涡流检测基础1(五)

1、第3章 涡流检测基础3.1 涡流检测概述3.2 涡流检测的物理基础3.2.1 电磁感应（略）3.2.2 涡流3.2.3 趋肤效应13.1 涡流检测概述1、定义涡流检测就是利用电磁感应原理，使导电的试件（导体）在交变磁场作用下产生涡电流（简称涡流），通过测量涡流的变化量，来进行试件的探伤、材质的检验和形状尺寸的测试等。23.1 涡流检测概述2、涡流的产生如图1所示，使线圈1与线圈2相靠近，把线圈1接在交流电源上，通以交流电，在线圈2上就会感应产生交流电。这是由于线圈1通过交流电时，能产生随时间而变化的磁力线，这些磁力线穿过线圈2，使它感应产生交流电。如果使用金属板代替线圈2，同样也可以使金属板导

2、体产生交流电，如图2所示。图1 电磁感应现象 图2 涡流的产生33.1 涡流检测概述 3、主要特点对导电材料表面或者近表面缺陷检测灵敏度较高；应用范围广，对影响感生电流的各种物理和工艺因素均可检测；一定条件下，能反应有关裂纹深度的信息；不需要耦合剂，易实现棒材、管材、线材高速、高效的自动化检测；可以在高温、薄壁管、细线、零件内孔表面等其他检测方法较难实现的场合；对复杂的零件进行全面检测时，效率相对较低；工业探伤中，难以区分缺陷的种类和形状。43.2.1 电磁感应1.电磁感应定律(楞次定律、法拉第电磁感应定律)2.自感和互感3.涡流检测中的电磁感应53.2.2 涡流涡电流；涡流如图所示，假如把一

3、块金属导体放在变化着的磁场之中，由于金属导体将会不断地切割磁力线，从而在金属导体中产生感应电动势。同时，在导体内形成一个自成闭合回路的，其形状很像水中旋涡的电流。这个电流就叫做涡流或涡电流。1缺陷；2线圈；3涡流63.2.3 趋肤效应和渗透深度趋肤效应：涡流集中在导体表面的现象影响因素：电流的频率；电导率；磁导率渗透深度：涡流密度或磁场强度衰减至表面数值1/e（37）时的深度。 =1/(f )1/2；f (Hz)， （磁导率H/m）， （电导率1/（m）73.2.3 趋肤效应和渗透深度代入0=4*10-7 H/m，得 =503/(fr)1/2 (m)工程单位： (1/cm) , (mm)，系数

4、50.3适用条件：大平面导体渗透深度与激励频率的关系：如下图所示频率/Hz渗透深度/in83.3 涡流阻抗分析法 阻抗分析法是以分析涡流效应引起线圈阻抗的变化及其相位变化之间的密切关系为基础，从而鉴别各影响因素效应的一种分析方法3.3.1 线圈的阻抗3.3.2 有效磁导率和特征频率3.3.3 涡流检测相似律3.3.4 复阻抗平面图3.3.5 穿过式线圈的阻抗分析93.3.1 线圈的阻抗线圈自身的阻抗(R1+jL1)，等效电路耦合线圈，等效电路反射阻抗：副边对原边的作用视在阻抗(R+jX)：自身阻抗+反射阻抗阻抗图：横轴视在电阻；纵轴视在电抗10检测线圈的阻抗图11阻抗归一化：横坐标(R-R1)

5、/L1；纵坐标X/L1(归一化)阻抗图：半圆；线圈自身阻抗 (0,1)应用条件：厚度小的导体（相当于渗透深度，可用涡流环等效）123.3.2 有效磁导率和特征频率有效磁导率在半径为r、磁导率为、电导率为的长直圆柱导体上， 紧贴密绕一螺线管线圈。在螺线管中通以交变电流，则圆柱导体中会产生一交变磁场，由于趋肤效应，磁场在圆柱导体的横截面上的分布是不均匀的。于是人们提出了一个假想模型：圆柱导体的整个截面上有一个恒定不变的均匀磁场，而磁导率却在截面上沿径向变化，它所产生的磁通等于圆柱导体内真实的物理场所产生的磁通。13这样，就用一个恒定的磁场和变化着的磁导率替代了实际上变化着的磁场和恒定的磁导率，这个

6、变化着的磁导率便称为有效磁导率，用eff表示，同时推导出它的表达式为 其中， 。14有效磁导率有效磁导率eff：由导体电磁特性引起的、由ka决定的无量纲变量，是一个复数，其模小于1。可以计算出eff关于 ka 或 f/fg 的数据表（表3-2），便于使用。15特征频率ka ()1/2a，包括电磁特性、几何尺寸、激励频率定义：使ka 1的频率为特征频率fg由a21 得 fg=1/(2a2) 特征频率：由试件电磁特性和尺寸决定的、具有频率单位的物理量，可以认为是试件参数(a)如何关联仪器参数( f ) ？16频率比 f/fg =2fa2 = (ka)2有效磁导率是ka的函数，也是f/fg的函数，图3-19应用：根据试件特性计算特征频率，查技术资料选取最佳频率比，由此计算激励频率激励频率是涡流检测最重要的仪器参数17特征频率计算183.3.3 涡流试验相似律圆柱导体内的H（场强）和J（涡流密度）取决于eff，而eff完全由 ka 或 f/fg 决定对于两个不同的圆柱体，只要f/fg相同，则H和J分布形状相似,eff相同 涡流试验相似律涡流试验相似率是模型试验的基础相似条件： f111d12 f222d2219习题3.2321. 对于渗透深度的计算公式，若采用工程单位： (1/*cm) , (mm)，公式中的常数为