涡流检测技术教材

1涡流检测技术2

将导体放入变化的磁场中时，由于在变化的磁场周围存在着涡旋的感生电场，感生电场作用在导体内的自由电荷上，使电荷运动，形成涡流。I涡什么是涡流3(1)工频感应炉的应用

在冶金工业中，某些熔化活泼的稀有金属在高温下容易氧化，将其放在真空环境中的坩埚中，坩埚外绕着通有交流电的线圈，对金属加热，防止氧化。抽真空涡流的应用4涡流的应用(2)用涡流加热金属电极

在制造电子管、显像管或激光管时，在做好后要抽气封口，但管子里金属电极上吸附的气体不易很快放出，必须加热到高温才能放出而被抽走,利用涡流加热的方法，一边加热，一边抽气，然后封口。抽真空接高频发生器显像管5(3)电磁炉

在市面上出售的一种加热炊具----电磁炉。这种电磁炉加热时炉体本身并不发热，在炉内有一线圈，当接通交流电时，在炉体周围产生交变的磁场，当金属容器放在炉上时，在容器上产生涡流，使容器发热，达到加热食物的目的。涡流的应用6涡流的应用(4)电度表记录电量

电度表记录用电量，就是利用通有交流电的铁心产生交变的磁场，在缝隙处铝盘上产生涡流，涡流的磁场与电磁铁的磁场作用，表盘受到一转动力矩，使表盘转动。oo’7涡流的危害

由于涡电流在导体中产生热效应，在制造变压器时，就不能把铁心制成实心的，这样在变压器工作时在铁心中产生较大的涡流，使铁心发热，造成漆包线绝缘性能下降，引发事故。因此在制作变压器铁心时，用多片硅钢片叠合而成，使导体横截面减小，涡流也较小。82.1涡流检测概述一、发展历程1824年加贝涡流存在1831年法拉第电磁感应现象1873年麦克斯韦方程电磁场理论1879年休斯首次应用判断不同金属和合金1926年涡流测厚仪1935年涡流探伤仪1942年自动化检测50年代福斯特阻抗分析法理论和实践的完善60年代我国开始研究，主要应用于航天等领域

9二、涡流检测原理2.1涡流检测概述102.1涡流检测概述三、涡流检测方法激励线圈产生交变磁场间接方法导体中感应出涡流涡流磁场改变原磁场线圈电压阻抗变化判断导体的特性111.涡流检测线圈及其分类◆按相对位置分2.1涡流检测概述◆按使用方式分◆按激励源分◆按输出信号分122.涡流检测显示方式3.涡流检测应用范围

探伤材质检测几何尺寸参量2.1涡流检测概述13四、涡流检测特点优点：表面检测灵敏度高无耦合，非接触速度快，易于自动化可测参量多，应用面广可用于高温检测以及异型或小零件检测结果便于记录和分析无污染2.1涡流检测概述142.1涡流检测概述缺点：只能用于导电材料检测对深层缺陷不敏感区分不同参量的影响困难难于进行定量分析检测复杂形状零件效率低检测结果不直观15一、金属材料的导电性能影响因素包括：温度：固态、液态应力：拉伸、扭转、压应力形变：范性形变热处理：退火、淬火成分：固溶体2.2涡流检测基础知识2.2.1金属材料的电磁特性16二、金属材料的导磁性能1.几个基本概念磁场强度H:作用于单位磁极的磁力大小磁通Φ：穿过某一空间的磁力线磁感应强度Β：穿过单位面积的磁通量2.2涡流检测基础知识172.物质的导磁性能磁导率：真空磁导率µ0、相对磁导率µr

按µr值的不同，磁介质分为三类：

µr>1：顺磁质，氧、铝、钨、铂、铬等。

µr<1：抗磁质，氮、水、铜、银、金等。

µr>>1：铁磁质，铁、钴、镍等。2.2涡流检测基础知识183.铁磁质◆技术磁化的过程初始磁化区急剧磁化区旋转磁化区饱和磁化区2.2涡流检测基础知识19◆磁滞回线2.2涡流检测基础知识20软磁材料

r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小。作变压器，还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。纯铁，硅钢，坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。2.2涡流检测基础知识21硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力(Hc)大（>102A/m)，剩磁Br大。磁滞回线的面积大，损耗大。永久磁铁，还用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。2.2涡流检测基础知识22矩磁材料Br=BS

，Hc不大，磁滞回线是矩形。用于记忆元件，当+脉冲产生H>HC使磁芯呈+B态，则–脉冲产生H<–HC使磁芯呈–B态，可做为二进制的两个态。锰镁铁氧体锂锰铁氧体2.2涡流检测基础知识23◆磁导率曲线2.2涡流检测基础知识24一、几个基本规律1.毕奥－萨伐尔定律：载流导线在真空中某点产生的磁感应强度为导线的每个电流元产生的磁感应强度的矢量和。2.2.1电磁现象基本规律2.2涡流检测基础知识25◆载流无限长直导线的磁场2.2涡流检测基础知识26◆载流圆线圈轴线的磁场2.2涡流检测基础知识27◆载流螺线管的磁场2.2涡流检测基础知识282.安培环路定理：

在稳恒电流的磁场中，磁感应强度B沿任何闭合回路L的线积分，等于穿过这回路的所有电流强度代数和的µ0倍。

2.2涡流检测基础知识293.磁的高斯定理：

从一个闭合面S的某处穿进的磁感应线必定要从另一处穿出，所以通过任意闭合面S的磁通量恒等于0。

2.2涡流检测基础知识304.电的高斯定理：

通过任意一个闭合曲面S的电位移矢量等于该面所包围的所有电荷电量的代数和。

2.2涡流检测基础知识315.法拉第电磁感应定律：当通过一导体回路所包围的面积的磁通量发生变化时，在回路中就会产生感生电动势和感生电流，描述该感生电动势和磁场变化之间的关系即为法拉第电磁感应定律。

2.2涡流检测基础知识32二、麦克斯韦电磁方程组2.2涡流检测基础知识33三、电磁渗透方程2.2涡流检测基础知识34四、半无限平面导体中的电磁场2.2涡流检测基础知识352.2涡流检测基础知识36令且渗透深度2.2涡流检测基础知识372.2涡流检测基础知识382.2涡流检测基础知识涡流的趋肤效应和透入深度当直流电流通过导线时，横截面上的电流密度是均匀的。但交变电流通过导线时，导线周围变化的磁场也会在导线中产生感应电流，从而会使沿导线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，电流几乎是在导线表面附近的薄层中流动，这种现象称为趋肤效应。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1／e（36.8%）时对应的深度为标准透入深度，也称趋肤深度，用符号δ表示，其数学表达式为

39几种不同材料的标准透入深度与频率的关系

40透入半无限大导体的涡流密度与透入深度的关系

41五、导电长圆柱体中的电磁场2.2涡流检测基础知识422.2涡流检测基础知识432.3涡流阻抗分析法一、线圈的阻抗和阻抗归一化1.

线圈的阻抗442.3涡流阻抗分析法452.3涡流阻抗分析法复阻抗平面图横轴：RS纵轴：XSR2从∞逐步递减到零462.

阻抗的归一化2.3涡流阻抗分析法横轴纵轴47二、有效磁导率和特征频率2.3涡流阻抗分析法1.有效磁导率482.3涡流阻抗分析法492.3涡流阻抗分析法502.3涡流阻抗分析法2.特征频率512.3涡流阻抗分析法三、复阻抗平面图1.线圈的感应电动势与阻抗线圈空载时：522.3涡流阻抗分析法归一化感应电动势：填充系数：532.3涡流阻抗分析法2.复阻抗平面图542.3涡流阻抗分析法55四、涡流实验相似律及模型实验2.3涡流阻抗分析法56五、含圆柱体穿过式线圈的阻抗分析1.电导率2.磁导率3.几何尺寸4.频率2.3涡流阻抗分析法572.3涡流阻抗分析法5.缺陷582.3涡流阻抗分析法592.3涡流阻抗分析法602.3涡流阻抗分析法61六、放置式探头阻抗分析1.电导率2.提离效应3.磁导率影响阻抗变化的因素2.3涡流阻抗分析法624.频率2.3涡流阻抗分析法635.厚度2.3涡流阻抗分析法646.探头直径2.3涡流阻抗分析法652.4涡流检测设备一、涡流传感器1.结构2.功能3.分类662.4涡流检测设备672.4涡流检测设备682.4涡流检测设备692.4涡流检测设备702.4涡流检测设备712.4涡流检测设备72旋转探头2.4涡流检测设备732.4涡流检测设备742.4涡流检测设备752.4涡流检测设备764.信号检出电路2.4涡流检测设备77差动电路2.4涡流检测设备78电桥电路2.4涡流检测设备792.4涡流检测设备80电桥电路灵敏度的影响因素：激励电源电压的影响线圈阻抗变化率的影响桥臂系数的影响2.4涡流检测设备811.基本结构二、涡流检测系统2.4涡流检测设备振荡器自动平衡电桥放大器滤波器移相器相敏检波记录仪显示器幅度鉴别器822.4涡流检测设备可调增益放大器键盘显示器幅度鉴别器数字式相位旋转

平衡滤波前置放大相敏检波

检测探头

信号发生

计算机系统打印机喇叭832.4涡流检测设备2.涡流检测仪基本电路电桥842.4涡流检测设备相敏检波器移相器852.4涡流检测设备幅度鉴别器862.4涡流检测设备提离效应抑制电路872.4涡流检测设备882.4涡流检测设备892.4涡流检测设备902.4涡流检测设备残余电压补偿电路相位放大器滤波器显示器和记录装置912.4涡流检测设备三.涡流检测辅助装置1.进给装置2.报警装置3.磁饱和装置4.耦合装置922.4涡流检测设备四.涡流检测常用信号处理方法1.相位分析2.频率分析法3.幅度分析法939495962.5涡流检测应用一.涡流检测基本试验技术1.试验规范2.试验准备试验方法和设备的选择线圈选择试件条件对比试件仪器预调附加装置的调整973.试验条件的选择2.5涡流检测应用

试验频率的选择：趋肤效应和检测灵敏度检测因素的阻抗特性982.5涡流检测应用992.5涡流检测应用1002.5涡流检测应用1012.5涡流检测应用1022.5涡流检测应用平衡回路的调节灵敏度的选择相位的设定滤波器的设定抑制器的设定其它附加装置的调节1034.试验结果及其处理2.5涡流检测应用

试验结果的再试验退磁标记与记录1045.对比试件和标准缺陷2.5涡流检测应用设备的调节和检查产品的验收标准对比试件的用途检验和鉴定设备性能105人工缺陷2.5涡流检测应用1062.5涡流检测应用1072.5涡流检测应用5.检测标准保证可靠性、方法的一致性、以便推广检测对象和应用范围检测方法的基本原理检测中术语解释对比试件检测设备仪器的调整，检测步骤108二.穿过式线圈涡流探伤2.5涡流检测应用1.几点注意事项主要应用领域线圈长度和厚度的选择填充系数的选择差动探头线圈跨度的选择1092.5涡流检测应用2.应用举例金属管道探伤工作频率1102.5涡流检测应用金属棒、线、丝材探伤1112.5涡流检测应用金属管道在役探伤电厂300MW汽轮机凝汽器铜管检测规格：25mm×1mm×120mm数量：19600根运行时间：48000小时1122.5涡流检测应用仪器：EEC-39（爱德森公司）1132.5涡流检测应用◆多参数检测：可同时得到四个频率信号反映出的差动、绝对信号的八个矢量（即十六踪涡流信号）◆三个综合处理（混频）单元：可同时分离或抑制三组干扰信号◆高信噪比：由于精密的硬件设计和低噪声同步滤波方法的应用，提高了仪器的检测敏感性同时降低了噪声◆自动实时信号处理：仪器可储存、处理和回放（随时调用）检测参数或涡流检测信号◆高智能化仪器：该仪器具有实时菜单提示，人机对话，键盘操作机能，以最大程度地消除了检测过程中的人为误差◆可配置涡流信号自动分析评价（NDE）的系统软件：仪器采集的涡流信号可通过机内的系统软件进行分析处理，并以彩色图谱的方式在屏幕上显示缺陷管的位置（行列号）及其缺陷的严重程度◆可设置两个四频四通道检测系统，接二支探头，同时进行在役或役前探伤1142.5涡流检测应用◆适用于核能、电力、石油化工、航天和航空等部门的在役铜、钛、铝、锆等各种管道的探伤及壁厚测量，一次性获得管子存在的缺陷状况及壁厚减薄涡流信息，能有效地抑制在役检测中因支撑板、凹痕、沉积物及管子冷加工产生的干扰信号；可用于汽轮机大轴中心孔、叶片、航空发动机叶片的裂纹、螺孔内裂纹、飞机的起落架、轮毂和铝蒙皮下缺陷的检测。也可用于碳钢管含碳量（如10＃、20＃钢）及其他机械零部件的热处理状态评价，渗碳层深和硬度测量等。

1152.5涡流检测应用人工缺陷参照标准：GB/T5248-1998材料：同一批号备用管加工方法：电火花加工缺陷类型：透壁孔缺陷尺寸:0.9mm检测线圈:差动内插式检测线圈21.3mm（±0.1mm）1162.5涡流检测应用频率选择频率测试结果缺陷响应干扰响应f1C1A1(S)B1(N)f2C2A2(S)B2(N)1172.5涡流检测应用1182.5涡流检测应用检测结果抽检总数：1056根缺陷管数：476根缺陷成因：支撑板振动、腐蚀1192.5涡流检测应用小直径导管探伤f/fg为0.9～1.1规格Φ6×2Φ4×1Φ3×1人工缺陷15×0.10×0.10