[发明专利]一种耐高温横波电磁超声换能器

说明书

本发明公开了一种耐高温横波电磁超声换能器，所述电磁超声换能器包括耐高温金属外壳、励磁线圈、涡流线圈、铜箔片、云母片、耐高温金属片、耐高温陶瓷胶、连接杆和隔热手柄，其中：励磁线圈和耐高温金属片采用耐高温陶瓷胶浇筑在耐高温金属外壳的圆柱形凹陷的外圈；涡流线圈、铜箔和云母片采用耐高温陶瓷胶浇筑在耐高温金属外壳的圆柱形凹陷的中心；连接杆的下端焊接在耐高温金属外壳上表面的中心，其上端套有隔热手柄。本发明的换能器由耐高温柔性材料制造而成，换能器的工作端可根据被测试件的不规则表面进行浇筑，检测时可与表面复杂的高温金属构件紧密贴合，减少了涡流线圈和励磁线圈的提离，能够增强材料内涡流强度和静磁场强度。

技术领域

本发明属于电磁超声无损检测技术领域，涉及一种电磁超声换能器，具体涉及一种耐高温横波电磁超声换能器。

背景技术

在航空航天、石油化工、冶金制造、核电热电等行业内，金属材料在生产、加工及服役的过程中，常处于300 ~ 1200℃的环境下。长期处在高温条件下服役的金属材料，其组织结构与性能会变化，导致高温部件存在重大安全隐患。如管道、压力容器、储罐和吸收管，在高温下运行，可能会发生蠕变、热机械疲劳或热腐蚀等。

高温压电超声换能器由于缺乏合适的高温耦合剂，导致目前高温压电换能器仅限于在永久安装位置进行检测。相比之下，电磁超声技术利用电磁耦合方式激励和接收超声波，具有非接触性、无需声耦合剂的特点，因此具备在高温、高速等恶劣环境下在线检测的优势。

根据电磁超声换能机理可知，电磁超声换能器（Electromagnetic acoustictransducer EMAT）由偏置磁场、涡流线圈和被测金属试件三部分构成。常规EMAT通常使用稀土永磁体（SmCo或NdFeB）提供EMAT换能过程所需静磁场，但永磁体工作温度受居里点（300℃）限制，为了解决永磁体高温下退磁的问题，现有的技术有：

1、永磁体采用主动水循环冷却或空气冷却的方案：这会产生EMAT体积较大、适应恶劣工况鲁棒性变差的问题。

2、脉冲电磁铁替代永磁体方案：脉冲电磁铁由带铁轭的电磁线圈和涡流线圈组成。已有文献报道脉冲电磁铁EMAT，可以在无需冷却的条件下，对高温金属进行无损检测。但由于铁磁材料的磁化曲线受环境温度的影响，偏置磁场随温度的变化趋势不确定，这会给换能器带来未知的误差和漂移。

3、空心励磁线圈替代脉冲电磁铁方案：空芯励磁线圈仅由线圈组成，与常规电磁铁相比，其物理特性受温度影响小且结构简单，是高温EMAT的主要发展方向。

但目前，关于耐高温空芯励磁线圈式EMAT的报道中，探头是刚性的，且探头的工作表面为平面，无法满足管道、压力容器等带有曲率或狭小空间的高温金属检测需求。

发明内容

鉴于以上存在问题，本发明的目的是提供一种耐高温横波电磁超声换能器。该电磁超声换能器能够在高温环境下长时间、稳定运行，适用于高温条件下具有复杂表面结构金属的性能检测，进而为高温条件下金属材料的质量和可靠性提供有力保障。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种耐高温横波电磁超声换能器，包括耐高温金属外壳、励磁线圈、涡流线圈、铜箔片、云母片、耐高温金属片、耐高温陶瓷胶、连接杆和隔热手柄，其中：

所述耐高温金属外壳的上表面中心有小圆孔，下表面有圆柱形凹陷；

所述励磁线圈留有第一接头和第二接头用于接通电源，进而提供偏置磁场；

所述涡流线圈留有第一接头和第二接头用于接通电源，进而激发和接收超声横波信号；

所述铜箔为中心带有圆孔的圆形片；

所述云母片为圆形片；

所述耐高温金属片为圆环形片；