第3章 涡流检测 3.2 涡流检测仪器设备
涡流检测涡流检测基础知识无损检测课件.(1)
涡流检测涡流检测基础知识无损检测课件.一、教学内容二、教学目标1. 理解并掌握涡流检测的基本原理及其在实际工程中的应用。
2. 学会使用涡流检测设备，并能对检测结果进行正确分析。
3. 能够运用所学知识解决涡流检测中的一些实际问题。
三、教学难点与重点教学难点：涡流检测信号的解析。
教学重点：涡流检测的基本原理及其在实际工程中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：涡流检测仪、涡流检测传感器、演示用试件。
2. 学具：笔记本、教材、《涡流检测基础知识》课件。
五、教学过程1. 导入：通过展示一个实际工程中运用涡流检测发现缺陷的案例，引发学生对涡流检测的兴趣。
2. 理论讲解：详细讲解涡流检测的基本原理，让学生理解涡流检测的物理本质。
3. 实践操作：演示涡流检测仪器的使用方法，并指导学生进行实际操作。
4. 例题讲解：通过解析具体涡流检测信号的例子，让学生学会如何分析检测结果。
5. 随堂练习：让学生针对提供的试件进行涡流检测，并对检测结果进行分析。
六、板书设计1. 涡流检测基本原理2. 涡流检测设备与传感器3. 涡流检测信号解析4. 涡流检测在实际工程中的应用七、作业设计1. 作业题目：（1）简述涡流检测的基本原理。
（2）涡流检测设备由哪些部分组成？（3）如何对涡流检测信号进行解析？2. 答案：（1）涡流检测是利用交变磁场在导电试件中产生涡流，通过检测涡流的变化来发现缺陷的一种无损检测方法。
（2）涡流检测设备主要由涡流检测仪、传感器、试件和信号处理系统组成。
（3）对涡流检测信号进行解析时，需关注信号的幅值、相位和频率等参数的变化。
八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思：本节课通过实践操作，让学生对涡流检测有了更直观的认识，但部分学生对涡流检测信号解析仍存在困难，今后教学中需加强此方面的讲解。
2. 拓展延伸：鼓励学生查阅相关资料，了解涡流检测在航空、铁路、电力等领域的应用，提高学生的实际应用能力。
重点和难点解析1. 涡流检测信号的解析。
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
第三节涡流检测的
涡流探伤仪,分选,扫描成像, 涡流探伤仪,分选,扫描成像,磁记忆应力诊断
Hale Waihona Puke 钢管涡流检测脉冲涡流检测技术研究及其应用的新进展
2 脉冲涡流检测的基本原理
图1 脉冲涡流的产生及检测信号的拾取过程
表3-1 涡流检测的应用
检测目的 探 伤
影响涡流特性的因素
缺陷的形状、 缺陷的形状、尺寸和位置 电导率 检测距离和薄板长度 工件的尺寸和形状
用
途
导电的管、棒、线材及零部件 导电的管、 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 工件尺寸和形状的控制
3、结构件疲劳裂纹探伤 服役中的结构件上可能产生各种缺陷， 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 多见。适合采用探头式线圈进行检测的 也包括除管、 棒材以外形状不规则的材料和零件， 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。 型材等。 由于这类材料和零件的形状、 结构多种多样， 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。 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， 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。 式探头、 钩式探头、 平探头、 孔探头和异形探头等。
二、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 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 电导率值，而电导率值与金属中所含杂质、 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 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。 分选。 材料的电导率是影响检测线圈阻抗的重要因素， 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。 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。 损伤零部件的加工表面，且特别适合现场检测。
涡流检测—涡流检测技术(无损检测课件)
检测线圈的分类
穿过式线圈 检测管材、棒材和线材，用于在线检测
探头式线圈 放在板材、钢锭、棒、管、坯等表面上用，尤其适用于局部检
测，通常线圈中装入磁芯，用来提高检测灵敏度，用于在役检测 内插式线图
管内壁、钻孔。用于材质和加工工艺检查
第3节 涡流检测的基本原理
4. 设备器材
一般的涡流检测仪主要由振荡器、探头、信号输出电 路、放大器、信号处理器、显示器、电源等部分组成
第3节 涡流检测的基本原理
5. 检测技术
缺陷检测即通常所说的涡流探伤。主要影响因素包括工作 频率、电导率、磁导率、边缘效应、提离效应等。
➢ 工作频率是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检测目的所决定的。检 测频率的选择往往是上述因素的一种折衷。在满足检测深 度要求的前提下，检测频率应选的尽可能高，以得到较高 的检测灵敏度。
5. 检测技术
➢ 边缘效应：当检测线圈扫查至接近零件边缘或其上面的孔 洞、台阶时，涡流的流动路径就会发生畸变。这种由于被 检测部位形状突变引起涡流相应变化的现象称为边缘效应。 边缘效应作用范围的大小与被检测材料的导电性、磁导性、
检测线圈的尺寸、结构有关。
5. 检测技术
➢ 提离效应：针对放置式线圈而言，是指随着检测线圈离开 被检测对象表面距离的变化而感应到涡流反作用发生改变 的现象，对于外通式和内穿式线圈而言，表现为棒材外径 和管材内径或外径相对于检测线圈直径的变化而产生的涡 流响应变化的现象。
4. 设备器材
检测仪器的基本组成和原理： 激励单元的信号发生器产生交变电流供给检测线 圈，放大单元将检测线圈拾取的电压信号放大并 传送给处理单元，处理单元抑制或消除干扰信号， 提取有用信号，最终显示单元给出检测结果。
涡流检测原理及部件
涡流原理及主要配件上海佳创精工机械有限公司一、概述1.1 涡流检测的原理涡流检测就是运用电磁感应原理，将激励信号加到探头线圈，当探头接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流。
对于平板金属，感应电流的流向是以线圈同心的圆形，形似漩涡，成为涡流。
涡流的大小、相位及流动形式受到试件导电性能的影响。
涡流也会产生一个磁场，这个磁场反过来又会使检测线圈的阻抗发生变化。
因此当导体表面或近表面出现缺陷或测量的金属材料发生变化时，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及金属材料的性能是否有变化。
1.2 涡流检测技术的特点涡流检测时一种应用较为广泛的无损检测技术，它具有如下技术特点：●检测速度快，且易于实现自动化。
●表面、亚表面缺陷检出灵敏度高。
●能在高温状态下进行检测。
●抑制多种干扰因素。
涡流检测的对象必须是导电材料，且不适用于检测金属材料深层的内部缺陷，这是涡流检测在应用上的局限所在。
其次，涡流检测至今仍处于当量比较阶段，对缺陷作出准确的定性定量判断技术尚待开发研究。
1.3 涡流的探伤及材质分选涡流法可以用来测量非金属表面层的电导率，也可以用来检验与电导率数值有对应关系的性能，如化学成分和组织状态等。
因此，涡流检测可以成功地用于按牌号分选合金，检验材料热处理质量及机械性能等。
涡流探伤不仅对于导电材料表面上或近表面的裂纹、孔洞以及其它类型的缺陷，涡流实验具有良好的检测灵敏度并能提供缺陷深度的信息，还可以发现于薄的油漆层或涂层下的这些缺陷。
涡流检测仪的操作请参考《多频多通道智能数字涡流检测仪操作使用说明书》。
二、主要配置清单。
涡流检测
涡流检测技术
涡流检测技术
3 1 2 3 4
涡流检测的原理 涡流检测的仪器设备 涡流检测方法
涡流检测的应用
涡流检测的原理
3 1 2 3 4
涡流检测的基本知识 涡流检测的基本原理 趋肤效应
渗透深度
涡流检测的基本知识
涡流
涡流是当金属导体处在变 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 旋涡状流动的电流
=
1 f
涡流检测的基本知识
渗透深度是反映涡流密度分布于被检材料的电导率、磁导 率及激励频率之间基本关系的特征值。f、μ、σ 越大， 则渗透深度越小
由于被检工件表面以下3δ处的涡流密度仅约为其表面密 度的5%，因此通常将3δ作为实际涡流探伤能够达到的极 限深度
涡流检测仪器
3 1 2 3
示波管
显示出来
计算机的CRT
涡流检测仪
涡流检测仪的工作原理
振荡器产生各种频率的振荡电流通过检测线圈产 生交变磁场在试件中产生感生涡流，当试件存在 缺陷或物理变化时，线圈电压发生变化，通过信 号输出电路将线圈电压变化量输入放大器放大，
经信号处理器消除各种干扰信号，最后将有用信
号输入显示器显示检测结果。
涡流检测仪 涡流检测线圈 对比试样
涡流检测仪
3 1 2 3
仪器的类别 涡流检测仪组成 涡流检测仪的工作原理
涡流检测仪
仪器的类别
按检测目的分：
导电仪
测厚仪
探伤仪
导电仪
测厚仪
探伤仪
涡流检测仪
指示检测结果
指示检测结果
鉴别影响因素
鉴别影响因素
检测涡流信息
检测涡流信息
产生激励信号
涡流检测仪使用说明
涡流检测仪使用说明欢迎使用涡流检测仪，这可是个超酷的检测小能手呢。
下面我就来给你唠唠怎么用它。
一、准备工作。
1. 检查设备。
- 先把涡流检测仪从它的小窝里（存放的地方）拿出来，好好瞅一瞅。
看看它的机身有没有啥磕磕碰碰的地方，就像检查一个小宝贝有没有受伤一样。
- 再瞅瞅那些连接的线缆，确保它们都插得稳稳当当的，可别松松垮垮的，不然就像没系紧鞋带一样，会出问题的。
2. 开机预热。
- 找到电源开关，轻轻一按，把它打开。
这时候呢，就像它在伸懒腰、做热身运动一样，给它一点时间预热一下。
一般预热个几分钟就差不多了，具体时间可以参考说明书上的小提示哦。
二、检测设置。
1. 选择检测模式。
- 在检测仪的操作面板上，有一些小按钮或者菜单选项。
你得根据你要检测的东西来选择合适的检测模式。
比如说，你要是检测金属管材，那就得选管材检测模式；要是检测金属板材，那板材检测模式就是你的菜啦。
这就好比你去钓鱼，得根据鱼的种类选对鱼饵一样。
2. 调整参数。
- 接下来就是调整参数啦。
这里面有检测频率、增益、相位这些听起来有点复杂的东西。
不过别担心，就像调收音机一样，你可以试着先从一些默认的参数开始，然后根据检测的实际情况再微调。
- 检测频率呢，简单来说就是检测仪发射信号的节奏快慢。
如果检测的材料比较薄，可能就需要高一点的频率；材料厚呢，频率就可以低一点。
增益就像是给检测仪的眼睛戴上一副放大镜，让它能更清楚地看到微小的缺陷。
相位呢，就有点像调整方向，让检测的信号和缺陷的信号能对上号。
三、开始检测。
1. 放置探头。
- 拿着探头，这可是检测仪的小触角哦。
把探头轻轻放在要检测的金属表面上，要确保探头和表面接触良好，就像两只手紧紧握在一起一样。
如果中间有空气或者脏东西，就可能影响检测结果啦。
2. 移动探头。
- 然后慢慢地移动探头，就像扫地机器人在地上慢慢走一样，要均匀、平稳地移动。
在移动的过程中，检测仪的屏幕或者指示灯就会给你反馈啦。
如果检测到有缺陷，它可能会发出警报声，或者在屏幕上显示出一些特别的标记，就像发现宝藏（其实是缺陷）的时候，它在大声喊“这里有情况”一样。
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
涡流检测探伤总结
涡流检测探伤总结概述涡流检测是一种非破坏性检测方法，适用于对导电材料进行缺陷探测。
通过引入交流电流产生涡流效应，检测人员可以根据涡流感应的变化来判断材料是否存在缺陷。
本文将总结涡流检测探伤的原理、设备和应用。
原理涡流感应原理是基于法拉第电磁感应定律，当导体中有交变磁场时，会在导体内产生涡流，涡流会生成一种相应的磁场，从而影响驱动交流电流的电磁场。
当在导体表面存在缺陷时，由于缺陷导致介电常数或导电率的变化，会引起涡流感应的异常变化，从而实现对缺陷的探测。
设备涡流检测设备主要包括以下几个部分： 1. 交流电源：用于产生交变电流，驱动涡流的产生。
2. 探头：放置在被测物体表面，通过感应涡流感应的信号。
3. 信号处理器：将探头采集到的信号进行放大、滤波和解调处理。
4. 显示器：显示经信号处理后得到的检测结果。
应用涡流检测在工业领域有着广泛的应用，以下列举几个常见的应用场景： 1. 管道检测：涡流检测可以用于管道内壁的缺陷探测，如腐蚀、裂缝等，可以提前发现问题并采取相应的维修措施，保障管道的正常运行。
2. 铁路轨道检测：用于检测铁路轨道表面的裂纹、磨损等缺陷，可以及时修复，确保铁路的安全运行。
3. 航空航天领域：涡流检测可以用于飞机、导弹等航空器零部件的缺陷探测，如发动机叶片、机身等，确保航空器的安全性。
4. 金属制品检测：用于金属制品的表面缺陷检测，如铝合金板材、不锈钢制品等，保证产品质量。
优势和不足涡流检测具有以下优势：- 非破坏性：检测过程不会对被测物体造成任何损伤。
- 快速：相对于传统的破坏性检测方法，涡流检测可以快速完成，提高工作效率。
- 灵敏度高：可以探测到微小缺陷，提高了缺陷的发现率。
- 可定量化：可以通过信号的大小来判断缺陷的大小和位置。
然而，涡流检测也存在一些不足之处： 1. 只适用于导电材料：由于涡流感应依赖于导电性，只能用于导电材料的缺陷检测。
2. 灵敏度受限：对于深层次的缺陷探测效果较差，需要使用其他方法进行验证。
涡流检测
4.涡流测厚
(1）覆层厚度测定
绝缘材料/非磁性金属材料：铝合金表面阳极氧化膜、涂层 顺（抗）磁性材料/顺磁性材料：顺磁性材料表面Cu、Cr、
Zn镀层、奥氏体不锈钢表面渗氮层
涡流测厚
绝缘或顺磁性材料/铁磁性材料：钢表面涂层、镀铬层
第四节 涡流检测方法
一、涡流检测一般步骤 1、检测前的准备
根据试件的性质、形状、尺寸及欲检出缺陷种类和大小选 择检测方法及设备。对小直径、大批量焊管或棒材的表面探 伤，一般选用配有穿过式自比线圈的自动探伤设备。 1）对被检工件进行预处理，除去表面污物及吸附的铁屑等； 2）确定检测方法； 3）根据相应的技术条件或标准来制备对比试样； 4）调整传送装置，使试件通过线圈时无偏心、无摆动。
检测线圈、检测电流的仪 器和被检的金属工件。
裂纹走向与涡流平行，难 于检测，须从多个方向进行 检测。
9
四、涡流的趋肤效应和渗透深度
1.趋肤效应 感应出的涡流集中在靠
近激励线圈的材料表面附 近的现象。涡流密度随着 距离表面的距离增加而减 小。
2.渗透深度
趋肤效应的存在，使交变电流激励磁场的强度及感生涡流 的密度，从被检材料的表面到其内部按指数分布规律递减。 将涡流密度衰减为其表面密度的1/e时对应的深度定义为渗 透深度h：
金属的电导率值受其纯度的影响，杂质含量增加电导率就 会降低。
简单、方便、高效的优点。
2．热处理状态的鉴别
由于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，因而可以用测量电导率的方法来间接评定 合金的热处理状态、硬度、强度。
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互重合，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》课件
涡流检测的应用领域
金属材料检测
涡流检测广泛应用于金属材料的检测，如钢铁、铜、铝等，可检 测表面和近表面的缺陷、裂纹、夹杂物等。
非导电材料检测
对于非导电材料，如玻璃、陶瓷等，涡流检测同样适用，可检测表 面和内部的裂纹、气孔等。
复合材料检测
涡流检测在复合材料检测中也有广泛应用，可检测复合材料的层间 缺陷、脱粘等。
电磁感应基础
电磁感应原理
01
当导体在磁场中作相对运动时，会在导体中产生电动势或电流
的现象。
法拉第电磁感应定律
02
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流
。
楞次定律
03
感应电流的方向总是阻碍引起它的磁通量的变化。
涡流的产生与性质
涡流的产生
当动，形成电涡流 。
VS
详细描述
复合材料检测案例中，涡流检测技术被广 泛应用于复合材料的无损检测。涡流检测 可以快速检测出复合材料中的界面脱粘、 分层等缺陷，且对缺陷的定位和定量精度 较高。同时，案例也分析了涡流检测在复 合材料无损检测中的局限性，如对某些特 定类型的复合材料可能不适用等。
05 涡流检测的未来发展与挑 战
详细描述
管道检测案例中，涡流检测技术被广泛应用于石油、化工、电力等行业的管道无损检测。通过涡流检测，可以快 速检测出管道内部的裂纹、腐蚀等缺陷，提高检测效率，降低维护成本。同时，案例也分析了涡流检测在管道检 测中的局限性，如对非金属材料不敏感等。
金属板材检测案例
总结词
金属板材检测案例展示了涡流检测在金属板材无损检测中的应用，通过案例分析，了解涡流检测在金 属板材检测中的优缺点。
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THANKS
涡流检测的优缺点
涡流检测的实施步骤
涡流检测的实施步骤1. 简介涡流检测是一种非破坏性检测技术，主要用于检测导体材料中的缺陷和表面疲劳裂纹。
本文将介绍涡流检测的实施步骤，包括准备工作、设备设置、检测过程和结果分析。
2. 准备工作在进行涡流检测之前，需要完成以下准备工作：•检测计划：根据检测对象的要求和材料特性，制定检测计划，包括检测区域、检测方法和检测参数等。
•检测设备：准备好涡流检测仪器，包括涡流探头、信号发生器、放大器和示波器等。
•检测样品准备：对待检测的样品进行清洁和表面处理，确保表面光洁度和平整度，以便更好地进行涡流检测。
3. 设备设置在进行涡流检测之前，需要进行设备设置，包括以下步骤：1.连接设备：将涡流探头连接到检测仪器上，并确保连接牢固可靠。
2.校准设备：根据实际需求和样品特性，校准信号发生器、放大器和示波器等仪器，以确保检测结果的准确性和可靠性。
3.设定参数：根据检测计划，设定涡流检测仪器的工作参数，包括频率、电流、增益和扫描速度等。
4. 检测过程进行涡流检测的过程分为以下几个步骤：1.导电涂覆：在样品表面涂覆一层导电物质，如导电油或导电胶水，以提高涡流检测的敏感性和精度。
2.放置探头：将涡流探头放置在待检测区域上，并确保与表面紧密接触。
3.开始检测：将涡流检测仪器开启，并根据设定的参数对样品进行扫描。
仪器会产生涡流感应电流，并通过信号接收和处理来检测样品表面的缺陷和裂纹。
4.实时监测：在检测过程中，可以通过示波器的显示和声音提示等方式实时监测检测结果，并根据需要调整仪器参数和探头位置。
5.记录结果：将检测结果记录下来，包括检测位置、缺陷大小和类型等信息，以便后续分析和评估。
5. 结果分析对涡流检测结果进行分析和评估的步骤如下：1.缺陷识别：根据涡流检测仪器显示的信号波形和声音提示，判断出样品表面的缺陷和裂纹位置。
2.缺陷分类：根据缺陷的形状、大小和位置等特征，对检测结果进行分类，如裂纹、气孔、夹杂等。
3.缺陷评估：根据检测结果和工程要求，对缺陷进行评估，确定缺陷的严重程度和对材料性能的影响。
无损检测 第三章涡流检测
3.3
1． 涡流检测装置
涡流检测装置包括检测线圈、检测仪器和辅助装置，另外 还配有标准试样和对比试样。检测线圈前面已经介绍过了， 下 面简要介绍其他部分。
频率为涡流检测的特征频率。其表达式为
1
fg 2π r2
（3-5）
对于非磁性材料，
圆柱导体的直径 。
1 ，可得特征频率
fg
506606
d2
，d为
f kr
fg
μeff与f/fg的关系曲线
3）
有效磁导率μeff是一个完全取决于频率比f/fg大小的参数， 而μeff的大小又决定了试件内涡流和磁场强度的分布。因此， 试件内涡流和磁场的分布是随f/fg的变化而变化的。
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 di
（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。
（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。
在线圈2和在线圈1中产生的感应电动势在两线圈形状大小匝数相对位置及周围磁介质给定的情况下可给出线圈和线圈的自感系数2112为两个线圈的互感系数32涡流检测的阻抗分析法线圈耦合电路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z31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
2.检测线圈不必与被检材料或工件紧密接触，不需耦 合剂，检测过程不影响被检材料的性能；
涡流检测-第3章(3.2节)
穿过式线圈、内插式线圈和探头式线圈都可以接成自比形式。
3.2.1.1－2 检测线圈的分类和特点
⑵ 按比较方式分类 ③ 他比式线圈：测量绕组采用两个相同的绕组进行工作、一个放在被 测试件上、另一个放在对比（或标准）试样上的检测线圈。 特点：他比式线圈的检出信号是两个试样存在的差异，当被测试件性 能与标准试样不同时或被测试件有缺陷 时，两个线圈给出一个差值电压信号。 与绝对式线圈相同，他比式线圈会受工 件材质、形状和尺寸变化的影响。但对 管棒材轴线方向从头到尾深度和宽度相 等的裂纹能够检测出来。
⑴ 按应用方式分类 ② 内插式线圈：能插入管子或试件的孔内的线圈。 特点：内插式线圈适于厚壁管和钻孔等的内壁探伤以及在役设备中管 道（如冷凝器）的检测。可一次检测试件的整个圆周，检测效率高。 使用内插式线圈不易实现自动化检测。
3.2.1.1－2 检测线圈的分类和特点
⑴ 按应用方式分类 ③ 探头式线圈：放置于试件表面的点式线圈，也称点探头或放置式线 圈。 特点：探头式线圈较多地用于平面试件的扫描探伤和管、棒材的旋转 扫描探伤，还能用于复杂形状零件的局部检测。探头式线圈常常绕制 在各种形状的磁芯上，以增强检测区域的磁场强度。探头式线圈的体 积一般较小，所以检测区域较小，但检测灵敏度高。
3.2.1.1－2 检测线圈的分类和特点
⑵ 按比较方式分类 ② 自比式线圈
自比式线圈对沿管棒材轴线方向上的长缺陷，只在缺陷的两个端部 才产生信号，而在缺陷的中央部位由于两个测量绕组都处于有缺陷部 位上，信号被抵消，因此对工件上一根从头到尾的长裂纹（假定这裂 纹的深度和宽度相等）用自比式线圈是无法探测出的。
涡流检测
涡流检测1 总则1.1 适用范围本通用工艺规定了承压设备涡流检测方法及质量分级要求，适用于承压设备用导电性金属材料和焊接接头表面及近表面缺陷检测。
1.2 引用标准、规程、法规GB/T 5126 铝及铝合金冷拉薄壁管材涡流探伤方法GB/T 5248 铜及铜合金无缝管涡流探伤方法GB/T 7735 钢管涡流探伤检验方法GB/T 12604.6 无损检测术语涡流检测GB/T 14480 涡流探伤系统性能测试方法JB/T4730.1 承压设备无损检测第1部分：通用要求2 一般要求2.1 检测系统2.1.1 涡流检测系统一般包括涡流检测仪、检测线圈及辅助装置（如磁饱和装置、机械传动装置、记录装置、退磁装置等）。
2.1.2 涡流检测系统应能以适当频率的交变信号激励检测线圈，并能够感应和处理检测线圈对被检测对象电磁特性变化所产生的响应。
2.1.3 涡流检测系统性能应满足本部分及相关标准要求，有关仪器性能的测试项目与测试方法参照GB/T 14480等的有关要求进行。
2.1.3.1 检测能力应满足产品验收标准或技术合同确定的要求。
2.1.3.2 对管材相同尺寸人工缺陷响应的周向灵敏度差应不大于3dB。
2.1.3.3 端部检测盲区应满足产品验收标准或技术合同的有关要求。
2.1.3.4 检测系统的缺陷分辨力一般应优于30mm，如果产品验收标准或技术合同另有明确要求，按产品验收标准或技术合同规定执行。
2.1.3.5 检测仪器应具有可显示检测信号幅度和相位的功能，仪器的激励频率调节和增益范围应满足检测要求。
2.1.4 检测线圈的形式和有关参数应与所使用的检测仪器、检测对象和检测要求相适应。
2.1.5 磁化装置应能连续对检测线圈通过的被检件或其局部进行饱和磁化处理。
若被检件不允许存在剩磁，磁化装置还应配备退磁装置，该装置应能有效去除被检件的剩磁。
2.1.6 机械传动装置应能保证被检件与检测线圈之间以规定的方式平稳地作相对运动，且不应造成被检件表面损伤，不应有影响检验信号的振动。
涡流检测涡流检测
一、 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。
第三章 涡流检测
（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
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
R
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，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， 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。
涡流
第三章 涡流检测
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
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。
表3-1 涡流检测的应用
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
(完整word版)涡流检测的技术
目录涡流检测技术及进展 (2)涡流检测自然裂纹与信号处理 (5)压力容器列管涡流检测技术的研究 (9)金属锈蚀的涡流检测 (11)涡流检测技术及进展1 引言涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的无损检测方法。
如图1，已知法拉第电磁感应定律，在检测线圈上接通交流电，产生垂直于工件的交变磁场。
检测线圈靠近被检工件时，该工件表面感应出涡流同时产生与原磁场方向相反的磁场，部分抵消原磁场，导致检测线圈电阻和电感变化。
若金属工件存在缺陷，将改变涡流场的强度及分布，使线圈阻抗发生变化，检测该变化可判断有无缺陷.随着微电子学和计算机技术的发展及各种信号处理技术的采用，涡流检测换能器、涡流检测信号处理技术及涡流检测仪器等方面出现长足发展。
2 涡流检测的信号处理技术提高检测信号的信噪比和抗干扰能力，实现信号的识别、分析和诊断，以得出最佳的信号特征和检测结果。
2.1 信号特征量提取常用的特征量提取方法有傅里叶描述法、主分量分析法和小波变换法。
傅里叶描述法是提取特征值的常用方法。
其优点是，不受探头速度影响，且可由该描述法重构阻抗图，采样点数目越多，重构曲线更逼近原曲线。
但该方法只对曲线形状敏感，对涡流检测仪的零点和增益不敏感，且不随曲线旋转、平移、尺寸变换及起始点选择变化而变化。
用测试信号自相关矩阵的本征值和本征矢量来描绘信号特征的方法称为主分量分析法,该方法对于相似缺陷的分辨力较强。
小波变换是一种先进的信号时频分析方法。
将小波变换中多分辨分析应用到涡流检测信号分析中，对不同小波系数处理后，再重构。
这种经小波变换处理后的信号,其信噪比会得到很大的提高。
2。
2 信号分析（1）人工神经网络人工神经网络的输入矢量是信号的特征参量，对信号特征参量的正确选择与提取是采用神经网络智能判别成功的关键。
组合神经网络模型，采用分级判别法使网络输入变量维数由N2 降到N，网络结构大为简化，训练速度很快,具有较高的缺陷识别率和实用价值。
神经网络可实现缺陷分类,具有识别准确度高的优点,对不完全、不够清晰的数据同样有效。
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3.2 涡流检测仪器设备涡流检测仪器是涡流检测装置最核心的组成部分，根据应用目的不同，涡流检测仪器可分为涡流探伤仪、涡流电导仪和涡流测厚仪等三种类型。
针对不同检测对象的应用，不仅各类涡流检测设备在构成完整的检测系统上有所不同，而且同类检测设备也会因检测对象不同有所差异，特别是涡流探伤系统表现得尤为明显。
一般而言，涡流检测装置包括检测线圈、检测仪器、辅助装置。
虽然标准试样或对比试样不包括在检测装置中，但从实施涡流检测所必要的硬件条件及检测装置的调整与评价两方面考虑，将标准试样和对比试样列在本节叙述。
3.2.1 涡流检测线圈涡流检测线圈通常又称探头。
从制作方式和检测信号产生原理两方面考虑，“检测线圈”这一名称比“探头”要更准确、合理。
“探头”是各种小尺寸探测器的俗称，在电磁检测中，有几种原理不同的“探头”，如霍尔元件、磁敏二极管及电磁线圈等。
涡流检测中通常所称的“探头”即其中的“电磁线圈”，它是用直径非常细的铜线按一定方式缠绕而成，在通以交流电时能够产生交变的磁场，并在与其接近的导电体中激励产生涡流；同时，“电磁线圈”还具有接收感应电流（即涡流）所产生的感应磁场、将感应磁场转换为交变的电信号的功能，并将检测信号传输给检测仪器。
虽然霍尔元件、磁敏二极管都具有将磁场信号转换成电信号的性能，但二者不具有激励产生磁场的作用。
“检测线圈”这一名称，一方面，表明了涡流检测所采用的探测器是由金属细线缠绕而成的制作方式；另一方面揭示了涡流检测是基于“电磁感应现象”这一本质特征。
检测线圈与采用霍尔元件、磁敏二极管等其他基于磁电转换原理的测试探头相比，具有以下优点：（1）同时具备激励和拾取信号两项功能；（2）可根据被检测对象的外形结构、尺寸和检测目的，设计、制作成不同缠绕方式、不同大小且形状各异的线圈，能够更好地适应不同的检测对象和满足检测要求；（3）受温度影响较小，可适用于高温条件下的检测。
3.2.1.1 检测线圈的分类检测线圈是构成涡流检测系统的重要组成部分，对于检测结果的好坏起着重要的作用。
线圈的结构与形式不同，其性能和适用性也随之形成很大差异。
涡流检测线圈的分类有多种方式，常用的分类方式有以下三种：按感应方式分类，按应用方式分类和按比较方式分类。
（1）按感应方式分类按照感应方式不同，检测线圈可分为自感式线圈和互感式线圈，又称为参量式线圈和变压器式线圈（见图3-2-1a、图3-2-1b）。
图3-2-1 不同感应方式的检测线圈自感式线圈由单个线圈构成，该线圈既作为产生激励磁场、在导电体中形成涡流的激励线圈，同时又是感应、接收导电体中涡流再生磁场信号的检测线圈，故名自感线圈。
互感线圈一般由两个或两组线圈构成，其中一个线圈是用于产生激励磁场、在导电体中形成涡流的激励线圈（又称初级线圈），另一个（组）线圈是感应、接收导电体中涡流再生磁场信号的检测线圈（又称次级线圈）。
（2）按应用方式分类按照应用方式不同，检测线圈可分为外通过式线圈、内穿过式线圈和放置式线圈（见图3-2-2a、图3-2-2b和图3-2-2c）。
（a ）放置式线圈（b）外通过式线圈（c）内穿过式线圈图3-2-2 不同应用方式的检测线圈外通过式线圈是将工件插入并通过线圈内部进行检测，广泛用于管、棒、线材的在线涡流检测。
对于厚壁管材和棒材而言，受涡流趋肤效应的限制，一般仅可实现对表面和近表面质量进行检测。
由于形状规则的管、棒、线材可非接触地通过线圈，因此易于实现对批量材料的高速、自动化检验。
内穿过式线圈是将其插入并通过被检管材（或管道）内部进行检测，广泛用于管材或管道质量的在役涡流检测。
放置式线圈又称为探头式线圈（probe coil），不同于外通过式线圈和内穿过式线圈在应用过程中其轴线平行于被检工件的表面，放置式线圈的轴线在检测过程中垂直于被检工件表面放置，实现对工件表面和近表面质量的缺陷检测。
这种线圈可以设计、制作得非常小，而且线圈中可以附加磁芯，具有增强磁场强度和聚焦磁场的特性，因此具有较高的检测灵敏度。
该类线圈不仅可用于板材、带材、管材、棒材等原材料的检验，而且可更广泛地应用于各种复杂形状零件的检验。
（3）按比较方式分类按照比较方式不同，检测线圈可分为绝对式线圈、自比式线圈和他比式线圈（见图3-2-3a、图3-2-3b和图3-2-3c）。
（a）绝对式线圈（b）自比式线圈（c）他比式线圈图3-2-3 不同比较方式的检测线圈绝对式线圈是一种由一个同时起激励和检测作用的线圈或一个激励线圈（初级线圈）和一个检测线圈（次级线圈）构成、仅针对被检测对象某一位置的电磁特性直接进行检测的线圈，而不与被检对象的其它部位或标准试样某一部位的电磁特性通过比较进行检测。
自比式线圈是一种由一个激励线圈（初级线圈）和两个检测线圈（次级线圈）构成、针对被检测对象两处相邻近位置通过其自身电磁特性差异的比较进行检测的线圈，又称差动式线圈。
他比式线圈是一种针对被检测对象某一位置通过与另一对象电磁特性差异的比较进行检测的线圈，通常这一参比对象是标准试样或对比试样。
上述从不同的角度对涡流检测线圈分类，所划分的不同类型线圈之间在大多数情况下并不是并列和独立的，而是相互交叉与包容。
虽然从感应方式、应用方式和比较方式三个方面细分，涡流检测线圈可以有10余种不同形式，但在实际应用中通常是仅根据其中某一原则进行线圈分类。
3.2.1.2 各类检测线圈的特点由于自感式线圈只有一个线圈，具有绕制方便、对多种影响被检对象电磁性能因素的综合效应响应灵敏的特点；同时，由于激励线圈和检测线圈二者合为一体，对某一影响因素的单独作用效应难以区分。
因此，这类线圈一般仅用于管、棒、线材的直径测量。
互感式线圈的激励线圈和检测线圈相互独立、各司其职，对不同影响因素响应信号的提取和处理比较方便。
除此之外，激励线圈与检测线圈之间有静电屏蔽作用，因此静电感应的噪声较小，工作期间性能较为稳定。
外通过式、内穿过式和放置式检测线圈是根据不同应用对象在线圈外形设计与制作上形成了差异，不同线圈的特点首先体现在对检测对象的适应性上，即外通过式线圈可用于检测管、棒、线等多种材料，内穿过式线圈则仅可用于检测管材及管材制品，放置式线圈不仅可用于管、棒、丝材的检测，而且可用于检测板材、型材以及形状复杂的零件；其次，由于外通过式和内穿过式线圈电磁场的作用范围为环状区域，而放置式线圈检测范围为尺寸较小的点状区域，因此外通过式和内穿过式线圈的检测效率要明显高于放置式线圈；再次，外通过式和内穿过式线圈管壁和（或）棒材表层感应产生的涡流沿管、棒材周向方向流动，对于缺陷方向的响应较为敏感，而放置式线圈在试件表面被检部位感应产生的涡流呈圆形，对于缺陷方向的响应敏感度低，即受裂纹取向的影响小，加上线圈中心缠有铁氧体磁芯，利于集中磁场能量，因此检测灵敏度最高。
绝对式线圈只有一个检测线圈（次级线圈），不仅对被检对象的各种情况，如材质、性状、尺寸等均能够产生响应，而且受环境条件，如温度变化和外界电磁场干扰的影响较为明显。
由于自比式线圈的两个次级线圈缠绕方向相反，在同一时刻同一方向交变磁场条件下感应产生的涡流流动方向相反，即在以串联方式联接的检测线圈输出端的感应电压是两个检测线圈中感应涡流与线圈阻抗乘积的差值，故称差动式线圈。
这种线圈利于抑制由于环境温度、工件外形尺寸等缓慢变化引起的线圈阻抗的变化。
他比式线圈实际上是由两个独立线圈构成的一个线圈组，其中一个线圈作用于被检测对象，另一个线圈作用于对比试样，通过比较两个线圈分别作用于被检测对象和对比试样时产生的电磁感应差异来评价被检测对象的质量，这种检测方式具有能够发现外形尺寸、化学成分缓慢变化的优点。
3.2.1.3 涡流信号的形成涡流检测信号在检测线圈中的形成是一个较复杂的过程，并且随检测线圈结构不同，检测信号的形成也有所不同。
当检测线圈中的激励线圈（初级线圈）通有交变电流时，在激励线圈的每一匝线圈的周围产生大小和方向交替变化的电磁场，并分别作用于检测线圈（次级线圈）的每一匝线圈；在每匝线圈的闭合回路中感应产生电动势，由法拉第电磁感应定律可以计算得出感应电动势的大小。
检测线圈（次级线圈）是由紧密缠绕的许多匝线圈组成，检测线圈的感应电动势是组成该线圈的每一匝线圈的电动势之和。
对于差动式线圈，由于检测线圈是由两个匝数相同、缠绕方向相反的次级线圈构成，二者所形成的电动势大小相等，但方向相反，因此相互抵消，理论上讲检测线圈（次级线圈）内不能形成电流流动，因此没有涡流信号。
对于绝对式线圈，检测线圈在感应电动势作用下，在闭合的检测线圈（次级线圈）内形成电流流动。
当检测线圈接近导电体时，激励线圈的交变磁场不仅作用于次级线圈，同时还作用于导体，并在导体中感应产生涡流。
导体中每一点涡流的大小与方向是每一匝激励线圈和检测线圈（次级线圈）电磁感应综合作用的矢量和；导体中形成的涡流以再生交变磁场的形式反作用于激励线圈和检测线圈（次级线圈），导体中涡流产生的磁场反抗线圈磁场的变化，使线圈内的电流大小发生变化；同时，随着激励线圈和检测线圈（次级线圈）内电流发生变化，线圈的激励磁场随之发生变化，导体中感应涡流的大小也随之发生改变，……。
涡流线圈的激励电磁场与导体中感应涡流产生的电磁场之间如此相互作用，在线圈平稳置于导体表面上时，迅速达到一种稳定状态。
对于差动式线圈，同样由于在两个形状和匝数相同而缠绕方向相反的次级线圈两端形成大小相等而方向相反的感应电动势，因此在次级线圈中不能形成电流流动，即没有涡流输出信号。
当导体中存在电磁特征的不连续，如缺陷、边缘、台阶等，由于检测线圈中的两个次级线圈相对于该不连续的非对称性，在该不连续处发生畸变的涡流所产生的交变磁场在两个次级线圈中感应产生大小不等的电动势，从而在检测线圈中形成电流信号，该信号的大小除了与检测线圈相关参数（如阻抗）有关外，与导体电磁特征的不连续密切相关。
对于绝对式互感线圈，在激励线圈的交变磁场与导体中感应涡流再生磁场的合成磁场作用下，检测线圈（次级线圈）两端形成稳态的感应电动势，其中流动的感应电流的大小与导体的电磁特性相关，即检测线圈输出信号中包含了被检测导体的相关信息。
3.2.2 涡流检测仪器涡流检测仪是涡流检测系统的核心部分。
根据不同的检测对象和检测目的，研制出各种类型和用途的检测仪器。
尽管各类仪器的电路组成和结构各不相同，但工作原理和基本结构是相同的。
涡流检测仪的基本组成部分和工作原理是：激励单元的信号发生器产生交变电流供给检测线圈，放大单元将检测线圈拾取的电压信号放大并传送给处理单元，处理单元抑制或消除干扰信号，提取有用信号，最终显示单元显示出检测结果。
3.2.2.1检测仪器的分类根据检测对象和目的的不同对涡流检测仪器进行分类是最常见的分类方式，一般分为涡流探伤仪、涡流电导仪和涡流测厚仪三种，也有一些型号的仪器，除了具备涡流探伤这一主要功能外，还兼有电导率测量、甚至膜层厚度测量的功能，但与单一功能的电导仪和测厚仪相比，这类通用型仪器对于电导率或厚度的测量精度要低得多。