涡流

服役中的结构件上可能产生各种缺陷，尤以疲 劳裂纹为多见。适合采用探头式线圈进行检测的， 既包括形状复杂的零件， 也包括除管、 棒材以外形 状不规则的材料和零件，如板材、 型材等。 由于这类材料和零件的形状、结构多种多样， 因此探头式线圈的形貌也多种多样。比如要采用涡 流方法完成飞机维修手册所规定的全部检查项目， 就要配备以下各式探头，包括笔式探头、 钩式探头、 平探头、 孔探头和异形探头等。
检测管材的穿过式线圈
如果管材直径过大，使得缺陷面积在整个被检 面积中占的比例很小时，检测的灵敏度也会显著降 低。检测管材的周向裂纹或当管材的直径超过75 mm时，宜采用小尺寸的探头式线圈以探测管材上 的短小缺陷。探头数量的多少取决于管径的大小。 探头式线圈的优点是提高了检测灵敏度，但其探伤 的效率要比穿过式线圈低。
检 测 管 材 的 探 头 式 线 圈
2、金属棒材、线材和丝材探伤
可采用类似于管材的自动探伤装 臵对大批量生产的金属棒材、线材 和丝材进行涡流探伤。但为了检出 棒材表面以下较深的缺陷，应选用 比同直径的管材探伤时低一些的工 作频率，而进行金属丝探伤时选用 的频率要高，以获得适当的频率比。
3、结构件疲劳裂纹探伤
1.涡流检测原理
涡流：所谓涡流，就是指能导电的试件，在 周围交变磁场的作用下，在导电试件中感应 出的旋涡状电流。（交变电流）
当载有高频交变电流的检测 线圈靠近导电试件时，在试件 周围形成一个激励磁场，这个 磁场在试件中感应出涡流。而 涡流又产生一个与原磁场相反 的次级磁场。使得检测线圈的 复阻抗（电阻+电抗）发生改变。
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（1）材料成分及 杂质含量的鉴别（ 涡流电导仪） 原理：金属的电 导率值受其纯度影 响。杂质含量增加 电导率会降低。
电 导 率
Zn Pb Al
50
Mn
As 40 0 P 0.5
铜中杂质的含量%
Fe
Si 1
铜中杂质的含量与电导率的关系
电导率（相对值）
（ 2 ）热处理状 态的鉴别 原理：相同的 材 料经过 不 同的 热 处理后 不 仅硬 度 不 同， 而 且电 导率也不同。
远场涡流无损检测
基本原理
波在钢板中的传播
波在钢板中 传播的过程 中，波幅衰 减，相位发 生移动。钢 板的厚度越 大，波幅衰 减得越大。
• 远场涡流无损检测的优点
• 与普通涡流、漏磁和超声波无损检测相比，远场涡流无损 检测具有以下优点： • 被检测的钢管的表面不必清洗； 〃 • 探头与钢管表面不接触，探头外径与钢管内径之间的间隙 变化对检测结果的影响很小，允许的最大间隙为钢管内径 的30%，最佳间隙小于钢管内径的15%； • 检测钢管内表面和外表面的腐蚀坑的灵敏度相同； 〃 • 对均匀减薄、渐变减薄和偏磨减薄的检测，都有极高的检 测灵敏度； 〃 • 探头的检测速度是否均匀对检测结果无影响； 〃 • 钢管内的气体、液体介质对检测结果无影响； 〃 • 检测设备体积小，重量轻，便于现场灵活应用； 〃 • 检测数据还可存入探头内，实施长距离检测。
探头在金属表面移动，遇到缺陷或材质、尺 寸等变化时，使得涡流磁场对线圈的反作用不同， 引起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这 种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其它物理 性质变化。
2、涡流的集肤效应和渗透深度
（1）集肤效应 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， 这种现象称为集肤效应。
（4）涡流检测的对比试样
对比试样是针对被检测对象和检测要求， 按照相关标准规定的技术条件加工制作，并 经相关部门确认的用于被检测对象质量符合 性评价的试样。 利用对比试样调整检测仪器以及在检测中 利用对比试样定期检查仪器的工作正常与否， 还可以利用对比试样的人工缺陷作为调整仪 器的标准当量，以此来判断被检工件是否合 格。
1.85 1.80 1.75 1.70 1.65 1.60 铝合金
1.55 1.50 84
86 88 90 92 94 96 98 100
硬度HRB 时效硬化铝合金的硬度与电导 率的关系
（3）混料分选
如果混杂材料或零部件的电导率的分 布带不相重合，就可以利用涡流法先测
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
出混料的电导率，再与已知牌号或状态
涡流检测Ⅱ ——材质检验
材质检验
电导率的测量是利用涡流电导仪测量出非铁磁性
金属的电导率值，而电导率值与金属中所含杂质、材
料的热处理状态以及某些材料的硬度、耐腐蚀等性能 有关，所以可进行材质的分选。 材料的电导率是影响检测线圈阻抗的重要因素，因 此在涡流检测中可用来评价材料的材质和其他性能。 这种评价不会损伤零部件的加工表面，且特别适合现 场检测。
涡流检测Ⅰ ——涡流探伤
一、涡流探伤
涡流探伤能发现导电材料表面和近表面的缺 陷，且无需耦合剂，易于实现高速、自动化检测， 因此在金属材料及其零部件的探伤中应用广泛。
激励线圈放置在试件表面 (a) 无缺陷时涡流场的分布；(b)有缺陷时涡流场的分布
1、金属管材探伤
用高速、自动化的涡流探伤装臵可以对成批生 产的金属管材进行无损检测。首先，自动上料进给 装臵使管材等速、同心地进入并通过涡流检测线圈。 然后，分选下料机构根据涡流检测结果，按质量标 准规定将经过探伤的管材分别送入合格品、 次品和 废品料槽。 管材涡流探伤的另一主要用途是对在役管道进 行维修检查。
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2）金属薄板厚度测量 用涡流法测量金属薄板的厚度时， 检测线圈既可按反射工作方式布臵在被
检测薄板的同一侧，也可按透射方式布
臵在其两侧。但都是根据在测量线圈上
测得的感应电压值来推算金属薄板厚度
的。
涡流检测技术的新发展
远场涡流无损检测
远场涡流无损检测
远场涡流检测技术是基于远 场涡流效应的一种管道检测 新技术，它除了具有一般常 规涡流技术的优点外，对铁 磁性管道无需采用磁饱和等 辅助方法，就可以直接用内 插式探头检测管壁上的裂纹、 腐蚀凹坑、磨蚀减薄等缺损。
（3）涡流检测可适用于异形件和小零件的检 测。（检测线圈可绕成各种形状且检测探头较 小）
（4）涡流可用于高温检测，且检测速度快， 易于实现自动化
4、涡流检测装臵
一个简单的涡流检测系统包括一个高频的交变电 压发生器、一个检测线圈和一个指示器。
5、涡流检测方法
（1）涡流检测的基本方式与特点
1、外通过式：用于线材、管、棒 的高速、大批自动化检测。
• 应用中存在的问题
• 现场检测时，用户必须提供一些被测管道的信息，包括管 道的使用年限、以前的检测史、腐蚀数据及被测管道的长 度等。为了避免掩盖缺陷信号，检测前应清除管内的障碍 物、淤积物、磁性物质和导体的碎屑。在管道检测中远场 涡流检测技术还存在以下技术难题： • 1）渗透性变化会产生类似金属缺损的信号，掩盖真正的 金属缺损信号。需要研究开发一种能把渗透性变化的情况 滤除或将其区分出来的方法。 • 2）支撑板会阻挡磁力线的传播，掩盖缺损信号，导致靠 近支撑板的管面检测困难。 • 3）管子的弯曲部位在壁厚和渗透性上变化很大，严重影 响了远场涡流信号，探测此处的缺陷和缺陷尺寸成为问题。 • 4）检测时，必须保证检测速度的平稳，不能引起振动噪 声，否则振动噪声会湮没缺陷信号
2、内通过式：孔、管道内壁的 在役检测。
3、放臵式：灵敏度高，用于局 部检测和非规则工件检测。
（2）涡流检测频率的选择 一般从200Hz~6MHz 频率越低透射深度越大但检测灵敏度越低。因 此在正常情况下，检测频率选择要尽可能高，只 要在此频率下仍能保持必要的透入深度既可。
（3）涡流检测信号分析
信号的处理方法以相位分析法最为常用： 1）同步检波法 2）不平衡电桥法
的材料和零部件的电导率相比较，从而
将混料区分开。
涡流检测Ⅲ ——涡流测厚
涡流测厚
1）覆盖层厚度测量
覆盖层（涂覆层）：为满足防护、装饰等功能要求 的涂层、镀层或渗层。
常见基体与覆层材料的功能组合： a.绝缘材料/非磁性金属材料 条件：基体材料与覆层之间的电导率相差较大。 b.顺（抗）磁性材料/顺磁性材料 c.绝缘或顺磁性材料/铁磁性材料
交变电 流通过 导线
导线产生感 应电流，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
（2）渗透深度 定义涡流密度衰减到其表面密度值的1／e时对应的深度为 标准透入深度，也称透入深度，用符号δ表示。
3、涡流检测的特点
（1）涡流检测只适用于能导电的试件。 （2）涡流检测适用于导电材料的表面和近表面 检测（集肤效应）。励磁电流的频率越高检测 的灵敏度越高。
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Z Z ( , , , )
线圈与导体间距离 被测体电阻率 被测体磁导率 激励电流的频率
测量原理：探头式线圈的提留效应 ——当将探头式线圈靠近被检工件时，线 圈阻抗的变化不仅与材料的电导率、检测频 率等有关，同时还受线圈至工件表面距离变 化的影响。
注意事项：电导率的变化以及工件太薄都会影响 到测量精度，为了抑制它们的干扰，涡流测厚时要 采用较高的频率（25MHz）.
小直径管材(直径≤75mm)探伤通常采用激励线 圈与测量线圈分开的感应型穿过式线圈。 当管材为 铁磁性材料时，外层还要加上磁饱和线圈，用直流 电对管材进行磁化。这种线圈最适宜检测凹坑、锻 屑、折叠和裂纹等缺陷，检测速度一般为0.5 m／s。 穿过式线圈对管材表面和近表面的纵向裂纹有良好 的检出灵敏度，但由于其感生出的涡流沿管材周向 流动，因此该线圈对周向裂纹的检测不敏感。