电磁超声应力检测技术及其应用

残余应力或外载荷造成的应力等是导致厚壁结构失效的重要原因之一。无损应力检测技术是一项关键的工程手段，可实现对厚壁结构和其他工程结构中应力的评估，对保证厚壁结构安全具有重要意义。

当前残余应力检测技术中，超声波法是最适合厚壁结构检测的方法，可分为压电超声、电磁超声两种类型。前期现场应用主要采用压电超声进行应力检测，取得了一定的效果，但厚壁结构表面必须要进行打磨（光洁度要求较高），同时涂抹耦合剂，导致压电换能器对于恶劣的测试环境、不光洁的测试表面适用性差或成本较高，且打磨时存在安全隐患，因此在厚壁结构表面有涂层、表面粗糙、现场不适宜打磨等工况下，需要采用更为可靠的应力检测技术。

电磁超声检测技术因其非接触式检测、可适用于恶劣环境的特点，使其相比压电超声具有较大优势，目前已在金属测厚、探伤、应力测量、高速和高温检测等领域中获得应用。

基于团队的前期工作，已组织研发完成电磁超声应力检测设备并在电力、轨道交通、管道等领域进行了验证性应用，获得了大量稳定、有效的测试数据。

图1：电磁超声多场景应用

图2：电磁超声设备样机

电磁超声相较于传统的压电超声，主要有以下几个优点：

非接触式检测。电磁超声的能量转换是在试样表面的集肤层内进行的，可将集肤层看成是压电晶片，由于集肤层是试样的表面层，所以电磁超声检测不需要水或者其他介质作为耦合剂。

对试样表面状态要求较低。试样表面存在划痕、油污、油漆或其他杂物时，经简单处理即可检测，不需动火打磨，可减少作业坑开挖深度，节约开挖成本，提升作业安全性。

自由选择波形模式。通过涡流和磁场方向不同形式的组合，可以激发各种类型的超声波信号，在满足一定的激励条件下，电磁超声可以产生表面波、体波和导波，且电磁超声可在不改变探头结构下，通过调节电信号频率，改变声波的辐射角，实现波形模式的自由选择；

检测速度快。电磁超声的检测速度传统的压电超声检测速度的2-3倍。因此更适合于厚壁结构现场的快速检测。

本成果通过确定不同工况下电磁超声应力检测的影响因素，开展电磁超声应力测试，验证影响因素修正，提供厚壁结构电磁超声检测技术工程规模化应用实施方案及技术规范。

同时，电磁超声还可以应用于在线监测、厚度测量、焊接质量检测、流量监测、高温测量、腐蚀检测等多场景。