涡流检测培训资料
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《无损检测》涡流检测课件
为；
Z Z0 R1 jL1
• 若次级线圈的 R2 Rr 0
• 则由式（3-17）得：
Z R1 jL1(1 K 2 )
K 2 M 2 /(L1L2 )
第3章 涡流检测技术
• 在 R2 Rr 从 变化为0的过程中，(或从0增至 )
视在阻抗Z在以视在电阻R为横坐标，视在电抗X为 纵坐标的阻抗平面图上变化，其轨迹近似为一半圆 (图3-7)，即所谓初级线圈阻抗平面图：
第3章 涡流检测技术
• 图3-3为不同电导率 的一些金属的渗入深 度与频率的关系图。
第3章 涡流检测技术
• 3.2.2.3 涡流检测线圈的阻抗分析 （1）单线圈的阻抗 涡流检测中的单个线圈，一般忽略线圈 匝间的分布电容而用电阻和电感的串联电 路来表示，图3-4。
第3章 涡流检测技术
• 串联元件两端的总电压：
向量表示为： V0
VR
VL
I m Rsint
LIm
sin(t
)
2
（3-13）
V IR jLI I (R jX L )
串联电路的交流阻抗：
（3-14）
Z
V0 I
R
jX L
（3-15）
在复阻抗平面图中，向量为直角三角形：
Z R2 XL2
tan X L
R
（3-16）
第3章 涡流检测技术
涡流检测相关知识介绍
阻抗即电阻与电抗的总合，用数学形式表示为：
Z :阻抗，单位为欧姆
R :电阻，单位为欧姆 X :电抗，单位为欧姆 j 是虚数单位
Z R jX
电感L
线圈在磁通发生变化时能产生电动势e，
线圈匝数
e N d d dt dt
N Li
电感 磁链
磁通
L N
ii
互感M
当线圈1中的电流变化时所激发的变化磁场，会在它相邻的 另一线圈2中产生感应电动势；同样，线圈2中上的电流变化时， 也会在线圈1中产生感应电动势。这种现象称为互感现象，以互 感系数M表示，简称互感。所产生的感应电动势称为互感电动势。
应用视在阻抗的概念，就可认为初级线圈电路中电流和电 压的变化是由于它的视在阻抗的变化引起的，而据此就可以得 知次级线圈对初级线圈的效应，从而可以推知初级线圈电路中 阻抗的变化。
通过监测初级线圈（检测线圈）视在阻抗的变化 来推断被检对象（次级线圈）的阻抗是否发生改变， 进而判断其物理或工艺性能的变化及有无缺陷存在是 涡流检测的目的。
1、阻抗平面图
若次级线圈开路，即(R2 Rr) ，
（在涡流检测中，这相当于检测线
X
圈尚未靠近被检对象），则初级线
圈的空载阻抗
Z Z0 R1 jX1 R1 jL1
若次级线圈的 (R2 Rr) 0，则有
Z R1 jL1(1 K 2)
Z :阻抗，单位为欧姆
R :电阻，单位为欧姆 X :电抗，单位为欧姆 j 是虚数单位
Z R jX
电感L
线圈在磁通发生变化时能产生电动势e，
线圈匝数
e N d d dt dt
N Li
电感 磁链
磁通
L N
ii
互感M
当线圈1中的电流变化时所激发的变化磁场，会在它相邻的 另一线圈2中产生感应电动势；同样，线圈2中上的电流变化时， 也会在线圈1中产生感应电动势。这种现象称为互感现象，以互 感系数M表示，简称互感。所产生的感应电动势称为互感电动势。
应用视在阻抗的概念，就可认为初级线圈电路中电流和电 压的变化是由于它的视在阻抗的变化引起的，而据此就可以得 知次级线圈对初级线圈的效应，从而可以推知初级线圈电路中 阻抗的变化。
通过监测初级线圈（检测线圈）视在阻抗的变化 来推断被检对象（次级线圈）的阻抗是否发生改变， 进而判断其物理或工艺性能的变化及有无缺陷存在是 涡流检测的目的。
1、阻抗平面图
若次级线圈开路，即(R2 Rr) ，
（在涡流检测中，这相当于检测线
X
圈尚未靠近被检对象），则初级线
圈的空载阻抗
Z Z0 R1 jX1 R1 jL1
若次级线圈的 (R2 Rr) 0，则有
Z R1 jL1(1 K 2)
《涡流探伤》PPT课件
f/fg＝2πfμσr2 式中： f—激磁频率；单位，Hz；
fg—界限频率；单位，Hz； μ—磁导率；单位，H/m；亨利每米 σ—电导率；单位，S/m ；西门子/米 r —试件半径；单位，m。
12
如，一根d=10cm、σ=35s/μm的铝棒（fg=1.45Hz）在 f=145Hz的试验频率下所显示的有效磁导率、场强 分布及涡流密度分布，与一根直径d=0.01cm， σ=10s/μm的铁丝（fg=50660Hz），在f=5.07Mhz的 试验频率下所显示的结果完全相同。 根据相似定律，可进行对比试验，以此判定缺陷 的深度和大小。
因此，组成大致相同，由振荡器、探头 （检测线圈及其装配件）、信号输出电路、放 大器、信号处理器、显示器、电源等几部分组 成。
14
振荡器产生各种频率的振荡电流通过检测线圈，线
圈产生交变磁场并在工件中感生涡流。当试件存在
缺陷或物性变化时，线圈电压发生变化，通过信号
检出电路将线圈电压变化量输入放大器放大，经信
19
按电联方式不同，检测线圈有绝对式和差 动式两种。 1.绝对式 只用一个检测线圈进行涡流检测的 方式称为绝对式。 2.差动式 两个检测线圈反接在一起进行工作 的方式称为差动式。又分为标准比较式和自比 较式。
20
标准比较式：两个参数完全相 同，反向联接的线圈分别放置 在标准试样和被检工件或材料 上。根据两个检测线圈的输出 信号有无差异来判断被检工件 或材料的性能。
fg—界限频率；单位，Hz； μ—磁导率；单位，H/m；亨利每米 σ—电导率；单位，S/m ；西门子/米 r —试件半径；单位，m。
12
如，一根d=10cm、σ=35s/μm的铝棒（fg=1.45Hz）在 f=145Hz的试验频率下所显示的有效磁导率、场强 分布及涡流密度分布，与一根直径d=0.01cm， σ=10s/μm的铁丝（fg=50660Hz），在f=5.07Mhz的 试验频率下所显示的结果完全相同。 根据相似定律，可进行对比试验，以此判定缺陷 的深度和大小。
因此，组成大致相同，由振荡器、探头 （检测线圈及其装配件）、信号输出电路、放 大器、信号处理器、显示器、电源等几部分组 成。
14
振荡器产生各种频率的振荡电流通过检测线圈，线
圈产生交变磁场并在工件中感生涡流。当试件存在
缺陷或物性变化时，线圈电压发生变化，通过信号
检出电路将线圈电压变化量输入放大器放大，经信
19
按电联方式不同，检测线圈有绝对式和差 动式两种。 1.绝对式 只用一个检测线圈进行涡流检测的 方式称为绝对式。 2.差动式 两个检测线圈反接在一起进行工作 的方式称为差动式。又分为标准比较式和自比 较式。
20
标准比较式：两个参数完全相 同，反向联接的线圈分别放置 在标准试样和被检工件或材料 上。根据两个检测线圈的输出 信号有无差异来判断被检工件 或材料的性能。
涡流检测技术
1 振荡器
高频振荡Βιβλιοθήκη Baidu率为2MHz一6MHz，适合于检测表面裂纹； 低频振荡频率为50kHz～100kHz，穿透深度较大，适合于
检测表面下缺陷和多层结构中第二层材质中的缺陷。 LC振荡器：起振容易、调整频率方便，振幅大、频率稳定
2 放大器
要求：低噪声、宽动态范围和低失真
3 抑止电路：通过信号叠加和平均消除干扰 4 检出电路：幅度探测器、相位探测器 5 显示：电流表显示、阻抗图显示、计算机数字处理和显示
Z=Z0+Ze
第18页/共62页
3．阻抗平面图
A点 B点
第19页/共62页
3．阻抗平面图
第20页/共62页
3．阻抗平面图
第21页/共62页
3.2.2.4 有效磁导率和特征频率
有效磁导率：为简化阻抗分析，假定磁场不变磁导率变化， 称为有效磁导率，事实上磁导率不变磁场变化
无限长螺线管，内置导电圆柱体，非铁磁性材料时：
选择检测条件 调整检测仪器 定期检查仪器 作为整个仪器的标准当量
第36页/共62页
Reference Standards
第37页/共62页
Reference Standards (cont.)
• In order to give the eddy current inspector useful data while
高频振荡Βιβλιοθήκη Baidu率为2MHz一6MHz，适合于检测表面裂纹； 低频振荡频率为50kHz～100kHz，穿透深度较大，适合于
检测表面下缺陷和多层结构中第二层材质中的缺陷。 LC振荡器：起振容易、调整频率方便，振幅大、频率稳定
2 放大器
要求：低噪声、宽动态范围和低失真
3 抑止电路：通过信号叠加和平均消除干扰 4 检出电路：幅度探测器、相位探测器 5 显示：电流表显示、阻抗图显示、计算机数字处理和显示
Z=Z0+Ze
第18页/共62页
3．阻抗平面图
A点 B点
第19页/共62页
3．阻抗平面图
第20页/共62页
3．阻抗平面图
第21页/共62页
3.2.2.4 有效磁导率和特征频率
有效磁导率：为简化阻抗分析，假定磁场不变磁导率变化， 称为有效磁导率，事实上磁导率不变磁场变化
无限长螺线管，内置导电圆柱体，非铁磁性材料时：
选择检测条件 调整检测仪器 定期检查仪器 作为整个仪器的标准当量
第36页/共62页
Reference Standards
第37页/共62页
Reference Standards (cont.)
• In order to give the eddy current inspector useful data while
3_涡流检测
涡流
第三章 常用无损检测方法 第6章 涡流检测
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， 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 36. 时对应的深度为标 密度衰减到其表面密度值的 1 ／ e （ 36.8% ） 时对应的深度为 标 准渗透深度，也称趋肤深度 用符号h表示， 趋肤深度， 准渗透深度，也称趋肤深度，用符号h表示，其数学表达式为
第三章 常用无损检测方法 第6章 涡流检测
电导率 γ electric permeability
电导率是物体传导电流的能力。 电导率是物体传导电流的能力。 电导的基本单位是西门子（ ），原来被称为姆欧， ），原来被称为姆欧 电导的基本单位是西门子（S），原来被称为姆欧，取电 阻单位欧姆倒数之意。因为电导池的几何形状影响电导率值， 阻单位欧姆倒数之意。因为电导池的几何形状影响电导率值， 所以标准的测量中用单位 单位S/m来表示电导率，以补偿各种电极 来表示电导率， 所以标准的测量中用单位 来表示电导率 尺寸造成的差别。 尺寸造成的差别。
第三章 常用无损检测方法 第6章 涡流检测
第一节 涡流检测的基本原理
一、涡流检测的基本原理 涡流检测的基本原理 当导体处在变化的磁场中或相对于磁场运动切割磁力线时， 当导体处在变化的磁场中或相对于磁场运动切割磁力线时， 由电磁感应定律，其内部会感应出电流。这些电流的特点是： 由电磁感应定律，其内部会感应出电流。这些电流的特点是： 在导体内部自成闭合回路，呈漩涡状流动，因此称之为涡流。 在导体内部自成闭合回路， 呈漩涡状流动， 因此称之为涡流。 涡流 例如，在含有圆柱导体芯的螺管线圈中通有交变电流时， 例如，在含有圆柱导体芯的螺管线圈中通有交变电流时， 圆柱 导体芯中将出现涡流。 导体芯中将出现涡流。
第3章涡流检测技术
? 逆磁质：
? 感生磁场微弱、与外磁场方向相反的物质，如铜。
? 铁磁质：
? 感生磁场强的物质，如铁，钴、镍及其合金。
? 磁导率：
相对磁导率 ：
3.2.1.3 电磁感应
? 1．电磁感应：
? 当穿过闭合导电回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中将产生 电流的现象。
? 法拉第感应定律 感应电动势
? 2. 自感应：
? 3.2.2 涡流检测技术原理
3.2.1 与涡流检测相关的电学和磁学基本知识
? 3.2.1.1 金属的导电性
? 3.2.1.2 金属的磁特性 ? 3.2.1.3 电磁感应
3.2.1.2 金属的磁特性
? 磁化：
? 物质在外磁场作用下感生出磁场的物理过程称为磁化。
? 顺磁质：
? 感生磁场微弱、与外磁场方向相同的物质，如铝。
? 表面或近表面缺陷检测 ? 只适用于导电材料 ? 非接触，无需耦合 ? 检测速度快，易于实现自动化 ? 适用于高温检测 ? 适用于异型材料和小零件检测
3.1.3 涡流检测的发展过程
? 1879年，英国人休斯利用感生涡流对不同的合金进行了判 断实验。
? 20世纪50年代初，德国的福斯特等人提出阻抗平面图分析 法和相似定律。
? 原理
? 涡流伴生的感应磁场与原磁场叠加，使检测线圈的复阻抗发生变化。 ? 导体内感生涡流的幅值、相位、流动形式及其伴生磁场受导体的物理
涡流检测作业指导书
涡流检测作业指导书
姓名：身份证号码：报考级别：产品门类：
一、前言
1、适用范围
2、参考标准
二、检测人员资质要求
三、涡流检测系统
1、型号：
2、探（夹）头：
3、系统其他性能必须符合标准要求
4、试块（片）及器材：
四、工件参数与检测要求
五、检测顺序
1、检测系统调节
2、检测准备
3、检测工艺
4、结果评定
5、报告编制
六、检测后处理
编制：审核：批准：日期：日期：日期：
第五章涡流探伤的基本方法讲课
第五章涡流探伤的基本方法
5.1 涡流探伤方法分类根据检测对象，检测要求，检测条件，采用方法不一样
5.1.1 按检测线圈的类型分类B
（1）穿过式线圈
适用于管、棒、线、材等轴对称形状工件的探伤
①工件直径小时，灵敏度高线圈覆盖区域小
②工件直径大时，灵敏度低线圈覆盖区域大
③直径加大时，要放宽灵敏度要求标准7735 中有管直径越大标准伤透孔直径越大，但最大口径不得超过180mm
（2）探头式线圈
适用于管、棒、线、材等圆形工件的探伤也适用于板、坯、带、材等平面型工件的探伤
①扫描检查方式效率较低覆盖的区域较小灵敏度高精度高
②探头尺寸一旦确定检测灵敏度不在与被检工件的大小有关
（3）马鞍式线（圈扇形探头）
适用于直焊缝，焊管焊缝检查
①与穿过式线圈相比，马鞍式线圈的磁场为开放型有一部分磁力线泄露在空气中而损失掉，所以灵敏度低一些
②马鞍式线圈的尺寸一旦确定，其检测灵敏度与被检焊管的直径大小关系不大
按绕组的电路连接方式不同分为三种1绝对式线圈2自比式线圈3他比式线圈
以上三种特点见第四章
5.1.2 按检测线圈与被检工件的相对运动方式分类
（1）探头不动，工件直线前进 A
这是自动化探伤中应用最多的一种方式
①适用于管、棒、丝、直焊缝的马鞍式
②速度快
③设备简单
④实现对整个表面检查
⑤调整操作简单
此种方法对大口径管、棒、材穿过式线圈的灵敏度低，可采用沿管、棒、材圆周安放几个扇形线圈的方式，对于钢轨可用多个放置式探头将钢轨包围探测
（2）探头旋转，工件直线前进 B
当灵敏度要求较高时采用
注意：①信号耦合问题转速一般在2000r/min 棺材直径小于200mm工件
第五章 涡流检测要点
第五章涡流检测
涡流是当金属导体处在变化着的磁场中或在磁场中运动时，由于电磁感应作用而在金属导体内产生的旋涡状流动电流。
(我们在实践中会遇到一些涡流现象，如金属存在电阻，当电流流过金属导体内时会产生焦耳热。工业上利用这种热效应制动了高频感应电炉来冶炼金属。这种电炉的炉壁上绕有线圈，当线圈接通高频大功率电源时，炉体内随之产生很强的高频交变磁场。在炉体放置一定数量的金属，金属中便产生强大的涡流致使金属被加热至熔化。) 涡流检测具有以下特点：
①由于检测是以电磁感应为基础的，探头线圈不需接触工件，因此检测速度快。（对管、棒材。每分钟可检测几十米，线材可检测几百米实）易于实现自动化检测。
②对工件表面和近表面的缺陷，有较高的检测灵敏度。
③能在高温状态下，对管、棒、线材和坏料等进行检测。
④涡流检测技术是一种多用途的检测技术，除探伤外，还能测量工件、涂层的厚度、间隙以及工件的机械和冶金性能等。
⑤能提供缺陷的信息。
⑥实验结果可与检测过程同时得到，记录可长时期保存。
由于感生涡流渗入工件的深度与频率的平方根成反比（感生涡流具有趋肤效应）。这个深度不大，因此，涡流检测目前只能检测表面及近表面的缺陷。另外，因为影响涡流检测的因素如导电率、磁导率、缺陷、工件形状和尺寸以及探头线圈与工件之间的距离等，要取
得所希望得到的检测参数，需要较复杂的信息处理技术。还有涡流检测对复杂表面的检测效率低。
第一节 涡流检测的物理基础
一、材料的导电性
(一)材料的导电率
根据欧姆定律，沿一段导体流动的电流强度与其两端的电位差成正比。即：
涡流探伤培训ppt课件
非机械裂纹一般指：由于冷却不均匀、冷却水流量太低或来 料温度过高等造成轧辊表面产生热裂纹。
裂纹的处理：对裂纹的处理必须视裂纹的性质而定。
机械裂纹无论大小，对轧辊都是有害的。★必须磨削干净， 不能以涡流判定的门槛值来判定。
高铬球墨铸铁轧辊、高速钢轧辊的辊面有均匀微小的热裂纹 或二次微裂纹可以存在不必磨削干净，但严重的热裂纹必须 磨到微小的热裂纹。
涡流探伤培训
培训目的：抛砖引玉 减少误判 BEYOND 理论升华 降低辊耗
1
轧辊缺陷的形成原因
制造原因 轧钢事故 轧辊管理
2
碳化轧物聚辊集制形成造亮缺斑陷
剥落 辊身硬度不均匀 气孔或夹渣 轧辊成分不同 轧辊热处理不当 材质疏松和空洞
3
轧钢事故造成的缺陷
轧辊受力不均匀（DS和OS压力不同） 叠轧事故 轧辊骤热骤冷 卡钢堆钢事故 轧辊冷却不均匀（水嘴阻塞） 冷却水不足 带钢打滑
4
轧辊管理造成的缺陷
轧制时间过长或轧制力过大，产生疲 劳裂纹
磨削时没有将热裂纹去除干净 磨削时冷却水不足，造成辊面烧伤 供油不足/润滑不良，造成托肩局部
受热
5
裂纹的分类及处理原则
轧辊裂纹可分为机械裂纹和非机械裂纹。
机械裂纹一般指：生产过程中由于异物（螺丝、氧化铁皮等） 压入、卡钢、轧断粘钢、甩尾事故等造成的裂纹。
裂纹的处理：对裂纹的处理必须视裂纹的性质而定。
机械裂纹无论大小，对轧辊都是有害的。★必须磨削干净， 不能以涡流判定的门槛值来判定。
高铬球墨铸铁轧辊、高速钢轧辊的辊面有均匀微小的热裂纹 或二次微裂纹可以存在不必磨削干净，但严重的热裂纹必须 磨到微小的热裂纹。
涡流探伤培训
培训目的：抛砖引玉 减少误判 BEYOND 理论升华 降低辊耗
1
轧辊缺陷的形成原因
制造原因 轧钢事故 轧辊管理
2
碳化轧物聚辊集制形成造亮缺斑陷
剥落 辊身硬度不均匀 气孔或夹渣 轧辊成分不同 轧辊热处理不当 材质疏松和空洞
3
轧钢事故造成的缺陷
轧辊受力不均匀（DS和OS压力不同） 叠轧事故 轧辊骤热骤冷 卡钢堆钢事故 轧辊冷却不均匀（水嘴阻塞） 冷却水不足 带钢打滑
4
轧辊管理造成的缺陷
轧制时间过长或轧制力过大，产生疲 劳裂纹
磨削时没有将热裂纹去除干净 磨削时冷却水不足，造成辊面烧伤 供油不足/润滑不良，造成托肩局部
受热
5
裂纹的分类及处理原则
轧辊裂纹可分为机械裂纹和非机械裂纹。
机械裂纹一般指：生产过程中由于异物（螺丝、氧化铁皮等） 压入、卡钢、轧断粘钢、甩尾事故等造成的裂纹。
涡流检测技术
磁导率、涡流密度和磁感应强度的几何
分布均相似。
导体内部的涡流分布、磁场分布随 f/fg
变化。
只要频率比相同，几何相似的不连续性 缺陷(例如以圆柱体直径的百分率表示 的一定深度和宽度的裂纹)将引起相同 的涡流效应和相同的有效磁导率变化。
相似条件： f11 1d12 f22 2d22
模型试验的理论基础
k 2 f
特征频率：使贝塞尔函数变量 jkr的模为1的频率，是工件 的固有特性，取决于工件的电磁特性和几何尺寸。
1
5066
f g 20r r 2 r d 2
3.2.2.4 有效磁导率和特征频率
3.2.2.5 涡流检测相似定律
相似定律：
kr f / fg
频率比 f/fg 相同时，不同试件的有效
1．单线圈的阻抗
2．耦合线圈的阻抗
Z
R1
( R2
2M2 Rr )2 2 L22
( R2
Rr )
j L1
j L2 ((R2
2M2 Rr )2 2 L22 )
R jX
Ze
( R2
2M2 Rr )2 2 L22
( R2
Rr
j L2 )
Z－ 初级线圈的视在阻抗 Ze－次级线圈对初级线圈作用的等效阻抗
3.1.1 涡流检测基本原理
3.1.1 涡流检测基本原理
涡流检测-第一章-2013
1.3电磁检测的应用与特点 1.3.1 涡流检测的应用与特点 （1） 涡流检测原理 涡流检测是以电磁感应原理为基础的无损检测方法。它的基本原 理可以描述为：当载有交变电流的试验线圈靠近导体试件时，由于 线圈产生的交变磁场的作用会在导体中感生出涡流。涡流的大小、 相位及流动形式受到试件性能及有无缺陷的影响，而涡流的反作用 磁场又使线圈的阻抗发生变化。因此，通过测定试验线圈阻抗的变 化，就可以推断出被检试件性能的变化及有无缺陷的结论。 涡流检测是以研究涡流与试件的相互关系为基础的一种常规无损 检测方法。涡流检测的主要优点是检测速度快，线圈与试件可不直 接接触，无需耦合剂。主要缺点是只限用于导电材料，对形状复杂 试件难作检查，由于存在趋肤效应只能检查薄试件或厚试件的表面 、近表面部位，对于铁磁性材料及制件常须完全直流磁化到饱和以 免在涡流检测期间磁化状态有任何变化而影响检测，且随后又须将 此试件退磁，缺陷必须能截断涡流方可被检出，检测结果尚不直观 ，判断缺陷性质、大小及形状尚难等。
1.1 电Leabharlann Baidu学的发展
电磁检测是以材料电磁性能变化为判断依据来对材料及构件实施 缺陷探测和性能测试的一类检测方法，其基本原理是以电磁学的理 论为基础的。 电磁学建立和发展的历史过程大致如下： 1、从远古到18世纪中、晚期是电、磁现象的早期研究阶段。在这 一时期，以对电、磁现象的观察、实验及定性研究为主。 2、从18世纪晚期到19世纪上半叶，开始了对电磁现象的定量研究 ，以及电磁感应现象的发现和深入研究。这一阶段的研究开始揭示 了电现象和磁现象的本质联系，并逐步建立起电磁学理论体系，使 电磁学理论日趋完善。 3、19世纪下半叶，麦克斯韦（J. C. Maxwell）在原有电磁学理论 的基础上提出了电磁场的概念并建立了电磁场理论的完整体系，至 此，电磁学继牛顿力学之后，经过人们几个世纪的工作，终于在20 世纪前叶发展成为经典物理学的重要组成部分。
6 涡流检测——【无损检测】
绝对式探头与差动式探头
绝对式探头优缺点： 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
温度不稳定时易发生漂移 对探头的颤动比较敏感
差动式探头优缺点： 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
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
内置一外径充满该线圈的导电圆柱体的例子来加以说明。
Forster假定该圆柱体横截面上的磁感应强度不变，磁导率沿截 面径向变化，磁通量则等于圆柱体内实际通过的磁通量，从而
用假定不变的磁场和变化的
磁导率替代了事实上变化的 磁场和不变的磁导率，并把 这一变化的磁导率定义为有
eff
2 J1 ( jkr) jkr J0 jkr
过程。当H=0时，B不为零，这是铁磁质的剩磁现象。加反向磁 场H，材料又可被反向磁化达到反方向的饱和状态。再逐渐减小 反方向的磁场至零值时，B和H的关系将沿左下段变化，这时改 变线圈电流方向，引入正向磁场，闭合回线。
检测线圈的阻抗分析
初级线圈(检测线圈)自身阻抗Z0。当 初级线圈与次级线圈(被检对象)相互耦合
时，由于互感的作用，闭合的次级线圈内
会感生出电流．并因此影响到初级线圈中
电压与电流的关系。这种互感影响用次级
线圈作用到初级线圈上的等效阻抗Ze来体
涡流检测-第3章
1.桥式电路 振荡器产生交变信号供给桥式电路，该电路可用以检出桥 臂阻抗的变化。下图为一典型的桥式电路，
由欧姆定律得：
当U1=U2，即U0=0时，该桥路处于平衡状态，桥路各桥臂 阻抗之间有Z1· Z4=Z2· Z3关系。
涡流检测中，通常将涡流检测线圈作为构成平衡电桥的 一个桥臂，该桥臂上的检测线圈与另一个桥臂上的比较线圈 二者的阻抗不可能完全相等，一般需要通过调节平衡电桥中 的可变电阻来消除两个线圈之间的电位差，实现桥式电路的 平衡，如下图。
在大多数检测中，线圈的阻抗变化很小。例如，线圈经过 缺陷时阻抗变化可能小于1%，采用如上图所示的检测装臵 很难检测到如此小的阻抗或电压的绝对变化，因此在涡流 检测仪的设计制作中必须采用各种电桥、平衡电路和放大
器等以提取和放大线圈阻抗的变化。
阻抗幅值型的涡流检测仪电路原理框图：
幅值显示类型的仪器由振荡器产生交变信号供给电桥和检测 线圈，信号经放大、相敏检波、滤波和幅度鉴别器，检测信 号中的干扰信号被去除，缺陷信号（或期望得到的信号）被 获取并在显示和记录单元以信号的幅值量被显示和记录。
检测线圈与采用霍尔元件、磁敏二极管等其他基于磁电转换 原理的测试探头相比，具有以下几个优点： （1）同时具有激励和拾取信号两项功能； （2）可根据被检测对象的外形结构、尺寸和检测目的，设
计、制作成不同缠绕方式、不同大小且形状各异的线圈，能
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1.3 涡流检测的基础知识
材料的导电性
根据物质导电性，可将物质分为：导体、绝缘体、半导体
导电性能差异的原因
电阻率ρ ：单位长度、单位截面积的电阻。
电导率σ ：电阻率的倒数。
1/
电导率σ 的单位：MS/m 和% IACS
国际退火铜标准（ % IACS ）
x (%IASC)
标准退火铜电阻率 金属的电阻率
e 穿过式线圈的填充系数 填充系数η
绝对式线圈(absolute coil)(见绝对与差动线圈）
只针对线圈附近那一部分试件电磁性能，而不与其他部位或 试件电磁性能相比较的一种线圈或线圈组件。
差动式线圈(differential coil) 比较式线圈(comparator coil)
两个或多个线圈反向串联而又不产生互感，并在试件相邻部 位之间或与对比试件之间的任何电磁性能的差异都会使此 系统产生不平衡指示的线圈组件
磁饱和装置的分类：直流线圈和磁轭式
标准样品(reference standard)
仪器校准或仪器标定时使用的、与技术标准要求相对应的实 际参照对比物，两类：标准试块和对比试块。
标准试块(standard test block) 校准试块(calibration block)
按相关标准的技术条件制作，并经被认可的技术机构认证的， 用于评价检测系统性能的试样。
涡流检测培训资料
第一单元 基础理论部分
第一章 涡流检测的物理基础 1.1 概念 涡流（Eddy Current）
在导体内部自成闭合回路，成涡旋状流动的电流，称为涡流。 涡流检测（Eddy Current Testing） 涡流检测的基本原理是电磁感应。
载有交变电流的检测线圈接近检测的导电试件时，由于检测线 圈磁场的作用在导体的表面和近表面感应出涡流。涡流信号的 幅值、相位及其在试件中流动的轨迹，与试件的电磁特性、试 件中的缺陷、线圈与试件的耦合状态等因素相关。该涡流产生 的磁场作用又使检测线圈的阻抗发生变化，因此通过测定线圈
1）磁饱和装置 磁饱和的概念—对铁磁性材料而言，当磁场强度继续增大 时磁感应强度不再有明显的增大的磁化状态。 磁饱和装置的作用：消除磁导率不均造成的干扰。
2) 直流磁饱和：当增量磁导率等于1时受到交流磁场变化的铁 磁性材料的状态。
交流磁饱和：在每半个磁化周期内，受到交变磁场作用的铁 磁性材料，增量磁导率等于1的状态。 （增量磁通密度/增 量磁场强度）
Im
t
f 1 T
2f 2 1
T
阻抗及其矢量图
第二章 涡流检测技术
2.1电磁感应及涡流 电磁感应(electromagnetic induction) -当通过闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中产生感应电
流的现象。
磁通(magnetic flux) -磁场B对任意一曲面S的通量称为曲面S的磁通量，简称磁通，
M H
影响材料铁磁性因素的作用规律 -温度、形变以及材料的组织等 -饱和磁化强度随温度的升高而下降
对铁磁性材料的磁导率和矫顽力的影响： -纯度愈高磁导率愈大，矫顽力愈小； -晶界、亚晶界、位错愈少，磁导率愈高，矫顽力愈小； -应力愈小，磁导率愈高，矫顽力愈小。
正弦交流电
直流电 单位时间内通过某一导体横截面的电荷量，称为电流强 度（简称电流），记作，在SI中，单位是A（安培）。假 设在时间内通过导体横截面的电荷量为，则电流为
阻抗的变化，即可获得被检件有无缺陷的信息。（涡流原理模拟）
1.2涡流检测的特点
电磁耦合 无须耦合剂
管棒线材 检测速度快
金属基体上覆盖层（涂镀层）厚度测量 — 导电基体上非导电覆盖层厚度测量 — 铁磁性材料基体上非铁磁性覆盖层厚度测量
石墨、碳纤维等非金属复合材料检测（理论）
数字化处理能力强，但信息量少；
实施条件简单，对产品表面没有污染
涡流检测的局限性
检测对象和范围受到限制，适用于导电材料的 表面及近表 面缺陷，不适用深层的内部缺陷；
涡流渗透深度、检测频率、检测灵敏度之间的关系； 涡流的作用范围影响缺陷位置的判定； （检测线圈特征、仪器电子平衡、缺陷特性) 影响涡流信号的干扰因素比较多： （材料物理状态、外形尺寸、表面耦合）
4.1 缺陷检测 4.2 电导率测量与材质鉴别
4.3 厚度测量
涡流检测技术的主要特点：
（1）适用于所有导电材料； （2）表面及近表面缺陷的检测； （3）检测线圈形式多样； （4）材质分选（磁特性测量）； （5）电导率测量； （6）涂镀层厚度测量（非铁磁性基体上非导电覆盖层）；
4.1 缺陷检测
涡流探伤过程中需要注意的事项： a 检测频率的选择 b 电导率、磁导率的影响 c 边缘效应 d 提离效应 e 填充系数
-交变电流 感生电动势方向
增加
相反
减小
相同
dI
L-尺寸、匝数、形状、介质有关，与电流无E关L。 L dt
互感(mutual inductance) 当两个线圈的电流可以相互提供磁通时，就说明他们之间存
在相互的互感耦合，简称互感
K M M- 尺寸、匝数、形状、媒质、L1磁L导2 率有关，还与线圈相互位
503
f
m Hz S/m
f=50Hz (58MS/m)
0.0093m
f=60KHz (32%IACS 18.6MS/m 54nΩ·m)
0.48mm
2.2阻抗分析法（见阻抗的变化）
线圈的阻抗
Z R jX R jL
圆柱导体的有效磁导率 (真实)磁场变化/磁导率恒定 (假设)磁场恒定/ 磁导率变化(有效磁导率) 有效磁导率(effective permeability)不是一个常量，与激励频
放置式线圈(probe coil) 放在试件表面上或试件表面附近实施涡流检测的线圈组件 外通过式线圈(feed-through coli ,outer diameter (OD) coil) 围绕管、棒材及同类试件外实施涡流检测的线圈组件 内穿过式线圈(bobbin coil, inner diameter (ID) coil ) 插入管材及同类试件内实施涡流检测的线圈组件
(standard depth of penetration) 。涡流密度降至表面约37%时的 透入深度。
1/ e
Ix I0e fx
趋肤效应 标准透入深度 频率 电导率 磁导率
1 f
m Hz H/m S/m
0 4 10-7 H/m
1
3.14 f 413.14107
a 检测频率的选择 检测频率：在涡流检测中，加到激励线圈的交流电的频率。 选择原则：由被检测对象的厚度、所期望的透入深度、要求 达到的灵敏度或分辨率以及其他目的所决定的。
（缺陷分辨力：能区分开两个相邻缺陷的最小距离）
b 电导率、磁导率的影响 涡流标准透入深度公式 电导率和磁导率的平方根值与涡流标准透入 深度成反比。
涡流测厚仪(eddy current thickness guage) -利用涡流的提离效应，测量非铁磁性导电基体表面非导电覆
盖层厚度的仪器。
线圈(coil) -在涡流检测系统中具有激励或(和)接收电磁场作用的导线绕
组
检测线圈的分类
（1）按感应方式分类(自感、互感) （2）按应用方式分类(放置式、外通过式、内穿过式) （3）按比较方式分类(绝对、自比、它比)
下降。 热处理：热处理可以使金属的导电率得到恢复。
材料的导磁性
物质的宏观磁性 物质的微观磁性 抗磁性物质: -磁化后使磁场略减弱的材料，其相对磁导率μr略大于1 顺磁性物质 -磁化后使磁场略有增强的材料，其相对磁导率略小于1 非铁磁性材料 -基本不受磁场影响，即不能被磁化的材料，包括： 铁磁性物质 -具有磁滞和磁饱和现象，其磁导率与磁场强度有关且相
的检测。
第三章 涡流检测装置
涡流检测仪(eddy current testing instrument) -利用电磁感应原理检测导电物质表面及近表面质量信息的仪
器 涡流探伤仪(eddy current defect detector) -缺陷信息 涡流电导仪(eddy current conductivity meter) -利用电磁感应原理，测量非铁磁性导电材料电导率的仪器
置有关。 互感线圈串接 顺接(+)逆接(-)
涡流(Eddy Current)：感应电流在导体内部自成闭合回路，成 涡旋状流动，称之为涡旋电流。
涡流的大小、相位、流动形式受到试件导电性能、尺寸、缺 陷等因素影响。
涡流产生的磁场影响检测线圈的阻抗的变化。
趋肤效应(skin effect) 集肤效应(见检测频率对表面裂纹的影响） -随着检测频率的增加，电流的透入深度减小的现象。 -表面涡流密度最大，按复指数规律衰减。 透入深度(depth of penetration) 涡流密度衰减到其表面值的 时的透入深度称为标准透入深度
对磁导率μr远大于1
磁化(技术磁化)
M
铁磁性材料的磁化过程 磁化强度:M A/m
Ms c
b
磁化（技术磁化）曲线
a
磁场强度H A/m
0
磁化率χ
磁感应强度B（磁通密度） T
磁导率μ
真空磁导率， 是相对磁导率
0
r
B H 0r H
B
s
s
c
b
a
0
H
H
0r
r 1 0 4 107
100
电阻率愈小，电导率愈大，材料的导电性愈好
电阻率、电导率与材料导电性能的关系 影响金属导电性能的主要因素 温度：温度越高，电阻率越大，电导率越小。
杂质：杂质越高，电阻率越大，电导率越小。 应力：在弹性范围内，应力能提高金属的电阻率，降
低电导率。 形变：形变使晶体的点阵发生畸变，使电阻增加，电导率
非铁磁性材料的相对磁导率μr =1； 铁磁性材料的相对磁导率μr是随磁化强度变化的变量，
在磁饱和状态下为定值。
c 边缘效应 在涡流检测中，由于试件几何形状突变而产生的磁场 和涡流变化，其阻抗矢量产生的变化的效应。
非屏蔽式线圈的磁场作用范围是直径的2倍
d 放置式（点式）线圈的提离效应 提离效应
随着检测线圈离开被检测对象表面距离的变化而感到涡流 反作用发生改变的现象。
单位是Weber
N-线圈匝数；I-电流 S-曲面磁阻抗
感应电流的方向-楞次定律 (闭合回路内的感应电流所产生的磁场总是阻碍引起感生电流的磁通变化)
右手定则，右手螺旋关系 影像资料-电磁感应现象
法拉第电磁感应定律
Ei
dΦ dt
Ei
N
dΦ dt
d(NΦ) dt
自感E(ini ductBanlce) sLiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn自感系数 单位：H
率、导体半径、电导率、磁导率有关。
特征频率(characteristic frequency) 用于表征被检物质固有电磁特性和几何尺寸的物理量。
fg
1
2 a2
0 4 10 9 H/cm
fg
5066
d 2
fg
8713
d 2
对于两个不同的试件，只要各对应的频率比相同，则有效磁 导率、涡流密度及磁场强度的几何分布均相同
I dq dt
Iq t
正弦交流电
电势、电压、电流的大小和方向随时间按正弦规律变化的 电路称为交流电路。其中大小、方向随时间按正弦规律交 变的电流称为正弦交流电流，简称交流电流
i I cos t 是电流的幅值， 是角频率（rad/s），
是初相位（rad）， 是m时间（s）
-材质、形状和尺寸经主管机关或权威机构检定的试样，用于 涡流检测装置或系统的性能测试及灵敏度调整。（国标）
按相关标准规定的技术条件加工制作、并经被认可的技术 机构认证的用于评价检测系统性能的试样。（讲义）
-标准试样的属性 a)满足相关技术条件要求 b)得到授权的技术权威机构的书面确认和批准
第四章 检测技术
圆柱体穿过式线圈阻抗的影响因素： 试件的电导率、磁导率、几何尺寸、缺陷以及试验频率等
(D / di)2
(do / D)2
fg
5066
rdi
5066
f g rdi2
Pc r 2 r
提离效应(lift off effect) 涡流检测线圈与被检件之间距离改变时，其阻抗矢量产生变化的效应。 边缘效应(edge effect) 端部效应(end effect) 由于试件几何形状突变，造成磁场或涡流被干扰。此效应会妨碍该区域内缺陷