声无损检测技术分析

唐华

摘 要：在进行对外进出口贸易、基础建设和未知领域探索的过程中，往往需要强度较高的基础材料作为支持，而焊接过的金属材料拥有较高的精度和质量，因此成为我国经济快速发展不可或缺的一部分。在这其中，能够提高焊接金属材料接头质量、保证金属材料焊接及使用安全性的技术叫做电磁超声无损检测技术。为了进一步发挥金属材料应用过程的效益，不断提高电磁超声无损检测技术的应用范围，本文主要从方法、原理以及今后发展方向等角度阐述了钢管的电磁超声无损检测技术。

关键词：电磁超声；钢管；无损检测技术

1 钢管常用的检测方法

钢管是一种在工业生产当中应用十分广泛的金属管道，通过对金属材料的物理、化学性能及几何形状进行检测，能够检测到制造钢管的金属材料是否存在缺陷，是探伤检测形式十分多样的一种材料。

（1）漏磁探伤。在钢管的漏磁探伤方法中，磁粉探伤法虽然在技术上较为简单，但因需要人为观察检测结果，所以较难推广。而另一种磁场测定法虽然成本和操作难度都较高，设备比磁粉探伤法复杂许多，但因为能够通过机器自动化检测探伤结果，消除了人为因素干扰，所以比较容易实施和推广[2]。（2）电磁超声探伤。因电磁超声探伤不需要传感器进行转动，超声波就可以探扫钢管四周，并且能够同时探测出涡流、漏磁探伤等多种问题，因此具有非常重要的研究价值和推广价值。（3）组合探伤。因漏磁探伤、涡流及超声等方法都有各自的优缺点，只能较精准地检测到特定范围的材料缺陷，所以将这些探测方法加以结合，形成一种组合式探伤方法，就能较完美地探测出材料中不同的缺陷问题。

2 电磁超声检测的原理

在超声波无损检测技术的基础上，配合电磁耦合技术所产生的就是电磁超声无损检测技术。这种技术主要通过电磁耦合的方式激发和接收超声波。一种通有高频电流的线圈靠近金属材料时，材料表面接受感应会产生高频涡流，若在材料外围添加一个强磁场，涡流就会在强磁场的作用下让金属中带电的粒子产生一种高频力，这个力叫做洛仑兹力。因为此过程是可逆反应，所以在材料存在缺陷的部位就会反射涡流，而涡流本身的磁场会引起线圈两头电压产生系列变化。利用这一反应过程就可以检测到材料内部的缺陷。

其中洛仑兹力、磁性力以及磁滞伸缩力都能激发电磁声传感器的工作，使其做到类似发电机工作过程一般的进行电磁声传感工作。

电磁声传感器（EMAT）的物理结构（如图1）由三部分构成： ①工件：为EMAT的一部分，必须为电导体或是磁导体，是与压电超声换能器的基本区别。②高频线圈：产生高频，用来激发磁场。③磁铁：可以是永久磁铁、脉冲电磁铁、交流电或直流电磁铁，来提供外部磁场。

3 钢管缺陷的电磁超声检测模型

因为工件、高频线圈和磁铁三部分共同构成了电磁声传感器，因而能在被检测物件的趋肤层产生超声的震动，电磁超声传感器也由这三部分组成[3]。当脉冲或交流电通入电磁铁的铁线圈中时，电磁铁的铁芯应选择硅钢片；当直流电通入电磁铁中的通电线圈时，电磁铁的铁芯应选择工业纯铁；当直流、交流和脉冲分别通入电磁铁的铁线圈中时，介质钢管之中激励线圈覆盖的钢管内趋肤层磁场及介质中磁场的分布数值不同。

4 钢管缺陷的电磁超声检测的研究方向

因为电磁超声检测钢管不需要使传感器或者钢管转动，具有非接触性，又具备同时探测出漏磁、涡流和压电超声等探伤所能探测出的缺陷的能力，所以具有深远意义，也有推广和应用的必要。

因电磁超声无损检测要从定性到定量实现一个巨大的跨越，其中又要克服建模及求解中的种种复杂难题，所以实现电磁超声无损检测定量分析的难度进一步提升。为了提高电磁超声无损检测的水平，就要对一些问题进行更深一步的研究。

第一，深入研究电磁超声无损检测理论。电磁应用技术较为依赖网络信息中计算技术的使用，而现代科技的发展无疑极大地改善了电磁应用技术的发展环境，提高了其应用的应变能力，使计算机真正替代人工观察，来对复杂的模型及情况进行综合分析，解答实际操作过程中的难题。因为电磁超声无损检测理论依赖于电磁无损检测，所以必须更深一步对电磁无损检测进行剖析与研究，再在电磁无损检测理论的基础上实现对电磁超声无损检测理论与实际操作的进一步分析和实践。

第二，对探头的重点探讨。在整个电磁超声检测系统中，尤为关键的一个部件就是探头，所以加强对探头的研究有利于电磁超声检测理论和实际操作等的應用。由于电磁超声检测所发出的信号较为微弱，所以目前研究的关键在于如何提高探头对于微弱信号的灵敏性，敏感度、信噪比越高的探头，在电磁超声检测实际探伤的过程中，会为得出更具有准确性的探伤结果提供便利。令计算机辅助探头得到更优化的设计，努力使探头拥有最高敏感度，同时消耗最小能量，是今后科研的重点方向。

第三，对提高信号过滤能力的研究。现代信息技术促进信号处理技术日益发展成熟，使其在电磁超声检测技术中的重要性逐渐凸现出来。信号处理技术可以大幅度过滤在电磁超声无损检测中产生的干扰性信号，让探伤过程得出结论变得简便。

第四，对数据库及可视化技术的研究。材料中缺陷的形状、大小及其他相关参数都需要进行可视化转化，这就依赖于复杂的数据运算及求解后转化为图像进行存储。对计算机存储及计算能力的提升将有可能解决转化过程中复杂的问题。

5 结语

电磁超声无损检测理论依赖电磁无损检测理论的解读，又以电磁超声技术的磁性力、磁滞伸缩力与洛仑兹力为基础，而电磁场计算方法又被计算机的计算能力左右，所以随着计算机信息技术的不断发展，对磁场的分析将变得更加重要。

参考文献：

[1] 崔平，范志锋，徐敬青等.弹丸结构缺陷电磁超声无损检测技术综述[J].爆破器材，2017（1）：6～12.

[2] 赵思琦，裴翠祥，肖盼等.基于表面波的塑性变形电磁超声定量无损检测[J].无损检测，2016（10）：25～28.

[3] 陈申乾，黄松岭，赵伟等.燃煤锅炉热力管道缺陷检测技术[J].无损检测， 2017（1）：42～48.