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1、第3章 涡流检测,3.1 涡流检测的基本原理 3.2 涡流检测的阻抗分析法 3.3 涡流检测的应用,第三章 涡流检测,第三章涡流检测,利用电磁感应原理，通过检测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称为涡流检测。 涡流检测是控制各种金属材料及少数非金属导电材料（如石墨）及其产品品质的主要手段之一。与其他无损检测方法相比，涡流检测更容易实现检测自动化，特别是对管材、棒材和线材有很高的检测效率。,第三章 涡流检测,超声波检测的适用范围 射线检测的适用范围,？,超声波检测的适用范围：几乎所有材料（气相、液相、固相，金属、非金属）；检测缺陷类型：体积型

2、、面积型均可。工业超声检测常用的工作频率为0.5-10MHz。较高的频率主要用于细晶材料和高灵敏度检测，较低的频率用于衰减较大和粗晶材料（1MHz以下）。 射线检测的适用范围：几乎所有固体材料，而且对零件表面形状及表面粗糙度均无严格要求，目前射线检测主要应用于铸件和焊件的检测。射线检测对体积型缺陷的检测灵敏度较高，对平面缺陷的检测灵敏度较低。,第三章 涡流检测,第一节 涡流检测的基本原理,一、涡流检测的基本原理 当导体处在变化的磁场中或相对于磁场运动切割磁力线时， 由电磁感应定律，其内部会感应出电流。这些电流的特点是： 在导体内部自成闭合回路，呈漩涡状流动，因此称之为涡流。 例如，在含有圆柱导

3、体芯的螺管线圈中通有交变电流时， 圆柱导体芯中将出现涡流。,涡流,第三章 涡流检测,涡流检测基本原理 当载有交变电流的检测线圈靠近 导电试件（相当于次级线圈）时，由 电磁感应理论可知，与涡流伴生的感应磁场与原磁场叠加，使得检测线圈的复阻抗发生改变。导电体内感生涡流的幅值大小、相位、流动形式及伴生磁场受到导电体的物理及制造工艺性能的影响。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以非破坏性地判断出被测试件的物理或工艺性能及有无缺陷等，此即为涡流检测的基本原理。,第三章 涡流检测,涡流检测线圈测出的阻抗变化是各种信息的综合，若需要测出材料内部某一特定信息（如裂纹）时就必须依靠线圈的设计以及仪器的合理组

4、成。抑制掉不需要的干扰信息，突出所需要检测的信息。一般是将检测线圈接收到的信号变成电信号输入到涡流检测仪中，进行不同的信号处理，在示波器或记录仪上显示出来，以判别材料中是否有缺陷。如试件表面有裂纹，会阻碍涡流流过或使它流过的途径发生扭曲变化，最终影响涡流磁场。适用探测线圈可把这些变化情况检测出来。 交变的感生涡流渗入被检材料的深度与其频率的1/2次幂成反比。常规涡流检测使用的频率较高（几百到几兆赫兹），渗透深度通常较浅，因此常规涡流检测是一种表面或近表面的无损检测方法。,第三章 涡流检测,趋肤效应,二、涡流检测的特点 1、对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高； 2、应用范围广，对影响感生

5、涡流特性的各种物理和工艺因素均能检测； 3、一定条件下，能反映有关裂纹深度的信息； 4、不需用耦合剂，检测时与工件不接触，所以检测速度很快，易于实现管、棒、线材高速、高效的自动化检测； 5、可在高温（耦合剂在高温下会流失）、薄壁管、细线、零件内孔表面等其他检测方法不适用的场合实施检测；,第三章 涡流检测,6、涡流检测不仅可以探伤，而且可以揭示工件尺寸变化和材料特性，例如电导率和磁导率的变化，利用这个特点可综合评价容器消除应力热处理的效果，检测材料的质量以及测量尺寸。 7、缺点：受趋肤效应的限制，很难发现工件深处的缺陷；缺陷的类型、位置、形状不易估计，需辅以其他无损检测的方法来进行缺陷的定位和定

6、性（感应磁场与原磁场叠加，使检测线圈的复阻抗发生改变，不能直接反映缺陷的类型、位置、形状）；不能用于绝缘材料的检测；对形状复杂的零件，涡流检测的效率相对较低。,第三章 涡流检测,表3-1 涡流检测的应用,第三章 涡流检测,三、涡流的趋肤效应和透入深度 当直流电流通过导体时，横截面上的电流密度是均匀的。 但交变电流通过导体时，导体周围变化的磁场会在导体中产生感应电流，从而会使沿导体截面的电流分布不均匀，表面的电流密度较大，越往中心处越小，尤其是当频率较高时，电流几乎是在导体表面附近的薄层中流动，这种现象称为趋肤效应。,第三章 涡流检测,涡流,趋肤效应的存在使感生涡流的密度从被检材料或工件的表面到

7、其内部按指数分布规律递减。 在涡流检测中，定义涡流密度衰减到其表面密度值的1e（36.8%）时对应的深度为标准渗透深度，也称趋肤深度，用符号h表示，其数学表达式为,第三章 涡流检测,磁导率 magnetic permeability表征磁介质磁性的物理量。常用符号表示，或称绝对磁导率。等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比。 通常使用的是磁介质的相对磁导率r ，其定义为磁导率与真空磁导率0之比。 磁导率，相对磁导率r和磁化率xm都是描述磁介质磁性的物理量。 对于顺磁质r1；对于抗磁质r1，但两者的r都与1相差无几 。在铁磁质中，B与 H 的关系是非线性的磁滞回线，r不是常量，与H有关，其数值

8、远大于1。 在国际单位制（SI）中，相对磁导率r是无量纲的纯数，磁导率的单位是亨利米（Hm）。,第三章 涡流检测,电导率是物体传导电流的能力。 电导的基本单位是西门子（S），原来被称为姆欧，取电阻单位欧姆倒数之意。因为电导池的几何形状影响电导率值，所以标准的测量中用单位S/m来表示电导率，以补偿各种电极尺寸造成的差别。,第三章 涡流检测,电导率 electric permeability,第三章 涡流检测,第三章 涡流检测,频率越高， 渗透深度越小,由于被检工件表面以下3h处的涡流密度仅为其表面密度的5%， 因此通常将3h作为实际涡流探伤能够达到的极限深度。,第三章 涡流检测,一、检测线圈的阻

9、抗分析 在涡流检测过程中，检测线圈与被检对象之间的电磁关系可以用两个线圈的耦合（被检对象相当于次级线圈）来类比，为了了解涡流检测中被检对象的某些性质与检测线圈（相当于初级线圈）电参数之间的关系，需要对检测线圈进行阻抗分析。,第三章 涡流检测,第二节 涡流检测的阻抗分析法,（一） 检测线圈的阻抗 ,设通以交变电流的检测线圈（初级线圈）的自身阻抗为Z0,当初级线圈与次级线圈（被检对象）相互耦合时，由于互感的作用，闭合的次级线圈中会产生感应电流，而这个电流反过来又会影响初级线圈中的电压和电流。这种影响可以用次级线圈电路阻抗通过互感M反映到初级线圈电路的等效阻抗Ze来体现。Z0与Ze之和Z称为初级线圈

10、的视在阻抗。,视在电抗,视在电阻,第三章 涡流检测,电阻,电抗,空载阻抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗，用X表示。 类似于直流电路中电阻对电流的阻碍作用，在交流电路（如串联RLC电路）中，电容及电感也会对电流起阻碍作用，称作电抗，其计量单位也叫做欧姆。在交流电路分析中，电抗用 X 表示，是复数阻抗的虚数部分，用于表示电感及电容对电流的阻碍作用。电抗随着交流电路频率而变化，并引起电路电流与电压的相位变化。 阻抗即电阻与电抗的总合，用数学形式表示为： Z :阻抗，单位为欧姆 R :电阻，单位为欧姆 X :电抗，单位为欧姆 j 是虚数单位,电抗X,第三章 涡流检测,线圈在磁通发

11、生变化时能产生电动势e，,电感L,当线圈1中的电流变化时所激发的变化磁场，会在它相邻的另一线圈2中产生感应电动势；同样，线圈2中上的电流变化时，也会在线圈1中产生感应电动势。这种现象称为互感现象，以互感系数M表示，简称互感。所产生的感应电动势称为互感电动势。,互感M,第三章 涡流检测,应用视在阻抗的概念，就可认为初级线圈电路中电流和电压的变化是由于它的视在阻抗的变化引起的，而据此就可以得知次级线圈对初级线圈的效应，从而可以推知初级线圈电路中阻抗的变化。,第三章 涡流检测,通过监测初级线圈（检测线圈）视在阻抗的变化来推断被检对象（次级线圈）的阻抗是否发生改变，进而判断其物理或工艺性能的变化及有无

12、缺陷存在是涡流检测的目的。,若次级线圈开路，即 ， （在涡流检测中，这相当于检测线 圈尚未靠近被检对象），则初级线 圈的空载阻抗,1、阻抗平面图,第三章 涡流检测,在 从 的过程中，视在阻抗Z以视在电阻R为横坐标，视在电抗X为纵坐标的阻抗平面图上变化，其轨迹近似为一个半圆，此即初级线圈的阻抗平面图。,阻抗归一化 阻抗平面图虽然比较直观，但半圆形 曲线在阻抗平面图上的位置与初级线圈自 身的阻抗以及两个线圈自身的电感和互感 有关。另外，半圆的半径不仅受到上述因素的影响，还随频率的不同而变化。这样，如果要对每个阻抗值不同的初级线圈的视在阻抗，或对频率不同的初级线圈的视在阻抗， 或对两线圈间耦合系数不

13、同的初级线圈的视在阻抗作出阻抗平面图时，就会得到半径不同、位置不一的许多半圆曲线， 这不仅给作图带来不便，而且也不便于对不同情况下的曲线进行比较。为了消除初级线圈阻抗以及激励频率对曲线位置的影响， 便于对不同情况下的曲线进行比较， 通常要对阻抗进行归一化处理。,第三章 涡流检测,归一化处理： 横坐标： 纵坐标： 这样就使纵轴与半圆直径重合，上端点为（0, 1)，下端点为（0，1-K2）。半圆仅取决于耦合系数K。 归一化后的阻抗平面图消除了初级线圈自身阻抗的变化对 Z的影响，在涡流检测中具有通用性。,第三章 涡流检测,2、有效磁导率和特征频率 1） 有效磁导率eff 进行涡流检测时，检测线圈视在

14、阻抗的变化源于磁场的变化。但分析磁场比较复杂，为简化涡流检测中的阻抗分析问题，德国学者Forster提出了有效磁导率的概念。用通以交变电流的无限长圆筒形线圈内置一外径充满线圈的导电圆柱体来分析。 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。Forster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（磁场强度恒定），而磁导率却在截面上沿径向变化，它所产生的磁通量等于圆柱导体内真实的物理场所产生的磁通量。,第三章 涡流检测,这样，就用一个恒

15、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,第三章 涡流检测,其中，,利用柱坐标求解涉及在圆、球与圆柱内的势场的物理问题时出现的一类特殊函数。,2） 特征频率 定义使有效磁导率表达式中贝塞尔函数变量的模为1的频率为涡流检测的特征频率。表达式为,对于非铁磁性材料，(H/m)，即 可得特征频率,第三章 涡流检测,d为圆柱导体的直径,铁磁性材料: 能被显著磁化的（Fe、Co、Ni及其合金）; 抗磁性材料（如Cu）及顺磁性材料（如Al、Cr、Mn）工程上统称为非铁磁性材料。 磁性合金在外加磁场中，可表现出三种

16、情况： （1）不被磁场吸引的，叫反（抗）磁性材料； （2）微弱地被磁场所吸引的物质，叫顺磁性材料； （3）被磁场强烈地吸引的物质，称铁磁性材料，其磁性随外磁场的加强而急剧增高，并在外磁场移走后，仍能保留磁性。金属材料中，大多数过渡金属具有顺磁性；只有Fe、Co、Ni等少数金属是铁磁性的。,第四章 磁粉检测,第三章 涡流检测,3） 涡流检测相似律 有效磁导率eff随 的不同而变化， 而eff的大小又决定了试件内涡流和磁场强度的分布。因此， 试件内涡流和磁场的分布是随f/fg的变化而变化的。 理论分析和推导可以证明，试件中涡流和磁场强度的分布仅仅是f/fg的函数。由此可得出涡流检测的相似律：对于两

17、个不同的试件， 只要各对应的频率比f/fg相同，即只要 则有效磁导率、 涡流密度及磁场强度的几何分布均相同。,第三章 涡流检测,利用涡流检测相似率，即可通过模型试验来推断实际检测结果，作为实际涡流检测时评定缺陷的参考。,第三章 涡流检测,4） 穿过式线圈的阻抗分析 内含导电圆柱体的长直载流螺线管线圈为穿过式线圈。 有效磁导率的概念也是以这种线圈为基础提出的，而且假定圆柱体的直径d和线圈的直径Da相同。但事实上，检测线圈和工件之间总要留有空隙以保证工件快速通过。因此有线圈填充系数=(d/Da)2，1。 通过对线圈和圆柱导体内磁场的分析，利用有效磁导率的概念，推导出单位长度检测线圈的归一化阻抗为,

18、第三章 涡流检测,只要确定和 f/fg， 即可求得内含导电圆柱体的圆筒形线圈的归一化阻抗。,第三章 涡流检测,注意: 当=1时的 阻抗平面图,（二）影响线圈阻抗的因素 1、电导率 电导率的变化对阻抗的影响主要反映在有效磁导率eff内，即只影响了eff的参变量 因而，在其他条件不变的情况下，材料电导率的改变将使检测线圈的阻抗值沿阻抗曲线的切向变化。据此可利用涡流检测来进行材料电导率的测量和材质的分选等工作。,第三章 涡流检测,（二）影响线圈阻抗的因素 2、试件的几何尺寸 当圆柱体直径改变时，一方面频率比f/fg随之变化，使得线圈阻抗沿阻抗曲线的切向变动；另一方面使填充系数改变，使阻抗曲线移位，其

19、综合结果是线圈阻抗将沿弦向变化，这和磁导率对阻抗的影响类同。,第三章 涡流检测,3、相对磁导率r。对于非铁磁性材料有=r00， 因而一般磁导率对检测线圈的阻抗没有影响。 但是对于铁磁性材料，由于r1，所以需要考虑磁导率的影响，其实际数值强烈地依赖于外加磁场的大小。铁磁性材料的磁导率对线圈阻抗的影响是双重的：一方面改变了eff的参变量f/fg，使阻抗值沿着同一条曲线移到变化后的f/fg点上；另一方面，它还改变了reff值，使阻抗值落到新的r值的曲线上（阻抗曲线移位）。这样影响的综合结果是使磁导率变化引起的效应方向发生在弦向方向上。这表明若不采取特殊措施，要想区分磁导率和直径对线圈阻抗的影响是不可

20、能的。 为了消除铁磁性材料相对磁导率的变化对涡流检测结果的 影响，可以将被检工件先磁化至接近饱和，使其r降低至2-3， 此时可把铁磁性材料当作非磁性材料进行检验。,第三章 涡流检测,4、缺陷 缺陷的出现具有不确定性。涡流检测主要是检查裂纹等缺陷，缺陷对线圈阻抗的影响可以看做是电导率和几何尺寸两个参数影响的综合结果，因此，它的效应方向应该介于电导率和半径效应之间。由于缺陷的位置、深度和形状等各种因素的综合影响，使缺陷效应的大小很难进行理论计算， 所以，通常都是借助模型进行试验来研究缺陷对阻抗的效应， 取各种不同材料、形状、尺寸和位置的缺陷，在不同的频率下进行试验，得到的结果制成参考图表，为试验提

21、供依据。,第三章 涡流检测,第三章 涡流检测,图为频率比f/fg=15，对于不同位置、形状、宽度裂纹的非铁磁性圆柱体进行模型试验得出的阻抗测量数据，从而绘制出的裂纹对线圈视在阻抗变化影响的曲线。,eff与f/fg的关系曲线,缺陷对线圈阻抗的影响 裂纹,第三章 涡流检测,第三章 涡流检测,随着裂纹宽、深比的增加，线圈阻抗越来越向“直径效应”的方向变化。由此可知，阻抗图上的“裂纹效应”与“直径效应”曲线之间的夹角越大，裂纹的宽、深比越小（裂纹越尖锐），裂纹的危害性就越大。,裂纹宽、深比大，裂纹可视为体积型缺陷，扩展的可能性变小。,5、检测频率。检测频率对线圈阻抗的影响表现在影响eff的参变量f/f

22、g=2fr2上。因此，如检测频率f变化，线圈阻抗会沿着阻抗曲线的轨迹发生变化。即检测频率f和电导率两者的效应方向在阻抗图上是一致的。 在实际的涡流检测中，为了分析各种影响因素(诸如前面讨论的电导率效应、直径效应、裂纹效应等)，有必要选择最佳的试验频率，而最佳试验频率的选择随检测目的和对象有所不同。通常最佳检测频率要大于特征频率fg若干倍。,第三章 涡流检测,（三） 常用检测线圈的阻抗分析 1、内含导电管件的穿过式线圈 薄壁管件。 对非铁磁性材料的薄壁管件，特征频率为,式中：di为管件内径；为管件壁厚。,第三章 涡流检测,选定检测频率后，由图3-6查得阻抗值。 或由式3-8计算阻抗值。,如何查？

23、,圆柱体,薄壁管件, 厚壁管件。厚壁管穿过式线圈的阻抗曲线位于圆柱体和薄壁管两者的曲线之间。,2、导电管件的内通式线圈 将线圈插入并通过被检管材(或管道)内部进行检测的线圈为内通式线圈。 薄壁管件。用内通式线圈检测薄壁管件时，其线圈阻抗的变化情况可借用穿过式线圈的阻抗图加以分析。 厚壁管件。对于非铁磁性材料的厚壁管件，其特征频率为,第三章 涡流检测,注意：填充系数的计算,3、（探头式线圈 ）放置式线圈 在检测过程中以轴线垂直于被检工件表面的方位放置在其上的线圈为放置式线圈。用放置式线圈检测板材时，线圈阻抗的变化不仅与材料的电导率、磁导率等因素的变化有关，而且还受线圈至板材表面的距离变化的影响，

24、 此即所谓“提离效应”。当测定材料表面涂层或镀层厚度时， 要利用放置式线圈的提离效应。而为了测量材料的电导率或进行材料探伤时，则要设法通过选择频率来减小提离效应的干扰，提高检测结果的准确性和可靠性。,第三章 涡流检测,二、检测线圈的功能 根据检测线圈阻抗的变化推断被检材料或工件的特性是涡流检测的特点。为适应不同形状、不同尺寸工件或材料的检测要求，需使用不同形式的检测线圈。 （一）检测线圈分类 按照应用方式不同，检测线圈可分为穿过式线圈、内通过式线圈和探头式线圈。,第三章 涡流检测,穿过式线圈,内通过式线圈,探头式线圈,1、穿过式线圈能检测管材、棒材、线材等可以从线圈内部通过的导电工件或材料（检

25、测管件外表面的缺陷）。,第三章 涡流检测,穿过式线圈,2、内通过式线圈可以检测安装好的管件，或小直径的深钻孔、螺纹孔或厚壁管内壁的表面质量。,内通过式线圈,3、探头式线圈又称为放置式线圈。在应用过程中，外通过式线圈和内穿过式线圈的轴线平行于被检工件的表面，而放置式线圈的轴线垂直于被检工件的表面。这种线圈可以设计、 制作得很小，而且线圈中可以附加磁芯，具有增强磁场强度和聚焦磁场的特性，因此具有较高的检测灵敏度，适用于各种板材、带材和大直径管材、棒材的表面检测。,第三章 涡流检测,探头式线圈,（二）检测线圈的使用方式 进行涡流检测要先在被检工件上激励出交变磁场，需要一个激励线圈。同时为了计量涡流磁

26、场的变化，还需要一个测量线圈。激励线圈和测量线圈可以分开放置，也可以是一个线圈兼具有激励和测量两种功能。在不需区别线圈功能的场合，可以把激励线圈和测量线圈统称为检测线圈。 按电连接方式的不同，检测线圈有绝对式和差动式两种使用方式。,第三章 涡流检测,1、绝对式 只用一个检测线圈进行涡流检测的方式。 仅针对被检测对象某一位置的电磁特性直接进行检测的线圈， 而不与被检对象的其他部位或对比试样某一部位的电磁特性进行比较检测。先对标准试样调零后，再对被检工件进行检测。以这种方式工作的线圈可用于材质分选和涂层测厚，也可用于材料探伤。,第三章 涡流检测,绝对式线圈,2、差动式 两个线圈反接在一起进行工作的

27、方式。 标准比较式：两个参数完全相同、反向连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别来判断被检工件的性能。 自比较式：标准比较的特例，比较的标准为同一被检工件或材料上的不同部分。被测部位材料的物理性能及工件几何参数的变化对线圈阻抗的影响较小，若被检部位存在裂纹，则线圈会感应出急剧变化的信号。检测线圈的自比较方式适用于检测管（棒）材表面的局部缺陷。,第三章 涡流检测,不同比较方式的检测线圈 (a) 绝对式线圈； (b) 自比较式线圈； (c) 标准比较式线圈,第三章 涡流检测,三、信号检出电路 涡流检测中，通常将涡流检测线圈作为构成平衡电桥的一个桥臂。正常

28、情况下，可通过调节平衡电桥中的可变电阻实现桥式电路的平衡。 进行涡流检测时，检测线圈阻抗的变化量Z=Z1-Zo代表被检工件上各种影响因素的影响，并可经适当的电路转换成可测量的电压信号U。由于U很小，因此通常将检测线圈连接在各种交流电桥中，电桥输出的电压变化量U经放大后可供显示和分析。,第三章 涡流检测,当检测阻抗发生变化（如线圈的被检测零件中出现缺陷）时，桥路失去平衡，这时输出电压不再为零， 而是一个非常微弱的信号， 其大小取决于被检测零件的电磁特性。,式中： Z2、Z4为固定桥臂阻抗； Z3为检测线圈阻抗的变化， 通过测量U，可间接得到Z3。,第三章 涡流检测,检测线圈作为电桥桥臂之一的平衡

29、电路,一、涡流检测装置 涡流检测装置包括检测线圈、检测仪器和辅助装置，另外还配有标准试样和对比试样。 检测仪器是涡流检测的核心部分。其作用为产生交变电流供给检测线圈，对检测到的电压信号进行放大，抑制或消除干扰信号，提取有用信号，最终显示检测结果。根据检测对象和目的，涡流检测仪器分涡流探伤仪、涡流电导仪和涡流测厚仪三种。随着电子技术的发展，还出现了智能型涡流检测仪器。,第三节 涡流检测的应用,第三章 涡流检测,二、涡流探伤 涡流探伤能发现导电材料表面和近表面的缺陷，且无需耦合剂，易于实现高速、自动化检测，因此在金属材料及其零部件的探伤中应用广泛。 1、金属管材探伤 用高速、自动化的涡流探伤装置可

30、以对成批生产的金属管材进行无损检测。首先，自动上料进给装置使管材等速、同心地进入并通过涡流检测线圈。然后，分选下料机构根据涡流检测结果，按质量标准规定将经过探伤的管材分别送入合格品、 次品和废品料槽。 管材涡流探伤的另一主要用途是对在役管道进行维修检查。,第三章 涡流检测,小直径管材(直径75mm)探伤通常采用激励线圈与测量线圈分开的感应型穿过式线圈。 当管材为铁磁性材料时，外层还要加上磁饱和线圈，用直流电对管材进行磁化。这种线圈最适宜检测凹坑、锻屑、折叠和裂纹等缺陷，检测速度一般为0.5 ms。穿过式线圈对管材表面和近表面的纵向裂纹有良好的检出灵敏度，但由于其感生出的涡流沿管材周向流动，因此

31、该线圈对周向裂纹的检测不敏感。,第三章 涡流检测,检测管材的穿过式线圈,如果管材直径过大，使得缺陷面积在整个被检面积中占的比例很小时，检测的灵敏度也会显著降低。检测管材的周向裂纹或当管材的直径超过75 mm时，宜采用小尺寸的探头式线圈以探测管材上的短小缺陷。探头数量的多少取决于管径的大小。探头式线圈的优点是提高了检测灵敏度，但其探伤的效率要比穿过式线圈低。,第三章 涡流检测,检测管材的探头式线圈,2、金属棒材、线材和丝材探伤 可采用类似于管材的自动探伤装置对大批量生产的金属棒材、线材和丝材进行涡流探伤。但为了检出棒材表面以下较深的缺陷，应选用比同直径的管材探伤时低一些的工作频率（为什么？），而

32、进行金属丝探伤时选用的频率要高，以获得适当的频率比。,第三章 涡流检测,使用何种检测线圈 ？,3、结构件疲劳裂纹探伤 服役中的结构件上可能产生各种缺陷，尤以疲劳裂纹为多见。适合采用探头式线圈进行检测的，既包括形状复杂的零件， 也包括除管、 棒材以外形状不规则的材料和零件，如板材、 型材等。 由于这类材料和零件的形状、结构多种多样，因此探头式线圈的形貌也多种多样。比如要采用涡流方法完成飞机维修手册所规定的全部检查项目，就要配备以下各式探头，包括笔式探头、 钩式探头、 平探头、 孔探头和异形探头等。,第三章 涡流检测,二、材质检验 电导率的测量是利用涡流电导仪测量出非铁磁性金属的电导率值，而电导率

33、值与金属中所含杂质、材料的热处理状态以及某些材料的硬度、耐腐蚀等性能有关，所以可进行材质的分选。 材料的电导率是影响检测线圈阻抗的重要因素，因此在涡流检测中可用来评价材料的材质和其他性能。这种评价不会损伤零部件的加工表面，且特别适合现场检测。,第三章 涡流检测,1、材料成分及杂质含量的鉴别 金属的电导率值受纯度的影响，杂质含量增加电导率就会降低。通过测量电导率估算材质中杂质的含量。 2、热处理状态的鉴别 相同的材料经过不同的热处理后不仅硬度不同，电导率也不同，因而可以用测量电导率的方法来间接评定和近的热处理状态或硬度。 3、混料分选 如果混杂材料或零部件的电导率的分布带不相重合，就可以利用涡流

34、法先测出混料的电导率，再与已知牌号或状态的材料和零部件的电导率相比较，从而将混料区分开。,第三章 涡流检测,4 涡流测厚 1）覆层厚度测量 用涡流检测方法可以测量金属基体上的覆层(厚度一般在几微米至几百微米的范围) 的厚度，利用的是探头式线圈的提离效应。 2）金属薄板厚度测量 用涡流法测量金属薄板的厚度时，检测线圈既可按反射工作方式布置在被检测薄板的同一侧，也可按透射方式布置在其两侧。但都是根据在测量线圈上测得的感应电压值来推算金属薄板厚度的。,第三章 涡流检测,5 涡流检测技术的新发展 随着工业的发展，对材料、产品检测要求的不断提高， 并由于涡流检测自身的特点，人们逐步认识到常规涡流检测方法

35、的一些局限性，它对解决某些问题显得无能为力。例如高频磁场激励的涡流，由于极强的趋肤效应，使它对更深层缺陷和材料特性的检测受到限制；由于对提离效应敏感，使得检测线圈与被检试件间精确、稳定的耦合十分困难；干扰信号同有用信号混淆在一起，无法分离、辨别；检测易受工件形状限制等。 针对以上这些问题，提出了很多新的基于电磁原理的检测设想， 经过逐步发展，形成了一些相对独立的新的检测方法，如远场涡流、电流扰动、磁光涡流、 涡流相控阵检测技术等。它们同常规的涡流检测方法一道组成了电磁涡流检测技术，这些技术方法的分类并不是非常分明的，而是相互融合和交叉的， 且各有优势。,第三章 涡流检测,作业,P82 1、2、

36、3、4,第三章 涡流检测,涡流检测 Eddy Current Testing 简称 ET 1 涡流检测的原理 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，它 适用于导电材料。当把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有 感应电流存在，即产生涡流。由于导体自身各种因素（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，利用 这种现象判定导体性质，状态的检测方法，就涡流检测。 电磁感应现象和涡流的产生见图1和图2。在图1中，使线圈1和线 圈2靠近，在线圈1中通过交流电，在线圈2中就会有感应产生交流 电。如果使用金属板代替线圈2，同样也可以使金属板导体产生交 流电，如图2。

37、这种由交流磁场感生出来的电流就涡流。 在图2中，试件中的涡流方法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。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，常通过测量这相

38、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，来鉴别各 种引起涡流变化的因素。 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。,2 涡流检测仪器 涡流探伤仪的基本原理：信号发生器（振动器）产生交变电流供 给检测线圈，线圈产生交变磁场并在工件中感生涡流，涡流受到工 件性能的影响并反过来使线圈阻抗发生变化，然后通过信号检出电 路检出线圈阻抗的变化。 图

39、3为管、棒、线材涡流检测仪器框图。,图4是以线圈的阻抗分析为基础的涡流检测仪器，也称为阻抗分 析仪。 比较图3和图4两类仪器，大部分电路是一致的。,3 涡流检测线圈（探头） 在涡流探伤中，是靠检测线圈来建立交变磁场，把能量 传递给被检导体；同时又通过涡流所建立的交变磁场来获 得被检导体中的质量信息。因此，检测线圈实际上一种换 能器。 检测线圈的形状，尺寸和技术参数对于最终检测结果是 至关重要的。在涡流探伤中，往往根据被检试件的形状、 尺寸、材质和质量要求等来选定检测线圈的种类，常用的 检测线圈有三类：穿过式线圈，插入式线圈和探头式线圈。 图5为穿过式线圈，它用来检测线材、棒材和管材，主 要用在在线检测。,图6为内插式线圈，是放在 管子内部进行检测的线圈， 专门用来检查厚壁管子内壁 或钻孔内壁的缺陷，也用来 检查成套设备中管子的质量， 比如热交换器管的在役检测。 图7为探头式线圈，放置在 试件表面上进行检测的线圈， 它不仅适用于形状简单的板 材、方坯、棒材及大直径管材的表面扫描探伤，也适用于形状较为 复杂的机械零件的检测。由于其线圈体积小，磁场作用范围小，一 次检测范围和检测的缺陷都比较小。,4 涡流检测工艺要点 4.1 试件表面的清理 4.2 探伤规范