5 涡流检测新

第五讲涡流检测对应教材内容：3.1涡流检测的基本原理3.2涡流检测的阻抗分析法,涡流的产生,当导电体靠近变化着的磁场或导体作切割磁力线运动时，导电体内感应出呈涡状流动的电流。,涡流的害处,涡流有时非常有害，如变压器的铁芯在工作时会产生涡流，增加能耗，并导致变压器发热。为了减少发热，降低能耗，提高变压器效率，一般不用整块材料作铁芯，而是把铁芯材料首先轧制成很薄的板材，板材外面涂上绝缘材料，再把板材迭放在一起，形成铁芯。这样，变压器在工作时，铁芯中的每一片材料的回路都很小，涡流就降低了。,真空感应炉,但有时我们又要利用涡流。既然导体中有电流可以发热，我们就能够利用足够大的电力在导体中产生很大的涡流，使金属受热甚至熔化。,在感应炉中，有产生高频电流的电源，有产生交变磁场的线圈，线圈中间放置一个耐火材料制造的坩埚，用来放有待熔化的金属。,一个简单的涡流检测系统包括一个高频的交变电压发生器、个检测线圈和个指示器。高频的交变电压发生器或称为旋振荡器供给检测线圈以激励电流，从而在试件周围形成一个激励磁场，这个磁场在试件中感应出涡流，涡流又产生自已的磁场、涡流磁场的作用是削弱和抵消激励磁场的变化，而涡流磁场中就包含了试件好坏的信息。,涡流检测的基本原理,只适于导电材料。特别适用于表面和近表面缺陷的检测用于异形材及小零件的检测（涡流检测线圈可绕制成各种形状，超声检测正方形、三角形等有困难）广泛应用于小轴、销钉、螺母、钢球等工件。不需用耦合剂，易于实现管、棒、线材高速、高效的自动化检测。可在高温、薄壁管、细线、害件内孔表面等其它检测方法不适用的场合实施检测。,涡流检测的特点,影响涡流检测的要素,导电试件检测线圈和检测仪器检测线圈与试件间距机械传动自动检测过程中的机械传动装置性能，包括同心度、直度、振动、速度稳定性能等等都会影响祸流检测的精度。标准试样块,GE检测科技,涡流检测是一种结果精确、使用广泛、技术成熟的检测技术。自从2004年7月31日GE检测科技收购霍金公司（HOCKINGNDT）之后，世界顶尖的涡流技术专家齐聚GE检测科技，为客户提供一流的产品、服务和解决方案。,试件性能性质对涡流检测的影响,凡是对涡流的流动和分布会产生影响的试件性能，都会影响涡流检测。,（1）试件的电导率。电导指的是试件传导电流的能力，与之相反，电阻是试件阻碍电流流动的能力，电阻与电导成反比。（2）试件的化学成分。化学成分影响试件的涡流检测，因此可以利用这点分选钢材等。,（3）试件中的缺陷。涡流圆环形流动，如果有缺陷，涡流就发生畸变，产生畸变的涡流磁场，被检测线圈接收。（4）试件的强度和硬度。对材料的电导率有影响，所以可用来确定热处理、脱碳层等工艺过程。（5）试件的温度。温度影响电导率。检测温度时尽量避免涡流引起的发热。,试件性能性质对涡流检测的影响,检测线圈：输送激励磁场和接收涡流畸变信息涡流形成磁场在激励线圈中产生感应电流，该电流与涡流方向相反，与激励电流方向相同，涡流的反作用使激励线圈中电流增加。如果涡流发生变化，这个反作用电流也会变化。激励电流和反作用电流之间有一个相位差，这个相位差也随着试件的性能而变化，因而，也可以利用这个相位差得到试件性能的信息。,检测线圈,为适应不同形状试件，有多种形式检测线圈。只有一个绕组的称为绝对式线圈，一般用于检测长裂纹、厚度或者间距。有两个绕组差动连接的称之为差动式线圈，可消除试件化学成分、热处理、应力等因素轻微变化时对检测的影响。,检测线圈,绝对式：直接测量线圈阻抗的变化、在检测时可将标淮试件放入线圈，调整仪器，使信号输出为零；再将被检试件放入线圈，若无输出，表示试件和标准试件的确定参数相同；若有输出，则依据检测目的，判断引起线圈阻抗变化的的原因。,检测线圈接线方式,绝对式探头优缺点,优点：1）对材料性能或形状的突变或缓慢变化均能做出反应2）容易区分混合信号3）能显示缺陷的整个长度缺点：温度不稳定时易发生漂移对探头的颤动比较敏感,标准比较式典型的差动式涡流检测。采用两个检测线圈反向联接成为差动形式，一个线圈中放被检试件标准件，另一个线圈放入待检试件。如果待检试件不同于标准试件，则就有信号输出。,检测线圈接线方式,检测线圈接线方式,自比较式是标准比较式的特例。采用同一检测试件的不同部分作为比较标准，故称为自比较式。两个相邻安置的线圈，同时对同试件相邻部位进行检测时，该检测部位的物理性能及几何参数变化通常比较小，对线圈阻抗影响也比较微弱；如果将两个线圈差动联接，这种微小变化的影响则几乎被抵消。,优点：1）不会因温度不稳定而发生漂移2）对探头颤动的敏感度比绝对式低缺点：对平缓变化不敏感，可能漏检长而平缓的缺陷只能探出长缺陷的起点和终点可能产生难以解释的信号,差动式探头优缺点,线圈选择及应用范围,检测线圈(探头),穿过式线圈：被检试件在线圈中通过，冶金、机械行业对各种金属管、棒、线材的在线探伤。,点探头式线圈,涡流场较集中，激励强度大，渗透较深。有笔式、弯45度角、弯90度角等多种外形的探头，主要用于汽轮机、航空发动机的叶片，飞机的机翼、起落架以及其它机械零部件的现场检测。,内插式线圈,该探头主要用于各种在役管道（如铜管、钛管、铝管等金属管道）、螺栓孔等的现场检测。,交变电流分布的趋肤效应：当交变电流通过导体时，分布在导体横截面的电流密度是不均匀的，即表层电流密度最大，越靠近截面的中心电流密度则越小。趋肤效应的存在使交变电流激励磁场的强度以及感生涡流的密度从被检材料或工件的表面到其内部按指数分布规律递减。,涡流的趋肤效应,涡流的渗透深度,渗透深度：在涡流检测中，将涡流密度衰减为其表面密度的1/e（36.8%）时对应的深度，其数学表达为：,h：渗透深度f:电流频率r:相对磁导率:电导率3h:涡流探伤能达到的极限深度（密度仅为表面5）,涡流的趋肤效应和渗透深度,由上式可见，f、r、愈大，h则愈小。因此可知，对于给定的被检材料，应根据检测深度的要求合理选择涡流检测频率。,激磁频率f/Hz,部分材料标准渗透曲线,渗透深度h/In,各参数对涡流趋肤效应影响,铅,铜,银,f低,f高,铅铜银,铁铜,磁导率电导率激励频率f,激励频率的选择,（1）通过趋肤深度公式计算,（2）检测灵敏度,fg特征频率是试件本身性质，由材料电磁特性和几何尺寸决定。f/fg之值适当高一些。然而太高，渗透深度变小。,（3）检测速度：调制信号的周期必须大大于激励信号。而调制信号周期决定于缺陷的长度、检测线圈的宽度，以及试件前进速度。,检测线圈取信号的方式,取信号幅值的变化。检测线圈阻抗在涡流磁场发生变化时会发生相应变化，而线圈阻抗的变化又会引起差动线圈或探头桥路的输出电压幅值发生变化，所以信号的幅值就反映了试件涡流的变化，也包含了试件质量的信息。取信号相位的变化。因为在信号相位中也含有试件质量的信息。在这种仪器中只取信号的相位，而不取信号的幅值，所以先将检测线圈的输出信号放大至饱和，然后对饱和的信号进行鉴相。大多用于测厚。同时取信号和相位的变化。,取频率的变化。将检测线圈设置在振荡器的振荡线路中时，若检测线圈的阻抗发生变化，则就改变了振荡线路的谐振参数，从而使线路的谐振频率发生变化，在线路的后面加上频率计。,检测线圈取信号的方式,归根到底，无论采取哪一种取信号的方式，其根源全部是取检测线圈阻抗的变化，只是反应的形式不同。,试件的电磁特性,非磁性材料:铝、铜,铁磁件材料：钢铁、镍、钴,在激励频率、试件尺寸、线圈尺寸全部恒定的条件下，影响试件涡流的主要因素就是电导率。,试件中不仅产生涡流，而且被磁化，形成两个磁场。一个由涡流引起，一个由磁化引起。,涡流检测应用,探伤材质检验（材料成分及杂质含量；热处理状态的鉴别；混料分选；涡流测厚）（实质是测量电导率）,铜中杂质含量与电导率时效硬化铝合金硬度与电导率关系,涡流检测应用,汽车,天然气,电力,航空,对于铁磁性材料,常规涡流探伤简单地应用于铁磁性材料的钢管，得不到预期的结果，其原因何在？这是由于铁磁性材料1，根据涡流标准渗透公式,在这种情况下，涡流只能集中在表面，无法渗透到材料的内部。除此以外，铁磁性材料的磁畴结构，将对涡流检测信号产生极大的干扰，足以把缺陷信号完全淹没，而无法得到有用的信息。,对于铁磁性材料,克服铁磁性金属磁导率对探伤影响的方法有两种：其一，采用远场涡流检测方法,需要更新仪器。其二，对钢管进行饱和磁化后再探伤，只需在原有常规仪器的基础上增加磁饱和装置即可对钢管等进行探伤，具有投资少的优点。经过磁饱和处理后