涡流检测基础1五

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检测线圈的阻抗图
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阻抗归一化：横坐标(R-R1)/ωL1；纵 坐标X/ωL1 (归一化)阻抗图：半圆；线圈自身阻 抗 (0,1) 应用条件：厚度小的导体（相当于渗 透深度，可用涡流环等效）
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3.3.2 有效磁导率和特征频率


有效磁导率 在半径为r、磁导率为μ、电导率为σ的长直圆柱 导体上， 紧贴密绕一螺线管线圈。在螺线管中 通以交变电流，则圆柱导体中会产生一交变磁 场，由于趋肤效应，磁场在圆柱导体的横截面 上的分布是不均匀的。于是人们提出了一个假 想模型：圆柱导体的整个截面上有一个恒定不 变的均匀磁场，而磁导率却在截面上沿径向变 化，它所产生的磁通等于圆柱导体内真实的物 理场所产生的磁通。
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这样，就用一个恒定的磁场和变化着的磁导率替代了
实际上变化着的磁场和恒定的磁导率，这个变化着的
磁导率便称为有效磁导率，用μeff表示，同时推导出它 的表达式为
eff
J1 ( jkr) 2 jkr J 0 ( jkr)
2πf
。
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其中， k
有效磁导率
有效磁导率μeff：由导体电磁特性引起的、 由ka决定的无量纲变量，是一个复数，其 模小于1。 可以计算出μeff关于 ka 或 f/fg 的数据表（表 3-2），便于使用。

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频率比
f/fg =2πfμσa2 = (ka)2



有效磁导率是ka的函数，也 是f/fg的函数，图3-19 应用：根据试件特性计算特 征频率，查技术资料选取最 佳频率比，由此计算激励频 率 激励频率是涡流检测最重要 的仪器参数
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习题3.2
321. 对于渗透深度的计算公式，若采用工程 单位： (1/*cm) , (mm)，公式中的常数 为何值？ 322. 关于特征频率的计算公式，试证明采用 单位 (1/*cm) , d(mm)或 (m/*mm2) , (cm)，公式不变。 323. 对于大平面导体，在2倍渗透深度处， 涡流磁场幅度衰减多少？相位滞后多少？
③ ④
⑤
较难实现的场合；
⑥ ⑦
对复杂的零件进行全面检测时，效率相对较低； 工业探伤中，难以区分缺陷的种类和形状。
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3.2.1 电磁感应

1.电磁感应定律(楞次定律、法拉第电 磁感应定律) 2.自感和互感
3.涡流检测中的电磁感应

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3.2.2 涡流

涡电流；涡流 如图所示，假如把一块金 属导体放在变化着的磁场 之中，由于金属导体将会 不断地切割磁力线，从而 在金属导体中产生感应电 动势。同时，在导体内形 成一个自成闭合回路的， 其形状很像水中旋涡的电 流。这个电流就叫做涡流 或涡电流。
3.1 涡流检测概述
1、定义 涡流检测就是利用电磁感应原理，使导电 的试件（导体）在交变磁场作用下产生涡 电流（简称涡流），通过测量涡流的变化 量，来进行试件的探伤、材质的检验和形 状尺寸的测试等。

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3.1 涡流检测概述


2、涡流的产生
如图1所示，使线圈1与线圈2相靠近，把线圈1接在交流电源上，通 以交流电，在线圈2上就会感应产生交流电。这是由于线圈1通过交 流电时，能产生随时间而变化的磁力线，这些磁力线穿过线圈2， 使它感应产生交流电。如果使用金属板代替线圈2，同样也可以使 金属板导体产生交流电，如图2所示。

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3.2.3 趋肤效应和渗透深度

代入0=4*10-7 H/m，得 =503/(fr)1/2 (m) 工程单位： (1/cm) , (mm)，系数50.3 适用条件：大平面导体 渗透深度与激励频率的关系：如下图所示
渗 透 深 度 /in
频率/Hz
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3.3 涡流阻抗分析法
1—缺陷；2—线圈；3—涡流
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3.2.3 趋肤效应和渗透深度
趋肤效应：涡流集中在导体表面的现象 影响因素：电流的频率；电导率；磁导率 渗透深度 ：涡流密度或磁场强度衰减至 表面数值1/e（37％）时的深度。 =1/(f )1/2；f (Hz)， （磁导率H/m）， μσ)1/2a，包括电磁特性、几何尺寸、 激励频率 定义：使ka ＝1的频率为特征频率fg 由μσωa2＝1 得 fg=1/(2πμσa2) 特征频率：由试件电磁特性和尺寸决定的、 具有频率单位的物理量，可以认为是试件 参数(μσa) 如何关联仪器参数( f ) ？
图1 电磁感应现象
图2 涡流的产生
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3.1 涡流检测概述
3、主要特点
① ②
对导电材料表面或者近表面缺陷检测灵敏度较高； 应用范围广，对影响感生电流的各种物理和工艺因素均可检 测； 一定条件下，能反应有关裂纹深度的信息； 不需要耦合剂，易实现棒材、管材、线材高速、高效的自动 化检测； 可以在高温、薄壁管、细线、零件内孔表面等其他检测方法
阻抗分析法是以分析涡流效应引起线圈阻抗 的变化及其相位变化之间的密切关系为基础，从 而鉴别各影响因素效应的一种分析方法 3.3.1 线圈的阻抗 3.3.2 有效磁导率和特征频率 3.3.3 涡流检测相似律 3.3.4 复阻抗平面图 3.3.5 穿过式线圈的阻抗分析 8
3.3.1 线圈的阻抗
线圈自身的阻抗(R1+jωL1)，等效电路 耦合线圈，等效电路 反射阻抗：副边对原边的作用 视在阻抗(R+jX)：自身阻抗+反射阻抗 阻抗图：横轴视在电阻；纵轴视在电抗