使用38DLplus測厚儀EMAT探頭測量蒸汽鍋爐管的壁厚

背景：在蒸汽鍋爐內非常高的溫度（超過1500）oF或者800℃）可能導致在鋼鐵鍋爐管內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影響使用常規(guī)雙晶探頭的超聲壁厚測量，這是由于它非常粗糙的表面會妨礙合適的聲波耦合，以及由于氧化層厚度會增加到鋼管厚度中。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探頭具有以下幾個優(yōu)勢：它無需去除氧化層來實現(xiàn)測量，氧化層厚度不會添加到壁厚測量中，可實現(xiàn)快速測量并且無需液體耦合劑。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它們才能工作。此外，zui小可測量的壁厚和測量精度遠遠不及使用常規(guī)雙晶探頭所能達到的，而且EMAT探頭對于小的內部腐蝕點相對不敏感。由于這個原因，EMAT通常用于快速初始壁厚縱覽，而雙晶探頭可用于在所關心的區(qū)域進行進一步的觀察。

38DLplus測厚儀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功率。一個磁致伸縮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)場便攜式超聲儀器和探傷儀。它由一個強磁的*磁鐵和一個線圈組成，當來自檢測儀器的激勵脈沖驅動時該線圈作為電磁鐵，見圖1。該*磁鐵建立了一個垂直氧化層表面的磁場（下圖中的Bs），而由于線圈受脈沖作用，由電磁鐵產(chǎn)生的動態(tài)場（Bd）引起氧化層在半徑方向向外或向內推動，如圖2所示。這種運動在氧化層產(chǎn)生了一個垂直入射然后在鋼中傳播的橫波。實質上，該氧化層充當了產(chǎn)生聲脈沖的激活探頭晶片。氧化層厚度變化時，聲脈沖頻率也將隨之變化，當氧化層變薄時頻率增加，當氧化層變厚時頻率降低。對于典型的薄氧化層，頻率大約為5MHz。該過程亦可以反向進行工作，當返回的橫波振動氧化層時，會在線圈中產(chǎn)生一個電壓。

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論點，而且氧化層不會加到厚度測量中，EMAT產(chǎn)生一個橫波，所以，在典型的碳鋼中，必須將儀器校準到約為0.128in/us或3.240m/s的橫波聲速。用E110－SB EMAT探頭的典型測量精度為+/- 0.010 inch或0.25 mm，zui小可測量厚度至少為0.080in或2.0mm，取決于材料性能。
設置和測量步驟：做為一般說明，在EMAT應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到點它可能會變化。如果在一個點上無法獲得可用的回波，在附近試另外一個點。同時，E110－SB探頭有一個可調節(jié)的支架，它可改變在探頭表面與鍋爐管表面之間的距離。在很多情況下，調節(jié)支架距離有助于優(yōu)化回波相應。
（a）38DL儀器。E110-SB探頭通過一個1/2XA/E110適配器和37DL測厚儀聯(lián)用，該適配器具有探頭識別并增加一個對適當信號調節(jié)所必須的高通濾波。當插入適配器時，儀器自動選擇EMAT默認的設置DEFM1-EMAT/E110。由于使用任意一個儀器設置時，為了得到的精度應在已知厚度的厚參考試塊和薄參考試塊上作兩點聲速/零位校準，但是，如果無法獲得那樣的標準試塊，通常將默認的設置作為起始設置就已經(jīng)足夠。調整儀器增益和回波空白對于優(yōu)化回波檢測是必須的。在EMAT默認設置下，38DL會顯示一個全波檢波波形，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情況，這種波形在具有挑戰(zhàn)性的測量條件下是非常有用的，在儀器設置菜單中要選擇RF顯示模式。來自EMAT測量的典型RF波形如圖4所示。

圖4－典型RF EMAT波形

（b）Epoch 600探傷儀
對于Epoch 600探傷儀，典型的EMAT初始設置和波形見圖5。注意必須始終使用帶通濾波器來濾除與EMAT探頭相關的低頻噪聲。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，必要時必須調整Epoch 的方波頻率。

圖5－典型的Epoch 600波形和設置