涡流检测技术

涡流检测技术第一页，共六十三页，编辑于2023年，星期三第三章涡流检测技术3.1概述3.2涡流检测基础知识3.3涡流检测仪器及设备3.4涡流检测方法3.5涡流检测诊断常用标准3.6涡流检测技术应用第二页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.1概述3.1.1涡流检测基本原理3.1.2涡流检测的应用3.1.3涡流检测的特点3.1.4涡流检测的发展过程第三页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.1.1涡流检测基本原理第四页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.1.1涡流检测基本原理涡流检测利用电磁感应原理，通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测方法称为涡流检测。涡流当检测线圈中通有交变电流时，在线圈周围产生交变磁场；当此交变磁场相对导体作运动时，导体中会感生出涡状流动的电流。原理涡流伴生的感应磁场与原磁场叠加，使检测线圈的复阻抗发生变化。导体内感生涡流的幅值、相位、流动形式及其伴生磁场受导体的物理特性影响，进而影响检测线圈的复阻抗。因此通过监测检测线圈的阻抗变化即可非破坏地评价导体的物理和工艺性能。第五页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.1.2涡流检测的应用第六页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.1.2涡流检测的特点表面或近表面缺陷检测只适用于导电材料非接触，无需耦合检测速度快，易于实现自动化适用于高温检测适用于异型材料和小零件检测第七页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.1.3涡流检测的发展过程1879年，英国人休斯利用感生涡流对不同的合金进行了判断实验。20世纪50年代初，德国的福斯特等人提出阻抗平面图分析法和相似定律。涡流仪器的发展经历了三代。第一代模拟类机器第二代数字式仪器 第三代智能仪器当前涡流检测技术的研究方向：1．多频涡流检测技术2．远场涡流技术：低频3．深层涡流技术：低频涡流和多频涡流技术的综合4．磁光涡流成像技术第八页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2涡流检测基础知识3.2.1与涡流检测相关的电学 和磁学基本知识3.2.2涡流检测技术原理第九页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.1与涡流检测相关的电学和磁学基本知识3.2.1.1金属的导电性3.2.1.2金属的磁特性3.2.1.3电磁感应第十页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.1.2金属的磁特性磁化：物质在外磁场作用下感生出磁场的物理过程称为磁化。顺磁质：感生磁场微弱、与外磁场方向相同的物质，如铝。逆磁质：感生磁场微弱、与外磁场方向相反的物质，如铜。铁磁质：感生磁场强的物质，如铁，钴、镍及其合金。磁导率：

相对磁导率：第十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.1.3电磁感应1．电磁感应：当穿过闭合导电回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中将产生电流的现象。法拉第感应定律

感应电动势2.自感应：当线圈中通有交变电流时， 线圈中将产生感应电动势的现象。3.互感应：两载流线圈相互激起感应电动势的现象第十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.2涡流检测技术原理3.2.2.1涡流检测原理3.2.2.2趋肤效应和渗透深度3.2.2.3涡流检测线圈的阻抗分析3.2.2.4特征频率和有效磁导率3.2.2.5涡流检测相似定律第十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.2.1涡流检测原理试件表面缺陷影响涡流涡流变化导致检测线圈阻抗变化通过测量线圈阻抗变化，检测缺陷。第十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期三趋肤效应：涡流集中在靠近激励线圈的材料表面附近交变电流激励磁场强度及涡流密度， 随着深度增加按指数分布规律递减；涡流的相位差随着深度增加成比例的增加。渗透深度：涡流密度衰减为其表面密度的1/e(36.8％)时对应的深度渗透深度随被检材料的电导率、磁导率及激励频率的增大而减小。涡流探伤能够达到的极限深度：涡流密度仅约为其表面密度的5％时的深度－3δ。3.2.2.2趋肤效应和渗透深度第十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.2.2趋肤效应和渗透深度DepthEddyCurrentDensityDepthEddyCurrentDensityLowFrequencyLowConductivityLowPermeabilityHighFrequencyHighConductivityHighPermeabilityStandardDepthofPenetration(SkinDepth)1/eor37%ofsurfacedensity第十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.2.3涡流检测线圈的阻抗分析1．单线圈的阻抗2．耦合线圈的阻抗3．阻抗平面图第十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期三1．单线圈的阻抗第十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期三2．耦合线圈的阻抗Z－初级线圈的视在阻抗Ze－次级线圈对初级线圈作用的等效阻抗Z=Z0+Ze第十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3．阻抗平面图A点B点第二十页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3．阻抗平面图第二十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3．阻抗平面图第二十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.2.4有效磁导率和特征频率有效磁导率：为简化阻抗分析，假定磁场不变磁导率变化，称为有效磁导率，事实上磁导率不变磁场变化无限长螺线管，内置导电圆柱体，非铁磁性材料时：特征频率：使贝塞尔函数变量的模为1的频率，是工件的固有特性，取决于工件的电磁特性和几何尺寸。第二十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.2.4有效磁导率和特征频率第二十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.2.5涡流检测相似定律相似定律：频率比

f/fg相同时，不同试件的有效磁导率、涡流密度和磁感应强度的几何分布均相似。导体内部的涡流分布、磁场分布随f/fg

变化。只要频率比相同，几何相似的不连续性缺陷(例如以圆柱体直径的百分率表示的一定深度和宽度的裂纹)将引起相同的涡流效应和相同的有效磁导率变化。相似条件：模型试验的理论基础第二十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.2.6填充系数填充系数线圈归一化视在阻抗：d--工件直径D--线圈直径第二十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.2.2.7影响线圈阻抗的因素电导率s的影响：沿阻抗曲线切线变

材质识别，硬度、应力、微结构检测相对磁导率mr的影响沿阻抗曲线切线变几何尺寸d的影响切线、径向同时变检测频率的影响沿阻抗曲线切线变第二十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3涡流检测仪器及设备3.3.1涡流检测仪3.3.2涡流检测探头(检测线圈)3.3.3对比试样第二十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3涡流检测仪器及设备第二十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3.1涡流检测仪功能：①产生激励信号；②检测涡流信息；③鉴别影响因素；④指示检测结果。组成（基本电路）振荡器信号检出电路放大器信号处理电路显示器和电源电路第三十页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3.1涡流检测仪1振荡器高频振荡频率为2MHz一6MHz，适合于检测表面裂纹；低频振荡频率为50kHz～100kHz，穿透深度较大，适合于 检测表面下缺陷和多层结构中第二层材质中的缺陷。LC振荡器：起振容易、调整频率方便，振幅大、频率稳定2放大器要求：低噪声、宽动态范围和低失真3抑止电路：通过信号叠加和平均消除干扰4检出电路：幅度探测器、相位探测器5显示：电流表显示、阻抗图显示、计算机数字处理和显示第三十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3.2涡流检测探头(检测线圈)3.3.2.1检测线圈的分类3.3.2.2检测线圈的使用方式第三十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3.2.1检测线圈的分类1穿过式线圈：小直径管材、棒材、线材等检测2内通过式线圈：管件、深孔、螺纹孔内壁表面检测。3放置式线圈： 板材、带材和大直径管材、棒材的表面检测， 形状复杂的工件的特定区域局部检测。第三十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3.2.1检测线圈的分类第三十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3.2.2检测线圈的使用方式第三十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3.2.2检测线圈的使用方式第三十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.3.3对比试样检测和鉴定涡流检测仪的灵敏度、分辨力、端部不可检测长度等性能，用于：选择检测条件调整检测仪器定期检查仪器作为整个仪器的标准当量第三十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期三ReferenceStandards第三十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期三ReferenceStandards(cont.)Inordertogivetheeddycurrentinspectorusefuldatawhileconductinganinspection,signalsgeneratedfromthetestspecimenmustbecomparedwithknownvalues.Referencestandardsaretypicallymanufacturedfromthesameorverysimilarmaterialasthetestspecimen.Manydifferenttypesofstandardsexistforduetothevarietyofeddycurrentinspectionsperformed.Thefollowingslidesprovideexamplesofspecifictypesofstandards.第三十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期三ReferenceStandards(cont.)Materialthicknessstandardsusedtohelpdeterminesuchthingsasmaterialthinningcausedbycorrosionorerosion.第四十页，共六十三页，编辑于2023年，星期三ReferenceStandards(cont.)CrackStandards:第四十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期三ReferenceStandards(cont.)ASMETubingPitStandard:第四十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期三ReferenceStandards(cont.)Nonconductivecoating(paint)standardwithvariousthicknessofpaintonaluminumsubstrate.第四十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.4涡流检测方法3.4.1涡流检测一般操作步骤3.4.2涡流检测的频率选择3.4.3涡流检测信号分析3.4.4提离效应及其抑制第四十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.4.2涡流检测的频率选择被检工件材料非磁性材料：高频，数千赫兹磁性材料：较低的频率透入深度要求：频率越低透入深度越大灵敏度要求(分辨力)：频率低灵敏度减小第四十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.4.3涡流检测信号分析相位分析法1同步检波法用于抑制直线状干扰电压的杂波(如棒材直径变化的干扰)2不平衡电桥法用于抑制呈圆弧状电压轨迹变化的杂波(如提离效应的干扰)频率分析法振幅分析法第四十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.4.4提离效应及其抑制提离效应：

又称提离干扰，指在涡流检测中，探头晃动引起的信号变化叠加在缺陷信号中产生的干扰。阻碍对缺陷的正确判断与识别。抑止方法：多项式拟合法数字滤波多频测量模具支架固定探头第四十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.5涡流检测诊断常用标准1钛及钛合金管材的涡流检验：GB／T12969.2—1991规定了以人工标准缺陷的反应信号为依据，检验损害钛及钛合金管材的连续性缺陷的涡流检验方法适用于外径为10mm～60mm,壁厚为0．5mm-45mm的冷凝器和热交换器2圆钢穿过式涡流检测诊断标准：GB／T11260—1996规定了圆钢进行穿过式涡流检验时的对比试样、设备、步骤和结果的评定适用于直径为2mm--100mm圆钢(含钢丝)的表面和近表面缺陷的涡流检验，直径小于2mm的钢丝的涡流检验也可参照使用3铝及铝合金冷拉薄壁管材涡流检测诊断标准：GB／T5126—1985适用于以外穿过式涡流探伤法检测冷拉航空高压导管、普通导管以及其他一些一般用途的薄壁圆管。被检测管材的外径在φ6mm～22mm之间，壁厚在0.5mm~1.5mm之间。4铜及铜合金无缝管涡流检测诊断标准：GB／T5248—1998适用于对铜及铜合金无缝管(以下简称管材)的表面或内部裂纹、夹杂、起皮、碰伤等缺陷的涡流无损检测，所述的规程适合穿过式线圈方法激励频率范围为lkHz一125kHz。检测的管材规格范围为：外径φ4mm～50mm；壁厚0.3mm~3mm。第四十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3.6涡流检测技术应用3.6.1涡流探伤1金属管材探伤2金属棒材、线材和丝材的探伤3结构件疲劳裂纹探伤3.6.2材质检验1材料成分及杂质含量的鉴别2热处理状态的鉴别3混料分选3.6.3涡流测厚1涂覆层厚度测量2金属薄板或箔厚度的测量第四十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期三1探伤：金属管材探伤第五十页，共六十三页，编辑于2023年，星期三2检验：材料成分及杂质含量的鉴别第五十一页，共六十三页，编辑于2023年，星期三2检验：热处理状态的鉴别第五十二页，共六十三页，编辑于2023年，星期三3测厚：涂覆层厚度测量Conductive

BaseMetalNonconductiveCoatingEddyCurrentsIncreasingpaint

thickness第五十三页，共六十三页，编辑于2023年，星期三焊缝检测第五十四页，共六十三页，编辑于2023年，星期三钢管涡流探伤系统第五十五页，共六十三页，编辑于2023年，星期三钢管涡流探伤第五十六页，共六十三页，编辑于2023年，星期三工业线材检测第五十七页，共六十三页，编辑于2023年，星期三表面裂纹检测第五十八页，共六十三页，编辑于2023年，星期三第三章作业：1、涡流检测的基本原理是什么？适合检测何种材料的何种缺陷？2、趋肤效应及其影响因素是什么？3、提离效应及其克服方法是什么？4、涡流检测信号的显示方式是什么？第三章作业：1、涡流检测的基本原理是什么？适合检测何种材料的何种缺陷？2、趋肤效应及其影响因素是什么？3、提离效应及其克服方法是什么？4、涡流检测信号的显示方式是什么？第五十九页，共六十三页，编辑于2023年，星期三Multi-FrequencyEddy

CurrentInstruments第六十页，共六十三页，编辑于2023年，星期三Multi-FrequencyEddy

CurrentInstruments(cont.)Multi-Frequencyinstrumentsusuallyrefertoequipmentthatcandriveinspectioncoilsatmorethantwofrequencieseithersequentially(multiplexing)orsimultaneously.Thistypeofinstrumentationisusedextensivelyfort