电磁超声换能器特性及高温检测关键技术研究
发布时间：2021-09-29 12:10
社会的发展与进步总是伴随着对资源的需求,油、气资源的需求与日俱增,迫使我国增大了输送管道及储存容器的建设和使用,而这些特殊设备往往都工作在高温高压环境中,如若发生泄漏和爆炸则会对国家和社会造成巨大的危害。油气管道和压力容器的破环往往是由于早期损伤未被发现而随时间积累而造成的,对其进行定时定点的检测检验变得尤其重要,特别是在高温下对其进行无损检测是对其进行无损评估的重要环节。超声检测是无损检测的方法之一,而近年兴起的电磁超声（EMAT,Electromagnetic Acoustic Transducer）检测技术由于其非接触、无需耦合剂及对待检材料表面精度不高等特点,特别适合在高温下进行检测。但由于高温状态下被检材料电、磁、声特性变化使得超声信号强度及传播声速变化多样,使得超声探伤中回波当量评估缺陷的技术难以使用,从而直接影响测厚、探伤的准确性及高温相控阵超声检测中聚焦法则的有效性。为此本文基于电磁超声理论对EMAT的基本特性进行了实验研究,包括对EMAT结构设计的实验研究,提出了高温EMAT部件的基本选择,并采用断层扫描的方法对EMAT声场进行测定,基于所研制的EMAT搭建试验系统,...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EMAT的基本原理及基本组成
13由交变电场感生出的涡旋电场可以通过式（2.8）和式（2.9）计算，涡流强度和涡流密度分别为：edBEt×=（2.8）eeJ=γE（2.9）式中：—待检试件电导率。工件质点受到的可由及计算，而磁场强度包括静、动两个磁场：()Ledsf=J×B+B（2.10）最终对单个质点上的受力大小求取积分则可计算出工件所受之和：Llf=∫∫∫fdV（2.11）2.3.2基于磁致伸缩机理的EMATEMAT针对铁磁性材料检测时，不仅需要考虑机理，还需要考虑磁致伸缩机理。这是由于铁磁性材料具备磁导率，当空间中不存在任意磁场时，其磁化强度为零即表现为顺磁性。当周围存在磁场时，其无序排列的磁畴会沿外界磁场方向排列，其表示可如图2-4所示。磁化强度为0时，无序排列的磁畴并不会在长度或体积上发生变化，当≠0时，定向偏转的磁畴会在原始基础上增加的长度，从而造成长度方向上变长，这就是磁致伸缩效应。其主要分为两类：线磁致伸缩和体积磁致伸缩。从图2-4还可以看出在体积方向上的增长远小于长度方向上的变化，所以一般只关注线磁致伸缩。H=0He图2-4磁致伸缩机理Fig.2-4MagnetostrictionMechanism
15图2-5磁致伸缩力机制Fig.2-5MagnetostrictiveForceMechanism磁化力的产生过程：由于铁磁性材料存在磁化特性，所以，在空间中存在磁场时，会在其内部感生出磁化强度，这时可以用式（2.18）表示其表面及内部的受力情况：201()2nFMHdVμnMdS=∫+∫（2.18）式中：—外加磁场的微分算子；—单位法向向量；2—磁化轻度的发向向量；其中磁化力为∫()，对其积分即可求出单位体积上的力如式（2.19）表示：()MfMH=（2.19）式（2.18）中120∫2产生的力与材料的电磁场有关，一般衰减较大。当施加一个偏置磁场时，式（2.19）表示为：00MMxzMSxsHHfMMxx=+（2.20）00MMxzMZxsHHfMMzz=+（2.21）当时，可以忽略0与0，磁化力即可简化为：00MxMSxMxMZxHfMxHfMz==（2.22）
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对奥氏体不锈钢材料电磁超声检测的影响研究[J]. 刘会彬,郑阳,王锋淮,李素军,郑晖. 测试技术学报. 2018(04)
[2]固溶温度对GH4169微观组织形貌及超声特性的影响[J]. 陈曦,熊鸿建,吴伟,邬冠华,周正干. 无损检测. 2018(04)
[3]电磁超声检测中高温对横波声速的影响[J]. 虞雪芬,叶凌伟,夏立. 轻工机械. 2015(04)
[4]承压设备基于风险检验的无损检测技术[J]. 关卫和,艾志斌,阎长周. 压力容器. 2010(04)
[5]高温超声横波波速规律与影响因素研究[J]. 梁宏宝,朱安庆. 机械设计与制造. 2007(08)
[6]温度对超声波在16MnR钢中传播速度的影响[J]. 梁宏宝,朱安庆,李子芳. 化工机械. 2007(03)
[7]车轮电磁超声探伤技术的研究[J]. 王浩,王黎,高晓蓉. 中国测试技术. 2006(02)
[8]基于电磁超声的火车车轮裂纹检测系统[J]. 王淑娟,赵再新,翟国富. 仪表技术与传感器. 2005(11)
[9]高温环境下超声波横波检测技术[J]. 关卫和,阎长周,陈文虎,陶元宏. 压力容器. 2004(02)
博士论文
[1]高温环境下压力容器与管道超声横波检测方法研究及影响因素分析[D]. 关卫和.浙江大学 2004
硕士论文
[1]基于水听器超声声场特性参数测量研究[D]. 柳增运.北京化工大学 2011
[2]高温压力容器超声波检测关键技术研究[D]. 朱安庆.大庆石油学院 2008
本文编号：3413685
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EMAT的基本原理及基本组成
13由交变电场感生出的涡旋电场可以通过式（2.8）和式（2.9）计算，涡流强度和涡流密度分别为：edBEt×=（2.8）eeJ=γE（2.9）式中：—待检试件电导率。工件质点受到的可由及计算，而磁场强度包括静、动两个磁场：()Ledsf=J×B+B（2.10）最终对单个质点上的受力大小求取积分则可计算出工件所受之和：Llf=∫∫∫fdV（2.11）2.3.2基于磁致伸缩机理的EMATEMAT针对铁磁性材料检测时，不仅需要考虑机理，还需要考虑磁致伸缩机理。这是由于铁磁性材料具备磁导率，当空间中不存在任意磁场时，其磁化强度为零即表现为顺磁性。当周围存在磁场时，其无序排列的磁畴会沿外界磁场方向排列，其表示可如图2-4所示。磁化强度为0时，无序排列的磁畴并不会在长度或体积上发生变化，当≠0时，定向偏转的磁畴会在原始基础上增加的长度，从而造成长度方向上变长，这就是磁致伸缩效应。其主要分为两类：线磁致伸缩和体积磁致伸缩。从图2-4还可以看出在体积方向上的增长远小于长度方向上的变化，所以一般只关注线磁致伸缩。H=0He图2-4磁致伸缩机理Fig.2-4MagnetostrictionMechanism
15图2-5磁致伸缩力机制Fig.2-5MagnetostrictiveForceMechanism磁化力的产生过程：由于铁磁性材料存在磁化特性，所以，在空间中存在磁场时，会在其内部感生出磁化强度，这时可以用式（2.18）表示其表面及内部的受力情况：201()2nFMHdVμnMdS=∫+∫（2.18）式中：—外加磁场的微分算子；—单位法向向量；2—磁化轻度的发向向量；其中磁化力为∫()，对其积分即可求出单位体积上的力如式（2.19）表示：()MfMH=（2.19）式（2.18）中120∫2产生的力与材料的电磁场有关，一般衰减较大。当施加一个偏置磁场时，式（2.19）表示为：00MMxzMSxsHHfMMxx=+（2.20）00MMxzMZxsHHfMMzz=+（2.21）当时，可以忽略0与0，磁化力即可简化为：00MxMSxMxMZxHfMxHfMz==（2.22）
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对奥氏体不锈钢材料电磁超声检测的影响研究[J]. 刘会彬,郑阳,王锋淮,李素军,郑晖. 测试技术学报. 2018(04)
[2]固溶温度对GH4169微观组织形貌及超声特性的影响[J]. 陈曦,熊鸿建,吴伟,邬冠华,周正干. 无损检测. 2018(04)
[3]电磁超声检测中高温对横波声速的影响[J]. 虞雪芬,叶凌伟,夏立. 轻工机械. 2015(04)
[4]承压设备基于风险检验的无损检测技术[J]. 关卫和,艾志斌,阎长周. 压力容器. 2010(04)
[5]高温超声横波波速规律与影响因素研究[J]. 梁宏宝,朱安庆. 机械设计与制造. 2007(08)
[6]温度对超声波在16MnR钢中传播速度的影响[J]. 梁宏宝,朱安庆,李子芳. 化工机械. 2007(03)
[7]车轮电磁超声探伤技术的研究[J]. 王浩,王黎,高晓蓉. 中国测试技术. 2006(02)
[8]基于电磁超声的火车车轮裂纹检测系统[J]. 王淑娟,赵再新,翟国富. 仪表技术与传感器. 2005(11)
[9]高温环境下超声波横波检测技术[J]. 关卫和,阎长周,陈文虎,陶元宏. 压力容器. 2004(02)
博士论文
[1]高温环境下压力容器与管道超声横波检测方法研究及影响因素分析[D]. 关卫和.浙江大学 2004
硕士论文
[1]基于水听器超声声场特性参数测量研究[D]. 柳增运.北京化工大学 2011
[2]高温压力容器超声波检测关键技术研究[D]. 朱安庆.大庆石油学院 2008
本文编号：3413685
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