相比较传统的压电式换能材料,超磁致伸缩材料的机电耦合系数及能量转换效率更高,在导波换能器领域具有巨大的发展潜力。因此,将超磁致伸缩材料运用于高性能导波换能器,以提升管道导波换能器的检测范围及精度,对导波无损检测技术的发展是十分有意义的。本文通过理论与试验相结合的方式对超磁致伸缩管道导波换能器的内部组件进行了设计,研究了各组件参数对换能器激励及接收性能的影响规律,并对换能器的缺陷检测性能进行了试验验证。研究工作及成果主要包括以下内容:(1)结合试验的需求,搭建了管道导波检测系统,对超磁致伸缩导波换能器的激励导波模态与信号进行了选择,制定了用于评判超磁致伸缩导波换能器检测性能的评定参数。针对铽镝铁振子无法直接与管道任意表面相耦合的问题,设计了一种铽镝铁-弹性基底复合振子结构,并根据谐振公式推算出铽镝铁振子的基本尺寸,通过试验确定了弹性基底的最佳尺寸与基底材料。(2)对换能器偏置磁场的结构进行了试验分析,发现对称结构的偏置磁场得到的试验回波系数比非对称结构的更高,研究了不同永磁体数量的偏置磁场对换能器性能的影响,试验发现当永磁体增加到一定数量时,焊缝的回波系数增长速度明显减缓。通过对交变线圈场强公式的分析,发现交变线圈的线径、匝数、占空比例等参数影响着交变磁场的强度,并采用试验的方式研究了各参数对换能器性能的影响规律,发现交变线圈的占空比例越大,回波系数越高,且线圈达到一定匝数后,回波系数不再有明显的上升,同时随着线径的增大,回波系数先增大后减小。(3)选用聚硫橡胶、碳化硅、钨粉与环氧树脂四种原料,并按照不同比例混合配制了四种背衬材料,通过脉冲回波法分别对其声阻抗值进行了测定,并研究了不同声阻抗的背衬材料对换能器的检测回波系数、信噪比与盲区时间性能的影响。试验发现,当背衬材料的声阻抗增大时,回波系数随之变小,但信噪比得到了提高,盲区时间无明显变化,此外通过加入适当比例的聚硫橡胶可提高回波信号的信噪比,盲区时间也得到了缩短。(4)通过人工预制不同类型的管道缺陷,对研制完成的超磁致伸缩换能器进行了激励与接收性能检测试验,分析了换能器对各缺陷的检测性能,并与传统的PZT-5型压电换能器进行了缺陷检测性能对比。检测结果发现,超磁致伸缩换能器对裂纹、孔洞与腐蚀缺陷均有良好的检出率,各缺陷检测的轴向定位精度均在96%以上,并保持着良好的回波信噪比,且激励模态为L(0,2)时,缺陷在管道中的横截面积决定了其回波系数的大小,同时在激励与接收各缺陷检测性能参数上均优于PZT-5型压电换能器。本文研制的超磁致伸缩换能器能够对不同类型的管道缺陷进行有效的检测,并在多项检测性能方面超越了传统压电式导波换能器。