高温激光-仅线圈式表面波EMAT优化设计及应用
收稿日期: 2025-03-12
修回日期: 2025-03-31
录用日期: 2025-07-03
网络出版日期: 2025-07-15
基金资助
中央军民融合专项转移支付项目(GT202408141);国防基础科研计划(JCKY2022401C005);江西省主要学科学术和技术带头人培养计划——青年人才项目(20225BCJ23023);江西省杰出青年基金(20212ACB214010)
Optimal design and application of high-temperature laser coil-only Rayleigh wave EMAT
Received date: 2025-03-12
Revised date: 2025-03-31
Accepted date: 2025-07-03
Online published: 2025-07-15
Supported by
Central Military-civil Integration Special Transfer Payment Project(GT202408141);National Defense Basic Research Projects(JCKY2022401C005);Training Program for Academic and Technical Leaders of Major Disciplines in Jiangxi Province(20225BCJ23023);Jiangxi Province Founds for Distinguished Young Youths(20212ACB214010)
针对传统永磁体式/含液冷永磁体型电磁超声换能器（EMAT）体积大、永磁体高温易消磁、难以持续耐高温检测等问题，提出了一种可用于高温持久在线监测的激光-仅线圈式表面波（RW）EMAT检测方法。建立了基于表面约束机制的铝合金激光-仅线圈式RW EMAT检测过程的场路耦合分析有限元模型，采用正交试验法，分析了仅线圈式RW EMAT励磁线圈等关键设计参数对RW检测幅值、波包宽度的影响，据此获取了仅线圈式RW EMAT最佳设计参数组合并进行了实验验证。研制了激光-仅线圈式RW EMAT高温在线检测系统，并进行了20~500 ℃高温铝合金表面裂纹缺陷在线检测实验。结果表明，接收线圈（曲折线圈）的导线分裂数、线圈匝数分别对仅线圈式RW EMAT接收信号幅值、波包宽度起主要影响，优化后的仅线圈式RW EMAT接收幅值提高1.67倍；进一步地，应用差分电路装置并将激光线光源宽度与仅线圈RW EMAT曲折线圈匝间距匹配后能实现500 ℃高温铝合金表面裂纹缺陷的在线检测。所提方法为激光-仅线圈式RW EMAT高温在线无损检测与监测提供了理论支撑、技术指导。
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Aimed at the problems of traditional permanent magnet or liquid-cooled permanent magnet type ElectroMagnetic Acoustic transducer （EMAT）， such as large volume， easy demagnetization of permanent magnet at high temperature and difficulty in sustained high temperature detection， a laser coil-only Rayleigh Wave （RW） EMAT detection method for high-temperature-sustained on-line monitoring is proposed. A finite element model for field-circuit coupling analysis of the aluminum alloy laser coil-only RW EMAT detection process based on the surface constraint mechanism was established， and the effects of key design parameters such as the excitation coil of the coil-only RW EMAT on the amplitude and wave packet width of the RW detection were analyzed by using orthogonal experimental method， according to which， the optimal design parameter combinations of the coil-only RW EMAT was obtained and verified by experiments. The laser coil-only RW EMAT high-temperature on-line detection system was developed， and the on-line detection experiment of surface crack defects of high-temperature aluminum alloy at 20-500 ℃ was carried out. The results show that the number of wire splitting and coil turns of the receiving coil （meander coil） have a major influence on the received signal amplitude and wave packet width of the coil-only RW EMAT， respectively. The receiving amplitude of the optimized coil-only RW EMAT is increased by 1.67 times. Furthermore， the on-line detection of surface crack defects of 500 ℃ high-temperature aluminum alloy can be realized by using the differential circuit device and matching the width of the laser line light source with the turn spacing of the coil-only RW EMAT coil. The proposed method provides theoretical support and technical guidance for laser coil-only RW EMAT high-temperature on-line non-destructive testing and monitoring.
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