涡流检测技术

涡流检测技术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试件时，由于线圈磁场的作用，试件会感生出涡流。涡流大小、相位及流动性是受到试件导电性能等的影响，涡流的反作用又使检测线圈的阻抗发生变化。因此通过测定检测线圈阻抗的变化，或线圈上感应电压的变化，就可以得到被检材料有无缺陷。涡流检测基本原理图涡流检测的特点

优点：（1）不需耦合剂，对管、棒、线材易于实现自动化。（2）对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高。（3）能在高温、高速下进行检测。（4）应用范围广，对影响感生涡流特性的各种物理和工艺因素均能实现检测。（5）工艺简单、操作容易、检测速度快。缺点：（1）只适合导电材料表面和近表面的检测。（2）难以判断缺陷的种类、形状和大小。（3）干扰因素较多，需要特殊的信号处理技术。（4）对形状复杂的试件难以进行检测。目的检测因素典型应用探伤试件中的裂纹、腐蚀、凹坑、夹杂、气泡等管、棒、线、板材等的探伤；机制件的探伤；飞机维护及管道系统的维护检查；疲劳裂纹的监视。材质试验电导率磁导率测量金属试件的电磁参数；金属热处理状态的鉴别；金属材料的分选；金属材料成分含量、杂质含量的鉴别。厚度及位移等的测量提离效应、厚度效应、充填效应等金属试件上涂、镀等膜层测量；板材测厚；位移、振动测量；液面位置、压力等的监控；试件尺寸、形状测量等。涡流检测的主要用途及影响感生涡流的特性的主要因素主要应用（1）能检测出材料和构件中的缺陷，例如裂纹、折叠、气孔和夹杂等。（2）能测量材料的电导率、磁导率、检测晶粒度、热处理状况、材料的硬度和尺寸等。（3）金属材料或零件的混料分选。通过检查其成分、组织和物理性能的差异而达到分选的目的。（4）测量金属材料上的非金属涂层、铁磁性材料上的非铁磁性材料涂层和镀层的厚度等。（5）在无法进行直接测量的情况下，可用来测量金属箔、板材和管材的厚度，测量管材和棒材的直径等。涡流检测的技术原理涡流检测实质是检测线圈阻抗的变化。当检测线圈靠近被检工件时，其表面出现电磁涡流，该涡流同时产生一个与原磁场方向相反的磁场，并部分抵消原磁场，导致检测线圈电阻和电感分量变化。若金属工件存在缺陷，就会改变涡流场的强度及分布，使线圈阻抗发生变化，通过检测这个变化就可发现有无缺陷。涡流检测示意图图为涡电流在检测工件上流动的情形，垂直于涡电流流向的裂纹阻挡了它的流动，使工件上反射磁场随之发生变化，进而导致检测线圈阻抗和电压改变而被探测出；但是如果裂纹走向与涡电流方向平行，缺陷很难被发现，因此，一般涡流检测时必须从多个方向进行检测。趋肤效应和渗透深度当激励线圈中通以交流电时，在试件某一深度上流动的涡流会产生一个与原磁场反向的磁场，减少了原来的磁通，并导致更深层的涡流的减少，所以涡流密度随着离表面距离的增加而减少，其变化取决于激励频率、试件的电导率和磁导率，在试件中感应出的涡流集中在靠近激励线圈的材料表面附近，这种现象叫做趋肤效应。趋肤效应的大小以渗透深度来描述，即电流密度减少到表面电流密度的时的深度。渗透深度与频率的平方根成反比。涡流阻抗分析

线圈的阻抗用检测线圈的阻抗变化来测定受检试件性能影响而产生的涡流的变化。线圈自身的阻抗一个线圈并不是一个纯电感，而是需用电阻、电感、电容组合而成的等效电路来表示。线圈自身的复阻抗：耦合线圈的阻抗表示检测线圈的自阻抗，即线圈空载阻抗，

为空载的感抗。表示涡流环的自阻抗，为涡流环的感抗。表示检测线圈与涡流环的耦合阻抗，

称为耦合电抗。等效阻抗与视在阻抗等效阻抗：表示被测导体上的涡流场对检测线圈的影响。视在阻抗：检测线圈的视在阻抗是自阻抗与等效阻抗之和。阻抗图视在电阻视在电抗阻抗的归一化

经过归一化处理后的电阻和电抗都是无量纲的量，并且都恒小于1。归一化阻抗图的特点（1）它消除了原边线圈电阻和电感的影响，具有通用性。（2）阻抗图的曲线簇以一系列影响阻抗的因素作为参量。（3）阻抗图形定量地表示出各影响阻抗因素的效应大小和方向。（4）对于各种类型的工件和检测线圈，有各自对应的阻抗图。进行涡流检测的步骤：（探针式涡流探伤仪为例）摸清被检零件的裂纹规律如零件的材料组织与特性、结构形状、制造时的加工方法、装配位置、使用时间、受力状态、可能产生或经常产生裂纹的部位、裂纹的方向等。参考试件的准备和制作最好采用报废的有自然缺陷（裂纹）的相同零件作为参考试件。也可用无自然裂纹的零件，在容易产生疲劳裂纹的部位用机械加工法，或腐蚀法，或电火花加工人工缺陷的参考试件。涡流探头的选择1所选择的涡流探头必须与所用的探针式涡流探伤仪相匹配。所选择的涡流探头一定要有足够高的检测灵敏度。所选择的涡流探头一定要便于接近被检区域。几种通用形式的探针式涡流探头正确标定仪器检测“灵敏度”的选择“提离”旋钮的调整“零位”旋钮的调整严格执行涡流检测工艺涡流检测时，探头移动的扫描速度不宜太快。探头两次间的扫描距离不宜过大。对探头施加的压力不宜大，但要均匀，只要轻轻接触零件表面即可。探头在扫描过程中，尽可能保持探头磁芯轴线与被检零件表面相垂直。裂纹信号的识别1干扰信号的种类被检零件材料不均匀所产生的干扰信号探头与被检零件相对位置的变化所引起的干扰信号受检区域的形状发生变化所引起的干扰信号对非磁性材料零件进行涡流检测中探头接近磁性材料零件时引起的干扰信号2裂纹信号的识别当探头在受检部位扫描移动时，如果仪器的电表指针发生较小的、缓慢的正偏转，一般都属于材料不均匀所引起的干扰信号，而不是裂纹等缺陷信号当探头在受检区域扫描移动时，如仪器的电表指针在受检区发生大面积报警现象，通常不是裂纹信号，多属仪器“零位”旋钮定的太高当探头垂直于裂纹的方向扫描移动时，如果仪器的电表指针发生突然的正偏转，且探头移动少许，电表指针又立即恢复原位，这种突变信号属裂纹信号，表明探头下面有裂纹存在。当探头平行于裂纹方向的扫描移动过程中，当探头移动到某一点时，仪器发生突然的正偏转，其后探头虽继续移动但电表的示值不变，只有探头移动到另一点后，电表指针才恢复原位。这种信号也属于裂纹信号，表明在上述两点之间有裂纹存在当探头从零件的中间部位移动到零件的边缘时，仪器所发生的报警现象，是由于边缘效应所致