电磁超声横波换能器中永磁体的建模与优化

为提高电磁超声横波换能器的换能效率,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics计算电磁超声横波换能器中永磁体产生的磁场强度,得到磁场的分布规律,对永磁体从长度、宽度和厚度三个方面进行了优化,以指导电磁超声横波换能器结构的设计。研究表明,永磁体产生的磁场强度明显大于蝶形线圈产生的磁场,在考虑电磁超声横波换能器时,可忽略蝶形线圈产生的磁场的影响;永磁体厚度对换能器效率有明显影响,当厚度增大,磁场强度增强,但趋势逐渐减缓;永磁体宽度和长度的设计不存在固定的比例准则,需要根据线圈的实际尺寸参数进行设计。     

多通道体导一体电磁超声换能器的优化设计

为了减少多通道电磁超声换能器的磁铁数量,提高检测信号的信噪比,提出了一种组合型磁铁结构EMAT(电磁超声换能器),使用该EMAT可以在一次检测过程中完成超声测厚、轴向导波和周向导波扫查。通过仿真优化了换能器结构设计,分析了其结构参数对磁场强度的影响。设计换能器并搭建试验平台,验证了模型结构的正确性。与传统换能器的励磁效果相比,该换能器在工件近表面产生的磁场强度较大,可以在一次检测中同时完成测厚与轴向和周向两个方向的导波扫查;测厚信号的信噪比提升了2 dB,导波信号的信噪比提升了19.5%,检测效率得到提高。     

基于偏置磁场EMAT表面波换能器效率的分析

为提高常规EMAT(电磁超声)换能器效率,设计一种新型偏置磁场EMAT换能器。利用有限元软件建立EMAT激励表面波的二维仿真模型,对比分析常规和偏置EMAT对激励表面波的影响。最后设计正交试验研究磁铁高度、磁铁宽度、线圈高度、线圈宽度和线圈提离对偏置EMAT激励表面波的影响规律,并通过试验验证了其准确性,此外还研究了偏置磁铁对接收EMAT的影响。结果表明,偏置EMAT换能器激励的表面波幅值比常规EMAT的提高了51%,并且该方法不会在频域信息上发生主频分叉畸变问题,采用偏置EMAT接收的信号幅值比常规EMAT的提高了38%,偏置EMAT能有效提高检测灵敏度。     

确定电磁超声换能器钢管检测最佳磁化强度的试验研究

由于电磁超声换能器检测钢管缺陷时,其磁场强度影响超声波幅值,进而影响检测灵敏度。为此设计了确定最佳磁化强度的试验方案,通过试验得到超声波幅值随电磁场激励电流的变化曲线。确定了最佳磁化强度时的激励电流。     

表面粗糙度对电磁超声测厚的影响

电磁超声测厚中,被检工件表面粗糙度对检测的稳定性和精度有较大影响。为了探究表面粗糙度对电磁超声测厚的影响,在不同表面粗糙度试件上进行电磁超声测厚试验,给出了试件耦合面和背面不同表面粗糙度下回波信号的幅值和信噪比。结果表明,超声回波幅值及信噪比随着表面粗糙度的增大而减小。从表面粗糙度对超声散射的角度分析了试件背面不同粗糙度对回波幅值的影响;最后,以矩形槽粗糙度元模拟固体粗糙表面,从试件耦合面粗糙度对涡流密度分布及其渗透深度影响的角度分析了表面粗糙度和超声回波信号的关系。     

电磁超声换能器的微弱信号检测

电磁超声换能器的换能效率很低,得到的接收信号十分微弱。为了改善接收信号质量,采用了基于谐振理论的选频放大技术、基于互相关理论的锁相放大技术以及平均技术3种方法对电磁超声接收信号进行处理。实验表明,所设计的选频放大电路和锁相放大电路均能将微弱的电磁超声接收信号从强噪声背景中分离,而平均技术则能够有效改善接收信号的信噪比。最后给出了电磁超声系统联调的实验波形,并对3种检测技术的优缺点进行了分析。     

电磁超声表面波换能器发射过程的精确建模与分析

针对具有曲折线圈结构的电磁超声表面波换能器模型精度较低问题,以铝合金板材表层缺陷检测为背景,在考虑交变磁场影响前提下,通过将有限元方法与解析法相结合,建立了一个精确描述电磁超声表面波换能器发射过程的三维模型。仿真分析表明,换能器在发射过程中产生的交变磁场可激发出两倍频率成分的表面波;该表面波分量能够有效提高换能器的缺陷敏感度;增加发射电流、降低提离距离均可显著增强该分量。试验验证了所建模型的有效性和精确性。     

曲折线圈折线角度对EMAT换能效率的影响

针对曲折线圈型电磁超声换能器的换能效率,分析了不同折线角度曲折线圈对EMAT(电磁超声换能器)换能效率的影响。根据声束指向原理,通过改变载流导线的角度,设计了0°、30°、60°、90°曲折线圈激励产生电磁超声导波,并采用收发分离式换能器结构在钢板上进行检测试验。结果表明,曲折线圈载流导线角度为0°时,EMAT激发的声波能量集中,方向性好,回波信号幅值强,为钢板的长距离检测提供了可能;曲折线圈载流导线角度增加为30°、60°、90°时,EMAT激发的声波信号纯净,简化了模态分析,对工程中钢板检测的信号简化处理具有重要意义。     

点聚焦表面波EMAT声场特性及其试验

针对曲折线圈电磁超声换能器(EMAT)换能效率和信噪比低的问题,建立了点聚焦EMAT的三维声场有限元模型,通过瞬态和稳态分析,分析了激励频率、线圈匝数和导线长度对点聚焦EMAT的声场聚焦特性以及缺陷回波特征的影响规律。搭建了0.5 MHz点聚焦EMAT检测系统,用于铝板中不同直径的圆孔检测,并与传统的曲折线圈EMAT进行对比。结果表明:采用点聚焦表面波EMAT,可以极大程度地提高信噪比和缺陷检测能力。     

旋转磁场对激光熔凝钛合金熔池的影响研究

本文运用有限元方法对不同频率下电磁搅拌辅助装置中心处磁场强度以及熔池电磁力进行了模拟分析,并研究了旋转磁场对熔池电磁力和熔池温度分布及流场影响,结果表明当电流频率增大时,熔池中电磁力首先有缓慢减小趋势,同时功率损耗迅速增大,当频率继续增大时,电磁力逐渐增大,此时功率损耗基本趋于稳定;在激励电流变化的一个周期内,搅拌装置中磁场强度也发生周期性变化。在施加旋转磁场条件下,熔池整体温度有所降低,温度梯度减小,熔池内形成围绕熔池做周向流动的环流,流速分布均匀。     

电磁超声表面波的铝板检测技术

针对电磁超声换能器激发导波多模态的问题,研究了单极性磁钢作用下具有曲折线圈结构的EMAT在铝板中的工作机理,以及固定激发频率下曲折线圈间距对该EMAT激发导波多模态的影响。利用ANSYS有限元软件对不同线圈间距的电磁超声换能器进行仿真,分析质点所受洛伦兹力。只改变线圈间距的情况下在铝板上对1.5mm、3mm、5mm三种间距的曲折线圈进行对比实验。实验结果表明线圈间距小于1.5mm时,换能器在铝板上激发出的表面波现象增强。     

激光-环型电磁超声方法检测表面裂纹

传统激光-电磁超声对表面裂纹检测的灵敏度受表面裂纹方向的影响,为解决这一问题,提出了一种基于环形电磁超声探头的激光-电磁超声无损检测方法。相比于传统的激光-电磁超声表面裂纹检测方法,该方法不但具有更高的灵敏度,而且不受裂纹方向的影响。为了验证该方法的有效性,设计了一种环形电磁超声探头,并对其线圈参数进行了优化,提高了检出信号的信噪比;进而利用该环形探头有效检出了试件中的不同方向表面裂纹。     

离心铸造高速钢轧辊偏析控制技术研究

在高速钢轧辊离心铸造凝固过程中加入电磁搅拌,可明显减轻高速钢轧辊偏析,研究了磁场强度对高速钢轧辊偏析的影响,随着磁场强度的增加,元素偏析减轻,但磁场强度超过0.053 T后,钒元素偏析反而增大.分析了外加电磁场减轻离心铸造高速钢轧辊偏析的原因.     

旋转磁场对激光熔凝钛合金熔池的影响

运用有限元方法对不同频率下电磁搅拌辅助装置中心处磁场强度以及熔池电磁力进行了模拟分析,并研究了旋转磁场对熔池电磁力和熔池温度分布及流场影响。结果表明,当电流频率增大时,熔池中电磁力首先有缓慢减小趋势,同时功率损耗迅速增大,当频率继续增大时,电磁力逐渐增大,此时功率损耗基本趋于稳定;在激励电流变化的一个周期内,搅拌装置中磁场强度也发生周期性变化。在施加旋转磁场条件下,熔池整体温度有所降低,温度梯度减小,熔池内形成围绕熔池做周向流动的环流,流速分布均匀。     

电磁铸轧铸嘴区电磁场分布规律及其作用分析

研究了电磁铸轧铸嘴区电磁场分布形态，由此探讨了其分布规律及对金属产生的力的作用。结果表明：在特定范围内电流强度及频率的变化能显著影响到磁场强度的大小，电流强度为20A左右时，电磁场出现磁饱和，增大电流强度，电磁力增值很小。电流值给定时，低频电流能产生更高的磁场强度。铝合金薄板受力随输入电流强度增加近似呈抛物线规律升高。磁场强度分布在XOY水平面内有着明显的对称性，以铁芯为中心点向两边逐渐衰减，由于感应器的边端效应，中心区域磁场强度要大于边部区域的。电磁场作用下铸轧带坯凝固成形组织得到显著改善。     

电磁辅助激光修复Inconel718高温合金的组织及拉伸性能

本文以镍基高温合金Inconel718为研究的修复材料,对损伤V型槽添加不同磁场电流进行了电磁搅拌辅助激光修复试验,研究了不同磁场电流对单道修复形貌和多层修复区组织性能的影响。显微组织表明：优化工艺参数后使激光快速成形的修复区和基体形成了致密的冶金结合,未施加电磁搅拌的修复区组织为沿沉积方向外延生长的粗大柱状晶,随着磁场强度的增大,从而加剧液态金属的对流作用,液态金属强烈的对流作用对枝晶间 g+Laves共晶反应有影响,抑制Laves相的生长。电磁搅拌在一定程度下可以提高液态金属的铺展性,未添加磁场时单道的沉积宽度与沉积高度比值为3.26,随着磁场强度(20A、40A、60A)增大,比值分别为3.33、4.14和5.14。对修复件进行了拉伸力学性能测试,未施加磁场时,修复件的抗拉强度最高为487MPa,随着磁场强度(20A、40A、60A)增加,抗拉强度逐渐得到提升,分别为510MPa、673MPa、770MPa。     

电磁超声表面波探伤技术

针对金属板材表面大范围的健康监测问题,进行了电磁表面波的研究。设计了基于电磁超声原理表面波探伤系统,其主要由激励、接收和换能器组成。由表面波的特性,推导出了表面波的激发频率,线圈采用反复绕制的回折线圈,其优点是增大单位面积的电流。激励采用推挽式功率放大,接收采用二级放大。在长600mm、宽300mm、厚30mm铝板上进行试验,实验结果表明利用一发一收的换能器模式能够检测铝板表面的缺陷,达到了对铝板表面探伤的效果。     

X80管线钢电磁超声残余应力检测精度的影响因素

管道运输中X80管线钢应用较为广泛，实际管道焊接大多使用半自动焊，难免存在焊接缺陷，在使用过程中会造成应力集中，可能导致管道破裂、石油泄漏等重大事故。为了促进电磁超声残余应力检测在管线钢中的应用，采用电磁超声系统，测试了X80管线钢残余应力检测的最佳参数。试验结果表明，电磁超声残余应力检测系统的6次回波测试精度为60 MPa;得出了电磁超声残余应力检测应力系数、信噪比随回波次数的变化关系，回波次数和应力系数、信噪比之间存在最佳取值，最后对薄板、厚板的电磁超声残余应力检测提出了一些建议。     

强磁场与交流电叠加对纯铝凝固组织的影响

研究强磁场和交流电叠加对纯铝凝固组织的影响。结果表明:强磁场和交流电叠加对纯铝的凝固组织产生明显的细化作用,磁场强度一定时(10 T),随电流强度增大,细化效果变好;电流强度一定时(10 A),随着磁场强度的增大,晶粒细化程度先增强后略为减弱,其最佳值为6 T;液体金属在叠加场中受电磁振荡力和电磁粘滞力的共同作用,其合力随着磁场强度的增大先增加后减小,存在极值点,而晶粒细化与该合力直接相关。     

板状结构缺陷电磁超声导波检测技术研究进展

概述了国内外板状结构缺陷电磁超声导波检测技术的研究进展。从激发兰姆波的电磁超声换能器(EMAT)技术、EMAT的优化设计、超声导波聚焦、EMAT接收信号超声波成像技术等方面,对板状结构缺陷无损检测技术取得的突破进行了评述。提出了有待进一步解决的问题。