2019检测课第15讲：涡流检测
15-涡流检测原理解析
涡流检测可以广泛用于各种金属材料工件和少 数非金属材料工件。
与其它无损检测方法相比，涡流检测的主要优、 缺点如下: 优点:
A) 对导电材料的表面或近表面的检测，具有良 好的灵敏度
上述四个因素都可通过涡流检测原理采进行 解释，它们的影响程度也能计算出来。
由于在铁磁性材料中透入深度低，因此，通 常采用较低的频率。
即使在检测工件 表面裂纹时采用较 高频率，但与检测 非磁性材料表面裂 纹时采用频率相比 仍然是相当低的。
在涡流检测时，若通以交变电流的线圈中没有 试样，则可以得到空载阻抗Z0=R0+jωL0，若在 线圈中放入试样，线圈阻抗将变为Z1=R1+jωL1
随着材料和工件性质的不同，对检测线圈的影 响也不一样，因而，工件性质的变化可以用检测 线圈阻抗特性的变化来描述。
由于引起检测线圈阻抗发生变化的直接原因是 线圈中磁场的变化，检测时需要分析和计算工件 被放入检测线圈后磁场的变化，然后得出检测线 圈阻抗的变化，才能对各种因素进行分析。
然而，正是由于对多种试验参数有敏感反应， 也就会给试验结果带来干扰信息，影响检测的正 确进行。
对涡流产生影响的因素有电导率、磁导率、 缺陷、工件形状与尺寸及线圈与工件之间距离等。
因此，涡流检测可以对材料和工件进行电导率 测定、探伤、厚度测量以及尺寸和形状检查等。
表中列举了涡流检测的几种用途
涡流法还可对高温状态下的导电材料进行涡流 检测，如热丝、热线、热管、热板等。
从上式可知，频率、电导率和磁导率愈大，透 入深度也就愈小。
几种典型材料的透入深度如图6-1，显示导电材 料的透入深度与检测频率的关系
《涡流检测技术》课件
根据涡流信号的变化，可以得知材料内部 是否存在缺陷。
涡流检测技术的应用领域
1
航空领域
用于飞机发动机叶片等高精度设
制造领域
2
备的测试。
用于制造工艺控制、质量检测、
零部件分选等方面。
3
电子领域
用于电子元器件检测，例如PCB板 故障等。
常见的涡流检测设备
缺陷检测仪
可以进行表面缺陷及小型裂 纹的检测，并有利于精确判 别缺陷位置及长宽比。
涡流检测技术的原理
涡流检测原理
材料内部存在一定大小的涡流损耗，用感 应线圈检测涡流损耗来检测材料表面和近 表面的问题。
电磁感应探头
探头内含有感应线圈，由其生成磁场对材 料进行检测。
电磁感应原理
交流电流经过线圈时产生强磁场，磁场作 用于导电物体内的自由电子，形成涡流， 涡流会阻碍原有的电流，产生电磁感应信 号。
• 设备操作步骤需熟 知，若无经验可咨 询专业技师。
线管探伤仪
可进行管道内壁的检测，广 泛应用于石化、冶金、船舶 等领域。
分选机
通过涡流检测进行尺寸分选 及表面缺陷检测，提高工作 效率。
涡流检测技术的优势和局限
1 优势
2 局限
能够检测高品质材料的小型缺陷，检测 速度快、非破坏性、适用于多种材料。
无法检测非导体材料，检测结果易受工 作人员经验和工作环境影响。
操ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ涡流检测设备的注意事项
环境要求
• 避免电磁干扰频繁 出现的场所进行操
• 作 操。 作区域需干燥无 水，以免影响检测 效果。
安全要求
• 检测设备带电，请 勿将设备接到液体 或潮湿环境中。
• 在操作时需佩戴防 护手套等个人防护 用品。
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—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。
《涡流检测》课件
检测能力。
提高检测精度与可靠性
高频涡流检测技术
研究高频涡流检测技术，以获取更丰富的信号特征，提高检测精度 和可靠性。
信号处理与模式识别
通过改进信号处理算法和模式识别技术，降低噪声干扰，提高检测 结果的可靠性。
标准化与规范化
制定涡流检测的标准化和规范化体系，确保不同设备、不同人员之间 的检测结果具有可比性。
06 涡流检测的未来发展与挑 战
新技术与新方法的探索
人工智能与机器学习
01
利用人工智能和机器学习技术，实现涡流检测的自动化和智能
化，提高检测效率和准确性。
光学涡流检测技术
02
结合光学技术，发展新型的光学涡流检测方法，实现非接触、
高灵敏度的检测。
复合涡流检测技术
03
探索多种涡流检测技术的复合应用，发挥各自优势，提高综合
详细描述
金属材料涡流检测案例包括对各种金属制品、铸件、焊接件等的检测。通过涡流 检测，可以快速准确地检测出金属材料中的裂纹、夹杂物、气孔等缺陷，为金属 材料的生产和质量控制提供重要的保障。
工程结构涡流检测案例
总结词
工程结构的涡流检测主要应用于桥梁、建筑、管道等大型结构的无损检测，以确保结构的安全性和可靠性。
03 涡流检测方法与实验
常规涡流检测
常规涡流检测是一种基于电磁感 应原理的无损检测方法，通过在 导电材料表面激发涡流来检测材
料内部的缺陷和损伤。
常规涡流检测具有快速、非接触、 无需耦合剂等优点，适用于各种 导电材料的表面和近表面缺陷检
测。
常规涡流检测的局限性在于对深 层缺陷的检测能力有限，且容易 受到材料导电率和磁导率的影响。
涡流具有热效应和磁效应，会导致导体发热和磁化，从而影响导体的磁导率和电导 率。
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。
涡流检测课件
涡流检测课件一、教学内容本节课我们将学习《涡流检测》的相关知识。
该内容属于《无损检测技术》教材的第五章，详细内容包括涡流检测的原理、检测设备、检测过程以及应用领域。
重点分析涡流检测在实际工程中的应用实例。
二、教学目标1. 掌握涡流检测的基本原理及其在无损检测中的应用。
2. 学会使用涡流检测设备，并了解其操作注意事项。
3. 能够分析涡流检测的优缺点，并将其应用于实际工程中。
三、教学难点与重点教学难点：涡流检测原理的理解，检测设备的使用。
教学重点：涡流检测的应用领域及操作注意事项。
四、教具与学具准备1. 教具：涡流检测设备一套，PPT课件。
2. 学具：笔记本、教材、笔。
五、教学过程1. 导入：通过展示一个实际工程中涡流检测的应用案例，引发学生对涡流检测的兴趣，进而引入本节课的内容。
2. 原理讲解：详细讲解涡流检测的基本原理，结合PPT课件，使学生理解涡流检测的原理。
3. 设备介绍：介绍涡流检测设备的组成、功能及操作注意事项。
4. 实践操作：现场演示涡流检测设备的操作过程，并指导学生进行实际操作。
5. 例题讲解：讲解涡流检测在实际工程中的应用实例，使学生学会分析问题、解决问题。
6. 随堂练习：布置一些有关涡流检测的练习题，巩固所学知识。
六、板书设计1. 涡流检测原理2. 涡流检测设备3. 涡流检测操作流程4. 涡流检测应用实例七、作业设计1. 作业题目：分析涡流检测在某一工程领域的应用，阐述其优点及局限性。
2. 答案要点：（1）应用领域：航空航天、汽车制造、电力系统等。
（2）优点：无需耦合剂，检测速度快，易于实现自动化。
（3）局限性：对材料导电性有一定要求，检测深度有限。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课通过实际案例导入、原理讲解、设备演示等环节，使学生掌握了涡流检测的基本知识。
但在教学过程中，要注意关注学生的学习反馈，及时调整教学节奏。
2. 拓展延伸：引导学生了解其他无损检测方法，如超声波检测、射线检测等，以便在实际工程中能够灵活运用各种检测技术。
《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。
感谢您的观看
THANKS
涡流检测的优缺点
涡流检测教学教材
远场涡流检测的特点： （1）采用内通过式线圈，检测线圈与激励线圈分开，且两者的距
离是所检测管道内径的二至三倍； （2）采用低频涡流技术能穿透管壁； （3）需要检测的不是线圈阻抗变化，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； （4）能以相同的灵敏度检测管壁内外表面的缺陷和管壁变薄情况，
不受集肤效应的影响； （5）检测信号与激励信号的相位差与管壁厚度近似成正比，“提
涡流检测
Eddy Current Testing 简称 ET
1 涡流检测的原理
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。当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，会导致涡流的变化，利用 这种现象判定导体性质，状态的检测方法，就涡流检测。
离 效应”很小，探头的偏摆、倾斜对检测结果影响很小。
远场涡流检测技术的应用： 远场涡流检测仪器已经成功应用于石油化工厂、水煤气厂，炼油
厂和电厂等行业中的多种铁磁性和非铁磁性管道的探伤、分析和评 价。如：锅炉管、热交换器管、地下管线和铸铁管道等的役前和在 役检测。
电磁感应现象和涡流的产生见图1和图2。在图1中，使线圈1和线 圈2靠近，在线圈1中通过交流电，在线圈2中就会有感应产生交流 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。这种由交流磁场感生出来的电流就涡流。
在图2中，试件中的涡流方法与给试件施加交流磁场线圈的电流 相反。由涡流所产生的交流磁场也产生交变磁力线，它通过激励线 圈时又感生出反作用电流。如果工件中涡流变化，这个反作用电流
4 涡流检测工艺要点
4.1 试件表面的清理 4.2 探伤规范的选择 （一）线圈的选择
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。
裂纹信号的识别干扰信号的种类被检零件材料不均匀所产生的干扰信号探头与被检零件相对位置的变化所引起的干扰信号受检区域的形状发生变化所引起的干扰信号对非磁性材料零件进行涡流检测中探头接近磁性材料零件时引起的干扰信号裂纹信号的识别当探头在受检部位扫描移动时如果仪器的电表指针发生较小的缓慢的正偏转一般都属于材料不均匀所引起的干扰信号而不是裂纹等缺陷信号当探头在受检区域扫描移动时如仪器的电表指针在受检区发生大面积报警现象通常不是裂纹信号多属仪器零位旋钮定的太高当探头从零件的中间部位移动到零件的边缘时仪器所发生的报警现象是由于边缘效应所致一般不是裂纹信号当探头扫描移动到局部漆层脱落处仪器所发出的报警现象属间隙效应引起一般不是裂纹信号当探头移动到受检部位的形状或曲率发生变化的区域时发出的报警现象一般不是裂纹信号在对非磁性材料进行涡流检测过程中如探头移动到磁性材料附近仪器所发生的报警现象一般不是裂纹信号当探头垂直于裂纹的方向扫描移动时如果仪器的电表指针发生突然的正偏转且探头移动少许电表指针又立即恢复原位这种突变信号属裂纹信号表明探头下面有裂纹存在
线圈交变电流（一次电流）激励的磁场是交变的，那么涡流也是交变 的。这个交变的涡流会在周围空间形成交变磁场并在线圈中感应电动 势。线圈中的磁场就是一次电流和涡流共同感生的合成磁场。合成磁 场中包含了金属工件的电导率、磁导率、裂纹缺陷等信息。
二 涡流检测的特点
优点： （1）不需耦合剂，与试件可接触也可不接触。 （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。
涡流检测原理
涡流检测原理涡流检测是运用电磁感应原理，将载有正弦波电流激励线圈，接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面感应电流（此电流称为涡流）。
也产生一个与原磁场方向相反的相同频率的磁场。
又反射到探头线圈，导致检测线圈阻抗的电阻和电感的变化，改变了线圈的电流大小及相位。
因此，探头在金属表面移动，遇到缺陷或材质、尺寸等变化时，使得涡流磁场对线圈的反作用不同，引起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其它物理性质变化。
涡流检测实质上就是检测线圈阻抗发生变化并加以处理，从而对试件的物理性能作出评价。
影响涡流场的因素有很多，诸如探头线圈与被测材料的耦合程度，材料的形状和尺寸、电导率、导磁率、以及缺陷等等。
因此，利用涡流原理可以进行金属材料探伤、测厚、硬度材质淬火等分选。
1．什么是涡流检测？利用铁磁线圈在工件中感生的涡流,分析工件内部质量状况的无损检测方法称为涡流检测（图1）。
2．涡流检测线圈与工件的相对位置（图2）图1 涡流检测原理图2 涡流线圈与工件的三种位置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。
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。
在涡流探伤中，往往是根据被检测的形状，尺寸、材质和质量要求(检测标准)等来选定检测线圈的种类。
常用的检测线圈有三类：穿过式线圈; 穿过式线圈是将被检测试样放在线圈内进行检测的线圈，适用于管、棒、线材的探伤。
由于线圈产生的磁场首先作用在试样外壁，因此检出外壁缺陷的效果较好，内壁缺陷的检测是利用的渗透来进行的。
《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
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。
无损检测课件-涡流检测ET应用
c．设定和调节仪器 机械传动、报警 f一般为唯一可变的参数 直径变化宜用高f→提高灵敏度 检测对象给定后 缺陷-/差 速度快-f↑
d．f90 ①缺陷信号与其它足够的相位差； ②内外壁缺陷区分相位差大 实践证明，选择f使填充因素变化（或内缺陷信号） 和外壁缺陷信号之间产生90相移，对内外壁均有较 高灵敏度 。 f90经验公式：根据管子厚和趋肤深度一定比例而得 一般选f90=3ρ/t2 ρ---μΩcm t----mm t/=1.1 一般选，t壁厚，mm ；趋肤深mm
Байду номын сангаас皮下气泡
分层
焊管：夹渣、裂纹、气孔、未熔、形状缺陷
b．设备探头选择： 尽量多通道多频、给出多信息 外 内 自动、新旧管 探头 组合、旋转-大直径 焊管，扇型 尽量使检测范围内高的涡流密度，且使电流垂直缺陷，
（因检出性决定于缺陷对涡流的阻抗程度）
注意电缆谐振（工作频率高于100MHZ，或长电缆大于30m） 磁饱和，（铁磁性材料检测应附加，通常用直流电磁饱和，不宜过强否 则推进困难），通常80%直流磁饱和80%
1．试验规范
为了有效检测得到可靠结果，实验前应根据检验种 类、目的和要求就实验方法、仪器设备、检测条件及验收 标准等一系列实验有关的细则做明确规定
a编制依据 ：检测种类 主要内容 方法 目的要求 仪器设备 试验有关细则制定
检测条件
验收标准
规范
b．通用内容 探伤 ①试验目的 材质鉴别 测厚 名称 ②试件 材质规格 数量 ③标准 检验 仪器 ④检测装置 探头 附加装置
小快灵下降快响应深度的增加灵敏度下降主要决定于探头尺寸而非趋肤衰减缺陷埋藏深度表面探头局限于厚度小工件5mm大多数缺陷长比工件厚小而一定长缺陷检测灵敏度随探头直径增大而减低磁通密度减小灵敏度下降趋肤效应涡流变化局限于磁场变化区缺陷长度区域的大小是线圈尺寸和几何形状的函数放置式探头灵敏度反比于线圈直径故直径要小于检测管探头敏感区有效直径deffdc4
无损检测——涡流检测特点及原理
涡流 涡流检测特点 涡流检测基本原理 变压器耦合式互感电路 ——涡流检测模型 趋肤效应 渗透深度
涡流 :金属在变动的磁场中或相对于磁场运动，金 属体内感生出漩涡状流动的电流
涡流检测特点
（1）只适用于产生涡流的导电材料； （2）涡流检测时不要求检测线圈与被检材料紧密接触 （3）检测时无需耦合剂。不必在检测线圈和工件之间充填，从而容易
趋肤效应：当交变电流通过导体时(例如圆截面的直长导 线)，由于导线周围存在电磁场，导线本身就会产生涡流 ;涡流 的磁场会引起高频交变电流趋向导线表面，使导线横截面上电 流的分布不均匀;表面层上的电流密度最大，随着进入导体深 度的增大而减小的现象
渗透深度：把电流密度下降到表面电流密度 1／e倍(大约37％) 处的深度；与导线的电导率、磁导率及交变电流频率有关；
?耦合系数 ：表示两个线圈耦合紧密程度
K ? M / L1L 2
? 两个线圈的轴线一致时，靠的越近，耦合 越紧密 ,M值越大，耦合系数随之增大。但 是耦合系数 K始终是一个小于 1的正数。因 为有漏磁存在。
变压器耦合式互感电路-涡流检测模型
..
.
.
Um ? Im Z ? Im(R ? jX) ? Im?R ? j(XL ? XC)?
? ? 1/
? f ??
？？为什么说涡流试验法只能对金属材料的表面或近表面进 行检测(对内部缺陷因灵敏度过低而效果不佳） ？
? 涡流检测是以电磁感应原理为基础。 ? 当载有交变电流的检测线圈靠近导电材料时，
由于线圈磁场的作用，材料中会感生出涡流。 涡流的大小、相位以及流动方式等受到材料导 电性能的影响，而涡流产生的反作用磁场又使 检测线圈的阻抗发生变化，因此，通过测定检 测线圈阻抗的变化，可以得到被检材料有无缺 陷的结论。
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涡流检测装置
◎按应用方式分：放置式线圈、外通过式线圈和内穿过 式线圈。
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涡流检测相关技术
◎线圈阻抗分析： 理想线圈只有感抗，而实际线圈都有内阻，其阻抗可表 示为Z＝R＋jX=R+jwL， R：电阻，X：感抗，w：角频率
◎单个线圈的等效电路如下图所示
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《测试与检测技术基础》
第15讲：涡流检测
涡流与涡流检测
涡流：导体处在变化的磁场或相对于磁场运动时，其内 部会感应出自成闭合回路的电流。
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2
今日授课内容
◎涡流检测技术发展回顾 ◎涡流检测的理论基础 ◎涡流检测相关技术 ◎涡流检测装置 ◎涡流检测技术的应用实例
◎曲线半径等于 K 2L1
2
K M L1L2
◎可以认为一次线圈中的电流和电压 的变化是由于视在阻抗引起的，根 据视在阻抗可以知道二次线圈对一 次线圈的影响，从Mechanical Engineering, Tsinghua University
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涡流检测的理论基础
◎磁化曲线：铁磁性 材料的磁化曲线如右 图所示。
◎磁化强度M：用来描 述材料的磁化状态： 单位体积内所有磁矩 的矢量和。
M H M：磁化强度(A/m)，H : 磁场强度(A/m), ：磁化率(无量纲) B μH μ0 μrH μr＝1＋
◎涡流检测是以电磁感应理论为基础的无损检测方法，适 用于导电材料。
导体切割磁力线，或者 说电路包围的磁力线发 生变化，即变化的磁场 会产生电场：在导体内 产生电流。
Ei
N
d
dt
电磁感应现象
Ei Blvsin
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涡流检测相关技术
◎线圈耦合等效电路： 两个相互耦合的线圈如下图所示。将二次线圈电路阻 抗通过互感转换为一次线圈电路的折合阻抗，如图C 所示。
I1
E
(R1 jL1 )I1 jMI 2 U1 (R2 jL2 )I 2 jMI1 0
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涡流检测装置
◎涡流检测仪器可分为：涡流测厚仪、涡流电导仪和涡 流探伤仪等。
◎涡流检测装置包括：检测线圈、检测仪器、辅助装置 等（装卡具、送料装置、磁饱和装置等）。
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涡流检测装置
18
涡流检测相关技术：视在阻抗平面图
◎二次线圈的折合阻抗和一次线圈的阻抗之和称为视在阻 抗Zs＝Rs＋Xs
Rs
R1
2M 2 R22 (L2 )2
R2
R1
XM 2
R22
X
2 2
R2
Xs
L1
2M 2 R22 (L2 )2
L2
X1
XM 2 R22 X 22
奠定了涡流检测的理论基础。 ◎ 1926年，第一台涡流测厚仪问世。 ◎ 20世纪40年代，德国的福斯特博士推动了涡流检测技术
的发展。 ◎ 20世纪60年代，我国开始涡流检测研究工作。
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涡流检测的理论基础
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涡流检测装置
◎按比较方式分：绝对式线圈、它比式线圈和自比式线 圈。
绝对式线圈
他比式线圈
自比式线圈
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涡流检测装置
◎几种涡流探头：
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涡流检测装置
I ＝I I：正弦量的有效值，：正弦量的初相位
◎电流的相量图如右图所示
◎在同一电路中频率相同， 可以用相量图来表示。
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涡流检测的理论基础
◎阻抗及其矢量图
◎在正弦电压 u 2U cos(t u ) 的作用下，线路中的电
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涡流检测的理论基础
◎与涡流检测有关的材料的性质： 材料的导电性相关知识：电导率、电阻等。 材料的磁特性 抗磁性物质：使磁场减弱的物质，磁化率为负。 如金、银、铜。 顺磁性物质：使磁场略有增强的物质，磁化率 为正。如空气、铝、铂。 铁磁性物质：使磁场剧烈增加的物质，磁化率 为正。如铁、镍、钴。
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线圈直径对阻抗的影响
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涡流检测相关技术：穿过式线圈的阻抗分析
◎ 棒材或管材有裂纹时，线圈阻抗的变化情况
裂纹
对那一个裂纹敏感?
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dt
◎互感：当通有电流I1和I2的两个线圈接近时，线圈1中的电 流I1所引起的变化的磁通会在线圈2中引起感应电动势；反 之亦然。这种线圈中相互激起感应电动势的现象叫做互感。
E21 M 21 dI1 dt
E12 M 12 dI 2 dt
E21为线圈1的电流I1在线圈2中产生的感应电动势 M21为线圈1对线圈2的互感系数，单位H，M21＝M12＝M 两线圈之间的耦合程度用耦合系数K表示。K M
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涡流检测相关技术：归一化后的阻抗平面图
K M L1L2
X轴右移，然后XY轴压缩
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涡流检测相关技术：放置式线圈的阻抗分析
◎影响阻抗变化的主要因素： 提离效应的影响 边沿效应的影响 工件电导率σ的影响 磁导率μ的影响 实验频率的影响 工件厚度的影响 线圈直径的影响
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涡流检测相关技术
◎透入深度：涡流透入导体的距离。涡流衰减到表面值
的1／e时的透入深度成为标准透入深度，用符号δ表示。
f: 交流电的频率 μ:材料的磁导率 σ:材料的电导率
1 fu
L1L2
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涡流检测相关技术
◎导体对线圈电流i的影响规 律：涡流会影响线圈的感 抗，插入导体线圈感抗变 化情况。
◎集肤效应：直流电通过导体时，截面上电流密度均匀， 而交流电通过导体时，电流主要集中在导体表面附近。
X2
(R
R1 )2
[X
X1 (1
1 2
K 2 )]2
(1 2
X1K 2)2
K M L1L2
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涡流检测相关技术：视在阻抗平面图
◎如果二次线圈的电阻R2从∞递减到0， 或者X2由0逐渐增加到∞，计算出一 系列对应的Rs－Xs，可得阻抗平面 图如右图所示。
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涡流检测相关技术
◎折合阻抗的计算：
Ze Re jXe
Re
X
2 M
R22
X
2 2
R2
R2：副边线圈的电阻
X
：副边线圈的电抗，
2
X
2＝L2
X M：互感抗，X M M
Re：折合电阻
X
：折合电抗
e
Xe
X
2 M
R22
X
2 2
X2
感应出涡流的导体可以按二次线圈来分析
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B : 磁感应密度（T），μ：磁导率（H/m）， μ0：真空磁导率（H/m），μr：相对磁导率（无量纲 ）
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涡流检测的理论基础
◎正弦交流电：
瞬时电流可表示为： i Im cos(t ) Im, , 称为正弦量的三要素。
则：ψ＝ψ1－ψ2 称为电压和电流之间的 相位差
ψ＝0 :同相；ψ＝ ：正交；ψ＝：反相