第3章 涡流检测技术

沿阻抗曲线切线变 材质识别，硬度、应力、微结构检测

相对磁导率r的影响
沿阻抗曲线切线变

几何尺寸d的影响
切线、径向同时变

检测频率的影响
沿阻抗曲线切线变
3.3 涡流检测仪器及设备

3.3.1 涡流检测仪


3.3.2 涡流检测探头(检测线圈)
3.3.3 对比试样
3.3 涡流检测仪器及设备
3.3.1 涡流检测仪

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
3.3.2 涡流检测探头(检测线圈)

3.3.2.1 检测线圈的分类 3.3.2.2 检测线圈的使用方式
2M 2
( R2 Rr ) L
2 2 2 2
( R2 Rr ) j L1 j L2 (
2M 2
( R2 Rr ) L
2 2 2 2
)
Ze
2M 2
( R2 Rr ) L
2 2 2 2
( 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 Z=Z0+Ze
3.2.2.6 填充系数

填充系数
d D
2
d--工件直径 D--线圈直径
线圈归一化视在阻抗：
L L1
L 1 r eff Re L1 R R1 r eff Im L1
3.2.2.7 影响线圈阻抗的因素

电导率的影响：
第三章 涡流检测技术
3.1 概 述
3.2 涡流检测基础知识 3.3 涡流检测仪器及设备 3.4 涡流检测方法 3.5 涡流检测诊断常用标准 3.6 涡流检测技术应用
3.1 概 述

3.1.1 涡流检测基本原理 3.1.2 涡流检测的应用


3.1.3 涡流检测的特点
3.1.4 涡流检测的发展过程
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。
5066 fg 2 20 r r r d 2
1
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
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

利用电磁感应原理，通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损评定 导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测方法称为涡流 检测。 当检测线圈中通有交变电流时，在线圈周围产生交变磁场；当此交变 磁场相对导体作运动时，导体中会感生出涡状流动的电流。 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 特性影响，进而影响检测线圈的复阻抗。 因此通过监测检测线圈的阻抗变化即可非破坏地评价导体的物理和工 艺性能。
3.2.2 涡流检测技术原理

3.2.2.1 涡流检测原理


3.2.2.2 趋肤效应和渗透深度
3.2.2.3 涡流检测线圈的阻抗分析 3.2.2.4 特征频率和有效磁导率 3.2.2.5 涡流检测相似定律
3.2.2.1 涡流检测原理

试件表面缺陷影响涡流 涡流变化导致检测线圈阻抗变化 通过测量线圈阻抗变化，检测缺陷。
3.3.2.1 检测线圈的分类

1 穿过式线圈： 3 放置式线圈：Βιβλιοθήκη 小直径管材、棒材、线材等检测
2 内通过式线圈：管件、深孔、螺纹孔内壁表面检测。
板材、带材和大直径管材、棒材的表面检测， 形状复杂的工件的特定区域局部检测。
3.3.2.1 检测线圈的分类
3.3.2.2 检测线圈的使用方式
3.3.2.2 检测线圈的使用方式
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。
感生磁场微弱、与外磁场方向相同的物质，如铝。 感生磁场微弱、与外磁场方向相反的物质，如铜。 感生磁场强的物质，如铁，钴、镍及其合金。

涡流探伤能够达到的极限深度：

涡流密度仅约为其表面密度的5％时的深度 － 3δ。
3.2.2.2 趋肤效应和渗透深度
Depth Depth Standard Depth of Penetration
(Skin Depth) 1/e or 37 % of surface density
Eddy Current Density High Frequency High Conductivity High Permeability
Reference Standards (cont.)
Material thickness standards used to help determine such things as material thinning caused by corrosion or erosion.
Reference Standards (cont.)
3.2.2.2 趋肤效应和渗透深度

趋肤效应：


涡流集中在靠近激励线圈的材料表面附近
交变电流激励磁场强度及涡流密度， 随着深度增加按指数分布规律递减；

涡流的相位差随着深度增加成比例的增加。

渗透深度：

涡流密度衰减为其表面密度的 1/e (36.8％) 时对应的深度

渗透深度随被检材料的电导率、磁导率及激励频率的增大而减小。
3.4.3 涡流检测信号分析

相位分析法

1 同步检波法

用于抑制直线状干扰电压的杂波(如棒材直径变化的干扰)

2 不平衡电桥法

用于抑制呈圆弧状电压轨迹变化的杂波(如提离效应的干扰)


频率分析法
振幅分析法
3.4.4 提离效应及其抑制

提离效应：
又称提离干扰，指在涡流检测中，探头晃动引起的
信号变化叠加在缺陷信号中产生的干扰。阻碍对缺 陷的正确判断与识别。
3．阻抗平面图
A点 B点
3．阻抗平面图
3．阻抗平面图
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：
eff

2
J 1 ( jkr )
jkr J 0 ( jkr )
Crack Standards:
Reference Standards (cont.)
ASME Tubing Pit Standard:
Reference Standards (cont.)
Nonconductive coating (paint) standard with various thickness of paint on aluminum substrate.
3.3.3 对比试样

检测和鉴定涡流检测仪的灵敏度、分辨力、端部 不可检测长度等性能，用于：



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
Reference Standards
Reference Standards (cont.)
•
In order to give the eddy current inspector useful data while conducting an inspection, signals generated from the test specimen must be compared with known values.


频率比 f/fg 相同时，不同试件的有效 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： f d 2 f d 2 1 1 1 1 2 2 2 2 模型试验的理论基础

顺磁质：


逆磁质：


铁磁质：


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：

当线圈中通有交变电流时，
线圈中将产生感应电动势的现象。

3. 互感应：

两载流线圈相互激起感应电动势的现象
•
• •
Reference standards are typically manufactured from the same or very similar material as the test specimen.
Many different types of standards exist for due to the variety of eddy current inspections performed. The following slides provide examples of specific types of standards.