工業(yè)無人機檢測EMAT技術(shù)

無損檢測 (NDT) 不會留下任何隱藏的缺陷。超聲波檢測可定位壁厚不規(guī)則處并定位深埋的缺陷。磁粉檢測可直觀顯示表面裂紋的布局。然而，這兩種技術(shù)都需要輕松接觸測試件、直接表面接觸和一些準備工作。對于大型工業(yè)資產(chǎn)而言，所有這些都可能具有挑戰(zhàn)性。

這時電磁聲學檢測工具就派上用場了。EMAT 無需直接接觸即可定位和測量內(nèi)部和外部缺陷，并且還具有其他優(yōu)勢。

什么是 EMAT？

電磁聲學換能器 (EMAT) 是一種非接觸式無損檢測方法，用于測量導電和/或鐵磁材料的厚度和檢測缺陷。與傳統(tǒng)的超聲波（壓電）換能器不同，EMAT 在被檢查部件中產(chǎn)生聲波，而不是換能器探頭。因此，不需要機械耦合。正因為如此，它非常適合檢查加熱物體、粗糙或涂層表面以及各種難以觸及的位置。

EMAT 如何工作？

EMAT 有兩個主要部件：電磁鐵和線圈。磁鐵在被測物體周圍產(chǎn)生靜磁場。同時，線圈產(chǎn)生交流電，在表面產(chǎn)生第二個交流磁場。

當兩個磁場相互作用時，表面電流會受到洛倫茲力的影響，進而觸發(fā)特定頻率的脈沖聲波（根據(jù)ASTM E1774-96 ，通常為 0.1 至 10 MHz ）。

當波返回時，導體表面會振動并激活產(chǎn)生磁場的同一線圈。然后線圈會接收回聲波。通過捕捉和解讀這些聲波，我們可以識別各種材料缺陷和表面不規(guī)則性。

根據(jù)磁場方向、線圈形狀和目標頻率，EMAT 可以產(chǎn)生剪切水平波、蘭姆波或表面波。

l當洛倫茲力與導體表面平行時，就會產(chǎn)生剪切波（垂直或水平）。這些波通常有助于測量材料的厚度。

l表面波是由拉長線圈（形成曲折）并使磁場垂直于表面而產(chǎn)生的。它們通常有助于檢測表面破壞缺陷，例如應(yīng)力腐蝕開裂或滾動接觸疲勞。

l蘭姆波的設(shè)置與表面波相同，但曲折線線圈的頻率不同。它們可以幫助識別分層、疲勞裂紋、脫粘和腐蝕。如果引導，蘭姆波可以傳播很遠的距離并穿透很深的深度。

EMAT 測試用于哪些領(lǐng)域？

EMAT 的首 個工業(yè)應(yīng)用是檢查地下管道——難以準備的資產(chǎn)。該技術(shù)的非接觸式多功能性適合具有熱、粗糙或涂層表面的資產(chǎn)——即使在無法清潔的地方也是如此。例如，您可以使用它來檢查高架火炬煙囪、小型抑制環(huán)和管道的傾斜部分。此外，由于測量速度快，現(xiàn)代 EMAT 系統(tǒng)可以節(jié)省大型儲罐和地上管道無損檢測的時間。

總體而言，有多項標準建議對不同類型的資產(chǎn)進行 EMAT 檢查。MIL -STD 2154提到 EMAT 用于檢查由鍛造金屬制成的資產(chǎn)。API 5CT和API 5L8 — 用于油井管 (OCTG) 中的薄壁元件。

ASTM E1774-96中列出了最廣泛的用例列表：

l鋼筋檢驗

l檢測液體燃料箱鋁焊縫中的裂紋、空隙和夾雜物

l石油鉆井平臺張力腿裂縫的位置

l冷軋后帶鋼閃光對接焊縫的檢驗

l航空航天真空室內(nèi)焊縫檢查

l高速厚度測量

l高溫資產(chǎn)的厚度測量

l材料特性檢測

l測量金屬資產(chǎn)中的施加應(yīng)力和殘余應(yīng)力

何時應(yīng)使用 EMAT 技術(shù)而非其他超聲波檢測工具？

EMAT 是壓電換能器的替代技術(shù)，傳統(tǒng)上用于許多超聲波測試場景。壓電換能器需要與表面耦合，因為它們通過機械振動產(chǎn)生剪切聲波。如果沒有適當?shù)乃蚰z耦合，大部分超聲波能量會在換能器和表面之間的氣隙中反射或損失，從而削弱信號并降低測量精度。

另一方面，EMAT 依靠的是電磁感應(yīng)，而不是機械振動。換能器將渦流和磁場直接感應(yīng)到表面以產(chǎn)生超聲波。因此具有非接觸性。

由于這些差異，EMAT超聲波檢測通常用于以下情況：

無耦合劑干式檢測

液體耦合劑很難應(yīng)用于粗糙或不規(guī)則的表面。它們會與表面發(fā)生化學反應(yīng)，從而損壞保護涂層。氯化物基耦合劑會導致鋁腐蝕。酸性耦合劑會對銅和黃銅表面產(chǎn)生負面影響。殘留物堆積還會吸引灰塵和環(huán)境污染物，導致腐蝕、變色或隨著時間的推移而退化。同樣，不當使用會影響脈沖回波信號，導致測量不準確。

EMAT 可實現(xiàn)干式檢測，且表面準備工作最少。這種檢測方法對不平整、油膩、骯臟和氧化的表面也非常有效，且準確度相對較高。

高溫應(yīng)用

由于沒有直接的表面接觸，EMAT 非常適合在高溫下檢查材料：標準情況下，在線圈冷卻的情況下最 高溫度可達 500 °C/932 °F，在線圈冷卻的情況下最 高溫度可達 200 °C/392 °F。這意味著您可以檢查正在使用的工業(yè)資產(chǎn)或剛焊接好的資產(chǎn)，而無需

無需完全冷卻。結(jié)果 – 減少了停機時間并節(jié)省了工時。

標準 UT 探頭僅能承受0-60 °C/32-140 °F 的溫度暴露，范圍明顯較低。不過，還有更多耐高溫型號。例如，Voliro 的高溫 UT 探頭可適用于溫度高達 0-260 °C/32-500 °F 的資產(chǎn)。

惡劣的環(huán)境條件

環(huán)境因素（如環(huán)境溫度、濕度、氣體成分和壓力）會影響超聲波檢測結(jié)果的準確性。這會使檢查變得復雜，因為您需要根據(jù)天氣預(yù)報進行操作。

EMAT 測試即使在惡劣的氣候條件下也能有效，適用于磁致伸縮和金屬表面。這使得它成為大多數(shù)管道檢查或其他資產(chǎn)的首 選方法，無論這些資產(chǎn)位于或受到惡劣的環(huán)境條件影響。

在線檢查

由于其非接觸式特性和快速測量模式，EMAT 可用于全自動在線檢測。您可以將該技術(shù)集成到生產(chǎn)線中，進行持續(xù)監(jiān)控，而不會減慢制造過程。

與此同時，UT 最適合臨時掃描。它是一種速度較慢的技術(shù)，無法輕松適應(yīng)質(zhì)量控制等快節(jié)奏的制造流程。

EMAT 技術(shù)的優(yōu)缺點

EMAT 用途廣泛。它適用于所有資產(chǎn)尺寸、形狀和紋理，可在很寬的溫度范圍內(nèi)操作。它無需機械接觸即可定位表面和內(nèi)部缺陷。

唯 一的主要缺點是什么？EMAT 與非導電材料不兼容，例如紙、玻璃、橡膠、瓷器、陶瓷和大多數(shù)塑料。

EMAT 的優(yōu)勢

l支持不適合耦合的干式檢測（熱、冷、清潔環(huán)境）

l提供精 確的厚度測量，可以測量涂層、腐蝕和粗糙表面的厚度

l耐表面污染物（污垢、腐蝕、真菌、油脂、其他殘留物）

l適用于高溫應(yīng)用，便于運行中檢查

l可以產(chǎn)生比 UT 工具更多類型的波（例如 SH 型波）

l結(jié)構(gòu)上無凝膠殘留

EMAT 的局限性

l僅適用于導電材料（銀、銅、鋁、鋅、鎳、鐵）

l信噪比較低，可能需要額外的信號處理算法

l較大的足跡通常無法檢測到微小的點蝕

l需要高功率輸入和特定放大器來提高信噪比

l尺寸比許多壓電式超聲換能器更大，因此更難運輸

l強力永磁體，可能需要額外的機制才能拆卸

l在行業(yè)中采用的程度不如 UT

推薦的EMAT檢測設(shè)備

EMAT 檢測設(shè)備已從第 一代130 KHz的傳感器發(fā)展到產(chǎn)生20MHz的最 先進型號?，F(xiàn)代 EMAT 工具變得更加精 確、耐用，并配備了遠程控制和內(nèi)置分析等額外功能。

在市場上，您可以找到用于現(xiàn)場檢查的緊湊型手持式型號、用于在線評估的大型掃描儀以及用于高空測試的無人機安裝式 EMAT 探頭。

便攜式 EMAT 儀器

便攜式 EMAT 儀器常用于現(xiàn)場檢查或檢查在用資產(chǎn)。有些型號是專門為特定情況而設(shè)計的。橫波傳感器測量材料厚度，表面波儀器檢測近表面缺陷。還有更多通用選項，提供多種波模式。

Volta 2是一款高功率 EMAT，可產(chǎn)生法向光束、斜光束和導波。換能器可在 20 kHz 和 8 MHz 下工作，以測量厚度、檢查焊縫和檢查表面。支持的溫度范圍為 0-40 °C/32-105 °F。其產(chǎn)品的最 新版本還包括獲得專利的脈沖接收器和自動傳感器調(diào)諧。

CODA是一種高溫探傷儀，可與 EMAT 和傳統(tǒng)壓電換能器配合使用。該設(shè)備的工作頻率為 1500 kHz 至 10 MHz，可以測量厚度、定位缺陷、繪制腐蝕圖并記錄殘余應(yīng)力。它適用于溫度范圍在 -30-650 °C/-22-1202 °F 之間的資產(chǎn)。CODA 還允許您從任何具有 Wi-Fi 的設(shè)備控制檢查。此外，所有測試數(shù)據(jù)都可以自動保存在云端。

Sonemat還提供一系列通用和專用探頭，可產(chǎn)生大量縱向和導向剪切波?？捎玫?/span> EMAT 探頭具有脈沖回波或一發(fā)一收模式，溫度范圍高達 1000 °C/1832 °F。支持的用例包括壁厚測量、聲學雙折射評估、檢查地下缺陷和頻率控制掃描。

EMAT 無人機有效載荷

無人機安裝的 EMAT 傳感器可以更快地接觸到儲罐、管道或火炬煙囪等高架、難以接觸的資產(chǎn)。無人機還可以消除與檢查加熱鍋爐、高壓容器或含有有毒物質(zhì)的資產(chǎn)相關(guān)的人員危險。因此，您可以避免表面處理，這在需要去除嚴重腐蝕時尤其麻煩。此外，您還可以避免腳手架施工，最 大限度地減少資產(chǎn)停機時間，并節(jié)省大量無損檢測成本。

Voliro 的 EMAT 厚度計使用徑向極化剪切波，工作頻率為 3.5-4 MHz。您可以測量 2-150 毫米/0.08- 5.9 范圍內(nèi)的厚度，分辨率為 0.06 毫米/0.002 英寸 - 足以在早期階段檢測腐蝕、侵蝕和材料退化。

我們的 EMAT 探頭可承受 -20-60 °C/-4-140 °F 之間的溫度，這對于檢查滅火環(huán)等特別有用。Voliro 結(jié)構(gòu)緊湊，全向性強，可以將 EMAT 傳輸?shù)诫y以接近的鋼管成角度的部件。

自動 EMAT 掃描儀

自動 EMAT 掃描儀主要用于高速、自動缺陷檢測和厚度測量。根據(jù)ASTM E1816-18，它們提供簡化的數(shù)據(jù)可視化，例如直接查看、顏色編碼圖、線掃描和點圖。

自動化 EMAT 掃描儀主要用于大規(guī)模生產(chǎn)線、大規(guī)模資產(chǎn)檢查或移動部件的連續(xù)掃描。以下是幾種常用的選項：

lTEMATE TG-IL支持在線厚度測量 (EMAT)、形狀測量 (激光) 和表面電導率 (EC) 測量，加熱溫度高達 650 °C/1218 °F。該工具可以自動測量薄帶、薄板、鋼坯、錠和管材以進行質(zhì)量控制。

lRoCD EMAT-C是一套用于實時在線檢測和測量管道軸向裂紋以及早期檢測涂層剝離的技術(shù)。它可以在最 大工作壓力為 15 MPa/(2175 psi) 且溫度范圍為 0 °C–65 °C (32 °F–149 °F) 的管道上工作。

結(jié)論

與其他NDT 方法相比，EMAT 需要更少的時間和人力進行表面準備、耦合劑應(yīng)用（和清潔）和設(shè)備冷卻。通過實現(xiàn)高速單次測試，該技術(shù)縮短了檢查過程，從而最 大限度地減少了設(shè)備停機時間。