使用38DLplus測(cè)厚儀EMAT探頭測(cè)量蒸汽鍋爐管的壁厚

背景：在蒸汽鍋爐內(nèi)非常高的溫度（超過(guò)1500）oF或者800℃）可能導(dǎo)致在鋼鐵鍋爐管內(nèi)壁和外壁生成一種特殊類型的硬而脆的被稱作為磁鐵礦的氧化鐵。這種在管外壁氧化層的存在會(huì)影響使用常規(guī)雙晶探頭的超聲壁厚測(cè)量，這是由于它非常粗糙的表面會(huì)妨礙合適的聲波耦合，以及由于氧化層厚度會(huì)增加到鋼管厚度中。然而，正如它的名字所示，磁鐵礦是磁性的，該特性允許磁致伸縮EMAT（電磁聲學(xué)探頭）探頭使用，如Panametrics－NDT E110-SB.與常規(guī)雙晶壓電探頭相比EMAT探頭具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：它無(wú)需去除氧化層來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，氧化層厚度不會(huì)添加到壁厚測(cè)量中，可實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量并且無(wú)需液體耦合劑。磁致伸縮EMAT探頭zui主要的局限性在于只有在存在氧化層并且粘連在鍋爐管外部時(shí)它們才能工作。此外，zui小可測(cè)量的壁厚和測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及使用常規(guī)雙晶探頭所能達(dá)到的，而且EMAT探頭對(duì)于小的內(nèi)部腐蝕點(diǎn)相對(duì)不敏感。由于這個(gè)原因，EMAT通常用于快速初始壁厚縱覽，而雙晶探頭可用于在所關(guān)心的區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的觀察。

38DLplus測(cè)厚儀EMAT探頭工作原理：

在NDT產(chǎn)業(yè)，可使用兩種類型的EMAT探頭。一種是Lorentz EMAT，它不需要有氧化層存在，但是需要非常高的激勵(lì)功率。一個(gè)磁致伸縮EMAT探頭，如E110-SB需要氧化層，但是可以在非常低的能量水平下工作，典型的為現(xiàn)場(chǎng)便攜式超聲儀器和探傷儀。它由一個(gè)強(qiáng)磁的*磁鐵和一個(gè)線圈組成，當(dāng)來(lái)自檢測(cè)儀器的激勵(lì)脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)該線圈作為電磁鐵，見(jiàn)圖1。該*磁鐵建立了一個(gè)垂直氧化層表面的磁場(chǎng)（下圖中的Bs），而由于線圈受脈沖作用，由電磁鐵產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)場(chǎng)（Bd）引起氧化層在半徑方向向外或向內(nèi)推動(dòng)，如圖2所示。這種運(yùn)動(dòng)在氧化層產(chǎn)生了一個(gè)垂直入射然后在鋼中傳播的橫波。實(shí)質(zhì)上，該氧化層充當(dāng)了產(chǎn)生聲脈沖的激活探頭晶片。氧化層厚度變化時(shí)，聲脈沖頻率也將隨之變化，當(dāng)氧化層變薄時(shí)頻率增加，當(dāng)氧化層變厚時(shí)頻率降低。對(duì)于典型的薄氧化層，頻率大約為5MHz。該過(guò)程亦可以反向進(jìn)行工作，當(dāng)返回的橫波振動(dòng)氧化層時(shí)，會(huì)在線圈中產(chǎn)生一個(gè)電壓。

圖1典型EMAT探頭的橫截面
圖2－聲波產(chǎn)生方法

由于氧化層本身是換能器元件，氧化層粗糙程度并非耦合的爭(zhēng)論點(diǎn)，而且氧化層不會(huì)加到厚度測(cè)量中，EMAT產(chǎn)生一個(gè)橫波，所以，在典型的碳鋼中，必須將儀器校準(zhǔn)到約為0.128in/us或3.240m/s的橫波聲速。用E110－SB EMAT探頭的典型測(cè)量精度為+/- 0.010 inch或0.25 mm，zui小可測(cè)量厚度至少為0.080in或2.0mm，取決于材料性能。
設(shè)置和測(cè)量步驟：做為一般說(shuō)明，在EMAT應(yīng)用中超聲回波的特性部分地取決于氧化層的一致性，在給定的鍋爐管上從點(diǎn)到點(diǎn)它可能會(huì)變化。如果在一個(gè)點(diǎn)上無(wú)法獲得可用的回波，在附近試另外一個(gè)點(diǎn)。同時(shí)，E110－SB探頭有一個(gè)可調(diào)節(jié)的支架，它可改變?cè)谔筋^表面與鍋爐管表面之間的距離。在很多情況下，調(diào)節(jié)支架距離有助于優(yōu)化回波相應(yīng)。
（a）38DL儀器。E110-SB探頭通過(guò)一個(gè)1/2XA/E110適配器和37DL測(cè)厚儀聯(lián)用，該適配器具有探頭識(shí)別并增加一個(gè)對(duì)適當(dāng)信號(hào)調(diào)節(jié)所必須的高通濾波。當(dāng)插入適配器時(shí)，儀器自動(dòng)選擇EMAT默認(rèn)的設(shè)置DEFM1-EMAT/E110。由于使用任意一個(gè)儀器設(shè)置時(shí)，為了得到的精度應(yīng)在已知厚度的厚參考試塊和薄參考試塊上作兩點(diǎn)聲速/零位校準(zhǔn)，但是，如果無(wú)法獲得那樣的標(biāo)準(zhǔn)試塊，通常將默認(rèn)的設(shè)置作為起始設(shè)置就已經(jīng)足夠。調(diào)整儀器增益和回波空白對(duì)于優(yōu)化回波檢測(cè)是必須的。在EMAT默認(rèn)設(shè)置下，38DL會(huì)顯示一個(gè)全波檢波波形，典型的波形顯示如圖3所示。

圖3－典型的檢波EMAT波形

想要得到波形的更多詳細(xì)情況，這種波形在具有挑戰(zhàn)性的測(cè)量條件下是非常有用的，在儀器設(shè)置菜單中要選擇RF顯示模式。來(lái)自EMAT測(cè)量的典型RF波形如圖4所示。

圖4－典型RF EMAT波形

（b）Epoch 600探傷儀
對(duì)于Epoch 600探傷儀，典型的EMAT初始設(shè)置和波形見(jiàn)圖5。注意必須始終使用帶通濾波器來(lái)濾除與EMAT探頭相關(guān)的低頻噪聲。同樣，由于橫波頻率隨著氧化層厚度變化，為了優(yōu)化回波響應(yīng)，必要時(shí)必須調(diào)整Epoch 的方波頻率。

圖5－典型的Epoch 600波形和設(shè)置