CN114791463A - 一种基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：将Fe3O4涂层涂到被测试件的表面上；步骤二：静置30min以上，待Fe3O4涂层风干并与被测试件粘合牢靠后，将电磁超声换能器的探头置于Fe3O4涂层上；步骤三：使用电磁超声检测装置对被测试件进行无损检测。本发明中涂层由Fe3O4粉末和电绝缘胶制作而成，成本低廉；涂层的制作和涂抹工艺简单，操作方便。在大面积的粘贴或喷涂磁致伸缩材料，对试件进行大区域扫查时，本发明优势明显。本发明中换能过程发生在涂层中，因此对被测试件没有任何要求，可以实现电磁超声对非金属材料的无损检测，拓宽了电磁超声换能器应用场景。

Description

一种基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法
技术领域
本发明属于超声无损检测技术领域，涉及一种提高电磁超声换能器检测性能的方法，具体涉及一种使用Fe3O4涂层提升电磁超声换能器检测性能的方法。
背景技术
无损检测是在不损伤材料的前提下研究其内部和表面有无缺陷的手段。超声检测是一种重要的无损检测技术，由于它使用便捷、穿透能力强、对人体无害，已广泛应用于现代工业许多领域中，以保证材料或产品的质量、性能和可靠性。
超声检测中最常用的是压电换能器，探头中的压电晶片可以完成电能和机械能之间的相互转换，转换效率高，检测信号的信噪比大。但是，需要通过耦合剂来传递探头和试件之间的振动。电磁超声换能器（Electromagnetic Acoustic Transducer, 简称 EMAT）是通过电磁耦合直接在被测试件内产生超声波，其最大的优势是非接触、无需耦合剂，因此常用来进行缺陷的快速扫查。但是电磁耦合的方式也限定了被测试件必须为金属材料，因此，对于塑料、玻璃、陶瓷等非金属材料的检测无法使用EMAT。基于洛伦兹力机理的电磁耦合换能效率较低，与压电超声换能器相比，EMAT的信号幅值通常低一个数量级，导致在高噪声的环境下或探头与试件之间有大提离的情况下无法使用。基于磁致伸缩机理的电磁超声换能器最早用于检测铁磁性材料，其换能效率受到被测试件的磁致伸缩系数影响。近些年，学者们将具有高磁致伸缩性能的材料粘贴或喷涂在被测试件表面，借助这些材料产生振动，再传到试件内，进行超声检测。文献[Development of an omni-directional shear-horizontal wave magnetostrictive patch transducer for plates[J]. Ultrasonics,2013, 53(7): 1304-1308.]公开了一种基于磁致伸缩贴片的全向性SH波换能器；CN106498384 B、CN 105252011 B公开了Fe-Ga高性能的磁致伸缩涂层的制作方法。以上方法大大提升了电磁超声换能器的检测性能，但是现有的磁致伸缩片或涂层造价昂贵，且制作工艺复杂，并没有在工业检测中大量使用。
发明内容
鉴于以上存在问题，本发明提供了的目的是提供一种基于Fe3O4涂层的电磁超声检测性能提高方法。该方法在检测前，先对被测试件涂抹Fe3O4涂层，来提高电磁超声换能器的检测性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于Fe3O4涂层的电磁超声检测性能提高方法，包括如下步骤：
步骤一：将Fe3O4涂层涂到被测试件的表面上；
步骤二：静置30min以上，待涂层风干并与被测试件粘合牢靠后，将电磁超声换能器的探头置于Fe3O4涂层上；
步骤三：使用电磁超声检测装置对被测试件进行无损检测。
本发明中，所述Fe3O4涂层的制作步骤如下：
步骤1：将直径为5nm~50µm的Fe3O4粉末倒入具有高粘结性的电绝缘胶中，控制Fe3O4粉末与电绝缘胶的重量比为1：1~3；
步骤2：用玻璃棒进行充分搅拌，使Fe3O4粉末与电绝缘胶混合均匀，保证涂层材料具有均匀的磁致伸缩性能；
步骤3：将混合物均匀的涂抹在被测试件表面，涂抹厚度小于1mm。
本发明中，所述电磁超声换能器的探头不限类型，体波探头、导波探头、表面波探头等均可。
本发明中，所述被测试件表面的涂层区域包含电磁超声换能器探头在被测试件上的扫查区域。
本发明中，所述被测试件为金属材料或非金属材料。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明中涂层由Fe3O4粉末和电绝缘胶制作而成，成本低廉；涂层的制作和涂抹工艺简单，操作方便。在大面积的粘贴或喷涂磁致伸缩材料，对试件进行大区域扫查时，本发明优势明显。
2、现有技术中电磁超声换能器对非铁磁性金属材料进行无损检测时，通过洛伦兹力耦合机理，换能效率低。本发明利用涂层中具有高磁致伸缩性能的Fe3O4产生超声波，换能效率高。实验证实了在非铁磁性不锈钢SUS304表面涂Fe3O4涂层后，信噪比提高了10倍以上，并且探头和试件之间有1mm提离的情况下仍然可以清晰地分辨信号。
3、传统电磁超声换能器的换能过程发生在被测试件内，这要求被测试件为金属导体。本发明中换能过程发生在涂层中，因此对被测试件没有任何要求，可以实现电磁超声对非金属材料的无损检测，拓宽了电磁超声换能器应用场景。
附图说明
图1为基于Fe3O4涂层的电磁超声对玻璃试件的测厚示意图。
图2为不同提离下的基于Fe3O4涂层的电磁超声对玻璃试件的测厚信号。
图3为基于Fe3O4涂层的电磁超声对不锈钢试件的测厚示意图。
图4为不同提离下的基于Fe3O4涂层的电磁超声对不锈钢试件的测厚信号。
图5为传统电磁超声对不锈钢试件的测厚信号。
图6为基于Fe3O4涂层的电磁超声导波扫查示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
本实施例提供了一种基于Fe3O4涂层的电磁超声检测性能提高方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将Fe3O4涂层涂到玻璃试件的表面上。保证在检测时，试件表面的涂层区域包含电磁超声换能器探头在试件上投影区域。
本步骤中，Fe3O4涂层的制作步骤如下：
步骤1：将直径为10nm的Fe3O4粉末倒入电绝缘胶中，其中Fe3O4粉末与电绝缘胶的重量比为1：2；
步骤2：用玻璃棒进行充分搅拌，使Fe3O4粉末与电绝缘胶混合均匀，保证涂层材料具有均匀的磁致伸缩性能；
步骤3：将混合物均匀的涂抹在试件表面，涂抹厚度为20µm。该厚度保证了探头和被测试件之间有较大的提离，此时换能过程中只涉及涂层中磁致伸缩机制，没有被测试件内的洛伦兹力机理，减少了信号杂波。
步骤二：静置1h，待涂层风干并与试件粘合牢靠后，将电磁超声换能器的探头置于涂层上，其中电磁超声换能器的探头是由永磁铁和螺旋线圈组成的体波探头。
步骤三：使用电磁超声检测装置对玻璃试件进行无损测厚。图1为测厚示意图，图2为探头在提离为0.1~6mm时的测厚信号，根据声速及相邻回波之间的飞行时间可以算出试件厚度。
实施例2
本实施例提供了一种基于Fe3O4涂层的电磁超声检测性能提高方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将Fe3O4涂层涂到非铁磁性不锈钢SUS304试件的表面上。保证在检测时，试件表面的涂层区域包含电磁超声换能器探头在试件上投影区域。
本步骤中，Fe3O4涂层的制作步骤如下：
步骤1：将直径为1µm的Fe3O4粉末倒入电绝缘胶中，其中Fe3O4粉末与电绝缘胶的重量比为1：2；
步骤2：用玻璃棒进行充分搅拌，使Fe3O4粉末与电绝缘胶混合均匀，保证涂层材料具有均匀的磁致伸缩性能；
步骤3：将混合物均匀的涂抹在试件表面，涂抹厚度为50µm。该厚度保证了探头和被测试件之间有较大的提离，此时换能过程中只涉及涂层中磁致伸缩机制，没有被测试件内的洛伦兹力机理，减少了信号杂波。
步骤二：静置45min，待涂层风干并与试件粘合牢靠后，将电磁超声换能器的探头置于涂层上，其中电磁超声换能器的探头是由永磁铁和蝶形线圈组成的体波探头。
步骤三：使用电磁超声检测装置对不锈钢试件进行无损测厚。图3为测厚示意图，图4为探头在提离为0.1~1mm时的测厚信号，根据声速及相邻回波之间的飞行时间可以算出试件厚度。图5为传统电磁超声对不锈钢试件的测厚信号，图5也给出了探头在提离为0.1~1mm时的信号。对比图4和图5可以发现，本实施例的方法将信号幅值提高了10倍以上。
实施例3
本实施例提供了一种基于Fe3O4涂层的电磁超声检测性能提高方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将Fe3O4涂层涂到铝板的表面上。保证在检测时，试件表面的涂层区域包含电磁超声换能器探头在铝板上的扫查区域。
本步骤中，Fe3O4涂层的制作步骤如下：
步骤1：将直径为10µm的Fe3O4粉末倒入电绝缘胶中，其中Fe3O4粉末与电绝缘胶的重量比为1：3；
步骤2：用玻璃棒进行充分搅拌，使Fe3O4粉末与电绝缘胶混合均匀，保证涂层材料具有均匀的磁致伸缩性能；
步骤3：将混合物均匀的涂抹在试件表面，涂抹厚度为100µm。该厚度保证了探头和被测试件之间有较大的提离，此时换能过程中只涉及涂层中磁致伸缩机制，没有被测试件内的洛伦兹力机理，减少了信号杂波。
步骤二：静置2h，待涂层风干并与铝板粘合牢靠后，将电磁超声换能器的探头置于涂层上，其中电磁超声换能器的探头是由永磁铁和曲折线圈组成的导波探头。
步骤三：使用电磁超声检测装置对铝板进行扫查检测。图6为基于Fe3O4涂层的电磁超声导波扫查示意图。

Claims (8)

1.一种基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一：将Fe3O4涂层涂到被测试件的表面上；
步骤二：静置30min以上，待Fe3O4涂层风干并与被测试件粘合牢靠后，将电磁超声换能器的探头置于Fe3O4涂层上；
步骤三：使用电磁超声检测装置对被测试件进行无损检测。
2.根据权利要求1所述的基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法，其特征在于所述步骤一中，Fe3O4涂层的涂抹厚度小于1mm。
3.根据权利要求1或2所述的基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法，其特征在于所述Fe3O4涂层的制作步骤如下：
步骤1：将Fe3O4粉末倒入电绝缘胶中；
步骤2：用玻璃棒进行充分搅拌，使Fe3O4粉末与电绝缘胶混合均匀，保证涂层材料具有均匀的磁致伸缩性能；
步骤3：将混合物均匀的涂抹在被测试件的表面。
4.根据权利要求3所述的基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法，其特征在于所述Fe3O4粉末的直径为5nm~50µm。
5.根据权利要求3所述的基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法，其特征在于Fe3O4粉末与电绝缘胶的重量比为1：1~3。
6.根据权利要求1所述的基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法，其特征在于所述电磁超声换能器的探头为体波探头、导波探头或表面波探头。
7.根据权利要求1所述的基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法，其特征在于所述被测试件表面的涂层区域包含电磁超声换能器探头在被测试件上的扫查区域。
8.根据权利要求1所述的基于四氧化三铁涂层的电磁超声检测性能提高方法，其特征在于所述被测试件为金属材料或非金属材料。
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