涡流检测理论

M 21 M12
1

0 I1 4
l1
l1
dl1 dl1 R11

LI1
e d L dI
dt
dt
线圈自感仅与线圈尺寸、匝数、几何形状及线圈中 媒质有关，与通过线圈电流无关
互感
2

0 I1 4
l2
dl1 dl2
R l1
12
MI1
e21
线圈互感与线圈尺寸、匝数、e12
五、无损检测方法比较
§1.2 物理基础
一、材料导电性
1、物理本质
物质分类： 导体：金、银、铜、铁 导电性能良好 绝缘体：橡胶、陶瓷、云母、木材 导电性能差 半导体：硅、锗 介于导体和绝缘体之间 注意：在一定条件下可以相互转化。
物理本质：
原子：原子核+电子
中性
一般情况：电子绕原子核旋转运动
的铜盘中有电流存在。涡流－－佛科电流。 1831 年，法拉第总结出电磁感应定律。 麦克斯韦于1873年总结麦克斯韦方程组 1879年，休斯首先将涡流检测应用于实际。 五十年代初期，德国的福斯特提出了阻抗分析的
理论和实验结果。
二、涡流检测原理
涡流
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。
局限性
只限于导电材料； 只限于表面和近表面的检测； 干扰因素多，需要特殊的信号处理； 对复杂形状的零件进行全面检测时效率低； 探伤时，判断缺陷的种类和形状较难。
四、涡流检测应用范围
检测目的 探伤 材质分选 测厚 尺寸检测
影响涡流特性的因 素 缺陷的形状、尺寸 和位置 电导率和磁导率等
目录
1 涡流检测理论 1.1 概述 1.2 物理基础 1.3 阻抗分析法
2 涡流检测设备与器材 3 涡流检测工艺与应用
涡流检测理论
宋凯
南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室
§1.1 概述
1.1 概述
一、涡流检测法发展
1824年，加贝发现铜板对摆动磁铁的阻尼现象。 数年以后，佛科指出：在强的不均匀磁场内运动
Bm Q
• •
• Q
磁滞回线
P Hc
P + Hm H
B—H曲线形成一个闭合曲线,称为磁滞回线. 注意:磁滞效应是要损耗能量的.
2、磁导率
增量磁导率


B H
微分磁导率
dif
B lim
H 0 H
dB dH
起始磁导率
i

lim
H 0
B H
二、正弦交流电
1、表征函数 ej cos j sin u Um sin(t ) f (t) Iej(t+) I cos(t+) jI sin (t+)
2、表示方法 ⑴ 复数符号法
u Im[ 2Ueejt ]
⑵ 相量法
三、阻抗及矢量图
阻抗：
Z U Z Z
I
相位
Z
tan1 U X UR
tan1 X R
ຫໍສະໝຸດ Baidu
§2.3 阻抗分析法
一、电磁感应及涡流
电磁感应现象
e d e dN
dt
dt
自感
应力： 拉应力或扭转应力提高电阻率 单向压应力，电阻率降低
拉应力 0 1 压应力 0 1 p
热处理： 不同热处理工艺电导率差异较大
二、材料导磁性
1、磁滞回线B
当H= 0时,B =Br 叫剩磁 当H反向=Hc时, B =0
Hc叫矫顽力，表示铁 － Hm Br 磁质抵抗去磁的能力.
检测距离和薄板厚 度 工件的尺寸和形状
用途
导电的管、棒、线材及零部 件的缺陷检测 混料分选和非磁性材料电导 率的测定 薄膜和薄板厚度的测量
工件尺寸和形状的控制
物理量测 工件与检测线圈之 径向振幅、轴向位移及运动
量
间的距离
轨迹的测量
涡流检测设备
涡流检测技术应用
航空航天、军工领域 航空发动机叶片裂纹、螺栓及螺孔内裂纹、飞机多层
涡流检测原理
当载有交变电流的试验线 圈靠近导体试件时，由于 线圈产生的交变磁场的作 用会在导体中感生出涡流 。涡流的大小、相位及流 动形式受到试件性能及有 无缺陷的影响，而涡流的 反作用磁场又使线圈阻抗 发生变化。利用这种电磁 感应现象来判断材料性能 和缺陷的方法。
激励线圈放置在试件表面 (a) 无缺陷时涡流场分布；(b)有缺陷时涡流场分布
国际退火铜标准IACS（1.7241*10-8Ω *m）
标准退火铜电阻率
x 金属电阻率 ×100%IACS
3、影响导电性因素
温度： 温度升高，电阻增大
R R0 1 T T0
杂质： 晶格畸变，电阻率增加
电阻温度系数
形变： 冷加工导致晶格畸变，电阻率增加
激励线圈环绕在试件表面 (a) 无缺陷时涡流场分布；(b)有缺陷时涡流场分布
当交变电流通过导体时，分布在导体横截面上的 电流密度是不均匀的，即表层电流密度最大，越靠 近截面的中心电流密度则越小。
三、涡流检测特点
优点
检测速度快，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。 多用途的检测技术。 检验结果可以实时显示和长期保存，并进行分析。
特殊情况：电子脱离--自由电子；原子核--正离子
金属：正离子+自由电子
导体： 自由电子在电场下定向移动 绝缘体 自由电子较少
2、电阻
欧姆定律
U El l R
I J S S
R l
S


1

电阻率，单位Ω*m μΩ*cm
电导率，单位S/m（西门子/米）
d
dt
d
dt
M 21 M12
结构、起落架、轮毂和铝蒙皮下等表面和亚表面缺陷。
电力、石化领域 涡流技术用于电站（火电厂、核电站）、石油化工油
田（输油管道、抽油杆、钻杆等）、炼油厂、化工厂 等领域的有色及黑色金属管道（铜管、钛管、不锈钢 管、锅炉四管等）在役和役前检测。
冶金、机械领域
涡流技术可用于各种金属管、棒、线、丝材的在线、 离线探伤。能够有效抑制管道在线、离线检测时的某 些干扰信号（如材质不均、晃动等），对金属管道内 外壁缺陷检测都具有较高的灵敏度；