涡流检测的物理基础课件-002

涡流检测技术材料工程系：马胜梅第一章涡流检测的物理基础复习1、涡流检测的基本原理？Conductive

materialCoilCoil'smagneticfieldEddycurrentsEddycurrent'smagneticfield复习2、涡流检测的优点3、涡流检测适用范围？

铝合金锻件的热处理质量、碳钢的材料分选、

导电材料的表面缺陷、铝铸件表面裂纹、

钢表面淬火硬度不均匀度、铸钢中心部位孔穴、

钢焊缝的母材与熔敷金属界面、金属表面涂层厚度的测定。凡是有电荷的地方，周围就存在着电场。电场的基本性质是，对处在场中的任何其他电荷都有作用力(同性相斥、异性相吸)，称为电场力。同时，当带电体(或电荷)在电场中移动时，电场力要对它做功，这表示电场还具有能量。电场表征电场能量性质的物理量叫电位，是个数量，用U表示。电场中某点的电位，它的大小等于单位正电荷从该点移到无限远处时电场力所做的功。而电场中ab两点之间电位的差叫做电位差，也叫电压．用Uab来表示。电位1.3涡流检测的基础知识1.3.1

材料的导电性1.金属导电的物理本性自然界中的物体按照电荷在其中是否容易转移或传导可以分为导体、绝缘体和半导体三类。导体：凡是能够迅速转移或传导电荷的物体叫导体如金属等；绝缘体：几乎不能转移或传导电荷的物体叫绝缘体，如橡胶、玻璃等；半导体：而介于两者之间的叫半导体如石墨、硅、锗等。导体和绝缘体可以相互转化，玻璃常温下是绝缘体，高温熔化后变成了导体1.3.1材料的导电性2.电流和电阻

如果在金属的两端提供电位差，就会在金属中产生电场。于是，自由电子在这个电场的作用下就会从低电位移向高电位，从而形成电流。由于在金属中自由电子的数量多，很容易发生电荷的移动，因此，金属容易导电。欧姆定律即：金属为什么会导电呢？金属原子的结合方式这种阻碍电荷移动的能力称为电阻。对于给定材料的一段导体，它的电阻与长度（L）与横截面积(s)成反比，即是一个仅与导体材料有关的物理量，叫材料的电阻率，单位是欧姆·米。

电阻率的倒数σ称作电导率。2.电流和电阻1.3.1材料的导电性1.3.1材料的导电性工程技术中还可用IACS（国际退火铜标准）单位来表示电导率:电阻率的值越小,电导率的值越大,材料的导电性能就越好常用金属材料的电阻率、电导率及温度系数见表1-1(课本第4页)。1.3.1材料的导电性

温度对电阻的影响金属的电阻随温度的升高而增大。当温度接近于熔点或接近0K时，电阻与温度呈下式所表示的线性关系：3.影响金属导电性的主要因素

电阻温度系数随所选择的起始温度T0而异。当电阻率与温度呈线性关系时，对不同起始温度的电阻温度系数可用下式换算：1.3.1材料的导电性1.3.1材料的导电性

杂质对电阻的影响

纯金属具有规则的结晶格子，因此电阻率很小。杂质，即使含量极少，也会导致金属晶格的畸变，造成电子散射，电阻率增加。1.3.1材料的导电性

应力对电阻的影响

弹性范围内单向拉伸或者扭转应力能提高金属的电阻率，并存在下面的关系：

单向拉应力使电阻率增加了，拉伸时使原子的间距增大，同时晶格也发生了扭曲。单向压应力时电阻率有所降低。1.3.1材料的导电性

形变对电阻的影响

金属冷加工引起的变形对电阻亦有影响，当冷变形度超过10％时，电阻稍有增加，通常纯金属由冷变形引起的电阻率的增加约为2—6％。1.3.1材料的导电性

热处理对电阻的影响

导电金属经冷变形后，强度和硬度增高，导电性降低。退火后，其电导率可得到恢复。非导电材料：橡胶、油漆、金属氧化物、塑料、搪瓷。导电性好的材料：银、铜、铝、铁、钛半导体：石墨、硅、锗4.典型材料的导电性

1.3.1材料的导电性复习1、电流和电阻的产生原理2、电阻率和电导率3、国际退火铜标准表示电导率4、影响金属导电性的因素温度、杂质、应力、形变、热处理1.3.2材料的磁特性磁铁能够吸引铁块是人所共知的磁现象。每一块磁铁都有两个磁极一个叫N极一个叫S极。两个相同的极就会互相排斥；不同的极则互相吸引。这说明，磁铁的磁极之间有相互作用力存在，叫做磁力。1.物质的磁特性磁力1.3.2材料的磁特性磁场磁场不只是由磁铁产生，电流也能产生磁场1.3.2材料的磁特性磁场1.3.2材料的磁特性一切物质都是由原子所构成的，而原子则是由原子核和电子所组成，这些运动着的电子(它不仅绕核旋转，而且还有自旋)相当于一个闭合回路的电流，这种特殊形式的电流在它自己的用围产生了磁场。因此物质的磁性是电子在原子中的旋转运动所引起的。也就是说，自然界中没有非磁性的物质，它们毫无例外地都具有不同程度的磁性。

1.物质的磁特性轨道磁矩自旋磁矩1.3.2材料的磁特性1.物质的磁特性

当原子中一个电子层已经排满时，这个层电子磁矩总和就等于零，该原子就没有磁矩；若一个原子的电子层未被排满，电子磁矩的总和不为零，该原子就有了磁矩。

物体本身内部电子的自旋和轨道磁矩和为零，对外不显示磁性，若加上外加磁场就被磁化，会表现出一定的磁性。到底一个原子有没有磁矩？或者对外显示磁性吗？1.3.2材料的磁特性根据磁性的强弱，又可将物质分为抗磁性、顺磁性和铁磁性三类。抗磁性物质：使磁场减弱的物质，磁化率为负。氢、水、金、银、铜等；顺磁性物质：使磁场略有增强的物质，磁化率为正。氧、空气、铝、铂等。高温下（高于居里温度时）铁、钴、镍具有顺磁性。铁磁性物质：使磁场剧烈增加的物质，磁化率很大。铁、钴、镍等。1.物质的磁特性1.3.2材料的磁特性铁磁性的基本特点是自发磁化和磁畴。自发磁化：由于物质自身的能量，使任一小区域内的所有原子磁矩都按一定规则排列起来的现象。2.磁畴磁畴：铁磁性物质在不强的磁场作用下，就容易磁化到饱和，其原因是物质内部有磁畴存在。铁磁性物质在没有外磁场作用时，原子磁矩已在一个个小的区域内按某一方向平行排列，每一个小域都达到了磁化饱和的程度．这种小区域称为磁畴。

畴壁1.3.2材料的磁特性

磁化是通过磁畴的转动和磁畴畴壁的移动来完成的。若铁磁性物质需要的磁化能量小，说明它容易磁化，反之就难于磁化。

磁化

若将铁磁性物质置于外磁场中，磁场作用使磁畴的磁矩从各个不同方向转到磁场的方向或接近磁场的方向，因此对外呈现较强或很强的磁性。这一过程就是磁化。1.3.2材料的磁特性磁导率磁介质中磁感应强度与磁场强度之比。用μ表示表征磁介质导磁性能的物理量磁场强度H其实是指外加磁场的强度，乘以一个系数μ，得到因磁感应而磁化以后总磁场的强度B，即磁感应强度1.3.2材料的磁特性各种铁磁性材料的磁导率由冷加工、淬火处理、杂质等引起的晶格变化，阻碍畴壁移动，会使磁导率降低。退火处理会使磁导率上升。1.3.2材料的磁特性当没有外磁场作用时，铁磁物质内部各磁畴的磁矩取向是杂乱无章的，磁矩是相互抵消的，因而对外不显磁性。但当铁磁材料被置于外磁场中时，在磁场作用下，各个磁畴磁矩在一定程度上沿着磁场方向排列起来，这样在宏观上就对外显示出一定的磁性。为了描述材料的磁化状态，定义一个称为磁化强度的矢量，用M表示。它表示单位体积内所有磁矩的矢量和。单位是A/M（安/米）。3.铁磁性材料的磁化规律磁化强度1.3.2材料的磁特性实验方法测定磁化曲线，1871年斯托列托夫最早测定了铁的磁化曲线。磁化场是由绕在环状铁芯上的螺管产生的，改变磁场强度是通过改变电流大小的方法得到的。磁化曲线1.3.2材料的磁特性

磁化曲线：铁磁性材料的磁化曲线如图所示。铁磁性物质在外磁场作用下所具有的磁化规律，又称技术磁化曲线饱和磁化强度磁化率1.3.2材料的磁特性磁化率大于和小于0分别表示什么？磁导率

在涡流检测中，对于非磁性材料ų可看作为常数，不必考虑ų的变化所带来的影响，而铁磁性材料，不仅ųr很大，ų实际上也是个变量，因此，需要考虑ų的变化所产生的效应。1.3.2材料的磁特性1.3.2材料的磁特性总结磁导率：磁化率：磁化强度：磁性材料的磁性是随着温度而改变的。在一定温度以上，材料的磁性就完全消失，这个使磁性材料完全失去磁性的温度称为居里温度(或称居里点)。它是强磁性和顺磁性转变的温度，也就是铁磁性材料使用温度的最高极限。1.3.2材料的磁特性4.居里温度

1.3.2材料的磁特性铁磁性材料在居里温度以上进行涡流检测可视为非铁磁性材料1.3.2材料的磁特性磁化后的剩余磁感应强度Br5.磁滞回线

剩磁矫顽力用Hc表示矫顽力磁滞回线和磁滞现象磁锻炼磁滞回线所包围的面积表示的铁磁性物质磁化与反磁化一周的能量损耗，称为磁滞损失。不同铁磁材料的饱和磁滞回线所包围的面积是不同的，软磁材料的磁滞回线狭窄，所包围的面积小，故磁化时损耗的能量小，磁化容易；硬磁材料的磁滞回线形状肥大，所包围的面积大，损耗的能量多，故磁化困难。非铁磁性材料，相同的磁场强度引起的变化要比铁磁性材料小得多，其回线是直线，没有饱和与滞后现象。磁滞现象是铁磁性材料磁化所特有的现象。1.3.2材料的磁特性磁滞损失1.3.2材料的磁特性TQ两点连线的斜率称为增量磁导率。局部磁滞回线在检查铁磁性材料的缺陷时，常用直流磁化的方法将铁磁性材料磁化到饱和，使磁导率的变化趋向等于1的渐近线趋近，故可作为非铁磁性材料来对待。1.3.2材料的磁特性主要有温度、形变以及材料的组织等。一般饱和磁化强度Ms随温度的升高而下降，低温时Ms下降得较为缓慢，当温度接近居里点时Ms急剧下降，到居里点时为零。这种下降是由于原子的热运动产生的自旋无序倾向所造成的。对于磁导率和温度的关系可分为两种情况，6.影响材料铁磁性因素的作用规律

1.3.2材料的磁特性1.3.2材料的磁特性

塑性形变越大使磁导率下降，矫顽力增大，退火后磁导率提高，矫顽力降低。晶粒越细小磁导率越小，矫顽力越大。材料组织影响，晶粒大小和加工硬化的影响相同。铁素体晶粒越细小，磁导率越小，矫顽力越大。总结：纯度越高磁导率越大，矫顽力越小；晶界亚晶界、位错越少，磁导率越高，矫顽力越小；应力越小，磁导率越高，矫顽力越小。1.3.2材料的磁特性1.3.2材料的磁特性当合金形成置换固溶体时：

在铁磁性金属中溶入抗磁性金属，可使磁化强度降低，并随着溶质原子浓度的增加而下降。溶质原子的原子价愈高，则磁化强度降低得就愈剧烈，见下图

7.合金的磁特性

在铁磁性金属中溶入抗磁性金属，铁钴镍是铁磁性物质1.3.2材料的磁特性铁磁物质溶入强顺磁性金属时，少量的溶质能使Ms增高，但溶质浓度增加得多时，反而导致Ms降低。

两种铁磁性物质组成固溶体时，如Fe—Ni和Ni—Co，它们的Ms随着固溶体的浓度增加单调下降。Ni—Co合金在W(Co)=30％原子时Ms出现极大。1.3.2材料的磁特性④固溶体的有序化对合金的磁性影响很显著，例如Ni—Mn合金，1.3.2材料的磁特性长时间退火后合金有序化后Ms增大，有极值无序化状态，随着锰的含量增大，Ms降低1.3.2材料的磁特性当合金形成间隙固溶体时：

矫顽力随溶质原子浓度增加而增加，并且在浓度低的范围增加的显著。当合金组合成化合物时，

有显著化学结合的中间相是顺磁的，FeMo2、FeZn2等；铁磁性金属与非金属组成的化合物都是铁磁性的，铁的氧化物，硫化物等。组成多相合金时由相应的磁化强度值相加得到。1.3.2材料的磁特性组成多相合金时，磁性还与相的形状、大小、分布情况及结构、应力状态有关

铁素体是强铁磁性相，磁性转变点是768℃渗碳体是弱铁磁性相,磁性转变点是210℃。铁素体在768℃点以上是顺磁的，910℃以上转变为顺磁的γ相。

只有奥氏体、残余奥氏体及合