张晓钦，吴海虹

（江苏沙钢集团有限公司，江苏 张家港 215625）

近年来随着钢铁行业的蓬勃发展，各大钢厂都在不断地优化产品结构，通过提高产品品质来赢得市场，其中宽厚板及中厚板产品在桥梁、船舶、石油管道等领域中得到广泛应用，因这些行业领域的特殊性，对于钢板的内部质量要求极高，而超声波无损检测作为钢板内部质量的主要检测手段，尤其是超声波在线自动检测，对于大批量生产，高精度要求的钢板都可以满足其检测需求，可以通过全方位系统的检测来确保产品品质。

1 基本技术原理

1.1 PET 检测原理

PET 的基本技术原理是利用压电晶片的正负压电效应通过产生交变电场引起晶体机械形变而形成机械波（声波），是电能与声能相互转换的过程。一般通过电路激发产生超声波，超声波在工作边角和缺陷处反射，发射信号被仪器接收实现缺陷检测（图1）。

图1 PET 基本技术原理

1.2 EMAT 检测原理

当通以高变电流的导线（线圈）置于工件表面时，工件表面会产生涡流磁场，涡流磁场与外磁场发生静磁场相互作用就会产生洛伦兹力。在洛伦兹力作用下工件内部会产生高频振动，这是形成超声波的动力源，由于上述过程是可逆的，因此从工件边角处或缺陷处反射回来的超声波在外磁场作用下形成涡流，涡流磁场引起导线（线圈）两端电压发生变化（图2），这一变化信号被设备接收即可以实现缺陷检测。

图2 EMAT 基本技术原理

2 PET 与EMAT 检测对比

以江苏沙钢集团钢板总厂宽厚板车间的在线探伤仪为例：5 000 mm 宽厚板生产线使用的NDT 公司压电式钢板在线自动探伤仪（图3），3 500 mm 中厚板生产线使用的NK 公司电磁式钢板在线自动探伤仪（图4）。

图3 HP-B2/L2-TR 型PET 式自动在线检测设备-江苏沙钢集团（2010 年）

图4 EMAT-PL-3500 式自动在线检测设备-江苏沙钢集团（2016 年）

2.1 适用范围

两种技术都是利用超声波的发射与接收来完成检测，原理上是互通的，只是EMAT 的超声波是在工件表面产生，所以对于非铁磁性的材料无法检测，而PET 检测则无此限制。

为了保证超声波有效穿透被检工件，PETT 检测需要大量的耦合水来完成超声波的传输，对检测工件表面要求较高，不允许存在油污、油漆或氧化铁皮，否则会形成大量的伪缺陷，严重影响检测结果判定。EMAT 检测无需耦合剂，对工件表面无特殊要求，即使存在油污、油漆或大面积氧化铁皮，也不会受到干扰，可以准确检测出缺陷。且无水耦合可以保证工件表面不会锈蚀，对于一些高要求的军工类、航天类产品，无水检测的必须项也可以满足。

2.2 检测能力

PET 检测的工件参数范围为：厚度6～50 mm，温度0～85℃；EMAT 检测的工件参数范围为：厚度6～150 mm，温度-20～650℃。EMAT 在检测能力上远超PET，对于厚规格的高温钢板无需冷却即可探伤。这对于在线生产过程压缩有着积极的推动作用。以沙钢集团为例，超过40 mm 厚度的钢板，冷却至50℃以下需要3 h 左右，之后才可通过在线检测，若采用EAMT 式探伤仪，即可缩短检测等待时间3 h，提高单位时间生产效率。

钢板的验收标准一般参考FBH 5 mm，两种检测技术均可达到FBH 3mm 级别的检测灵敏度，完全可以满足钢板的检测验收要求。不过PET 式采用的是纵波检测，而EMAT 式采用的是横波检测，在灵敏度上EMAT是优于PET 的，但信号强度上却不如PET 式。

两种技术的检测盲区均可缩减至下表2 mm 范围内，完全满足日常检测需求。但PET 检测采用的是T1/R3一发三收式探头，其焦距中心的菱形场区范围检测灵敏度较高，其他位置的灵敏度则相对较低，提高灵敏度虽然会缓解此问题，但也可能导致过度评判，将合格缺陷拒收。EMAT 是通过重叠线圈产生均匀声场，全厚度重叠覆盖，能比较准确地给各个缺陷定量，但缺陷的定位不如PET 精确。通过滤波技术，将未超标缺陷不予显示，可提高检测画面的清晰度，降低误判率。

2.3 缺陷评估

两者都是利用探头的DGS 或DAC 曲线自动校准灵敏度，通过各种深度和孔径的平底孔和平底槽来做动态校准，利用各自的软件评估系统对缺陷进行评估，并以C扫描形式呈现检测结果。

PET 检测在检测瓢曲钢板时，如果探头支架未能调整到位，探头则无法完全与板面耦合，倾斜角度达到1°时，底波将完全消失，导致缺陷漏检或形成线形的伪缺陷，检测图形非常模糊，且无法通过系统自动评估。EMAT 检测在检测瓢曲钢板时，由于超声波是在工件表面产生，会一直垂直于表面发射，所以即使探头与钢板接触面的倾斜角度达到5°（实际测试中最大偏转角度可以接近90°），也可以顺利完成检测，检测图形较为清晰，自动评估准确率较高（图5）。

图5 PET 与EMAT 检测时倾角对波幅的影响比较

2.4 设备维护

PET 检测主要的维护项在于探头及支架，探头需定期调节水膜厚度，调节难度较大，水膜厚度大于0.3 mm则会降低检测灵敏度，水膜厚度小于0.3 mm 则会加剧探头磨损；支架的保养和调节若不到位，会直接影响探头的接触角度和检测结果。

EMAT 检测由于探头与钢板不直接接触，而是通过压缩空气形成0.1～0.7 mm 的空气膜，调节简单，探头磨损大幅降低。但探头磁场系统受外界环境影响大，探头排布紧密，不易拆卸更换。

3 结束语

压电式的自动检测装置，技术成熟，应用范围广，但也存在温度限制因素多，表面耦合要求高，误信号较多等缺点，在实际生产中制约着产品的检验及判定工作。EMAT 电磁超声检测技术，早期一直处于测试阶段，直至2006 年，由Nordinkraft 公司研制的第1 台在线电磁超声探伤仪在东京制铁集团投入应用，虽然目前市场普及率远不及压电式（PET）探伤仪，但其优越的技术已经在工业化应用领域表现出了可观的发展前景。在检测技术运用方面EMAT 相比PET 具备大厚度、高温度、无水耦合、低表面质量及板型要求等优势，但EMAT 检测对缺陷的定位不够精确，设备维护成本相对较高，在系统软件等方面还需进一步完善。