摘 要：本文简述了电磁超声检测技术的基本原理，实际举例电磁超声检测技术在石油管行业板材和管材检测效果，检测结果表明该方法可有效应用于板材和管材的检测，可靠性、准确度和检测效率能达到传统的自动超声检测水平，实践证明应用效果显著。它是一种可靠的新型无损检测方法，该技术将逐渐在石油管行业领域广泛应用。
关键词：电磁超声；高频线圈；磁铁；检测
中图分类号：TG115.284 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 22-0000-01
电磁超声检测技术（EMAT）是20世纪70年代发展起来的一种无损检测新技术，由于该技术是一种无需耦合剂、能直接在导体中激发和接收超声波。使得超声波探伤的应用扩展到高温、高速和在线检测等领域，是无损检测的发展前沿技术之一，引起了各方面研究人员广泛关注。
一、电磁超声（EMAT）原理[1]
电磁超声主要以磁致伸缩效应和洛仑兹力为理论基础，直接在被检物体内产生超声波。在铁磁性材料中，磁致伸缩效应机制尤为重要，特别是在弱磁化状态下，更是影响EMAT效率的主导因素，设计了基于磁致伸缩效应的换能器。当铁磁性材料在外磁场中被磁化时，其长度或体积发生微小变化的现象被称为磁致伸缩效应。根据这一原理，对铁磁性材料施加交变磁场，使得其周期性伸缩振动，从而激发超声波。同时，铁磁性材料的伸缩振动，会引起周围磁场发生变化，即磁致伸缩逆效应。根据此原理可以接收电磁超声信号，如图1所示。
二、实际应用介绍
目前国产的板材、管材电磁超声探伤设备动态灵敏度可达Ф2mm平底孔当量，能够采用钢管直线前进-探头原地跟踪检测，钢管螺旋前进-探头原地跟踪检测、钢管原地旋转-探头直线移动跟踪检测、钢板直线前进-探头原地跟踪检测等多种扫查方式，可有效的检测出黑色金属中如白点、夹杂、裂纹、缩孔等自然缺陷，板材上、下表面及内部的各种缺陷（包括重皮、折叠、孔洞、分层等）以及钢管包括焊缝内外表面及内部的各种纵向缺陷，包括重皮、折叠、孔洞、未焊透等自然缺陷。满足管材、板材相关标准的要求，检测灵敏度可精确到钢管壁厚5%的人工刻槽。
（一）板材
在石油管材行业，制造HFW、SAWH、SWAL钢管用的卷板或钢板，通常采用钢带或管体超声波纵波多通道梳状或摆动扫查分层探伤，根据技术标准要求检测板材25%-50%的覆盖面积范围，同时板材两边缘25mm范围必须100%探伤，甚至某些严格的项目，例如福建海西天然气管线明确要求板材100%探伤。在这种情况下，采用上述超声探伤方法无法做到，且选用探头个数由于受多通道设备各通道耦合状态、通道增益的一致性、闸门位置及宽度的设置、边探探头位置跟踪、探头直径和间距决定的探伤覆盖率等因素的影响，对厚度6～20mm的制管板材，上下表面探伤盲区至少各为1.5mm，对板材的重皮、折叠等近表面缺陷无法检出，结疤、压坑、孔洞等外观缺陷，因纵波探伤的覆盖率、耦合等因素影响也无法100%检出。且对于压电超声纵波水耦合探伤，水量太小，耦合不良，影响探伤结果。水量大，不易风干，影响焊接质量。而电磁超声（EMAT）正好可以解决上述问题。
国内的玉龙制管厂采用电磁超声探伤方法排除了耦合水的不利影响，实现了板材沿厚度和宽度方向的100%覆盖，提高了自然缺陷的检出率。
工厂在生产Ф610×8.8mm（L415MB）规格SAWH钢管，板材尺寸为8.8mm×1350mm，在一张长1000mm的板材中间位置，刻一平底孔（Ф6mm平底孔，深度4.4mm）进行灵敏度校验，平底孔回波调至80%波高作为基准灵敏度进行检测，对出现高于80%的波高位置进行复查确认。同时为了验证电磁超声检测技术的可靠性，在上述板材上刻了一人工槽（长10mm，宽1mm，深2mm），在上述相同灵敏度基准的条件下，其结果显示人工槽回波信号明显，脉冲尖锐，几乎与边缘脉冲有相同的能量回波。由此可以认为电磁检测技术对于开口小且具有一定深度的缺陷具有更高的检测能力。在实际应用中证明了电磁超声在对板材检测时，不仅可以检测出分层缺陷，对其他类型的裂纹类，开口类缺陷也能检出。
（二）管材
在石油管材行业，电磁超声多见用于无缝钢管检测、油套管检测。下面笔者介绍在国内某无缝钢管厂用电磁超声技术检测无缝钢管实例。
对120支Ф323.9x12.7mm-L245MB规格无缝钢管进行电磁超声检测，图2为管材检测示意图将电磁超声探头放置与被测工件上，选择与被检钢管同规格同壁厚样管，管径为323.9mm，壁厚为12.7mm，外壁人工刻槽，槽深度为壁厚的5%，宽度为1mm，长度20mm。
三、现状与未来发展方向
国内电磁超声检测由于起步较晚，与欧美等业发达国家相比还存在很大差距。在电磁超声无损检测领域中，需运用不同的分析方法建立精确物理模型，更深入地认识EMAT的物理过程，特别是洛伦兹力与磁致伸缩力的共同作用机理研究，提高和完善对信号的接收和处理能力，更大程度地减小噪声干扰。电磁超声技术与其他技术的融合运用，也是无损检测的重要发展方向。电磁超声无损检测技术可用于接触式超声检测技术难以解决的一些实际问题，相信EMAT逐渐成为无损检测领域的一种主流技术，将来广泛应用于石油管材行业。
参考文献：
[1]任吉林.电磁检测[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2]唐彦林.电磁超声在板材探伤中的应用[J].焊管，2005（06）：44-45.
[3]张广纯.电磁声技术的进展与应用[J].无损检测，1990（04）：103-105.
[作者简介]杨钊（1984.01-），陕西人，本科，研究方向：石油管工程。
