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王垒超, 等:

X80管线钢电磁超声残余应力检测精度的影响因素

载方向的横波传播时间。 检测中需要考虑减小有效面积, 笔者仅使用电磁超
声探头对 X80母材进行应力检测。
2 电磁超声设备与探头

电磁超声探头包括线圈、 永磁体、 外壳、 屏蔽板、
保护挡板等。采用圆柱形铁硼永磁铁提供静磁场;
线圈的作用主要是在试样表面产生涡流, 形成动态
磁场, 试样表面磁畴沿动磁场方向偏转, 材料表面局
部产生震动, 从而产生超声波, 超声波接收过程为逆
过程; 屏蔽板的作用是屏蔽由磁铁本身超声信号引 图3 PCB印刷电路线圈尺寸示意
入的噪声; 保护挡板起保护线圈的作用, 同时也可以 电磁超声检测系统构成如图4所示, 主要包括
高压发射模块、 接收放大模块、 触发采集模块等。工
避免线圈和试样直接接触。
电磁超声探头组成如图1所示, 永磁体尺寸为 作时, 电脑端控制触发采集模块发射方波脉冲触发

25mm×50mm ( 直径×高度)。电磁超声探头线圈 信号, 经高压发射模块后, 激励出高压激励信号传输
到 EMAT 的激励线圈, 在接收过程中, 微弱的回波
尺寸如图 2 所示, 采用跑道型线圈, 线圈采用 PCB
( 印刷电路板) 工艺制作, PCB 印刷电路线圈尺寸如 信号经过接收放大模块( 内置滤波模块) 的滤波处理
后, 传输到电脑端进行采集, 再经过软件的数据处
图3所示, 线圈截面的尺寸为0.16mm×0.035mm
理, 输出为测试点残余应力值。其中高压发射模块
), 线圈总体尺寸为35mm×22mm ( 长×
( w 1× w 2
MOS管( 场效应晶体管) 耐压值为1700V , 输出高

宽), 平行段长度为20mm ; 保护挡板尺寸为40mm×

压可达±800V ; 增益放大模块采用 AD8338芯片,
);
1mm ( 长× d 3 ); 永磁体的提离距离为2.2mm ( d 4
该芯片标称增益范围为0~80dB , 标称增益范围与
外壳尺寸为40mm×30mm×50mm ( 长×宽×高)。

增益引脚上0.1~1.1V 的控制电压相对应。

图4 电磁超声检测系统构成
图1 电磁超声探头组成
3 回波信号影响因素

为得到电磁超声系统最佳使用参数, 分别探究
了触发信号周期和增益调节对信号回波幅值与信噪
比的影响。试验中, 激励周期个数设置为1 ( 激励周
期次数会增加回波振荡, 不利于后续数据处理), 输

出电压控制为630V , 回波平均次数均为512次, 试

样厚度为20mm , 数据处理时均选择6次回波进行
计算。
图2 电磁超声探头线圈尺寸示意 3.1 激励信号脉冲宽度的影响
试验使用的电磁超声线圈、 磁铁尺寸较大, 旨在 在分析激励信号脉冲宽度的影响时, 增益放大
提高回波信号信噪比。电磁超声换能器的换能效率 调整为 32dB , 分别探讨了 50 , 80 , 100 , 160 , 220 ,

与永磁体在试样近表面的磁场强度平方成正比, 线 280 , 320 , 350 , 400 , 450 , 500ns脉冲宽度对回波幅值

圈平行段长度较长, 可以增加有效检测面积, 同时也 和信噪比的影响。
能提高回波信号强度, 但是在测试 X80管道环焊缝 50 , 350 , 500ns脉冲宽度的回波信号如图5所

残余应力时会拉低实际应力水平, 因此后续在焊缝 示, 可见, 触发脉冲宽度变化时, 回波会产生一定相

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2023年 第45卷 第6期
无损检测