涡流检测相关知识

涡流检测相关知识第一页，共三十一页，编辑于2023年，星期三(1)法拉第电磁感应定律

法拉第电磁感应定律指出，通过闭合回路所包括的面积内的磁通量发生变化时，回路中将产生感生电动势。感生电动势E与闭合回路内的磁通量变化率成正比。式中：N——线圈的匝数；——磁通量的变化率：“-”——表示感生电动势反抗回路中的磁通的变化。1涡流检测的原理第二页，共三十一页，编辑于2023年，星期三（2）自感与互感①自感当回路磁通量变化时，回路中会产生感生电动势。同样，当回路中通过的电流发生变化时，也会引起回路磁通变化，从而在回路中产生感生电动势。由于这种感生电动势是自感回路电路引起的，因此称为自感电动势，用表示。第三页，共三十一页，编辑于2023年，星期三式中：L——自感系数，与线圈形状、大小和匝数等有关：——回路中电流的变化率：“-”——表示自感电动势反抗回路中电路的变化。②互感

当两个线圈互相靠近时，任何一个线圈的电流发生变化，都会引起另一个线圈内、磁通量的变化，从而在另一个线圈中产生感生电动势。这种两个靠近的截流回路电流发生变化时互相激起感生电动势的现象称为互感。第四页，共三十一页，编辑于2023年，星期三

当线圈1、2靠近时，线圈1中电流变化在线圈2中激起的感生电动势为，线圈2中的电流变化在线圈1中激起的感生电动势为：式中：M——互感系数，与两线圈形状、大小、匝数、相对位置等有关。线圈1中电流的变化率；线圈2中电流的变化率；表示互感电动势反抗回路中电流的变化。“—”第五页，共三十一页，编辑于2023年，星期三（3）涡流检测原理涡流检测的原理示意图第六页，共三十一页，编辑于2023年，星期三如图所示：试件中的涡流与给试件施加交流磁场线圈的电流相反。由涡流所产生的交流磁场也产生交变磁力线，它通过激励线圈时又感生出反作用电流。如果工件中涡流变化，这个反作用电流也变化。测定它的变化，就可以测得涡流的变化，从而得到试件的信息。试件中涡流的分布及其电流大小由线圈的形状和尺寸，试验频率，导体的电导率，磁导率，形状和尺寸，导体与线圈间的距离以及导体表面的缺陷所决定的。因此，根据检测到的试件中的涡流，就可以取得关于试件材质，缺陷和形状尺寸等信息。由于激励电流和反作用电流的相位会出现一定差异，这个相位差随着试件的性质而改变，因此，常通过测量这个相位的变化来检测试件的有关信息。这个相位的变化与线圈阻抗的变化密切相关，现在，大多数的涡流检测仪器都以阻抗分析法为基础，来识别各种引起涡流变化的因素。第七页，共三十一页，编辑于2023年，星期三涡流检测定义及适用：涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法。当把导电试件置于交变磁场之中，在工件中就有感应电流存在，即产生涡流。工件自身物理性质（如电导率、磁导率、形状，尺寸和缺陷等）的变化，会导致涡流的变化。通过观测工件中涡流的变化，就可以判定工件的性质，状态，称为涡流检测。涡流检测只适用于检测导电材料第八页，共三十一页，编辑于2023年，星期三

由于涡流具有集肤效应，因此涡流检测只能检测表面和近表面的缺陷。由于试件形状的不同、检测部位的不同，所以检测线圈的形状与接近试件的方式也不尽相同。为了适应各种检测的需要，人们设计了各种各样的检测线圈和涡流检测仪器。第九页，共三十一页，编辑于2023年，星期三2涡流检测系统

涡流检测系统包括涡流检测仪、检测线圈、对比试块等。一、涡流检测仪（1）涡流检测仪器的类别涡流检测仪是根据不同的检测目的，应用不同的方法抑制干扰信息，拾取有用信息的电子仪器。根据用途、使用、显示等不同分为以下几类。①

按用途分ⅰ

探伤仪ⅱ

材料分选仪ⅲ

测厚仪②

按使用方式分ⅰ

手动涡流仪ⅱ

自动涡流仪第十页，共三十一页，编辑于2023年，星期三③

按显示方式分ⅰ

图像显示ⅱ

数字显示ⅲ

指针显示

此外，按信号处理方法不同还可以分为相位分析仪、频率分析仪、振幅分析仪等几种。第十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期三二、涡流检测仪原理与组成

涡流检测仪的工作原理是：振荡器产生各种频率的振荡电流通过检测线圈产生交变磁场在试件中感生涡流。当试件存在缺陷或物性变化时，线圈电压发生变化，通过信号输出电路将线圈电压变化量输入放大器放大，经信号处理器消除各种干扰信号，最后将有信号输入显示器显示检测结果。第十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期三一般的涡流检测仪主要由振荡器、探头(检测线圈）、信号输出电路、放大器、信号处理器、显示器、电源等部分组成，其方原理框图如下图所示。第十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期三二、检测线圈（探头）（1）检测线圈的作用1.交变的激励电流作用下产生交变磁场，使试件感生涡流。2.拾取因试件物性变化引起涡流磁场变化的信息，并将其转换为电信号第十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期三按用途分类的线圈（a)外穿过式（b)内穿过式（c)放置式(2)检测线圈的种类1．按用途分1）

外穿过式线圈2）

内通过式线3）

放置式线圈第十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期三2.按结构分（1）

自感式线圈（2）

互感式线圈图按结构分类的线圈（a）自感式（b）互感式第十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期三

3.按使用方式（1）

绝对式线圈（2）

自比式线圈（3）

他比式线圈图按使用方式分类的线圈（a）绝对式（b）自比式（c）他比式第十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期三

三、对比试样

涡流检测中的对比试样是按一定的用途设计制作的具有人工缺陷的试样，用于进行对比实验。（1）对比试样的用途1．

测试设备的性能2．

调节检测灵敏度3．

验收产品质量第十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期三（2）对试样的要求1．

对比试样的材质、形状、尺寸、热处理状态和面状态与被检测试件相同，一般从被检试件上截取。2．

对比试件上的人工缺陷位置尺寸形状符合要求。尺寸与被检试件中的自然缺陷相似。3．

对比试样形状规则，表面不得有划伤、锈斑变形、凹陷或凸起等。第十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期三三、对比试样的种类1．

孔型对比试样2．

槽型对比试样第二十页，共三十一页，编辑于2023年，星期三4涡流检测工艺要点4.1试件表面的清理4.2探伤规范的选择（一）线圈的选择a试件的形状和尺寸b线圈的参数

c适合于被检缺陷（二）频率的选择

a集肤深度和检测灵敏度

b检测因素的阻抗特性第一选择检测因素产生最大阻抗变化时的频率第二选择检测因素与其它干扰因素所引起的阻抗变化之间有最大相位差时的频率（适用具有相位分析功能的仪器）第二十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期三（三）对比试件的准备

对比试件（或标准试件）作为调节仪器和评判标准的工具，对试验结果影响很大，制作时应予以足够重视，如果标准作了明确规定，应严格按标准执行。（四）平衡电路的调节指在采用对比试件的无缺陷部位进行试验时，对平衡回路的调节，使对无缺陷部位检测时，检测线圈的输出为零.（五）灵敏度的选择灵敏度的确定与检测要求及使用的仪器有关。一般根据要求检测的缺陷大小，调节与之相适应的人工缺陷指示的大小在阻抗图幅值满刻度的50%～60%的位置。（六）相位的确定指采用同步检波进行相位分析的检测仪中移相器的相位角。选择方法有两种：第二十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期三

a把缺陷信号置于信噪比最大时的相位

b选取能够区分并检测缺陷的种类和位置的相位角：这种选择方法必须兼顾到缺陷的检测效果和不同种类、不同位置缺陷的良好区分效果。（如在管子探伤时，内、外表面裂纹位置的区分）4.3探伤检测当检测的准备工作就绪，检测条件确定后，便可以对试件进行正式检测，然后对检测结果进行分析、处理。

通常在下列两种情况下要求进行复检：

a怀疑缺陷信号是否确由缺陷产生；

b在试验条件发生了改变，使检测灵敏度受到了影响。第二十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期三第二十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期三5涡流检测的优缺点⑴

适合各种导电材料的试件检测；⑵可以检出表面和近表面缺陷；⑶探测结果以电信号给出，容易实现自动化；⑷采用非接触接触，所以检测速度很快；⑸

对形状复杂的试件很难应用；一般用于管材、棒材、板材等；⑹

不能显示缺陷图形，因此无法从显示信号判断出缺陷性质；⑺

检测干扰因素多，容易引起杂乱信号；⑻

由于趋肤效应，埋藏较深的缺陷无法检出；⑼

不能用于非导电的材料。此外：适用于高温不去保温层测厚第二十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期三6远场涡流检测技术简介一、远场涡流检测技术基本工作原理远场涡流是一种特殊的涡流现象。最简单的远场涡流探头由两个线圈组成，一个为激励线圈，一个为检测线圈，两线圈间隔一定距离。当给激励线圈通以交流电时，激励线圈在其周围产生交变磁场，该交变磁场穿过管壁，沿管子轴向传播，然后再次穿过管壁被检测线圈接收。每次穿过管壁，交变磁场都会产生时间延迟和幅度衰减。当探头移到壁厚减薄区域，则交变磁场在线圈之间的传播时间减少，强度衰减减少，表现为信号的相位（信号的延迟时间）和幅度（信号的强度）减少，通过对相位和幅度的分析，就可以确定材料减薄的深度和范围。管壁内部存在三个区域，即近场涡流区、过渡区和远场涡流区。远场涡流区开始于离激励线圈两到三倍管径处，此区域近场信号可忽略不计，穿过管壁传播的远场信号占优势，信号强度和总的壁厚呈线形关系。远场涡流探头的接收线圈就布置在这个区域。

第二十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期三第二十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期三二、远场涡流检测的特点：（1）采用内通过式线圈，检测线圈与激励线圈分开，且两者的距离是所检测管道内径的二至三倍；（2）采用低频涡流技术能穿透管壁；（3）需要检测的不是线圈阻抗变化，通常是测量检测线圈的感应电压与激励电流之间的相位差；（4）能以相同的灵敏度检测管壁内外表面的缺陷和管壁变薄情况，不受集肤效应的影响；（5）检测信号与激励信号的相位差与管壁厚度近似成正比，“提离