涡流检测第5章 - 涡流检测新技术讲解
现代无损检测技术第5章：涡流检测技术
12×2—103—4—5—6—2×图1 涡流渗透深度与激励频率的关系图2 藕合线圈的互感电路a) 藕合线圈电路b)互感作用电路c) 藕合线圈等效感电路折合阻抗与一次线圈本身的阻抗之和称为图3 交流电路中电压和阻抗平面图线圈等效电路b)电压向量图c)阻抗向量图图4图5 阻抗平面图a)线圈阻抗平面b)归一化阻抗曲线图5 福斯特的假想物理模型表2 不同频率f/fg 的有效磁导率μeff的值表中：f为涡流检测的激励频率，也称之为工作频率，fg 为特征频率。
f/fg为频率比，它是涡流检测中的一个重要参数。
因此归一化电压为：数所决定，即：a)绝对式2－检测线圈3－管材在裂纹)时。
检测线圈就有信号输出，来实现检测目的。
标准的比较式1－参考线圈2－检测线圈4－棒材线圈感应输出急剧变化的信号。
c)自比较式1－参考线圈2－检测线圈3邻桥臂上。
用于管子检测的探头线圈在交流桥路中的位置电桥个参考线圈。
绝对式探头1 2线圈2 3－软定心导板4－接插件5探伤的材料进行检测。
差动式探头1 2线圈2 3－软定心导板4－接插件5－外壳二. 涡流检测的频率选择用于非铁磁性圆柱形棒料的检测频率选择图图中：IACS 为国际退火铜标准图的使用方法如下：1) 在A 线上取棒料电导率σ；2) 在B 线上取棒料直径d ；3) 将这两点间的连线延长使之与C 线相交；4) C 线上的交点垂直向上画直线，与所需的kr 值所对应的水平线相交得到一点；5) 根据交点在频率图(斜线)中的位置，即可读出所需的工作频率。
只要适当调节控制信号OT的相位，使θ2＝90º，那么，干扰信号的输出为零，而总的信号输出(OC＝OAcosθ1仅与缺陷信号有关，消除了不平衡电桥法工作原理在涡流检测中用作参考标准的人工缺陷的种类和形状检测线圈的阻抗特性表面探头以50Hz的频率检测厚铝板缺陷绝对式探头检测阻抗图b)差动式探头检测阻抗图1、2－裂纹3－表层下洞穴时处理，并将结果在CRT上进行实时显示。
第五章 涡流检测
第五章涡流检测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电流。
(我们在实践中会遇到一些涡流现象，如金属存在电阻，当电流流过金属导体内时会产生焦耳热。
工业上利用这种热效应制动了高频感应电炉来冶炼金属。
这种电炉的炉壁上绕有线圈，当线圈接通高频大功率电源时，炉体内随之产生很强的高频交变磁场。
在炉体放置一定数量的金属，金属中便产生强大的涡流致使金属被加热至熔化。
) 涡流检测具有以下特点：①由于检测是以电磁感应为基础的，探头线圈不需接触工件，因此检测速度快。
（对管、棒材。
每分钟可检测几十米，线材可检测几百米实）易于实现自动化检测。
②对工件表面和近表面的缺陷，有较高的检测灵敏度。
③能在高温状态下，对管、棒、线材和坏料等进行检测。
④涡流检测技术是一种多用途的检测技术，除探伤外，还能测量工件、涂层的厚度、间隙以及工件的机械和冶金性能等。
⑤能提供缺陷的信息。
⑥实验结果可与检测过程同时得到，记录可长时期保存。
由于感生涡流渗入工件的深度与频率的平方根成反比（感生涡流具有趋肤效应）。
这个深度不大，因此，涡流检测目前只能检测表面及近表面的缺陷。
另外，因为影响涡流检测的因素如导电率、磁导率、缺陷、工件形状和尺寸以及探头线圈与工件之间的距离等，要取得所希望得到的检测参数，需要较复杂的信息处理技术。
还有涡流检测对复杂表面的检测效率低。
第一节 涡流检测的物理基础一、材料的导电性(一)材料的导电率根据欧姆定律，沿一段导体流动的电流强度与其两端的电位差成正比。
即：RU I = 根据一定材料的导体，它的电阻与导体长度(L)成正比，与导体的截面积(S)成反比。
即：SL R ρ= 我们称ρ为导体的电导率单位为：(Ω·mm 2/m)或(μ·Ω·cm)(二)影响电导率的因素1．杂质含量如果在导体中掺入杂质，杂质会影响原子的排列，引起电阻率的增加。
2．温度随着导体的温度升高，导体内的原子热振动加剧，自由电子的碰撞机会增加，电阻率随之增加。
第5讲第五章磁力探伤与涡流探伤
第五章 磁力探伤与涡流探伤
四、涡流探伤 1. 涡流的产生 在图中, 若给 线圈通以变化的交流电, 根据 电磁感应原理, 穿过金属块中 若干个同心圆截面的磁通量将 发生变化, 因而会在金属块内 感应出交流电。由于这种电流 的回路在金属块内呈旋涡形状 , 故称为涡流。 涡流的大小影响着激励线圈中 的电流。 涡流的大小和分布决定于激励 线圈的形状和尺寸、交流电频 率、金属块的电导率、磁导率 、金属块与线圈的距离、金属
第五章 磁力探伤与涡流探伤
六、涡流探伤技术 探伤前的准备: 选择检验方法及设备；对被探件进行 预处理；根据相应的技术条件或标准来制备对比试样 ；对探伤装置进行预运行；调整传送装置。 确定探伤规范:1)选择探伤频率; 2)确定工件的传送速 度; 3)调整磁饱和程度; 4)相位的调整; 5)滤波器频 率的确定; 6)幅度鉴别器的调整; 7)平衡电路的调定 ; 8)灵敏度的调定。 探伤 探伤结果分析 (5)消磁 (6)结果评定 (7)编写探伤报告
UWE磁粉探伤系统, 工件超过 900mm长的新型磁粉探伤机。产 生旋转磁场, 一次过程检测出 任何方向的裂纹；自动周期设 定夹紧、喷淋、充磁和退磁。
UWS系统特别适用 于长工件的裂纹检 查，例如: 大型涡 轮机的叶片探伤( 大约3米长)
第五章 磁力探伤与涡流探伤
4. 磁粉探伤检验程序 根据被探件的材料、形状、尺寸及需检查缺陷的性质、 部位、方向和形状等的不同，所采用的磁粉探伤方法也 不尽相同，但其探伤步骤大体如下: 探伤前的准备 校验探伤设备的灵敏度，除去被探件表 面的油污、铁锈、氧化皮等。 磁化 确定探伤方法 对高碳钢或经热理(淬火、回火、渗碳、 渗氮)的结构钢零件用剩磁法探伤；对低碳钢、软钢用 连续法； 确定磁化方法。 确定磁化电流种类 一般直流电结合干磁粉、交流电结 合湿磁粉效果较好。
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。
第五章_涡流检测
Depth Depth
Standard Depth of
Penetration
(Skin Depth)
Eddy Current Density
High Frequency High Conductivity High Permeability
1/e or 37 % of surface density
非磁性导电基体上非导体覆盖层.镀层厚度的测量.振幅 灵敏性涡流法
用电磁(涡流)法测定电导率的标准实施规程 ASTM 有色金属的电磁(涡流)分类标准规程 ASTM 用涡流仪器测量铝阳极镀层及其它非磁性基底金属绝
缘镀层的厚度标准试验方法 ASTM
涡流检测的基本过程
熟悉要检测缺陷的类型，位置，方向 选择合适的探头类型，适应工件的形状，缺陷对涡流有影响 选择合适的线圈激励频率，对表面缺陷检测，可以使用较高的激励频
率得到高分辨率和高灵敏度，对近表面缺陷，使用较低的激励频率得 到较大的穿透深度，但灵敏度会降低。铁磁材料或者高导电率材料需 要更低的激励频率。 制作参考试样，材料与工件基本一致。人工缺陷类似于待测缺陷 选择和安装仪器和探头 通过试样调节仪器到能方便识别缺陷的信号 放置探头到被测工件表面，仪器设置零点 扫查整个待测表面，扫查过程中要保证探头的稳定，因为探头的抖动 将会影响信号的质量。在自动扫查系统中需要相应的夹具 记录分析数据
壳牌公司开发部向Maclean购买了该专利权， 在探头的研制中获得了很大的成功，并用来检 测井下套管。20世纪60年代初期，壳牌公司应 用远场涡流检测技术来检测管线，检测设备包 括信号功率源、信号测量、信号记录和处理， 做成管内能通过的形式，像活塞一样，加动力 之后即可在管线内运动，取名“智能猪”（见 图3）。此装置于1961年5月9日第一次试用，一 次可以检测80公里或更长的管线。[3]
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。
涡流检测优质获奖课件
电导率是物体传导电流旳能力。 电导旳基本单位是西门子（S），原来被称为姆欧，取电阻单位欧姆倒数之意。因为电导池旳几何形状影响电导率值，所以原则旳测量中用单位S/m来表达电导率，以补偿多种电极尺寸造成旳差别。
涡流检测旳应用
检测目旳
影响涡流特征旳原因
用 途
探 伤
缺陷Байду номын сангаас形状、尺寸和位置
导电旳管、棒、线材及零部件旳缺陷检测
材质分选
电导率
材料分选和非磁性材料电导率旳测定
测 厚
检测距离和薄板长度
覆膜和薄板厚度旳测量
尺寸检测
工件旳尺寸和形状
工件尺寸和形状旳控制
物理量测量
工件与检测线圈之间旳距离
1、阻抗平面图
若次级线圈旳 ，则有
K——耦合系数
在 从 旳过程中，视在阻抗Z以视在电阻R为横坐标，视在电抗X为纵坐标旳阻抗平面图上变化，其轨迹近似为一种半圆，此即初级线圈旳阻抗平面图。
这么，就用一种恒定旳磁场和变化着旳磁导率替代了实际上变化着旳磁场和恒定旳磁导率，这个变化着旳磁导率便称为有效磁导率，用μeff表达，同步推导出它旳体现式为
利用柱坐标求解涉及在圆、球与圆柱内旳势场旳物理问题时出现旳一类特殊函数。
2） 特征频率 定义使有效磁导率体现式中贝塞尔函数变量 旳模为1旳频率为涡流检测旳特征频率。体现式为
电阻
电抗
空载阻抗
视在电抗
视在电阻
电容和电感在电路中对交流电引起旳阻碍作用总称为电抗，用X表达。 类似于直流电路中电阻对电流旳阻碍作用，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 表达，是复数阻抗旳虚数部分，用于表达电感及电容对电流旳阻碍作用。电抗伴随交流电路频率而变化，并引起电路电流与电压旳相位变化。 阻抗即电阻与电抗旳总合，用数学形式表达为： 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
涡流检测技术
B l E dl s t ds
31
2.2 涡流检测基础知识
二、麦克斯韦电磁方程组
D l H dl I 0 S t ds B l E dl s t ds
D ds q B ds 0
s s
0
D E r 0 E B H r 0 H J E
2
2
RS RZ R1 X S X Z X1
44
2.3 涡流阻抗分析法
复阻抗平面图
横轴：RS 纵轴：XS R2从∞逐步递减 到零
45
2.3 涡流阻抗分析法
2. 阻抗的归一化
横轴 纵轴
RS R1 L1 XS L1
46
2.3 涡流阻抗分析法
二、有效磁导率和特征频率
1.有效磁导率
8
2.1 涡流检测概述
二、涡流检测原理
9
2.1 涡流检测概述
三、涡流检测方法
激励线圈产生交变磁场
导体中感应出涡流
涡流磁场改变原磁场 线圈电压阻抗变化
间 接 方
法
判断导体的特性
10
2.1 涡流检测概述
1.涡流检测线圈及其分类
◆ 按相对位置分
◆ 按使用方式分 ◆ 按激励源分
◆ 按输出信号分
11
2.1 涡流检测概述
a a
0
0
0
J
J0
0
j kr
2
a
0
0
0
0
0
a
0
0
0
2
1
0
0
48
2.3 涡流阻抗分析法
eff
J1 j ka 2 j ka J 0 j ka
无损检测在机车车辆工艺上的应用(五)涡流检测
在 完 成 了 交换 饥 特 权 级 别 的 多 级 权 限 配 置 、 立 交 换 机 的 本 地 用 户 、 建 对
用户进 行授权 等工 作后 ， 每个 用户 就具有 １ 使 用 、 置交 换机 的相应 权限 。口 ， 配
收 稿 日期 ：０ ７ —８ —１ ２０ ３
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２５ —
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技 术 讲 座
涡 流 检测 方法 ： ２ 涡 流 检 测 的 方 法 和 应 用 范 围
铁道机车车辆３ 人 第 ｌ ２ ０ ７ － ０期 ０ ７年 ｌ ０月
在 涡 流探 伤 中 ， 往往 是 根据 被检 试 件 的形状 、 尺寸 和质 量 要求等 来选 定
（ 试件 几 何尺 寸 ： 状 、 小 、 厚 等 ； ４） 形 大 膜 （） ５ 被检 件 与检 测线 圈 问的 距离 、 盖层 厚 度等 。 覆
３ 涡 流 检 测 的 特 性 ３ １ 标 准பைடு நூலகம்渗 透 深 度 ．
涡 流探 头接 触试 件 （ 电材 料 ） ， 件 内便 形 成 涡 流 ， 导 时 试 涡流 在 试件
俭 测 线 圈 的 种 类 ， 用 的 检 测 线 圈 有 三 类 常 （ ） 过 式 线 圈 。 穿 过 式 线 圈 是 将 被 检 试 样 放 在 线 圈 内 进 行 检 测 的 线 １穿
圈 ． 用 ｊ管 、 、 材 的探 伤 ： 由于线 圈产 生 的磁 场首 先 作用 于试 件 外 擘 ， 适 ： 捧 线
（ ） 头式 线 圈 。探 头 式 线 圈 是 放 置 在 试 样 表 面上 进 行 检 测 的线 圈 ， ３探 它 不 仪 适 用 于 形 状 简 单 的 板 材 、 坯 、 坯 、 坯 、 材 及 大 直 径 管 材 的 表 面 板 方 圆 棒
涡流检测新技术
涡流检测新技术电磁涡流检测新技术主要有：1.1柔性阵列涡流传感器技术阵列涡流(Arrays Eddy Current, AED)传感器测试技术的研究始于2O世纪80年代中期，在20世纪80年代末到90年代初，出现了一批电涡流阵列测试方面的文献和专利。
近十年来，随着传感器技术的发展以及加工工艺技术水平的提高，电涡流传感器阵列测试的研究和应用得到极大的发展，不仅用来测量大面积金属表面的位移，而且由于具有同时检测多个方向缺陷的优点，被广泛应用于金属焊缝的检测，飞行器金属部件的疲劳、老化和腐蚀检测，涡轮机、蒸气发生器、热交换器以及压力容器管道等的无损检测中。
阵列式涡流检测探头是将很多小探头线圈按特定的结构类型密布在敞开或封闭的平面或曲面上构成阵列。
工作是采用电子学的方法按照设定的逻辑程序，对阵列单元进行实时/分时切换。
将各单元获取的涡流响应信号接入专用仪器的信号处理系统中去，完成一个阵列的巡回检测，阵列式涡流检测探头的一次检测过程相当与传统的单个涡流检测探头对部件受检面的反复往返步进扫描的检测过程。
对于高分辨率的大面积涡流检测，阵列式涡流检测探头明显比传统的扫描探头更具优势，阵列式涡流检测探头在检测时，其涡流信号的响应时间极短，只需激励信号的几个周期，而在高频时主要由信号处理系统的响应时间决定。
因此，阵列式涡流检测探头的单元切换速度可以很快，这一点是传统探头的手动或机械扫描系统所无法比拟的。
此外，传感器阵列的结构形式灵活多样，可以非常方便地对复杂表面形状的零件进行检测，而且这种发射/接收线圈的布局模式成倍的提高了对材料的检测渗透深度，因此，阵列式传感器的研究成为当前传感器技术研究中的重要内容和发展方向。
我国对于阵列涡流传感器技术的研究始于近年，清华大学、吉林大学、国防科技大学等单位发表了多篇关于涡流传感器阵列测试技术的研究文章;爱德森(厦门)电子有限公司则研制出工作频率为50KHZ—2MHZ、有效扫描宽度为55mm、双阵列、反射自旋式，用于铝合金板检测的阵列涡流传感器。
涡流检测仪器五知识讲解
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3 基本电路
• 振荡器，功放：激励源 • 电桥：检出信号 • 放大器：用于放大微弱的输入信号，提高检测
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3. 三种分类
• 1.按检测线圈输出信号[感应方式]不同分类 • 2.按检测线圈与工件相对位置分类 • 3.按比较方式[线圈绕制连接]分类
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2. 按线圈与工件相对位置分类
• [外]穿过式
• 这种线圈是将工件插入并通过线圈内部进行检测。如图 所示。它可检测管材、棒材、线材等，可以从线圈内部 通过的导电试件。由于采用穿过式线圈、容易实现批量 、高速检验及实现自动化检测，因此，广泛地应用于小 直径的管材、棒材、线材试件的表面质量检测。
• 含义2.检测金属片厚度，利用厚度效应（线圈 的视在阻抗要随金属薄板厚度的不同而发生相 应的变化），测量范围<3倍渗透深度
• 选择较高频率，抑制金属电导率的影响
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涡流探伤仪
• 缺陷会改变导体内涡流的分布，从而影响 线圈阻抗
• 缺陷效应是电导率效应、磁导率效应和直 径效应的局部综合结果。
• 标准比较式（它比式）：典型的差动式涡流俭测．采用二个检测 线圈反向联接成为差动形式。如图b所示、一个线圈中放置被检 试件(与被测试件具有相同材质、形状、尺寸且质量完好)，而另 一个线圈中放置被检试件。由于这两个线圈接成差动形式，当被 检试件质量不同于标准试件(如存在裂纹)时，检测线圈就有信号 输出，实现对试件的检测。
（a）绝对式；（b）标准比较式；（c）自比较式
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绝对式和自比式[单线圈和差动线圈]
• 绝对式 • 对所有变化敏感 • 易区分混合信号 • 显示缺陷整个长度
涡流检测
电导率
磁导率
测量金属试件的电磁参数； 金属热处理状态的鉴别； 金属材料的分选；
金属材料成分含量、杂质含量的 鉴别。
提离效应、厚度效 应、充填效应等
金属试件上涂、镀等膜层测量； 板材测厚； 位移、振动测量； 液面位置、压力等的监控； 试件尺寸、形状测量等。
1 1 f
2
渗透深度 与频率 f 的平方根成反比。
涡流检测的试验基础
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。
线圈Ⅰ将激励出一个交变磁场。如果 线圈Ⅰ、线圈Ⅱ和金属块靠的很近，以 至于线圈Ⅰ所激励的磁场对线圈Ⅱ和金
属块都有感应，那么在金属块中就会产
阻抗，即线圈空载阻抗，X1L1 为空载的 感抗。
Z 2 2 R 2 jL 2 R 2 j2 X 表示涡流环的自阻
抗，X2L2为涡流环的感抗。
Z 12 jX MjM 表示检测线圈与涡流环的
耦合阻抗，XMM称为耦合电抗。
➢反射阻抗与视在阻抗
反射阻抗： Z1' 1R' jX'
表示被测导体上的涡流场对检测线圈 的影响。
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。
涡流探伤法主要是用于检查金属表 面或近表面上的裂纹等缺陷。由于被 检零件一旦发生了裂纹等缺陷，那么 在零件的缺陷处不仅导电率或磁导率 发生了变化，而且零件的尺寸也发生 了相应的变化。所以涡流探伤法既应 用了导电率或导磁率效应，也应用了 尺寸效应。
第三节 涡流阻抗分析法
《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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涡流检测的优缺点
涡流检测第5章 - 涡流检测新技术
5.2.3 脉冲涡流检测技术研究的近况 3.1 脉冲涡流特征的研究 在同一材料的圆柱形金属导体直径方向不同位置上 预制了相同尺寸的人工缺陷，利用磁场测量装置测量并记 录了个人工缺陷响应信号的特征值，如表1所列数据。
表1 脉冲涡流对于不同位置缺陷响应的时域和频域特征值[1]
位置/mm 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 峰值/mV 107.43 109.25 107.52 107.29 106.90 周期/μ s 1.54 1.54 1.48 1.49 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3024 3005 3011 3022 3008 位置/mm 7.0 8.0 10.0 14.0 18.0 峰值/mV 104.23 102.78 103.00 102.38 101.65 周期/μ s 1.58 1.54 1.49 1.54 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3028 3019 2999 3021 3015
5.2.1 前言
宽带脉冲信号可按傅立叶级数变换理论分解为无限多 低、中、高频的正弦波之和； 以重复的宽带脉冲（如方波）代替正弦交变信号进行 激励和检测的脉冲涡流响应信号中包含有被检测对象被检
测对象表面、近表面和表层一定深度范围内的质量信息，
较好地解决了常规涡流所不能兼顾的检测灵敏度和检测深 度的矛盾； 近年来成为国内外涡流检测技术与应用研究中最受关 注的热点领域之一。
基于霍尔传感器具有小型化、可以实现对磁场的直接
测量，并且在较宽的低频范围内具有比检测线圈更高灵敏
度的特点，较多的研究试验采用细的铜漆包线绕制激励线 圈、以霍尔传感器作为探测元件而构成了另一类脉冲涡流 检测用传感器。 与常规涡流检测线圈类似，有用一个霍尔片作为检测 单元的“绝对式”霍尔传感器，也有将两个反向连接的霍 尔片作为检测单元的“差动式”霍尔传感器。近年来研究
《涡流检测》课件
《涡流检测》课件一、教学内容本节课的教学内容来自于《无损检测》一书的第五章，主要讲述涡流检测的原理、设备和应用。
具体内容包括：涡流检测的基本原理、涡流检测的设备组成、涡流检测的适用范围和限制、以及涡流检测在实际工程中的应用案例。
二、教学目标1. 让学生了解涡流检测的基本原理，理解涡流检测的设备组成和工作方式。
2. 通过实例分析，使学生掌握涡流检测在实际工程中的应用。
3. 培养学生对涡流检测技术的兴趣，激发学生对无损检测领域的研究热情。
三、教学难点与重点1. 涡流检测的基本原理。
2. 涡流检测设备的组成和工作方式。
3. 涡流检测在实际工程中的应用。
四、教具与学具准备1. PPT课件。
2. 涡流检测设备实物图。
3. 涡流检测实例视频。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过涡流检测设备实物图，让学生了解涡流检测在实际工程中的应用。
2. 涡流检测原理讲解：讲解涡流检测的基本原理，包括涡流的产生、发展和消失过程。
3. 涡流检测设备组成：介绍涡流检测设备的组成，包括发射器、接收器、探头等。
4. 涡流检测工作方式：讲解涡流检测的工作方式，包括断线检测、裂纹检测、材料识别等。
5. 实例分析：通过涡流检测实例视频，分析涡流检测在实际工程中的应用。
6. 随堂练习：让学生结合实例，分析涡流检测的适用范围和限制。
7. 板书设计：涡流检测原理、设备组成、应用案例。
8. 作业设计：题目1：涡流检测的基本原理是什么？答案：涡流检测的基本原理是利用交变磁场在导体中产生的涡流效应，对导体进行无损检测。
题目2：涡流检测设备主要由哪些部分组成？答案：涡流检测设备主要由发射器、接收器、探头等部分组成。
题目3：涡流检测在实际工程中有什么应用？答案：涡流检测在实际工程中可以用于断线检测、裂纹检测、材料识别等。
六、课后反思及拓展延伸1. 反思本节课的教学效果，看是否达到了教学目标。
2. 探讨涡流检测在其他领域的应用，激发学生的研究热情。
3. 搜集更多关于涡流检测的最新研究成果，下一节课与学生分享。
涡流检测技术
三、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（36.8%）时对应的深度定义为：
XM 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
Zs Rs jX s R1 Re j( X1 X e ) （3-3）
式中：Rs为视在电阻；Xs为视在感抗。
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，从而可以推知次级线圈电路中 阻抗的变化。
当检测阻抗发生变化（如线圈的被检测零件中出现缺陷） 时，桥路失去平衡，这时输出电压不再为零， 而是一个非常 微弱的信号， 其大小取决于被检测零件的电磁特性。
U
Z1
Z1Z 3
Z2 Z3
Z4
E
（3-9）
式中： Z1、Z4为固定桥臂阻抗； ΔZ3为检测线圈阻抗的变化， 通过测量U，可间接得到ΔZ3。
3.3
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折合阻抗来体现，设折合
阻抗为。
Ze
Re
jX e
X
2 M
R22
X
2 2
R2
j
X
第5章 渗透检测与涡流检测2013讲解
五、涡流检测
(一)涡流检测原理
涡流检பைடு நூலகம்是以电磁感应原理为基础的。 当检测线圈通以交变电流,线圈内交变 电流的流动将在线圈周围产生一个交 变磁场,这种磁场称为“原磁场”。把一 导体置于原磁场中时,在导体内将产生 感应电流，这种电流叫做涡流。导体 中的电特性(如电阻,磁导率等)变化时, 将引起涡流的变化，而涡流产生的反 作用磁场（称为“涡流磁场”）又将 使检测线圈的阻抗发生变化。因此， 在工件形状尺寸及探测距离等固定的 条件下，通过测定检测线圈阻抗的变 化，可以判断被测工件有无缺陷存在。
4
3、渗透检测的分类 1）根据渗透液所含染料成分分类可分为 荧光法和着色法两大类。 2）根据渗透液去除方法分类可分为水洗 型、后乳化型和溶剂去除型三大类。
5
3）按以上分类方法，可组合成一些常用的渗透探伤方法： 1.着色渗透探伤法
这种探伤方法使用的渗透液主要是 2.荧光渗透探伤法
这种探伤方法是使用含有荧光物质的渗透剂，经 3.水洗型渗透探伤法 清洗后保留在缺陷中的渗透液被显象剂吸附出来。 这种探伤法主要用于荧光渗透剂，用经干燥 用紫外光源照射，使荧光物质产生波长较长的可 这种探伤方法以水为清洗剂，渗透剂以水为 后的细颗粒干粉可获得很薄的粉膜，对荧光 见光，在暗室中对照射后的工件表面进行观察， 溶剂，或者在渗透剂中加有乳化剂，使非水 湿式显象剂是在具有高挥发性的有机溶剂中 显象有利，可提高探伤灵敏度。 通过显现的荧光图象来判断缺陷的大小、位置及 4.溶剂去除渗透探伤法 形态。 溶性的渗透剂发生乳化作用而具有水溶性。 加入起吸附作用的白色粉末配制而成，这些
12
典型考题
7、荧光渗透检测和荧光磁粉检测都要使用的黑光灯其发 出紫外光的中心波长是(3650 ) ； 8、液体渗透探伤是利用液体的（毛细）现象实现的，液 体的渗透能力与液体的表面张力系数有关，一般说来， （挥发）性能好的液体，其表面张力系数小，在（高温） 情况下，以及有（杂质）的情况下，液体的表面张力系数 也小； 9 、液体渗透探伤是应用物理学上的 ( 毛细管 ) 现象实施的， 液体表面张力越(小 )，越容易润湿固体表面，其渗透能力 越强； 10、水洗型湿法显示渗透探伤的操作步骤按顺序是： (预 清洗)-(渗透)-(清洗)-(干燥)-(显像)-(观察)-(后处理)
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5.2.3 脉冲涡流检测技术研究的近况 3.1 脉冲涡流特征的研究 在同一材料的圆柱形金属导体直径方向不同位置上 预制了相同尺寸的人工缺陷，利用磁场测量装置测量并记 录了个人工缺陷响应信号的特征值，如表1所列数据。
表1 脉冲涡流对于不同位置缺陷响应的时域和频域特征值[1]
位置/mm 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 峰值/mV 107.43 109.25 107.52 107.29 106.90 周期/μ s 1.54 1.54 1.48 1.49 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3024 3005 3011 3022 3008 位置/mm 7.0 8.0 10.0 14.0 18.0 峰值/mV 104.23 102.78 103.00 102.38 101.65 周期/μ s 1.58 1.54 1.49 1.54 1.54 F1/Hz 589.85 589.85 589.85 589.85 589.85 F2/Hz 3028 3019 2999 3021 3015
的相关信息，据此可实现脉冲涡流的检测与评价。
图4 脉冲涡流的产生及检测信号的拾取过程
检测信号，即瞬态感应电压Vf的大小可根据法拉第 电磁感应定律计算得出：
Vf
V (r,z,t)drdz .......... .......... .......... .......... .......... ...(1) drdz
5.1.1 远场涡流特点
图5-1 远场涡流检测探头
采用穿过式探头（见图5-1），检测线圈与激励 线圈分开，且二者的距离是所测管道内径的二至三
倍；采用低频涡流技术能穿过管壁；主要用于石油
天然气管道和油井管道等；需要检测的不是线圈的
阻抗变化，通常是测量检测线圈的感应电压与激励
电流之间的相位差；激励信号功率较大，但检测到 的信号却十分微弱（一般为微状）；能以相同的灵
表2 不同重复频率的特征值[1]
第5章 电磁涡流检测新技术
5.1远场涡流新技术
50年代末，远场涡流检测技术首先用于检测 油井的套管。但当时由于人们对远场涡流技术的 认识很有限，且电子技术也不太发达，远场涡流 检测法未能得到充分的发展。直到80年代中期， 随着远场涡流理论的逐步完善和实验验证，远场 技术用于管道（特别是铁磁性管道）检测的优越 性才被人们广泛认识，一些先进的远场涡流检测 系统也开始出现，并在核反应堆压力管、石油及 天然气输送管和城市煤气管道的检测中得到实际 应用。目前认为远场涡流检测是管道在役检测最 有前途的技术。
图5-2 远场涡流检测系统原理框图
1—管外壁检测信号幅值 2—管内壁检测信号幅值 3—管壁内壁检测信号相位曲线 图2-3 检测线圈信号特征
由图可以看出，随两线圈间距的增加，检测
线圈感应电压的幅值开始急剧下降，然后变化趋
于缓慢，而相位存在一个跃变。通常把信号幅值
急剧下降后变化趋缓而相位发生跃变之后的区域
只适用于内穿过式探头。若采用外穿过式探头，灵
敏度将下降。实验表明，采用外穿过式探头，灵敏
度将下降50%左右。
5.1.2 远场涡流检测系统的组成
远场涡流检测设备一般由下列五个部分组成： ①振荡器：作为驱动线圈的激励源，同时提供相位 测量的参考信号。 ②功率放大器：用来提高激励源的功率。 ③探头的驱动定位装置：它包括探头和确定探头轴 向位置的编码和数据计算系统。 ④相位及幅值检测器：通常选用锁相放大器来测量 检测线圈的信号。 ⑤微型计算机：用于储存、处理和显示检测信号和 数据。
敏度检测管壁内外表面的缺陷和管壁变薄情况，而
不受趋肤效应的影响；检测信号与激励信号的相位
差与管壁厚度近似成正比，“提离效应”很小。
采用远场技术进行检测，其灵敏度几乎不随激
励与检测线圈间距离变化而变化，探头的偏摆、倾
斜对结果影响很小。此外，这种检测方法由于采用
很低的频率，检测速度慢，不宜用于短管检测，且
称为远场区；靠近激励线圈信号幅值急剧下降区
域称为近场区；近场区与远场区之间的相位发生
较大跃变的区域称为过渡区域。
5.2脉冲涡流检测技术
涡流检测的有效性和可达性密切依赖于激励信号的 频率。 一般地，频率越高，则涡流趋于被检测对象的表面 分布，对于表面微小缺陷的检出能力越高，但由于随着透 入深度的增大而高频涡流急剧衰减，因此对于表面下具有 一定深度的近表面缺陷则难以产生有效的响应；相反，频 率越低，则涡流在被检测对象表面下的透入深度增大，可 对试件近表面一定深度范围内的缺陷产生响应，但对于表 面缺陷的检测灵敏度随激励信号频率的降低而明显下降。 以降低检测灵敏度来提高涡流检测深度，或以减小涡 流透入深度来提高检测灵敏度，长期以来一直是常规涡流 检测应用中在二者之间权衡取舍的焦点。
5.2.1 前言
宽带脉冲信号可按傅立叶级数变换理论分解为无限多 低、中、高频的正弦波之和； 以重复的宽带脉冲（如方波）代替正弦交变信号进行 激励和检测的脉冲涡流响应信号中包含有被检测对象被检
测对象表面、近表面和表层一定深度范围内的质量信息，
较好地解决了常规涡流所不能兼顾的检测灵敏度和检测深 度的矛盾； 近年来成为国内外涡流检测技术与应用研究中最受关 注的热点领域之一。
p
其中，Vp为理想点线圈的感应电压，其表达式为：
Vp A B ds ( A ) ds dl.......... .......... ..(2) t t t l
图5 脉冲涡流典型时域波形及特征参数
图6 脉冲涡流时域信号在不同频段的功率谱曲线
5.2.2 脉冲涡流检测的基本原理
脉冲涡流通常是以一定占空比的方波作为激励信号施 加于初级线圈，当载有方波电信号的初级线圈接近导电材 料或试件时，在导体中感应产生瞬变的涡流和再生磁场。 瞬时涡流的大小、衰减状况与导体的电磁特性、几何形状 及耦合状况相关，次级线圈（或电磁传感器）接收到的涡
流再生磁场包含有被检测对象导电率、磁导率及形状尺寸