利用38DLplus测厚仪EMAT探头测量锅炉管的壁厚

背景：在蒸汽锅炉内非常高的温度（超过1500）oF或者800℃）可能导致在钢铁锅炉管内壁和外壁生成一种特殊类型的硬而脆的被称作为磁铁矿的氧化铁。这种在管外壁氧化层的存在会影响使用常规双晶探头的超声壁厚测量，这是由于它非常粗糙的表面会妨碍合适的声波耦合，以及由于氧化层厚度会增加到钢管厚度中。然而，正如它的名字所示，磁铁矿是磁性的，该特性允许磁致伸缩EMAT（电磁声学探头）探头使用，如Panametrics－NDT E110-SB.与常规双晶压电探头相比EMAT探头具有以下几个优势：它无需去除氧化层来实现测量，氧化层厚度不会添加到壁厚测量中，可实现快速测量并且无需液体耦合剂。磁致伸缩EMAT探头最主要的局限性在于只有在存在氧化层并且粘连在锅炉管外部时它们才能工作。此外，可测量的壁厚和测量远远不及使用常规双晶探头所能达到的，而且EMAT探头对于小的内部腐蚀点相对不敏感。由于这个原因，EMAT通常用于快速初始壁厚纵览，而双晶探头可用于在所关心的区域进行进一步的观察。

38DLplus测厚仪EMAT探头工作原理

在NDT产业，可使用两种类型的EMAT探头。一种是Lorentz EMAT，它不需要有氧化层存在，但是需要非常高的激励功率。一个磁致伸缩EMAT探头，如E110-SB需要氧化层，但是可以在非常低的能量水平下工作，典型的为现场便携式超声仪器和探伤仪。它由一个强磁的磁铁和一个线圈组成，当来自检测仪器的激励脉冲驱动时该线圈作为电磁铁，见图1。该磁铁建立了一个垂直氧化层表面的磁场（下图中的Bs），而由于线圈受脉冲作用，由电磁铁产生的动态场（Bd）引起氧化层在半径方向向外或向内推动，如图2所示。这种运动在氧化层产生了一个垂直入射然后在钢中传播的横波。实质上，该氧化层充当了产生声脉冲的激活探头晶片。氧化层厚度变化时，声脉冲频率也将随之变化，当氧化层变薄时频率增加，当氧化层变厚时频率降低。对于典型的薄氧化层，频率大约为5MHz。该过程亦可以反向进行工作，当返回的横波振动氧化层时，会在线圈中产生一个电压。

图1典型EMAT探头的横截面
图2－声波产生方法

由于氧化层本身是换能器元件，氧化层粗糙程度并非耦合的争论点，而且氧化层不会加到厚度测量中，EMAT产生一个横波，所以，在典型的碳钢中，必须将仪器校准到约为0.128in/us或3.240m/s的横波声速。用E110－SB EMAT探头的典型测量为+/- 0.010 inch或0.25 mm，可测量厚度至少为0.080in或2.0mm，取决于材料性能。
设置和测量步骤：做为一般说明，在EMAT应用中超声回波的特性部分地取决于氧化层的一致性，在给定的锅炉管上从点到点它可能会变化。如果在一个点上无法获得可用的回波，在附近试另外一个点。同时，E110－SB探头有一个可调节的支架，它可改变在探头表面与锅炉管表面之间的距离。在很多情况下，调节支架距离有助于优化回波相应。
（a）38DL仪器。E110-SB探头通过一个1/2XA/E110适配器和37DL测厚仪联用，该适配器具有探头识别并增加一个对适当信号调节所必须的高通滤波。当插入适配器时，仪器自动选择EMAT默认的设置DEFM1-EMAT/E110。由于使用任意一个仪器设置时，为了得到的应在已知厚度的厚参考试块和薄参考试块上作两点声速/零位校准，但是，如果无法获得那样的标准试块，通常将默认的设置作为起始设置就已经足够。调整仪器增益和回波空白对于优化回波检测是必须的。在EMAT默认设置下，38DL会显示一个全波检波波形，

（b）Epoch 600探伤仪
对于Epoch 600探伤仪，典型的EMAT初始设置和波形见图5。注意必须始终使用带通滤波器来滤除与EMAT探头相关的低频噪声。同样，由于横波频率随着氧化层厚度变化，为了优化回波响应，必要时必须调整Epoch 的方波频率。

图5－典型的Epoch 600波形和设置