RU2350943C1 - Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя - Google Patents
Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2350943C1 RU2350943C1 RU2007125800/28A RU2007125800A RU2350943C1 RU 2350943 C1 RU2350943 C1 RU 2350943C1 RU 2007125800/28 A RU2007125800/28 A RU 2007125800/28A RU 2007125800 A RU2007125800 A RU 2007125800A RU 2350943 C1 RU2350943 C1 RU 2350943C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnet
- concentrator
- emat
- magnetic
- pole tip
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к средствам обнаружения дефектов в металлах и сплавах в широком диапазоне толщин при одностороннем бесконтактном доступе, и предназначено для применения в металлургии, машиностроении и др. отраслях промышленности. Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя (ЭМАП) содержит постоянный магнит в форме цилиндра с направлением намагничивания вдоль оси, концентратор из магнитомягкого материала, дополнительный магнит, полюсный наконечник, магнитопровод и вставку из немагнитного металла, при этом концентратор установлен на торцевой части магнита, дополнительный магнит выполнен с направлением намагничивания по нормали к боковым граням концентратора и с обеспечением одинаковой полярности всех примыкающих к концентратору полюсов, полюсный наконечник расположен на противоположном от концентратора торце магнита, а магнитопровод расположен между дополнительным магнитом и полюсным наконечником, причем вставка установлена между полюсным наконечником и магнитопроводом. Технический результат: расширение функциональных возможностей и области применения за счет повышения чувствительности аппаратуры для обнаружения дефектов и измерения толщины деталей, а также снижение уровня рассеянного магнитного поля на боковых поверхностях ЭМАП, что обеспечивает выполнение санитарных требований и позволяет использовать ЭМАП без вреда для оператора-дефектоскописта. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к средствам обнаружения дефектов проката и конструкций типа лент, полос, труб, сосудов, рельсов и др. из черных и цветных металлов и сплавов в широком диапазоне толщин при одностороннем бесконтактном доступе, и предназначено для применения в металлургии, машиностроении, авиастроении, автомобилестроении, в нефтегазовой и др. отраслях промышленности.
Известны магнитные системы электромагнитно-акустических (ЭМА) преобразователей (ЭМАП), обеспечивающих возбуждение сдвиговых (поперечных) и продольных ультразвуковых объемных волн, предназначенных для обнаружения дефектов проката и конструкций типа лент, полос, труб, сосудов, рельсов и др. из черных и цветных металлов и сплавов в широком диапазоне толщин при одностороннем бесконтактном доступе [1. Глухов Н.А. Некоторые параметры электромагнитного датчика сдвиговых ультразвуковых колебаний в токопроводящих материалах. - Дефектоскопия, 1971, № 4, с.69-74. 2. Самокрутов А.А., Бобров В.Т., Шевалдыкин В.Г., Козлов В.Н., Алехин С.Г., Жуков А.В. Исследование анизотропии проката и ее влияния на результаты акустических измерений. // Контроль. Диагностика. 2003, № 11. С.6-8, 13-19]. Эти технические решения имеют существенные недостатки, ограничивающие область их применения.
Известна магнитная система ЭМАП для возбуждения сдвиговых ультразвуковых волн [1], содержащая электромагнит, между рабочим торцом которого и контролируемым изделием располагают высокочастотную катушку (индуктор). Указанный ЭМАП не обеспечивает необходимой чувствительности и имеет низкое отношение сигнал/шум при контроле изделий в особенности с криволинейной поверхностью и из-за больших габаритов и массы магнитной системы не может быть использован в переносных и портативных приборах для ручного контроля.
Известна магнитная система ЭМАП для возбуждения продольных ультразвуковых волн [2, рис.2а], содержащая постоянный магнит в виде кольца и концентратор. Между рабочим торцом магнита и концентратором располагают высокочастотную катушку (индуктор). Указанный ЭМАП не обеспечивает необходимой чувствительности и имеет низкое отношение сигнал/шум.
Наиболее близким решением является магнитная система ЭМАП для возбуждения сдвиговых (поперечных) ультразвуковых объемных волн с применением постоянных магнитов [2, рис.2б], содержащая магнит в форме цилиндра с направлением намагничивания вдоль оси, на торце которого расположена катушка индуктора ЭМАП. Этот ЭМАП также не обеспечивает требуемой чувствительности при контроле как в ручном, так и в автоматическом режиме объектов из различных материалов с коррозионным повреждением поверхности, а рассеянное магнитное поле не позволяет использовать его при ручном контроле, так как нарушаются санитарные нормы по воздействию постоянного магнитного поля на руки оператора.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в магнитную систему электромагнитно-акустического преобразователя, содержащую постоянный магнит в форме цилиндра с направлением намагничивания вдоль оси, введены концентратор из магнитомягкого материала, дополнительный магнит, полюсный наконечник, магнитопровод и вставка из немагнитного металла, при этом концентратор установлен на торцевой части магнита, дополнительный магнит выполнен с направлением намагничивания по нормали к боковым граням концентратора и с обеспечением одинаковой полярности всех примыкающих к концентратору полюсов, полюсный наконечник расположен на противоположном от концентратора торце магнита, а магнитопровод расположен между дополнительным магнитом и полюсным наконечником, причем вставка установлена между полюсным наконечником и магнитопроводом.
Техническим результатом применения предложенной магнитной системы ЭМАП является то, что она позволяет расширить функциональные возможности (наряду с возбуждением сдвиговых волн с радиальной поляризацией обеспечивается возбуждение сдвиговых волн с линейной поляризацией и продольных волн, а также их одновременное возбуждение) и области применения аппаратуры, работающей совместно с предложенной магнитной системой ЭМАП, за счет повышения отношения сигнал/шум и чувствительности аппаратуры при обнаружении дефектов в изделиях с различной степенью криволинейности поверхности из углеродистой и нержавеющей сталей, сплавов алюминия, титана и других электропроводящих материалов и измерения толщины деталей из упомянутых металлов и сплавов как в состоянии поставки, так и в процессе работы в агрессивной среде при наличии коррозионных повреждений. Другим результатом является снижение уровня рассеянного магнитного поля на боковых поверхностях ЭМАП, что обеспечивает выполнение санитарных требований и позволяет использовать ЭМАП без вреда для оператора-дефектоскописта.
На фиг.1 показан общий вид магнитной системы ЭМАП для возбуждения сдвиговых (поперечных) и продольных ультразвуковых объемных волн. На фиг.2, 3 показан вид магнитной системы со стороны рабочего торца концентратора 2 (вид снизу).
Магнитная система ЭМАП содержит постоянный магнит 1 в форме цилиндра с направлением намагничивания вдоль оси, концентратор 2 из магнитомягкого материала, установленный на торцевой части магнита 1, дополнительный магнит 3 с направлением намагничивания по нормали к боковым граням концентратора 2, обеспечивающим одинаковую полярность всех примыкающих к концентратору 2 полюсов, полюсный наконечник 4, расположенный на противоположном от концентратора 2 торце магнита 1, вставку 5 из немагнитного металла и магнитопровод 6, устанавливаемый между дополнительным магнитом 3 и вставкой 5.
В зависимости от технологии изготовления магнитной системы возможны два варианта исполнения концентратора 2 и дополнительного магнита 3. На фиг.2 показан вариант исполнения дополнительного магнита в виде кольца 3 с радиальным направлением намагничивания. На фиг.3 показан вариант исполнения дополнительного магнита в виде состыкованных секторов 3, намагниченных таким образом, что в собранном виде они намагничены радиально, аналогично варианту, представленному на фиг.2.
Для повышения прочности магнитной системы ЭМА преобразователя вставка 5 может быть выполнена в виде цилиндрической гайки с резьбой на внутренней и наружной поверхностях, а магнитопровод 6 содержать резьбовую часть на наружной поверхности для крепления в корпусе ЭМАП (на фиг.1 не показан). Концентратор 2 может иметь и отличающуюся от цилиндрической форму, например форму параллелепипеда квадратного или прямоугольного сечения. При этом дополнительный магнит 3 выполняется в соответствии с фиг.3 и также повторяет форму концентратора. Магнитопровод 6 также изготавливается с учетом формы концентратора 2 и дополнительного магнита 3.
Соотношение размеров выступающих за пределы дополнительного магнита 3 частей концентратора 2 и магнитопровода 6 определяется задачей возбуждения того или иного типа ультразвуковой волны. Все элементы магнитной системы дополнительно соединяются между собой с помощью клея на основе, например, эпоксидной смолы.
В зависимости от конструктивных параметров элементов магнитной системы и индуктора ЭМАП в объекте контроля возбуждаются объемные сдвиговые волны с радиальной или линейной поляризацией (со смещениями поперек направления распространения волны) или продольные волны. Ультразвуковые колебания возникают в результате взаимодействия вихревых токов, наводимых при подаче на индуктор ЭМАП импульса высокочастотных колебаний, и нормальной или касательной составляющей магнитного поля магнитной системы.
Возникающие в поверхностном слое объекта контроля импульсы сдвиговых или продольных объемных волн, однократно или многократно отражаясь от дефектов или стенок изделия, характеризуют местоположение и размеры дефектов и остаточную толщину стенки изделия или конструкции.
Работа магнитной системы ЭМА преобразователя.
ЭМА преобразователь с предлагаемой магнитной системой для возбуждения УЗ-колебаний располагают над поверхностью контролируемого изделия или конструкции. На индуктор ЭМА преобразователя подают импульсы высокочастотных колебаний, наводящие в поверхностном слое конструкции или проката вихревые токи. Для возбуждения сдвиговых волн магнитная система ЭМАП создает магнитный поток с нормальной составляющей магнитного поля в области проекции концентратора 2 на поверхность контролируемого изделия. Под действием сил Лоренца в поверхностном слое объекта контроля возникает сдвиговая объемная волна, распространяющаяся вглубь металла в направлении, соответствующем нормали к поверхности изделия. Прием импульсов ультразвуковых колебаний и их преобразование в электрические сигналы обеспечивает этот же ЭМАП. Для измерения толщины стенки изделия используются эхосигналы, многократно переотражающиеся от поверхностей стенки изделия, для обнаружения дефектов - эхосигналы от дефектов (эхометод) или противоположной поверхности стенки изделия (зеркально-теневой метод).
Далее регистрируют отраженные от дефектов акустические сигналы сдвиговой объемной волны и по их амплитуде и временному положению оценивают условные размеры и координаты дефектов. По скорости и времени распространения многократно отразившихся от стенок изделия эхосигналов сдвиговой волны УЗ-колебаний в материале судят о толщине стенки изделия. Описанный вариант ЭМАП с использованием предлагаемой магнитной системы эффективно работает при контроле изделий, изготовленных из изотропного или слабоанизотропного металла.
При контроле изделий, изготовленных из анизотропного металла, целесообразно использовать ЭМАП с предлагаемой магнитной системой и индуктором в форме катушки с линейными участками в области проекции концентратора на поверхность изделия, обеспечивающим возбуждение сдвиговых волн с линейной поляризацией (синфазное возбуждение). Работа данного варианта ЭМАП с предлагаемой магнитной системой аналогична вышеописанному варианту. Отличием является необходимость ориентации ЭМАП вдоль или поперек направления прокатки металла или приложенных напряжений. При использовании ЭМАП с линейной поляризацией за счет его разворота на 90° возможно измерение текстурной анизотропии и напряженно-деформированного состояния.
Оба типа описанных ЭМАП с предлагаемой магнитной системой могут эффективно использоваться как при контроле ферромагнитных, так и неферромагнитных металлов и сплавов.
При контроле неферромагнитных металлов и сплавов (аустенитные стали, сплавы алюминия, латуни, медные и титановые сплавы) эффективно применение ЭМАП с предлагаемой магнитной системой для возбуждения продольных ультразвуковых волн. В этом случае индуктор ЭМАП выполняется в виде спиральной катушки, располагаемой в области максимального значения касательной составляющей магнитного поля предлагаемой магнитной системы в пространстве между концентратором и магнитопроводом. Оптимизация параметров ЭМАП обеспечивается за счет выбора оптимального соотношения размеров выступающих за пределы дополнительного магнита 3 частей концентратора 2 и магнитопровода 6, ширины катушки ЭМАП и ее положения относительно магнитной системы.
ЭМА преобразователь с предлагаемой магнитной системой для возбуждения продольных УЗ колебаний располагают над поверхностью контролируемого изделия или конструкции. На индуктор ЭМА преобразователя в форме спиральной катушки подают импульсы высокочастотных колебаний, наводящие в поверхностном слое конструкции или проката вихревые токи. Для возбуждения продольных волн используется касательная составляющая магнитного поля в области проекции области магнитной системы между концентратором 2 и магнитопроводом 3 на поверхность контролируемого изделия. Под действием сил Лоренца в поверхностном слое объекта контроля возникает продольная объемная волна, распространяющаяся вглубь металла в направлении, соответствующем нормали к поверхности изделия. Прием импульсов ультразвуковых колебаний и их преобразование в электрические сигналы обеспечивает этот же ЭМАП. Для измерения толщины стенки изделия используются эхосигналы, многократно переотражающиеся от поверхностей стенки изделия, для обнаружения дефектов - эхосигналы от дефектов (эхометод) или противоположной поверхности стенки изделия (зеркально-теневой метод). При этом учитывается тот факт, что скорость распространения продольных волн примерно в два раза больше скорости сдвиговых волн. Достоинством ЭМАП для возбуждения продольных волн с предлагаемой магнитной системой является независимость от положения ЭМАП относительно направления прокатки металла контролируемой конструкции. При использовании комбинированного индуктора возможно одновременное или поочередное возбуждение сдвиговых и продольных волн.
Техническим результатом применения предложенной магнитной системы ЭМАП является то, что она позволяет расширить функциональные возможности (наряду с возбуждением сдвиговых волн с радиальной поляризацией обеспечивается возбуждение сдвиговых волн с линейной поляризацией и продольных волн, а также их одновременное возбуждение) и области применения аппаратуры, работающей совместно с предложенной магнитной системой ЭМАП, за счет улучшения отношения сигнал/шум и чувствительности аппаратуры при обнаружении дефектов в изделиях с различной степенью кривизны поверхности из углеродистой и нержавеющей сталей, сплавов алюминия, титана и других электропроводящих материалов и измерения толщины деталей из упомянутых металлов и сплавов как в состоянии поставки, так и в процессе работы в агрессивной среде при наличии коррозионных повреждений.
Claims (1)
- Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя, содержащая постоянный магнит в форме цилиндра с направлением намагничивания вдоль оси, отличающаяся тем, что в нее введены концентратор из магнитомягкого материала, дополнительный магнит, полюсный наконечник, магнитопровод и вставка из немагнитного металла, при этом концентратор установлен на торцевой части магнита, дополнительный магнит выполнен с направлением намагничивания по нормали к боковым граням концентратора и с обеспечением одинаковой полярности всех примыкающих к концентратору полюсов, полюсный наконечник расположен на противоположном от концентратора торце магнита, а дополнительный магнитопровод расположен между дополнительным магнитом и полюсным наконечником, причем вставка установлена между полюсным наконечником и магнитопроводом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007125800/28A RU2350943C1 (ru) | 2007-07-10 | 2007-07-10 | Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007125800/28A RU2350943C1 (ru) | 2007-07-10 | 2007-07-10 | Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2350943C1 true RU2350943C1 (ru) | 2009-03-27 |
Family
ID=40542998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007125800/28A RU2350943C1 (ru) | 2007-07-10 | 2007-07-10 | Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2350943C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110603442A (zh) * | 2017-03-02 | 2019-12-20 | 奎斯特综合股份有限公司 | 用于腐蚀映射的电磁声换能器(emat) |
-
2007
- 2007-07-10 RU RU2007125800/28A patent/RU2350943C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Самокрутов А.А. и др. Исследование анизотропии проката и ее влияния на результаты акустических измерений. Контроль. Диагностика. 2003, №11, с.14. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110603442A (zh) * | 2017-03-02 | 2019-12-20 | 奎斯特综合股份有限公司 | 用于腐蚀映射的电磁声换能器(emat) |
CN110603442B (zh) * | 2017-03-02 | 2023-08-25 | 奎斯特综合股份有限公司 | 用于腐蚀映射的电磁声换能器(emat) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6294912B1 (en) | Method and apparatus for nondestructive inspection of plate type ferromagnetic structures using magnetostrictive techniques | |
Cho et al. | Megahertz-range guided pure torsional wave transduction and experiments using a magnetostrictive transducer | |
Nakamura et al. | Mode conversion and total reflection of torsional waves for pipe inspection | |
US11774409B2 (en) | Electromagnetic acoustic transducer (EMAT) for corrosion mapping | |
Ma et al. | Excitation and detection of shear horizontal waves with electromagnetic acoustic transducers for nondestructive testing of plates | |
CA2585823A1 (en) | Device and method for the electromagnetic, acoustic material testing and/or thickness measurement of a test object that contains at least electrically conductive and ferromagneticmaterial fractions | |
KR100573736B1 (ko) | 비틀림파를 발생 및 측정할 수 있는 트랜스듀서와 이를이용한 이상진단 장치 및 방법 | |
US10175200B2 (en) | Methods and systems for detecting nonuniformities in a material, component, or structure | |
US6014024A (en) | Apparatus and method for detecting and/or measuring flaws in conductive material | |
Niese et al. | Wall thickness measurement sensor for pipeline inspection using EMAT technology in combination with pulsed eddy current and MFL | |
Urayama et al. | Application of EMAT/EC dual probe to monitoring of wall thinning in high temperature environment | |
RU2350943C1 (ru) | Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя | |
JP3299505B2 (ja) | 磁歪効果を用いる超音波探傷方法 | |
JPH0587780A (ja) | 金属管の非破壊検査の方法と装置 | |
RU2334981C1 (ru) | Электромагнитно-акустический преобразователь | |
Chen et al. | Oil-tank weld detection using EMAT | |
Wang et al. | A new system for defects inspection of boiler water wall tubes using a combination of EMAT and MFL | |
Kuansheng et al. | A new frequency-tuned longitudinal wave transducer for nondestructive inspection of pipes based on magnetostrictive effect | |
RU2343475C1 (ru) | Электромагнитно-акустический преобразователь | |
RU2231055C1 (ru) | Устройство для ультразвукового контроля прочностных характеристик материала движущегося листового проката | |
JP7450305B1 (ja) | 検査装置及び検査方法 | |
RU2314880C1 (ru) | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах | |
Shevaldykin et al. | EMA Transformation in pulsed magnetic field and its use in portable instruments for acoustic measurements | |
Nakamoto et al. | Reliability evaluation of pipe thickness measurement by electromagnetic acoustic transducer | |
Light et al. | Health Monitoring of Piping and Plate Using the Magnetostrictive Sensor(MsS) Guided-Wave Technology |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100711 |