EMAT 技术

概述

EMAT 或电磁声换能器是一种超声波检测 (UT) 技术，它在被检查的零件中生成声音，而不是在换能器中产生声音。

EMAT 通过两个相互作用的磁场将超声波诱导到测试对象中。由电线圈产生的相对较高的频率（RF）场与磁体产生的低频或静态场相互作用，以类似于电动机的方式产生洛伦兹力。

这种干扰被转移到材料的晶格中，产生弹性波。在倒数过程中，存在磁场时弹性波的相互作用会在接收电磁超声波线圈电路中感应电流。

对于铁磁导体，磁致伸缩会产生额外的应力，从而将信号增强到比单独使用洛伦兹力所能获得的水平高得多。使用射频线圈和磁体的不同组合可以产生各种类型的波浪。

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由于声音是在被检查的零件中产生的，而不是在换能器中产生的，因此与更传统的压电换能器相比，eMAT 具有以下优点：

• 干式检查。EMAT 不需要耦合剂来传输声音，这使其非常适合检测非常热和非常冷的部件，也非常适合集成到自动化环境中。
• 不受表面条件的影响。EMAT 可以透过涂层进行检测，不受污染物、氧化或粗糙度的影响。
• 更轻松地部署传感器。没有楔子或耦合剂，斯内尔折射定律不适用，传感器的角度不会影响传播方向。这使得 EMAT 传感器更易于控制和部署。
• 能够生成 SH 模式。EMAT 是生成具有水平偏振（SH 波）的剪切波的唯一实用方法，不会产生阻碍零件扫描的高机械压力或低密度耦合剂。
• 模式选择性。EMAT 线圈的天线型结构与多周期激发相结合，在频域中提供了极大的特异性，因此能够精确选择感兴趣的波模式，这对于导波的生成和解释非常重要。

波浪模式

EMAT 能够生成超声波测试中使用的所有波浪模式，包括一些使用传统压电换能器非常困难或不切实际的模式。下表提供了适用于不同应用的波浪类型和技术的摘要指南。

出于实际目的，第 1 代仅限于 EMAT
2 特别适合使用 EMAT 进行生成

正常（零度）光束

特征

• 传播方向：垂直于入口墙。
• 传感器配置：脉冲回波（发射器 = 接收器）或 pitch-catch（发射器 ⇒ 接收器）。
• 波浪模式：横向和纵向横波，频率介于 500kHz 到 10MHz 之间。EMAT 可以在 0 度时生成剪切波和纵向波，而剪切（水平）波更容易生成。
• 检查的材料：铁磁和非铁磁金属。

应用程序

• 厚度测量
• 腐蚀和侵蚀测量。
• 缺陷检测，例如夹杂物、脱层和脱胶。
• 声速测量。
• 滚动方向识别。
• 各向异性和应力测量。
• 结节度测量。
• 螺栓载荷测量。

电磁声传感器 (EMAT) 的独特性

• 干燥且非接触式。线圈到零件（起飞）的实际工作距离通常在 0-3mm 之间。根据材料、设备和检查类型，可以实现更大的升空（在实验室设置中可达 10 毫米）。非常适合自动化和炎热的环境。
• 不受表面条件（涂层、油、氧化物）的影响。
• 即使探头面与零件不平行，也能保持读数。线圈/传感器角度的唯一限制是由于升空导致的信号丢失，因此根据应用的不同，线圈/传感器可以与零件保持多达 30° 的角度，并且仍然可以获得良好的信号。
• 能够产生横波能量（水平剪切）。剪切波的速度大约是纵向波的一半，可提供更好的时间分辨率（对于墙壁旁边的缺陷尤其重要）。剪切波还能够检测出完全垂直于声向的缺陷，并且衰减小于纵向波。
• 使用 Racetrack 或 Butterfly 型线圈时能够选择极化方向（参见 RF 线圈部分）。
• 由于根据定义，EMAT 不能使用延迟线（或水柱），因此存在大约 4µs（相当于大约 6mm 的材料）的死区。
• 当存在平行墙时，可以依靠墙壁的第二次反弹来进行检查，从而绕过这个死区。

角度光束（包括相控阵）

特征

• 传播方向：与入口墙成一定角度。
• 传感器配置：脉冲回波或一发收集，包括相控阵。
• 波浪模式：水平剪切和垂直剪切，角度从 10° 到 80°，频率从 500kHz 到 10MHz 不等。
• 检查的材料：铁磁和非铁磁金属。

应用程序

• 缺陷检测。
• 腐蚀和侵蚀测量。
• 检测氢气损伤和点蚀。
• 厚壁的奥氏体焊缝检测（>0.5” 或 13mm）。
• 焊接时检查焊缝（例如埋弧焊接）。
• 体积缺陷检测。

电磁声传感器 (EMAT) 的独特性

• 干式和非接触式（根据应用和频率的不同，起飞距离可达 2.5 毫米）。非常适合自动化和炎热的环境。
• 不受表面条件（涂层、油、氧化物）的影响。能够在严重凹痕的表面上进行检测。
• 虽然使用压电换能器 (PZT) 上的折射角很容易产生垂直角度的垂直能量，但剪切水平角度光束不穿过高密度耦合剂，因此很难生成，也无法被排除在需要扫描探头的应用中。
• 能量的极性（垂直与水平）很重要，因为剪切波在撞击平行于极化方向的表面时不会进行模式转换，因此横向横向横向切变波特别适合检查奥氏体焊缝和其他具有树枝状晶粒结构的材料。
• 在高达 1,382°F (750°C) 的温度下进行检查。

导波

特征

• 传播方向：平行于入口墙并在顶部和底部墙的边界内。仅限于大约 0.5 英寸（13 毫米）的板厚以进行内部缺陷检测。
• 传感器配置：脉冲回波或一发一击。
• 波浪模式：水平切变为 90°，兰姆波和瑞利波的频率介于 50kHz 至 10MHz 之间。
• 检查的材料：铁磁和非铁磁金属。

应用程序

• 在薄板（<0.5” 或 13mm）中进行焊缝检测。
• 板材、管材和棒材的缺陷检测。
• 腐蚀和侵蚀测量。
• 材料特性表征（例如声速测量）。

电磁声传感器 (EMAT) 的独特性

• 干式和非接触式（根据应用的频率和类型，起飞距离可达 2.5 毫米）。非常适合自动化环境。
• 不受表面条件（涂层、油、氧化物）的影响。
• 能够对信号进行标准化以实现自动和持续的自校准。
• 对探头定位不太敏感。特别适合自动焊接检测。
• 能够将能量集中在材料的外部边界或中心，从而或多或少地对表面或内部缺陷敏感（例如，在焊缝检测中避免或忽略根部和冠部）。

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EMAT 应用程序

电磁声传感器 (EMAT) 是一种超声波无损检测 (NDT)，无需接触或耦合剂即可工作。声音直接在与换能器相邻的材料中产生。这种不含耦合剂的特性使电磁声传感器在多种应用中独树一帜：

正常（零度）光束

特征

• 传播方向：垂直于入口墙。
• 传感器配置：脉冲回波（发射器 = 接收器）或 pitch-catch（发射器 ⇒ 接收器）。
• 波浪模式：横向和纵向横波，频率介于 500kHz 到 10MHz 之间。EMAT 可以在 0 度时生成剪切波和纵向波，而剪切（水平）波更容易生成。
• 检查的材料：铁磁和非铁磁金属。

应用程序

• 厚度测量
• 腐蚀和侵蚀测量。
• 缺陷检测，例如夹杂物、脱层和脱胶。
• 声速测量。
• 滚动方向识别。
• 各向异性和应力测量。
• 结节度测量。
• 螺栓载荷测量。

电磁声传感器 (EMAT) 的独特性

• 干燥且非接触式。线圈到零件（起飞）的实际工作距离通常在 0-3mm 之间。根据材料、设备和检查类型，可以实现更大的升空（在实验室设置中可达 10 毫米）。非常适合自动化和炎热的环境。
• 不受表面条件（涂层、油、氧化物）的影响。
• 即使探头面与零件不平行，也能保持读数。线圈/传感器角度的唯一限制是由于升空导致的信号丢失，因此根据应用的不同，线圈/传感器可以与零件保持多达 30° 的角度，并且仍然可以获得良好的信号。
• 能够产生横波能量（水平剪切）。剪切波的速度大约是纵向波的一半，可提供更好的时间分辨率（对于墙壁旁边的缺陷尤其重要）。剪切波还能够检测出完全垂直于声向的缺陷，并且衰减小于纵向波。
• 使用 Racetrack 或 Butterfly 型线圈时能够选择极化方向（参见 RF 线圈部分）。
• 由于根据定义，EMAT 不能使用延迟线（或水柱），因此存在大约 4µs（相当于大约 6mm 的材料）的死区。
• 当存在平行墙时，可以依靠墙壁的第二次反弹来进行检查，从而绕过这个死区。

角度光束（包括相控阵）

特征

• 传播方向：与入口墙成一定角度。
• 传感器配置：脉冲回波或一发收集，包括相控阵。
• 波浪模式：水平剪切和垂直剪切，角度从 10° 到 80°，频率从 500kHz 到 10MHz 不等。
• 检查的材料：铁磁和非铁磁金属。

应用程序

• 缺陷检测。
• 腐蚀和侵蚀测量。
• 检测氢气损伤和点蚀。
• 厚壁的奥氏体焊缝检测（>0.5” 或 13mm）。
• 焊接时检查焊缝（例如埋弧焊接）。
• 体积缺陷检测。

电磁声传感器 (EMAT) 的独特性

• 干式和非接触式（根据应用和频率的不同，起飞距离可达 2.5 毫米）。非常适合自动化和炎热的环境。
• 不受表面条件（涂层、油、氧化物）的影响。能够在严重凹痕的表面上进行检测。
• 虽然使用压电换能器 (PZT) 上的折射角很容易产生垂直角度的垂直能量，但剪切水平角度光束不穿过高密度耦合剂，因此很难生成，也无法被排除在需要扫描探头的应用中。
• 能量的极性（垂直与水平）很重要，因为剪切波在撞击平行于极化方向的表面时不会进行模式转换，因此横向横向横向切变波特别适合检查奥氏体焊缝和其他具有树枝状晶粒结构的材料。
• 在高达 1,382°F (750°C) 的温度下进行检查。

导波

特征

• 传播方向：平行于入口墙并在顶部和底部墙的边界内。仅限于大约 0.5 英寸（13 毫米）的板厚以进行内部缺陷检测。
• 传感器配置：脉冲回波或一发一击。
• 波浪模式：水平切变为 90°，兰姆波和瑞利波的频率介于 50kHz 至 10MHz 之间。
• 检查的材料：铁磁和非铁磁金属。

应用程序

• 薄板焊缝检测 (
• 板材、管材和棒材的缺陷检测。
• 腐蚀和侵蚀测量。
• 材料特性表征（例如声速测量）。

电磁声传感器 (EMAT) 的独特性

• 干式和非接触式（根据应用的频率和类型，起飞距离可达 2.5 毫米）。非常适合自动化环境。
• 不受表面条件（涂层、油、氧化物）的影响。
• 能够对信号进行标准化以实现自动和持续的自校准。
• 对探头定位不太敏感。特别适合自动焊接检测。
• 能够将能量集中在材料的外部边界或中心，从而或多或少地对表面或内部缺陷敏感（例如，在焊缝检测中避免或忽略根部和冠部）。

EMAT 常见问题解答

什么是超声波检测（UT）？

超声波测试是使用高频声波来检测缺陷、进行测量或定位固体物体材料特性的变化。由于其能力和可靠性，超声波是发展最快的无损检测技术之一。它是需要全体积检测的关键应用的首选方法，尤其是当只能有限地接触被检查对象时。

压电换能器如何生成超声波？

压电晶体在受到电压时会产生机械干扰（超声波）。这种超声波从换能器进入物体进行检查。由于阻抗的差异，超声波不容易通过空气传输，因此探头需要在探头和被检查的固体之间使用液体传送到被检查的固体。

超声波是如何使用 EMAT 生成的？

EMAT 或电磁声学传感器由磁体和线圈组成，依靠电磁声学相互作用产生弹性波（超声波）。利用洛伦兹力和磁致伸缩，EMAT 和金属测试表面相互作用并在材料内产生声波。被检查的材料是其自身的传感器，无需将 EMAT 与材料耦合，这是 EMAT 的优势之一。欲了解更多信息，请参阅 EMAT 技术。

使用 EMAT 可以产生什么样的波浪和什么频率？

使用压电超声波（瑞利、爬行、垂直剪切、纵向）以及其他使用传统方法很难生成的波浪模式（水平剪切、Lamb），eMAT 可以轻松生成任何可用的波浪模式。此外，eMAT 可以产生任何角度的横波，并使用相同的换能器将材料从 0° 扫描到 90°，只需修改频率即可。就可用频率而言，Innerspec已经部署了从50kHz到12MHz的系统。

EMAT 的优势是什么？

由于声音是在被检查的零件中产生的，因此 EMAT 测试具有几个独特的优点：

• 它不需要耦合剂（干法检查）。
• 它不受表面条件的影响。
• 它允许更轻松地部署探头（对于自动检查尤其重要）。
• 它可以产生独特的波浪模式（即水平极化的剪切能量和兰姆波），而压电换能器通常很难再现这些模式。欲了解更多信息，请参阅 EMAT 技术。

水平极化剪切能有什么用？

由于特定的粒子运动，水平极化剪切能是超声波检查奥氏体焊缝和具有树枝状晶粒结构的材料（例如不锈钢焊缝）的唯一实用方法。此外，作为导波或板波，水平剪切波会填充材料的厚度，并在探头的一次检查中提供完整的穿透厚度检测。

总而言之，什么是 EMAT 的好应用程序？

EMAT 特别适合现实世界的工业应用，在这些应用中，检测的速度和准确性至关重要，而且由于我们之前见过的 EMAT 测试优势，材料和工艺的条件并不总是理想的。

哪些材料可以用 EMAT 进行检测？

EMAT 适用于任何导电的材料。总体而言，EMAT 适用于几乎所有金属，但是有些金属比其他金属更适合该技术。

为什么不更频繁地使用 eMAT？

EMAT 是一种相对较新的技术，许多潜在用户仍未开发。EMAT 传感器还需要大功率和尚未广泛使用的特定电子设备。随着业界发现电磁超声波测试的优势，其使用将扩展到越来越多的应用。

是否有 EMAT 检验标准？

在波传播和缺陷响应方面，适用于传统超声的相同标准也适用于电磁超声波。除此之外，还有公认的ASTM电磁超声检验标准。参见 EMAT 技术。

EMAT 设备贵吗？

由于 EMAT 需要更多的功率来生成超声波，因此 EMAT 仪器通常比压电超声仪器更昂贵。但是，通过消除耦合剂的输送和处置并减少受工艺和材料条件的影响，它们在综合检测系统中的成本效益显著提高。通常，集成的电磁超声系统通常等同于压电超声系统或更便宜。

你能用 EMAT 进行快速检查吗？

以生产速度进行实时检测是 EMAT 最有趣的优势之一。我们目前的焊接检测系统以 3m/s 的速度运行，一些应用程序的检测速度已达到 26m/s。

EMAT 安全吗？

是的。不存在与技术或设备相关的健康风险。

EMAT 探头可以用于相控阵吗？

是的，EMAT 探头可用于相控阵。Innerspec Technologies已经开发了几种使用相控阵检测焊缝和大体积的应用程序。

EMAT 系统难用吗？

我们设计了集成系统，供生产线操作员在没有任何特定超声波培训的情况下使用。我们的便携式仪器与传统的超声系统类似，只有 EMAT 独有的某些特殊功能。

你们还出售 EMAT 传感器吗？

是的。Innerspec Technologies销售传感器，并具有为特定应用开发定制解决方案的研究能力。但是，值得注意的是，大多数 EMAT 传感器设计都需要尚未广泛使用的高功率仪器。对于这些情况，我们还可以提供特定的仪器模块以满足个人要求。

我的应用程序不在你的产品清单上，如何知道你能不能做到？

请联系我们，告知申请的详细信息。收到这些信息后，我们将立即告知您这是否是EMAT的好应用程序。我们还可能要求您发送样品进行原理验证或可行性测试。除非需要特定的设备（例如定制传感器），否则Innerspec Technologies将完全免费进行初始测试。如果测试结果为阳性，我们将为您提供完整的报价。一旦我们为您的应用程序报价，最终系统将获得与现有产品相同的 100% 性能保证。

你在全球销售设备吗？

尽管存在一些限制，但我们的大多数系统都可通过我们的办公室和分销商网络在全球范围内使用。联系我们，询问您所在国家的空房情况。

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