涡流检测相关知识介绍
涡流检测培训资料
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
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。
e 穿过式线圈的填充系数 填充系数η
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
(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
涡流
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
出混料的电导率，再与已知牌号或状态
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
19
60
（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 Al0 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。
（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。
涡流检测Ⅰ ——涡流探伤
涡流检测知识
涡流检测知识一、涡流检测原理涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料，如果我们把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流，由于导体自身各种因素(如电导率、磁导率、形状、尺寸和缺陷等)的变化会导致感应电流的变化，利用这种现象而判知导体性质、状态的检测方法，叫做涡流检测方法。
由涡流产生的交流磁场也产生磁力线，其磁力线也是随时间而变化，它穿过激磁线圈时又在线圈内感生出交流电。
因为这个电流方向与涡流方向相反，结果就与激磁线圈中原来的电流方向相同了。
这就是说线圈中的电流由于涡流的反作用而增加了。
假如涡流变化，这个增加的部分(反作用电流)也变化。
测定这个电流变化，从而可得到试件的信息。
涡流的分布及其电流大小，是由线圈的形状和尺寸，交流频率(试验频率)，导体的电导率、磁导率、形状和尺寸，导体与线圈间的距离，以及导体表面缺陷等因素所决定的。
因此，根据检测到的试件中的涡流，就可以取得关于试件材质，缺陷和形状尺寸等信息。
二、涡流检测方法涡流检测是把导体接近通有交流电的线圈，由线圈建立交变磁场，该交变磁场通过导体，并与之发生电磁感应作用，在导体内建立涡流。
导体中的涡流也会产生自己的磁场，涡流磁场的作用改变了原磁场的强弱，进而导致线圈电压和阻抗的改变。
当导体表面或近表面出现缺陷时，将影响到涡流的强度和分布，涡流的变化又引起了检测线圈电压和阻抗的变化，根据这一变化，就可以间接地知道导体内缺陷的存在。
由于试件形状的不同，检测部位的不同，所以检验线圈的形状与接近试件的方式与不尽相同。
为了适应各种检测需要，人们设计了各种各样的检测线圈和涡流检测仪器。
1、检测线圈及其分类在涡流探伤中，是靠检测线圈来建立交变磁场;把能量传递给被检导体;同时又通过涡流所建立的交变磁场来获得被检测导体中的质量信息。
所以说，检测线圈是一种换能器。
检测线圈的形状、尺寸和技术参数对于最终检测是至关重要的。
涡流检测
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
dΦ Ei dt
dΦ d( NΦ) Ei N dt dt
Ei Bl sin
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
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。
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。
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） 磁饱和装置的分类：直流线圈和磁轭式
Im
是初相位（rad）， t 是时间（s）
1 f T
i I m cost 是电流的幅值， 是角频率（rad/s），
涡流检测—涡流检测基本原理(无损检测课件)
第2节 涡流检测的基本原理
原理
原理：当载有交变电流的线圈接近被检工件时，材料表面与近 表面会感应出涡流，其大小、相位和流动轨迹与被检工件的电 磁特性和缺陷等因素有关，涡流产生的磁场作用会使线圈阻抗 发生变化，测定线圈阻抗即可获得被检工件物理、结构和冶金 状态等信息。
第2节 涡流检测的基本原理
2. 涡流检测的特点
➢ （1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ适用于各种导电材质的试件探伤。包括各种钢、钛、 镍、铝、铜及其合金。
➢ （2）可以检出表面和近表面缺陷。 ➢ （3）探测结果以电信号输出，容易实现自动化检测。 ➢ （4）由于采用非接触式检测，所以检测速度很快。 ➢ （5）不需接触工件也不用耦合介质，所以可以进行高温
在线检测。
2. 涡流检测的特点
➢ （6）形状复杂的试件很难应用。因此一般只用其检测管 材，板材等轧制型材。
➢ （7）不能显示出缺陷图形，因此无法从显示信号判断出 缺陷性质。
➢ （8）各种干扰检测的因素较多，容易引起杂乱信号。 ➢ （9）由于集肤效应，埋藏较深的缺陷无法检出 ➢ （10）不能用于不导电材料的检测。
无损检测技术中的涡流检测方法详解
无损检测技术中的涡流检测方法详解无损检测技术是一种用于检测材料或构件内部缺陷或性能状态的技术方法，它可以在不破坏被检测材料的情况下对其进行评估和监测。
涡流检测作为无损检测技术的一种方法，被广泛应用于工业生产、航空、航天、汽车、电力等领域。
本文将对涡流检测方法进行详细解释和阐述。
涡流检测是一种基于电磁感应原理的无损检测技术。
其原理是利用交流电源产生的交变电磁场在被测材料中产生涡流，通过对涡流的测量，来判断被测材料的缺陷或性能状态。
涡流检测方法可以检测到多种类型的缺陷，如裂纹、腐蚀、疏松等。
涡流检测方法主要包括以下几个方面：1. 电磁感应原理：涡流检测是基于电磁感应原理的，通过交流电源产生的交变电磁场在被测材料中产生涡流。
当被测材料中存在缺陷时，涡流的路径和强度会发生变化，从而可以判断缺陷的位置和性质。
2. 探头设计：涡流检测中使用的探头通常由线圈和磁芯组成。
线圈通过交流电源激励产生交变磁场，磁芯则用于集中和引导磁场。
探头的设计对于检测效果起着重要的作用，不同类型的缺陷需要不同设计的探头。
3. 缺陷识别：通过分析涡流的强度、相位、频率等参数，可以判断被测材料中的缺陷类型和尺寸。
例如，对于裂纹缺陷，涡流的强度和相位会出现明显的变化。
通过对涡流信号进行数学处理和分析，可以得到准确的缺陷识别结果。
4. 检测技术：涡流检测技术可以分为静态检测和动态检测两种。
静态检测是指将被测材料放置在固定位置，通过探头对其进行检测。
动态检测则是指将探头和被测材料相对运动，通过对运动产生的涡流信号进行检测。
动态检测常用于对大型或复杂构件的检测。
涡流检测方法具有以下优点：1. 非接触性：涡流检测不需要直接接触被测物体，因此不会对被测材料造成损伤或影响其性能。
2. 高灵敏度：涡流检测可以检测到微小尺寸的缺陷，对于裂纹等细小缺陷具有很高的灵敏度。
3. 适用范围广：涡流检测方法适用于多种材料，如金属、合金、陶瓷等。
同时，它可以应用于不同形状和尺寸的材料和构件。
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。
? 涡流检测根据线圈视在阻抗（信号）的变化特征获得被检材料的物理 特性或工艺特性（信息）。
of Penetration
(Skin Depth)
Eddy Current Density
High Frequency High Conductivity High Permeability
1/e or 37 % of surface density
Depth
Eddy Current Density Low Frequency Low Conductivity Low Permeability
第二章 涡流检测
图2-13 非屏蔽探头
图2-14 屏蔽探头
4、提离效应的影响
图2-15 提离效应的矢量变化方向
2.1.1 电磁感应现象
• 电磁感应现象是指电与磁之间相互感应的现象，包括电感生磁和 磁感生电两种情况。 1、电感生磁最著名的是奥斯特实验，如图所示。当电流通过导 体时，其附近平行放置的磁针发生偏转，说明在通电导体附近存在 磁场，即电生磁现象。
• 2、电流可以产生磁场，反过来磁场也可以感应产生电场。 实验1：磁铁穿过线圈，如图所示。当穿过闭合导体回路所包围 面积内的磁通量发生变化时，回路中产生感应电流。 实验2：导线切割磁力线，如图所示。当闭合回路中的一段导线 切割磁力线运动时，导线中产生感应电流。
图2-4 磁感生电现象 a)磁铁穿过线圈 b)导线切割磁力线
பைடு நூலகம்
• 根据涡流检测的基本原理，涡流检测的过程为： 激励线圈产生交变磁场→被检测导体材料中感应涡流→涡流磁 场改变原磁场→线圈电压阻抗发生变化→判断被检测导电材料的特 性。 涡流检测过程可分为电生磁、磁生电、电生磁三个过程：探 头通入交变电流，线圈建立交变磁场（电生磁）；探头靠近被检 导电材料，由线圈交变磁场通过导电材料与之发生电磁感应作用， 在导电材料内产生涡流（磁生电）；导电材料的涡流会产生自己 的磁场（电生磁）。
造成涡流流通路径畸形的原因如下：
• 1、由于导电材料不均匀会导致磁导率、电导率的不同，是涡流 流通路径发生改变，导致涡流的大小、相位发生改变。 • 2、如果被检测件存在缺陷（如表面裂纹），则会阻碍涡流流过， 因涡流只能存在于导体材料中，故会导致涡流流通路径的畸变， 最终影响涡流磁场，使得涡流强度降低。 探头放置在被检材料表面上，一旦缺陷干扰了涡流的流动路径 并使涡流的强度减弱，就能被检测出来。
涡流检测技术
1无损检测也称非破坏性试验( Non-Destructive Testing， NDT) ：指在材料、工件、设备及结构物不被破坏的前提下，利用它们的物理特性因缺陷的存在而发生变化的事实，测定其变化量，从而检出其内部是否存在缺陷，和缺陷的形状、位置、大小和严重程度和发展趋向，这一检测判断的整个过程称为无损检测。
2．什么叫涡流（Eddy-current）？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。
3．什么叫阻抗（R resistance）—一能量损耗（Energy lost）？电流通过导体材料过程中，电荷在导体中移动将克服一定的阻力，即电阻（R）。
导体材料的电阻使部分电能转化为热，损耗一定的能量。
激励电流在线圈中流动，或感应电流在被测导体（工件）中流动都要损耗能量，不同试件因导电率、磁导率等影响因素各异，能量损耗的大小也不一样。
4．什么叫电抗（X reactance）—一能量存储（Energy stored）？当电流通过导体时，导体周围形成磁场，部分电能转化为磁场中的磁能，在一定条件下磁场的磁能可转变成感应电流。
涡流检测中，除了自感现象以外，两个相邻的线圈间还有互感现象存在。
无论自感电流，抑或互感电流所形成的磁场，总要阻碍原电流增强或减弱，这就是感抗的作用。
同理，电容器对电压变化的阻碍作用称为容抗，感抗和容抗统称为电抗。
一般地说，磁性材料增强检测线圈的电抗，非磁性材料削弱检测线圈的电抗。
5．涡流检测技术的特点是什么？涡流检测是一种应用较广泛的无损检测技术，是五大常规无损检测方法之一，该检测法具有如下技术特点：①检测速度快，易于实现自动化。
由于涡流检测的基本原理是电磁感应，涡流检测只适用于能产生涡流的导电材料。
涡流检测线圈激励后所形成的电磁场实质是一种电磁波，具有波动性和粒子性，所以检测时传感器不需要接触工件，也不必在线圈与试件之间填充耦合剂，因此检测速度快，对管、棒材的探伤每分钟可检查几十米；对丝、线材的探伤每分钟可达几百米，甚至上千米，因此，易于实现自动化检测。
涡流检测(相关知识)
当线圈1、2靠近时，线圈1中电流 I1 变化在线圈2
中激起的感生电动势为 E21，线圈2中的电流 I2 变化在
线圈1中激起的感生电动势为：E12
E21
M
dI1 dt
dI E12 M dt
式中：M——互感系数，与两化率； dI2 线圈2中电流
图 按使用方式分类的线圈 （a）绝对式 （b）自比式 （c）他比式
三、对比试样 涡流检测中的对比试样是按一定的用途设计制作的 具有人工缺陷的试样，用于进行对比实验。
（1）对比试样的用途 1． 测试设备的性能 2． 调节检测灵敏度 3． 验收产品质量
（2）对试样的要求
1． 对比试样的材质、形状、尺寸、热处理状态和 面状态与被检测试件相同，一般从被检试件上截取。
涡流检测定义及适用：
涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种 无损检测方法。
当把导电试件置于交变磁场之中，在工件中就有 感应电流存在，即产生涡流。工件自身物理性质 （如电导率、磁导率、形状，尺寸和缺陷等）的 变化，会导致涡流的变化。通过观测工件中涡流 的变化，就可以判定工件的性质，状态，称为涡 流检测。 涡流检测只适用于检测导电材料
➢ （1）涡流检测仪器的类别
➢
涡流检测仪是根据不同的检测目的，应用不同的方法抑
制干扰信息，拾取有用信息的电子仪器。根据用途、使用、
显示等不同分为以下几类。
➢ ① 按用途分 ➢ ⅰ 探伤仪
➢ ⅱ 材料分选仪
➢ ⅲ 测厚仪
➢ ② 按使用方式分 ➢ ⅰ 手动涡流仪
➢ ⅱ 自动涡流仪
③ 按显示方式分 ⅰ 图像显示 ⅱ 数字显示 ⅲ 指针显示
由于涡流具有集肤效应，因此涡流检测只能检
测表面和近表面的缺陷。
第三章 涡流检测
（2） 导电管件的内通式线圈。将线圈插入并通过被检管 材(或管道)内部进行检测的线圈为内通式线圈。 ① 薄壁管件。用内通式线圈检测薄壁管件时，其线圈阻 抗的变化情况可借用穿过式线圈的阻抗图加以分析。
② 厚壁管件。对于非铁磁性材料的厚壁管件，其特征频
率为
fg
式中： di为管件内径。
506606
2 XM
Z 0 R1 jX 1 R1 jL1
R X
2 2
2 2
R2 j
2 XM
R X
2 2
2 2
X2
X M M 互感抗
（3-2）
将次级线圈的折合阻抗与初级线圈自身的阻抗的和称为 初级线圈的视在阻抗Zs，即
Z s Rs jX s R1 Re j( X 1 X e )
E21 M d I1 dt , E12 M
M L1 L 2
d I2 dt
M 为两个线圈的互感系数
耦合系数 K=
， L1和 L 2 线圈1和线圈2的自感系数
3.2 涡流检测的阻抗分析法
线圈耦合电路
一、 检测线圈的阻抗和阻抗归一化
1） 检测线圈的阻抗
设通以交变电流的检测线圈（初级线圈）的自身阻抗为Z0，
（4） 缺陷。 （5）检测频率。
2） 其他常用类型检测线圈的阻抗分析
（1） 内含导电管材的穿过式线圈。
① 薄壁管件。 对非铁磁性材料的薄壁管件，特征频率为
fg 506606
r d i
（3-7）
式中：di为管件内径；δ为管件壁厚。管件的填充系数η=(da/dc)2，
其中，da为管件外径，dc为线圈内径。 ② 厚壁管件。厚壁管穿过式线圈的阻抗曲线位于圆柱体和 薄壁管两者的曲线之间。
公共基础知识涡流检测技术基础知识概述
《涡流检测技术基础知识概述》一、引言在现代工业领域中，无损检测技术起着至关重要的作用。
其中，涡流检测技术作为一种重要的无损检测方法，凭借其高效、准确、非接触等特点，在航空航天、电力、石油化工、机械制造等众多行业得到了广泛应用。
本文将对涡流检测技术的基础知识进行全面综合的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、涡流检测技术的基本概念（一）定义涡流检测技术（Eddy Current Testing，简称 ECT）是一种基于电磁感应原理的无损检测方法。
它通过给检测线圈施加交变电流，产生交变磁场，当该磁场靠近导电材料时，会在材料中感应出涡流。
涡流的大小、分布等特性会受到材料的物理性质（如电导率、磁导率等）以及缺陷的影响。
通过检测线圈测量涡流的变化，可以推断出材料的性能和缺陷情况。
（二）检测原理当检测线圈靠近导电材料时，线圈中的交变电流会在材料中感应出涡流。
涡流的流向与线圈中的电流方向相反，会产生一个与原磁场方向相反的磁场，从而改变检测线圈的阻抗。
如果材料中存在缺陷，如裂纹、气孔等，会改变涡流的分布和大小，进而导致检测线圈的阻抗发生变化。
通过测量检测线圈的阻抗变化，可以判断材料中是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小和形状等信息。
（三）检测对象涡流检测技术适用于各种导电材料，如金属材料（如钢铁、铝、铜等）、合金材料等。
它可以检测材料的表面和近表面缺陷，如裂纹、腐蚀、磨损等，也可以检测材料的厚度、电导率、磁导率等物理性质。
三、涡流检测技术的核心理论（一）电磁感应定律涡流检测技术的基础是电磁感应定律。
根据电磁感应定律，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势。
在涡流检测中，检测线圈中的交变电流产生的交变磁场会在导电材料中感应出涡流，这就是电磁感应的过程。
（二）涡流场理论涡流场理论主要研究涡流在导电材料中的分布和变化规律。
涡流的大小和分布受到材料的电导率、磁导率、检测频率、线圈形状和尺寸等因素的影响。
无损检测技术中的涡流检测方法详解
无损检测技术中的涡流检测方法详解涡流检测方法是无损检测技术中的一种重要方法，广泛应用于各个领域，如航空航天、石油化工、机械制造等。
本文将详细介绍涡流检测方法的原理、应用场景以及优缺点。
涡流检测（Eddy current testing）是一种基于涡流感应原理的无损检测技术。
它利用感应线圈产生的交流电磁场与被测试物体中存在的缺陷或材料变化相互作用，通过检测电磁场的变化来判断被测物体的质量和完整性。
涡流检测方法可以检测许多不同类型的缺陷，如裂纹、气孔、金属中的杂质等。
涡流检测方法有很多应用场景。
首先，它可以用于表面缺陷的检测。
涡流检测方法可以检测出金属表面的裂纹、腐蚀、划痕等缺陷，对于保证产品质量和安全非常重要。
其次，它可以用于导电材料的非破坏性探伤。
例如，在航空航天领域中，涡流检测可以检测飞机发动机叶片、涡轮叶片等高温部件的裂纹情况。
此外，涡流检测还可以用于金属材料中的疲劳损伤检测、焊接接头质量评估等方面。
涡流检测方法有很多优点。
首先，它可以实现非接触检测，无需与被测物体直接接触，减少了对被测物体的损伤。
其次，涡流检测方法可以高效地检测大面积的缺陷，节省了时间和人力成本。
此外，涡流检测方法适用于各种导电材料，包括金属和合金，具有很高的适应性。
最后，涡流检测方法对材料的电导率变化敏感，可以检测金属材料中的杂质和缺陷。
然而，涡流检测方法也有一些缺点。
首先，它只能用于导电材料的检测，对于非导电材料无法应用。
其次，涡流检测方法对于缺陷的探测深度有限，只能检测物体表面附近的缺陷。
此外，涡流检测方法对于复杂形状的物体或小尺寸缺陷的检测具有一定的限制。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择适合的检测方法。
在涡流检测方法实施过程中，需要注意一些关键要点。
首先，选择合适的感应线圈和频率。
感应线圈的大小、形状和频率的选择将直接影响到检测结果的质量。
其次，设置合理的检测参数。
检测参数包括检测速度、灵敏度等，需要根据具体情况进行调整。
涡流检测—涡流检测应用(无损检测课件)
7. 涡流检测工艺要点
➢ 线圈的选择 线圈的选择要使它能探测出指定的对比试块上的人工缺陷，
并且所选择的线圈要适合于试件的形状和尺寸。 ➢ 探伤灵敏度的选定
探伤灵敏度的选定是在其他调整步骤完成之后进行的，要 把指定的对比试块的人工缺陷的显示图象调整在探伤仪器显 示器的正常动作范围之内。 ➢ 平衡调整
应在实际探伤状态下，在试样无缺陷的部位进行电桥的平 衡调整。
7. 涡流检测工艺要点
➢ 相位角的选定 调整移相器的相位角使得指定的对比试块的人工缺陷能最
明显地探测出来，而杂乱信号最小。 ➢ 直流磁场的调整
第4节 涡流检测的基本原理
6. 实际应用
以钛合金小直径棒材（φ3~φ6mm）为例，介绍和说明涡流 检测技术在原材料质量复验中的应用。
➢ 方法的选择：小直径——通过式线圈（自比差动式线圈） f=50~500kHz
➢ 人工缺陷的制作：对比试样——人工缺陷的设计和加工 长度：5~10mm，宽度：0.05~0.1mm，深度依据验收标准
间限制，平稳性稍好
平探头 • 线圈直径5~15mm，外径10~20mm，探
测面是平面。 • 稳定的耦合，检测效率高，适合平面和
曲率小的弧面。 • 不适合形状复杂零件检测。
5. 检测技术
孔探头： • 线圈直径1~2mm，与被检测孔的直径大小无关，而探头端部镶
嵌检测线圈的球体直径要与被检测孔直径相同，保证检测线圈 与孔壁的紧密耦合。检测不同螺栓孔配备不同规格的孔探头。
对强磁性材料进行探伤时，用线圈的直流磁场，使试件磁 导率不均匀性所引起的杂乱信号降低到不致影响探伤结果的 水平上。
涡流检测
互感
电动势
21
d 21 dI1 M 21 dt dt
12
d12 dI 2 M 12 dt dt
M 12 、 21－互感系数（H） M
3 涡流检测中的电磁感应
交流电路中电压E与电流I之间关系为：
E I Z
式中，Z－线圈阻抗 （ ） E－外接电源电压（V）
△提离效应对阻抗图的影响：应用点式 线圈检测时，线圈与工件之间的距离变 化，会引起检测线圈阻抗变化，这种距 离影响称为提离效应。小的提离会产生 大的阻抗变化。
电压表读数随金属材料的尺寸或 厚度的变化而改变的现象，在涡流 检测中我们称为尺寸效应。应用这 个效应我们就可以用涡流检测法来 测定金属薄板的厚度，以及测定金 属棒材的直径。
电压表读数随线圈与金属块之间 距离的变化而改变的现象，在涡流 检测中我们称为“提离”效应。应 用这个效应，我们就可以用涡流检 测法来测定金属材料表面上的绝缘 层的厚度。
（2）对管、棒、线材易于实现自动化。
（3）能在高温、高速下进行检测。
（4）能进行多种测量，并能对疲劳裂纹监控。
（5）工艺简单、操作容易、检测速度快。
缺点：
（1）只适合导电材料表面和近表面的检测。
（2）难以判断缺陷的种类、形状和大小。
（3）干扰因素较多，需要特殊的信号处理 技术。 （4）对形状复杂的试件难以进行检测。
趋肤效应的大小以渗透深度 来描述 即电流密度减少到表面电流密度的1 e 37% 时的深度。
1
2
1 f
渗透深度 与频率 f 的平方根成反比。
涡流检的试验基础
将两个线圈固定在一起。在线圈Ⅰ上输 入交流电流，在线圈Ⅱ上接一个电压表， 同时把这两个线圈放在金属块上面。
涡流检测法介绍
涡流检测的应用
缺陷检测——用于管、棒、线等生产过程的质量控制，检 查疲劳裂纹、腐蚀等； 电导率测量—— 测量非铁磁性材料的电导率； 材料分选——混料分选、区分热处理状态； 涂层厚度测量——利用涡流检测的提离效应可以对导电材 料基体上的不导电涂层厚度进行测量； 尺寸测量——可以用来对薄板厚度、振动、位移、偏心度 等尺寸进行测量；
涡流检测法
利用交流电磁线圈在金属构件表面 感应产生的涡流遇到缺陷会产生变化的 原理，来检测构件缺陷的一种无损探伤 技术。
涡流检测法基本原理
涡流检测法是以电磁感应原理为基础的。 检测线圈通交流电，在线圈周围产生交变的初级磁场。 当检测线圈靠近被检测的导电构件，构件内感生出交变 电流——涡流。 涡流在工件及周围产生交变次级磁场。根据楞次定律(感 应电流磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量变化)可 知,Hs与Hp相反。 次级磁场又在检测线圈内产生感应电流，方向与原电流 方向相同。 当构件表面(或近表面)有裂纹的话，使涡流的流动发生畸 变而影响次级磁场，影响检测线圈中感应电流的变化。 检测线圈中的电流的变化，表明构件发生损伤。
实验目标：
1. 涡流检测法基本原理 2. 涡流检测法的适用范围及优缺点 3. 熟悉涡流检测仪器 4. 了解涡流检测过程中的注意事项
具有探伤、测厚和电导率测量功能 SMART－301适用于各种金属材料和零部件的探 伤,如对焊缝裂纹，铜管、无缝钢管、不锈钢管的折 叠、结疤、凹坑、裂缝、导板划痕、横裂或离层等 缺陷具有很高的灵敏度。用户可选配镀层测厚和电 导率测量等功能。
注意事项
涡流探伤系统在极低温度下使用时，会影响其正常操 作，并不意味着故障或错误，请勿将仪器放置在高温 条件下。 不要将仪器放置在潮湿环境中操作，以免发生短路。 不要剧烈振动或撞击仪器。 保持仪器表面清洁和干燥。 避免外界强磁场对仪器检测的干扰。
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交变的感生涡流渗入被检材料的深度与其频率的1/2次幂成反比。 常规涡流检测使用的频率较高（几百到几兆赫兹），渗透深度通常 较浅，因此常规涡流检测是一种表面或近表面的无损检测方法。
趋肤效应
h 503
fr
二、 1、对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高； 2、应用范围广，对影响感生涡流特性的各种物理和工艺因
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。
（一） 检测线圈的阻抗
设通以交变电流的检测线圈（初级线圈） 的自身阻抗为Z0
Z0 R1 jX1 R1 jL1
空载阻抗 电阻 电抗
初级线圈
次级线圈
线圈耦合互感电路
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，闭合的次级线圈中会产生感应电流，而这个电流反过来又
会影响初级线圈中的电压和电流。这种影响可以用次级线圈电路 阻抗通过互感M反映到初级线圈电路的等效阻抗Ze来体现。Z0与
或对两线圈间耦合系数不同的初级线圈的视在阻抗作出阻抗平面图时，就 会得到半径不同、位置不一的许多半圆曲线， 这不仅给作图带来不便， 而且也不便于对不同情况下的曲线进行比较。为了消除初级线圈阻抗以及 激励频率对曲线位置的影响， 便于对不同情况下的曲线进行比较， 通常 要对阻抗进行归一化处理。
归一化处理：
检测线圈
导电试件
线圈耦合互感电路
电磁感应理论可知，与涡流伴生的感应磁场与原磁场叠加，使 得检测线圈的复阻抗发生改变。导电体内感生涡流的幅值大小、 相位、流动形式及伴生磁场受到导电体的物理及制造工艺性能 的影响。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化，就可以非破坏 性地判断出被测试件的物理或工艺性能及有无缺陷等，此即为 涡流检测的基本原理。
eff
2 J1( jkr) jkr J0 ( jkr)
定义使有效磁导率表达式中贝塞尔函数变量 ( jkr) 的模
为1的频率为涡流检测的特征频率。表达式为
1
1
fg 2πr 2 2π0rr 2
K——耦合系数
此即初级线圈的阻抗平面图。
阻抗归一化
X
阻抗平面图虽然比较直观，但半圆形
曲线在阻抗平面图上的位置与初级线圈自
身的阻抗以及两个线圈自身的电感和互感
有关。另外，半圆的半径不仅受到上述因素
的影响，还随频率的不同而变化。这样，
R
如果要对每个阻抗值不同的初级线圈的视在阻抗，
或对频率不同的初级线圈的视在阻抗，
Ze之和Z称为初级线圈的视在阻抗。
2M 2
2M 2
Z R1 (R2 Rr )2 2L22 (R2 Rr) j(L1 (R2 Rr )2 2L22 )
R jX
视在电阻
视在电抗
电抗X
电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗，用X表 示。
类似于直流电路中电阻对电流的阻碍作用，在交流电路（如串联 RLC电路）中，电容及电感也会对电流起阻碍作用，称作电抗，其计 量单位也叫做欧姆。在交流电路分析中，电抗用 X 表示，是复数阻抗 的虚数部分，用于表示电感及电容对电流的阻碍作用。电抗随着交流 电路频率而变化，并引起电路电流与电压的相位变化。
R R1
横坐标： L1
纵坐标： X L1
这样就使纵轴与半圆直径重 合，上端点为（0, 1)，下端点为 （0，1-K2）。半圆仅取决于耦合 系数K。
归一化后的阻抗平面图消除了 初级线圈自身阻抗的变化对 Z的影 响，在涡流检测中具有通用性。
X
L2
R阻抗平面图
2、有效磁导率和特征频率
（如石墨）及其产品品质的主要手段之一。与其他无损检测
方法相比，涡流检测更容易实现检测自动化，特别是对管材、
棒材和线材有很高的检测效率。
？
超声波检测的适用范围：几乎所有材料（气相、液相、 固相，金属、非金属）；检测缺陷类型：体积型、面积型均 可。工业超声检测常用的工作频率为0.5-10MHz。较高的频 率主要用于细晶材料和高灵敏度检测，较低的频率用于衰减 较大和粗晶材料（1MHz以下）。
检测目的 影响涡流特性的因素
用途
探伤 材质分选 测厚
缺陷的形状、尺寸和位置 电导率 检测距离和薄板长度
导电的管、棒、线材及零部件 的缺陷检测
材料分选和非磁性材料电导率 的测定
覆膜和薄板厚度的测量
尺寸检测 工件的尺寸和形状
工件尺寸和形状的控制
物理量测量 工件与检测线圈之间的距 径向振幅、轴向位移及运动轨
激磁频率f/Hz
几种不同材料的标准透入深度与频率的关系
由于被检工件表面以 下3h处的涡流密度仅为其 表面密度的5%， 因此通 常将3h作为实际涡流探伤 能够达到的极限深度。
18% 5%
透入半无限大导体的 涡流密度与透入深度 的关系
5.2 涡流检测的阻抗分析法
一、检测线圈的阻抗分析
在涡流检测过程中，检测线圈与被检对象之间的电 磁关系可以用两个线圈的耦合（被检对象相当于次级 线圈）来类比，为了了解涡流检测中被检对象的某些 性质与检测线圈（相当于初级线圈）电参数之间的关 系，需要对检测线圈进行阻抗分析。
素均能检测； 3、一定条件下，能反映有关裂纹深度的信息； 4、不需用耦合剂，检测时与工件不接触，所以检测速度很
快，易于实现管、棒、线材高速、高效的自动化检测； 5、可在高温（耦合剂在高温下会流失）、薄壁管、细线、
零件内孔表面等其他检测方法不适用的场合实施检测；
6、涡流检测不仅可以探伤，而且可以揭示工件尺寸变化 和材料特性，例如电导率和磁导率的变化，利用这个特点可综 合评价容器消除应力热处理的效果，检测材料的质量以及测量 尺寸。
1） 有效磁导率μeff
进行涡流检测时，检测线圈视在阻抗的变化源于磁场的变化。 但分析磁场比较复杂，为简化涡流检测中的阻抗分析问题，德国学者
Forster提出了有效磁导率的概念。用通以交变电流的无限长圆筒
形线圈内置一外径充满线圈的导电圆柱体来分析。
在半径为r、磁导率为μ、电导率为 的长直圆柱导体上， 紧贴
电导率 electric permeability
电导率是物体传导电流的能力。 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，所以标准的测量中用单位S/m来表 示电导率，以补偿各种电极尺寸造成的差别。
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频率越高， 渗透深度越 小
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。Forster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（磁场强度恒定），而磁导率却在截面上沿径 向变化，它所产生的磁通量等于圆柱导体内真实的物理场所产生的磁 通量。
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。
基本原理：电磁感应，交变电流在导体表 面形成涡状流动的电流，简称涡流
Coil Eddy currents
Coil's magnetic field
Eddy current's magnetic field
Conductive material
图5-1 涡流
涡流检测基本原理
当载有交变电流的检测线圈靠近 导电试件（相当于次级线圈）时，由
射线检测的适用范围：几乎所有固体材料，而且对零件 表面形状及表面粗糙度均无严格要求，目前射线检测主要应 用于铸件和焊件的检测。射线检测对体积型缺陷的检测灵敏 度较高，对平面缺陷的检测灵敏度较低。
5.1涡流检测的基本原理
一、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， 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。 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。
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f — —电流频率，Hz；
r — —相对磁导率，无量纲； — —电导率，S / m。
工件表面3h处的涡流密度仅为表面密度：5%
磁导率 magnetic permeability 表征磁介质磁性的物理量。常用符号μ表示，或 称绝对磁导率。μ等于磁介质中磁感应强度B与磁场 强度H之比。 导率常μ使与用真的空是磁磁导介率质μ的0之相比对。磁导率μr ，其定义为磁 质磁磁性导的率物μ理，量相。对磁导率μr和磁化率xm都是描述磁介 都与对于1相顺差磁无质几μr。＞在1；铁对磁于质抗中磁，质Bμ与r＜H1的，关但系两是者非的线μr 性于的1。磁滞回线，μr不是常量，与H有关，其数值远大 的纯数在，国磁际导单率位μ制的（单SI位）是中亨，利相／对米磁（导H率／μmr是）无。量纲
7、缺点：受趋肤效应的限制，很难发现工件深处的缺陷； 缺陷的类型、位置、形状不易估计，需辅以其他无损检测的方 法来进行缺陷的定位和定性（感应磁场与原磁场叠加，使检测 线圈的复阻抗发生改变，不能直接反映缺陷的类型、位置、形 状）；不能用于绝缘材料的检测；对形状复杂的零件，涡流检 测的效率相对较低。