第3章涡流探伤

第3章涡流检测技术利用电磁感应原理，通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损地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。给线圈通以变化的E交v流a电lu,a根t据i电on

only.1th

磁A感sp应o原s理e.，S穿li过d金e属s

块f中or若干.N个ET

3.5

Client

Profi同心圆截面的磁通量将发生变化，因而Co会p在y金ri属g块ht内感20应00出4交-2流0电11。

Aspose

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Ltd.由于这种电流的回路在金属块内呈旋涡状，故称为涡流。涡流是根据电磁感应原理产生的，所以涡流是交变的。同样，交变的涡流会在周围空间形成交变磁场。3.1涡流检测简介2线圈的阻抗发生变化。因此，在工件形状尺寸及探测距离等固定的条件下，通过测定探测线圈阻抗的变化，可以判断被测工件有无缺陷存在。3.1.1涡流检测的基本原理当载有交变电流的检测线圈靠近导电工件时，由于线圈E磁va场lu的a作ti用on，工on件ly中.将会感生th

As出po涡s流e.（S其li大de小s等f参or数与.N工ET件中3.的5

缺C陷li等en有t

ProfiC关op）y，ri而g涡ht流2产0生04的-2反0作11用A磁s场po又se将使Pt检y

测Ltd.3.1.2涡流检测的特点3用途及影响感生涡流的主要因素1.探伤：缺陷形E状va、l尺ua寸ti和o位n

置only.th

2A.s材p质os分e.选S：li电de导es率for

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ProfiC测o厚py：ri检g测ht距2离0和04薄-2板20厚11度Aspose

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Ltd.尺寸检测：工件的尺寸和形状物理量测量（径向振幅、轴向位移及运动轨迹的测量）：工件与检测线圈间的距离特点4对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高；检测线圈不必与被检材料或工件紧密接触，不需耦合剂，检测过程不影响被检材料的性能；应用范围广，对E影va响lu感a生ti涡on流特on性ly的.各种物理和工th艺因As素po均s能e.实Sl施i监de测s；for

.NET

3.5

Client

Profi在C一op定y条ri件gh下t，2能00反4映-2有0关11裂A纹s深po度se的信Pt息y

；Ltd.

5.可在高温、薄壁管、细线、零件内孔表面等其它检测方法不适应的场合实施监测；6.检测形状复杂零件，效率低；难于区分缺陷的种类和大小。3.1.3发展过程51879年，英国人休斯对合金进行了判断实验；

发展缓慢，直到20世纪50年代，德国的福斯特等人提出了利用阻抗分析方法来鉴别涡流实验中各个影像因素的新见解，涡流检测技术得到了实质性的突破E；valuation

only.th

涡As流p仪os器e.的S发li展de：es模f拟or类r

机.N器ET－T

数3.字5式C仪li器en－nt智ProfiC能o仪py器right

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Ltd.当前涡流检测技术主要研究热点：多频涡流检测技术；远场涡流检测技术；深层涡流技术；磁光/涡流成像技术。3.2涡流检测基础知识63.2.1电磁感应现象1.电磁感应磁通量发生变化，产生感生电流。2.自感应交变电流产生交变磁通量，产生自感电动势。

3.互感应两个相互靠近的线圈，其中的一个电流发生变化，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的现象。Evaluation

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Ltd.3.2.2涡流检测涡流检测的组成Evaluation

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Asp检po测se线.圈Sl、id检e测s

电fo流r的.仪NET

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Profi器Co和p被yr检ig的gh金t

属20工00件4-。2011

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Ltd.裂纹走向与涡流平行，难于检测，须从多个方向进行检测。7趋肤效应和渗透深度趋肤效应的存在，使交变电流激励磁场的强度及1.趋肤效应感应出的涡流集中在靠近激励线圈的材料表面附近的现象。涡流密度随着距离表面的距离增加而减小。2.渗透深度Evaluation

only.8th

感As生po涡s流e.的S密li度de，s从f被or检材.N料ET的表3.面5

到C其li内en部t按P指rofi数C分op布y规ri律g递ht减2。0将04涡-2流0密11度A衰s减po为se其表Pt面y

密L度td的.1/e时对应的深度定义为渗透深度：涡流检测线圈的阻抗的等效阻抗，Zs为有试件时反射到激励线圈上的附加阻抗，则线圈的阻抗Z可表示为：0X0：激励线圈的电抗；Rs：反射电阻；Xs：反射电抗。9涡流的大小影响激励线圈的电流大小。若施加的交变电压不变，这种影响可等效于激励线E圈va的l阻ua抗tion

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发As生p了os变e.化.S。lides

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ProfiC设opZy0为ri没gh有t试2件00时4线-2圈011R

A：As激p励o线s圈e的电Pt阻y；

Ltd.1.空间中某点的磁场不再是由一次电流产生的磁场，而是一次电流磁场和涡流磁场迭加而形成的合

成磁场。10涡流的大小影响着激励线圈中的电流。涡流的大小和分布决定于激励线圈的形状和尺寸、交流电频率、Ev金al属u块at的io导on电o率nl、ly磁.导率、金属th

Asp块po与se线.圈Sl的id距e离s

、fo金r属.块NE表T层3的.5缺陷Cl等ie。nt

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Ltd.因此，检测线圈中的电流（或阻抗）变化，就可以取得关于试件材质的情况、有无缺陷及其形状尺寸的变化等信息。涡流检测相似定律11圈，当撤去外加能量时，线圈与工件的组合系统依靠本身贮存的电磁能量而发生电振荡的频率。当外加交变能量的频率与固有频率相同时，系统自身消耗能量最少。1涡流检测界限频率在有效磁导率的数学表达式中，贝塞尔函数的变量（-j

Kr）1/2的模为1时的频率，称为界限频率，也称特征频率或固有频率，用符号fg表示。Evaluation

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3.5

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Profi界限Co频op率yrfig的gh物t

理2意00义4-是2：01对1

和A工sp件os紧e密P耦ty合的Lt工d.作线2涡流检测相似定律对于两个形状相似尺寸不同的工件，如果二者的频率比f/fg相同，则这两个工件的有效磁导率就相同，磁导率是描述试件内涡流和磁场分布的物理量。这种相似

的现象称为涡流相似定律。f/fg＝2πfμσr2Evaluation

only.t式h中A：spofs—e.激S磁li频de率es；f单or位r

，.NHEzT；T

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ProfiCofpgy—r界ig限h频t

率20；0单4-位20，1H1z；Aspose

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Ltd.μ—磁导率；单位，H/m；亨利每米

σ—电导率；单位，S/m；西门子/米

r—试件半径；单位，m。如，一根d=10cm、σ=35s/μm的铝棒（fg=1.45Hz）在f=145Hz的试验频率下所显示的有效磁导率、场强分布及涡流密度分布，与一根直径d=0.01cm，

σ=10s/μm的铁丝（fg=50660Hz），在f=5.07Mhz的试验频率下所E显va示l的ua结ti果o完n

全on相l同y.。th

Asp根o据se相.S似Sl定id律e，s

可fo进r行.对NE比T试3验.5，C以Cl此ie判n定t

缺Pr陷ofiC的o深py度ri和ig大ht小2。2004-2011

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Ltd.143.3涡流检测仪器及设备3.3.1涡流检测仪按检测目的不同，涡流检测仪可分为：导电仪、测厚仪和探伤仪等几种。它们的电路型式不同，但E为v了al将ua试t件io中n的o待nl测y.因素通过检测th

Asp线os圈e的.S阻l抗id变es化反fo映r

出.来NE，T

它3们.5需C要l完ie成nt一些ProfiCo相py同r任ig务h：t

2010）4产-2生0激11励A信s号po；se2）P检ty测L涡t流d.信息；3）鉴别影响因素；4）指示检测结果。因此，组成大致相同，由振荡器、探头（检测线圈及其装配件）、信号输出电路、放大器、信号处理器、显示器、电源等几部分组成。15Evaluation

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Ltd.振荡器产生各种频率的振荡电流通过检测线圈，线圈产生交变磁场并在工件中感生涡流。当试件存在缺陷或物性变化时，线圈电压发生变化，通过信号检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，最后将有用的信号输入显示器显示检测结果。16振荡器振荡器的作用是给电桥电路提供电源，当作为电桥桥臂的检测线圈移动到有缺陷的部位时，电桥输出信号，信号经放大后输入检波器进Ev行al相u位at分io析n，o再nl经y滤.波和幅th

Asp度o分se析.S后Sl，id送e到s

显fo示r和.记NE录T装3置.5。Client

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Ltd.11/8/202017检出电路检出电路可用E幅va度l探ua测t器io、n

相o敏nl探y.测器来实现。th

A相sp敏os探e测.S器li可d用es于f辨o别r

由.N不E同T

源3.引5起C的li信e号nt改P变r。ofiC典op型yr的ri相gh敏t涡2流00检4测-2系01统1常A采sp用o两se个P相t敏y

探Lt测d.器。3.3.2涡流检测探头.涡流检测仪的检测线圈分类由按检测线圈与被测工件的相互位置关系可分为如下三类：Evaluation

only.t1h）A穿sp过po式se线.圈Sl：id将e工s

件fo插r

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Profi入C并o通py过ri线ig圈ht内2部20进04行-2011

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Ltd.检测。内通过式线圈：插入工件内部进行检测。放置式线圈（探头）：检测时将线圈置于工件表面。18检测线圈的使用方式进行涡流检测要先在被检工件或材料上激励出交变磁场，因而需要一个激励线圈。与此同时，为了Ev计al量ua涡at流io磁n

场on的ly变.化，还要有th

A一sp个os测e.量S线li圈de。s

激fo励r

线.N圈ET和3测.量5

线Cl圈ie可nt以P分rofi开Co装py置ri，g也ht可2以00是4-一20个11线A圈sp兼po具se激P励ty和L测td量.两种功能。在不需要区别线圈功能的场合，可把激励和测量线圈统称为检测线圈。19按电联方式不同，检测线圈有绝对式和差动式两种。1.绝对式 只用一个检测线圈进行涡流检测的方式称为绝对式。

2.差动式的方式称为差动式。又分为标准比较式和自比较式。两个检Ev测a线lu圈at反i接on在o一n起ly进.行工作th

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Ltd.圈同时对同一工件或材料的相邻部分进行检测时，被测部位材料的影响通常较为微弱，而被检部位若存在裂纹，则线圈的自比较工作方式特别适用于检测管（棒）材的局部缺陷。标准比较式：两个参数完全相同，反向联接的线圈分别放置在标准试样和被检工件或材料上。根据两个检测线圈的输出信号有无差异来判断被检工件或材料的性能。自比较式：是标准比较式的特例。比较的标准为同E一va被l检ua工tion

only.th件A或s材p料os上e不.S同l部i分de。s用f两o个r

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Profi参数C完o全py相r同ig，h差t动2联0接04的-线2011

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Ltd.Evaluation

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Ltd.223.3.3对比试样23主要用于检测和鉴定涡流检测仪的性能，例如灵敏度、分辨力、端部不可检测长度

等。然缺陷尺寸并不相同。材料应与被检工件Evaluation

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Aspose人.工Sl加i工de缺s

陷f：or对.比N试ET样3人.工5

缺Cl陷i与en自t

ProfiCo一py致ri。ight

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Ltd.不允许试件产生变形、材质变化、留有残余应力，也不允许加热、研磨。不允许有金属粉末等杂质进入人工缺陷内。3.4涡流检测方法24屑等；确定检测方法；根据相应的技术条件或标准来制备对比试样；调整传送装置，使试件通过线圈时无偏心、无摆动。涡流检测一般步骤检测前的准备根据试件的性质、形状、尺寸及欲检出缺陷种类和大小选择检测方法及设备。对小直径、大批量焊管或棒材的表面Ev探al伤u，at一io般n选o用nl配y有.穿过式自比较th

A线sp圈o的se自.S动Sl探id伤e设s

备fo。r

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Profi1.对Co被p检yr工ig件h进t

行20预0处4-理20，01除1

去As表sp面os污e物P及ty吸L附Lt的d.铁确定检测频率200

Hz-6MHz。由被检工件厚度、所希望的透入深度、要达到的灵敏度等来选择。频率越低，透入深度越大，但降低频Evaluation

only.25th

Aspo率s的e.同S时li，de检s测f灵or敏度.N也ET随之3.降5

低C。lient

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Ltd.调整仪器26选定仪器的平衡形式：自动、手动，或不需要选定灵敏度相位调节Evaluation

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➢A选sp择os滤e波.S器li形d式es及f频o率r

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Profi调Co节py报r警ig电ht瓶2004-2011

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Ltd.调节好记录器的灵敏度调节标记装置的延迟时间决定自动分选档级.检测27在选定规范下进行检测，应尽量保持固定的传送速度，同时保持线圈与试件的距离不变。经1h-2h生产检E验va，lu并a对ti标on准伤on进ly行.一次复探，合th

A格sp后o可se继.S续Sl进id行e检s

验fo。r

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Profi对Co标p准yr伤ig进h行t

反20复0探4-测20，1看1

能As否p满os足e检P测ty要L求td.记录28试件情况探测条件根据验收结Ev构a评lu定at探i测on标o准nly.th

As4p.o检se测.人Sl员id有de关s

事fo宜or

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Ltd.3.5涡流检测的应用3.5.1探伤1

金属管材探E伤valuation

only.th成A批s管po材se一.般Sl采id用de涡s

流fo自or

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Profi动C探op伤yr装ri置gh，t可2以00自4动-2011

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Ltd.报警、自动记录、自动分选和自动停车。速度快，效率高，对管件纵向裂纹检出灵敏度高。29Evaluation

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Ltd.302在役管道维修检查腐蚀开裂或腐蚀减薄。内通式检测线Ev圈aluation

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Ltd.313.5.2

材质检验因材料的电导率是影响检测线圈阻抗的重要因素，故而在涡流检测中，可以据此来评价材料的材质及Ev其aluation

only.th它A性s能po。se.Slides

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Profi金C属o杂py质ri含g量ht的2鉴0别04：-2011

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Ltd.纯度与电导率密切相关。材料硬度材料分选测厚32测厚在涡流测厚时，提离效应是需要检测的变量。提离效应如果我们将点式E探va头l放ua在ti试o件n

表on面l，y.就会得到一个较th

大As的po信s号e.指S示li，de而s当f探or头慢.N慢ET离开3.试5

件C时li，en随t着P距rofi离C的op增y加ri，g指ht示2值0将04会-2逐0渐11减A小s，po这se一现Pt象y

就L称td为.提离效应。1涡流试验的原理是（Ｂ）:A．磁致伸缩；B．电磁感应；C．压电能量转换；D．磁通势2涡流检测技术可以用来测量（Ｄ）:A．涂层厚度；B．镀层厚度；C．薄板厚度；D．以上都是3