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基于电磁超声表面波的金属板探伤技术研究

魏鸿博  
【摘要】:电磁超声检测技术与传统的压电超声检测技术相比具有无需耦合剂,可在高温高速条件下进行检测等优势,近些年来成为无损检测领域的热门研究对象。目前国内外研究机构将该项技术应用在火车车轮、铝板、钢板、钢管的缺陷检测中。采用电磁超声检测技术将金属材料在生产过程中不可避免地出现的缺陷筛查出来,起到保证产品质量、确保生产安全的作用。 本文研究了电磁超声表面波的传播机理,分析了电磁超声换能器在激发表面波时的换能机理,对换能过程中电磁场、机械力场、超声波场三大场的相互作用进行研究。分析了激发表面波时同时产生的斜入射SV波对检测造成的影响,以及波的传播角度与导线间距之间的关系。 利用ANSYS有限元分析软件,建立电磁超声表面波换能器的3D有限元仿真模型,分析表面波在铝板表面的传播机理,仿真过程中将EMAT产生电磁超声波分割成四个过程为:电磁场、涡流、洛伦兹力、波动,以简化有限元求解的思想,对电磁表面波在铝板中的产生和传播过程进行了仿真和计算。研究线圈下质点受洛伦兹力作用的大小和方向。 设计了基于电磁超声表面波金属板探伤系统,EMAT采用单极性方形永磁铁、手工绕制的多匝曲折线圈和被测金属板的组合形式。电磁超声硬件电路主要由激励电路和接收电路组成。激励信号是个数可调、频率可调的脉冲串信号。由于电磁超声换能器的换能效率较低,接收到的回波信号较微弱,所以接收采用二级放大,可以起到放大有用信号、滤除噪声的作用。 进行对比实验,验证曲折线圈导线间距对表面波信号的影响,进行铝板和钢板的表面波缺陷检测实验,验证表面波的传播现象。


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