无损检测笔记.doc

一、 涡流检测1. 基本原理2. 什么是涡流？3. 什么是阻抗平面显示？涡流检测就是通过测量涡流传感器的电阻抗变化值实现的。点阻抗包括电抗和阻抗，显示时我们以阻抗R（Resistance）为横坐标， 电抗X（Reactance）为纵坐标形成直角坐标系。通过涡流检测传感器的阻抗变化，可以通过信号处理在仪器上用点信息（Q）进行显示，而点Q是个二维的矢量点，它具有一定的幅值（Amplitude）和相位（Phase）。而由于各种原因造成涡流信号分量R、X的变化，使得点Q的位置也随之变化，Q点的变化轨迹图则为阻抗平面。4. 什么是提离效应？当检测线圈和被测材料之间的相对位置发生变化时，检测线圈在材料上产生的涡流密度就发生变化，涡流密度随检测线圈与材料之间的距离增大而减小，从而使得矢量点Q在显示平面上发生移动，这种现象叫作提离效应。运用这原理可以进行金属表面非金属涂层的测厚。什么是提离？线圈与试件之间的间隙称为提离。当检测探头与与试件之间距离变化引起检测线圈阻抗变化的现象称为提离效应。5. 什么叫边缘和末端效应？6. 什么叫边缘和末端效应？线圈上的磁场方向是向各个方向伸展的。当线圈达到被测试件边缘时，由于边缘信号的作用，涡流发生变化，这就叫做边缘效应。当检测线圈接近试件的始末两端时，常称作末端效应。端部效应：在涡流检测中，由于工件的几何形状（边缘）急剧改变而引起邻边磁场和涡流干扰，将掩盖着一定范围的缺陷的检出。这种现象称之为端部效应。由于端部效应的存在，在钢管探伤时，当管子的端部（头和尾）进入或离开检测线圈时，对于位于靠近管子端部的缺陷，将失去灵敏度，管子端部通常存在着一段肓区。7. 趋肤效应或集肤效应直流电通过圆柱体导体时，导体横截面上的电流密度基木上均匀的。但当交流电通过圆柱体导体时，横截面上的电流密度不在是均匀的了，而是导体表而电流密度大，中心电流密度小，这种电流主要集中在导体表面的现象称为趋肤效应或集肤效应。8. 阻抗平面图视在阻抗Z以视在电阻R为横坐标视在电抗X为纵坐标磁性材料的电抗比非磁性材料要大,因此,磁性区域在阻抗的上半部,而非磁性区域在下半部。分离发生在线圈从试件移开时所得到的电抗值, 两区域的与线圈的自感量成正比阻抗归一化为什么归一化？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。作图不便，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。怎么归一化？阻抗平面图原点坐标向右平移R1距离，然后再用L1去除Xs和Rs坐标，使Zs的半圆轨迹的直径在Xs上，轨迹上诸点的位置则取决于参变量L2/R2的实际取值。归一化后，阻抗曲线仅仅取决于耦合系数，而一与原边线圈的电阻和激励频率无关.归一化处理的阻抗平面图的特点:1、他消除了一次线圈电阻和电感的影响，具有通用性。2、阻抗图的曲线以一系列影响阻抗的因素(如电导率、磁导率等)作参量。3、阻抗图定量地表示出各影响阻抗因素的效应大小和方向，为涡流检测时选择检验的方法和条件，为减少各种效应的干扰提供了参考依据。4、对于各种类型的工件和检测线圈，有一各自对应的阻抗图。9. 涡流测厚对不同厚度的导体试件，最终得到的检测线圈上的瞬态感应电压信号的波形是不同的如果导体试件中有缺陷存在，就会使感应磁场强度发生变化，进而对涡流分布产生影响，从而影响到磁场分布，最终使得检测线圈上的瞬态感应电压发生变化在同一时刻，随着被测体厚度的增加，检测线圈上的电压是逐渐增加的而对于同一厚度的被测体来说，随着时间的推移，检测线圈上的电压是逐渐减小的10. 裂纹检测当传感器在试件表面移动时遇到裂纹处或裂纹深度宽度有变化时，涡流磁场对线圈的反射作用不同，线圈等效阻抗电感量也不同，进而影响回路的谐振频率和幅频特性，分析处理这种变化就可判断试件有无裂纹或裂纹深浅宽窄。裂纹的长度和宽度恒定时，表面裂纹信号最强，随着裂纹埋藏深度的增加，信号幅度逐渐减少，导体中的涡流密度和表面裂纹信号的相位不同，当裂纹埋藏深度的增大，涡流密度逐渐减小，相应的裂纹显示信号减弱。涡流形状发生变化，则涡流磁场也发生变化。由于裂纹的存在，涡流不呈中心对称形状，则涡流磁场在涡流上方的激励线圈中心处将存在一个水平分量，且这一涡流磁场的水平分量垂直于材料裂纹。则涡流上方的激励线圈中心处的涡流磁场水平分量与线圈磁场相互垂直，相互独立，垂直于金属材料边缘或裂缝方向，尤其适合作为裂纹检测的涡流磁场来源。11. 探伤深度与表面伤检测灵敏度的关系金属表面感应的涡流的渗透深度随频率而异，激励频率高时金属表面涡流密度大，随着激励频率的降低，涡流渗透深度增加，但表面涡流密度下降，所以探伤深度与表面伤检测灵敏度是相互矛盾的，很难两全。12. 涡流检测深度与趋肤深度之间的关系？渗透深度定性地反映了涡流检测的深度越大，也就是涡流渗透深度越大，可检测的深度相应也越大，反之则小但并不是涡流检测所能达到的最大深度涡流检测的最大深度可达26，在这个深度上，涡流密度已经衰减为表面密度的5这时检侧灵敏度已经很低，超过这个深度，涡流检测就显得无能为力了通常定义26倍的渗透深度为涡流的有效渗透深度13. 导电材料绝缘涂层厚度测量涂层测厚仪采用电磁感应法测量涂层的厚度。位于部件表面的探头产生一个闭合的磁回路，随着探头与铁磁性材料间的距离的改变，该磁回路将不同程度的改变，引起磁阻及探头线圈电感的变化。利用这一原理可以精确地测量探头与铁磁性材料间的距离，即涂层厚度。14. 巨磁阻传感器(G M R 磁 场 传 感 器)15. 涡流阵列检测技术采用阵列式传感器，不需使用机械式探头扫描即可实现大面积范围的高速测量，且能够达到与单个传感器相同的测量精度和分辨率，有效地提高了传感器系统的测试速度、测量精度和可靠性16. 脉冲涡流检测技术以重复的宽带脉冲（如方波）代替正弦交变信号进行激励和检测的脉冲涡流响应信号中包含有被检测对象被检测对象表面、近表面和表层一定深度范围内的质量信息，较好地解决了常规涡流所不能兼顾的检测灵敏度和检测深度的矛盾；（1） 脉冲涡流作用原理（2） 与涡流检测的比较（3） 脉冲涡流检测系统（4） 检测特征量 电压峰值脉冲涡流时域瞬态感应电压信号波形的最大值; 峰值时间从脉冲的上升沿激励开始到瞬态感应电压信号达到峰值点的时间间隔; 过零时间从脉冲的上升沿激励开始到瞬态感应电压信号过零点的时间间隔。电压峰值与缺陷的金属损耗量(缺陷的体积)密切相关;过零时间包含了缺陷的深度信息等(对于表面缺陷,过零时间越短,深度越深;对于表面下缺陷,过零时间越长深度越深)，峰值时间与缺陷所处位置有关.基于这个原理，对瞬态感应电压进行时域的瞬态分析，就可以实现缺陷的定量检测.脉冲涡流检测信号的时域波形中，波峰的峰值时间可以用来对缺陷进行分类。对于表面缺陷，峰值时间比无缺陷时变小;对于内部缺陷，峰值时间比无缺陷时变大，但峰值时间这一特征量变化比较微弱。（5） 频谱分离点由于缺陷所在层的不同，它们的“频谱分离点”也不同。“频谱分离点”的变化与缺陷所处的位置变化相关。虚线代表多项式拟合线。基本上，随着缺陷所处位置的加深，它的“频谱分离点”也越来越小。这是由于表面缺陷主要影响脉冲频谱中的高频成分，而表面下缺陷主要影响脉冲频谱中的低频成分。（6） 周期方波信号的频谱特点(1)只包含直流分量、基波分量和各奇次谐波分量。(2)周期方波信号幅频谱中各次谐波的幅值随着频率的增加不断减小;相频谱中各次谐波分量的初始相位均为 /2 rad。(3)根据电磁感应原理可以判断，脉冲涡流检测信号仍然为与激励信号频率成分相同的多频信号，但各频率成分的幅值和相位发生了不同的变化。17. 信噪比18. 系统灵敏度19. 巴克豪森检测MBN的产生机理20. 地震中，横波和纵波从震源发出的波动有两种成分: 一种代表介质体积的涨缩，称为涨缩波，其质点振动方向与传播方向一致，所以又称纵波。另一种成分代表介质的变形，称为畸变波，其质点振动方向与传播方向垂直，所以又称横波。纵波的传播速度较快，在远离震源的地方这两种波动就分开，纵波先到，横波次之。因此纵波又称P波，横波又称S波。21. 压电效应与逆压电效应 某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为压电效应。反之当晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。 用有压电效应的晶体材料做的晶片，在高频电压的激励下在产生厚度方向的伸缩，这样产生振动传出就成超声波。如果晶片在超声波的声压作下，在晶片两侧产生电荷，产生一个小的电信号，经放大器放大后可识别22. 超声相控阵检测原理超声相控阵技术是通过控制各个独立阵元的延时，可生成不同指向性的超声波束，产生不同形式的声束效果，可以模拟各种斜聚焦探头的工作，并且可以电子扫描和动态聚焦，无需或少移动探头，检测速度快，探头放在一个位置就可以生成被检测物体的完整图像，实现了自动扫查，且可检测复杂形状的物体，克服了常规A型超声脉冲法的一些局限。换能器发射的超声波遇到目标以后产生回波信号，其到达各阵元的时间存在差异。按照回波到达各阵元的时间茅对各阵元接收到的信号进行延时补偿，然后合成相加，根据信号处理的结果判断出回波声源的位置23. EMA（1）与压电超声的区别与传统的压电超声同属于超声范畴，它们的本质区别就在于换能器不同，也就是发射接收方式不同，压电超声换能器是靠压电晶片的压电效应，发射和接收超声波的，它的能量转换是在晶片上进行的。而EMAT则是靠电磁效应发射和接收超声波的。其能量转换则是在工件表面的趋肤层内直接进行的，所以它不需要任何耦合介质.（2）组成高频线圈：用于产生高频激发磁场。磁铁：用来提供外加磁场，它可以是永久磁铁或直流电磁铁，也可以是交流电磁铁或脉冲电磁铁。工件：检测对象，它是EMAT的一部分。（简称EMAT三要素）,但工件的材质必须具有导电性或铁磁性，或导电性和铁磁性都具有。（3）原理：当置于工件表面上的高频线圈通过高频电流时，它要在工件的趋肤层内产生涡流，（或感应磁场，相当于电动机的转子）此涡流在外加磁场（相当于电机定子磁场）的作用下，也会像电动机那样受到机械力的作用，而产生高频振动，形成了超声波波源。在接收超声波时，如同发电机的转子在定子的磁场中旋转，会在转子中产生感应电流一样，工件表面的振荡也会在外加磁场力的作用下，在高频线圈中感应出电压而被仪器接收。因此，存在于上述机制中的这些相互作用就构成了检测的全过程24. 真空磁导率410-7T.m/A空气磁导率=1铁磁性材料磁导率=300025. 漏磁检测技术（2）基本原理将被测铁磁材料磁化后，若材料内部材质连续、均匀，材料中的磁感应线会被约束在材料中，磁通平行于材料表面，被检材料表面几乎没有磁场；如果被磁化材料有缺陷，其磁导率很小、磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，其感应线会发生变化，部分磁通直接通过缺陷或从材料内部绕过缺陷，还有部分磁通会泄露到材料表面的空间中，从而在材料表面缺陷处形成漏磁场。利用磁感应传感器（如霍尔传感器）获取漏磁场信号，然后送入计算机进行信号处理，对漏磁场磁通密度分量进行分析能进一步了解相应缺陷特征比如宽度、深度。（2）漏磁场当磁通量从一种介质进入到另一种介质时，若两种介质磁导率不同，在介面上磁力线的方向一般会发生突变。 若工件表面存在缺陷，经磁化后，缺陷处空气的磁导率远小于钢材的磁导率，在介面上磁力线方向将发生