铝合金材料电导率的涡流检测

铝合金材料电导率的涡流检测

铝合金材料和零件的硬度和热处理状态均匀状况是工程应用十分关心的技术指标。由于压痕式硬度检验是一种破坏性测量方法，且测试设备通常也比较大，对试件大小及硬度有一定的要求，因此铝合金热处理质量的检验一般不直接采用打硬度的方法，而是通过电导率的测量间接地评价。由图4-17可见，各种牌号铝合金的电导率值与其硬度、热处理状态之间并不是单值的一一对应关系，因此要根据电导率值评价铝合金的硬度，首先还需要明确被测试对象的牌号和热处理状态。

铝及铝合金的电导率范围大致在17％IACS～62％IACS。对于不同牌号和热处理状态的铝及铝合金，当电导率的测得值在规定的电导率极限值范围内，可根据电导率的合格推断其硬度合格；当电导率的测得值超出规定的电导率验收值范围，特别是超出量又比较小的情况下，决不能由电导率的不合格断定该试件为不合格品，而需要对电导率不合格的试件（或部位）做补充硬度试验，并以硬度试验结果进一步的分析和判定。

变形铝合金材料的种类分为铝合金棒材、板材、管材、型材，相应地有各种形状、规格、尺寸的变形合金制件。正是由于材料及零件在形状、尺寸上的千差万别，在电导率测试过程中，需要结合涡流技术的一些特点，采取相应的技术手段减小或消除各种因素的影响，或对各种因素的影响进行补偿，以准确地获得试件真实的电导率值。

电导率涡流测量的主要影响因素有板材的厚度与宽度、材料或零件表面的覆盖层以及表面形状等。对于铝合金板材，当厚度小于涡流有效投入深度时，受板材厚度的限制，涡流在板材中的分布不再遵循半无穷大导电介质中的分布规律，因此对检测线圈的反作用磁场的强度也随之发生变化，导致涡流电导仪指示的电导率值与板材的实际电导率并不相同。同样，当检测线圈置于宽度小于线圈涡流场作用范围的窄条材料或零件表面时，受边缘效应的影响，涡流场的分布也会发生畸变，出现仪器显示值与真实值电导率不符的情况。

材料和零件表面的覆盖层主要有包铝层和漆层或阳极氧化膜层两类。前一类的包率层一般具有比基体铝合金更高的导电性，因此在带有包铝层的材料或零件（厚度大于涡流有效透入深度）表面上测得的电导率值要高于基体铝合金的实

际电导率；后一类的覆盖层无论是漆层，还是阳极氧化膜层，均为非导电层。铝合金零件表面非导电层的存在，使得检测线圈表面与铝合金表面之间形成了一定的间隙，铝合金电导率的测量因此受到提离效应的影响。对于铝合金棒材或曲面形状的铝合金制件，涡流检测线圈置于曲面上测量时，受电磁耦合条件的影响，同样无法正确测得棒材或曲面制作的电导率。

不同型号的涡流电导仪，由于受线圈尺寸、结构及仪器信号处理电路等方面不同因素的影响，即使采用相同的检测频率，对于上述各项影响因素的响应也不相同，并且可能存在较大的差异，因此在实际测量中，必须针对具体的仪器建立或制定适用的修正关系或修正系数，消除或补偿相关的影响。

对于厚度大于涡流透入深度、宽度大于检测线圈涡流场作用范围的非包铝板材及其制件，只要其电导率值稳定，便可在板材或零件表面直接测得正确的电导率值。当材料或零件不满足上述条件，或存在其他影响线圈与被检测对象之间达到正常耦合状态的因素时，便无法直接正确地测得其电导率值。下面以薄规格裸铝板材、铝合金棒材为例，介绍铝合金材料电导率测试中经常遇到的有关电导率测试修正或补偿的问题。

1.薄规格裸铝板材的电导率测试

图4-33是采用工作频率为60kHz的sigmatest2.607型电导仪对0.4～2.0mm范围内四种不同厚度和电导率的铝合金板电导率进行测量获得的试验曲线。可以看到，板材厚度大于标准透入深度而小于有效透入深度时，电导率测量的视在值与板材的实际电导率值有较大差异，只有厚度达到或超过有效透入深度，电导仪的视在读数才正确反映出材料的真实电导率值。

图4-33 sigmatest 2.067型涡流仪的电导率测量读数与板厚关系因此实际测量时，被测件厚度应大于涡流的有效透入深度，否则，需要采

取叠加测量的办法。叠加测量时，可采取两张板叠加，亦可采取三张板叠加，原则上要求叠加后的厚度大于涡流有效透入深度，并要求各层必须贴紧，各层上、下位置互换后测量结果应一致。

2.铝合金棒材的电导率测试

对于铝合金棒材的电导率测量，通常不允许在棒材横端面直接进行，这是

因为与铝合金电导率相关的技术标准给出的数据均是在平行于铝合金轧制方向的平面上获得的。对于曲率半径小于250mm 的内凹试件，不能在凹面上直接测得其真实电导率值；对于曲率半径大于60mm 的外凸状试件，才能在凸面上直接测得其真实电导率值，否则需要加工平整的测试面或采取修正测量方法。

对于直径在Φ20～Φ120mm 范围的棒材，按下述公式对实测数据加以修正后

可得到铝合金棒材的真实电导率值：

()()⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛+=∞φφσσt s exp / 式中()φσ——直径为φ的棒材上测得的视在电导率读数； ()∞σ——材料的真实电导率值，即最终期望获得的电导率值；

s ，t ——与试件直径φ有关的修正系数。

不同直径范围内s ，t 的取值见表4-3。

表4-3 不同直径范围内S ，t 的取值

注：该修正系数的取值仅适用于sigmatest2.607型涡流电导率。

举例说明：在Φ40和Φ90mm 铝合金棒材柱面上测得的电导率值分别为30％

IACS 和37％IACS ，在表4-3中选择对应的s ，t 值分别代入修正系数计算式中，可分别得到Φ40和Φ90mm 铝棒的真实电导率值：

()∞σ φ40=σ(φ40)/exp(-0.07175)=1.074σ(φ40)=1.074×30%IACS=32.22%IACS

()∞σ φ90=σ(φ90)/exp(-0.01844)=1.019σ(φ90)=1.019×37%IACS=37.70%IACS

采用上述修正方法可不必在试件柱面上加工测试平面而获得比较准确的电

导率。