无损检测笔记

一、涡流检测

1.基本原理

2.什么是涡流？

3.什么是阻抗平面显示？

涡流检测就是通过测量涡流传感器的电阻抗变化值实现的。点阻抗包括电抗和阻抗，显示时我们以阻抗R（Resistance）为横坐标，电抗X（Reactance）为纵坐标形成直角坐标系。通过涡流检测传感器的阻抗变化，可以通过信号处理在仪器上用点信息（Q）进行显示，而点Q是个二维的矢量点，它具有一定的幅值（Amplitude）和相位（Phase）。而由于各种原因造成涡流信号分量R、X的变化，使得点Q的位置也随之变化，Q点的变化轨迹图则为阻抗平面。

4.什么是提离效应？

当检测线圈和被测材料之间的相对位置发生变化时，检测线圈在材料上产生的涡流密度就发生变化，涡流密度随检测线圈与材料之间的距离增大而减小，从而使得矢量点Q在显示平面上发生移动，这种现象叫作提离效应。运用这原理可以进行金属表面非金属涂层的测厚。

什么是提离？

线圈与试件之间的间隙称为提离。当检测探头与与试件之间距离变化引起检测线圈阻抗变化的现象称为提离效应。

5.什么叫边缘和末端效应？

6.什么叫边缘和末端效应？

线圈上的磁场方向是向各个方向伸展的。当线圈达到被测试件边缘时，由于边缘信号的作用，涡流发生变化，这就叫做边缘效应。当检测线圈接近试件的始末两端时，常称作末端效应。

端部效应：在涡流检测中，由于工件的几何形状（边缘）急剧改变而引起邻边磁场和涡流干扰，将掩盖着一定范围的缺陷的检出。这种现象称之为端部效应。由于端部效应的存在，在钢管探伤时，当管子的端部（头和尾）进入或离开检测线圈时，对于位于靠近管子端部的缺陷，将失去灵敏度，管子端部通常存在着一段肓区。

7.趋肤效应或集肤效应

直流电通过圆柱体导体时，导体横截面上的电流密度基木上均匀的。但当交流电通过圆柱体导体时，横截面上的电流密度不在是均匀的了，而是导体表而电流密度大，中心电流密度小，这种电流主要集中在导体表面的现象称为趋肤效应或集肤效应。

8.阻抗平面图

视在阻抗Z以视在电阻R为横坐标

视在电抗X为纵坐标

磁性材料的电抗比非磁性材料要大,因此,磁性区域在阻抗的上半部,而非磁性区域在下半部。分离发生在线圈从试件移开时所得到的电抗值,两区域的与线圈的自感量成正比

阻抗归一化

为什么归一化？

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。作图不便，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。

怎么归一化？

阻抗平面图原点坐标向右平移R1距离，然后再用ωL1去除Xs和Rs坐标，使Zs的半圆轨迹的直径在Xs上，轨迹上诸点的位置则取决于参变量ωL2/R2的实际取值。

归一化后，阻抗曲线仅仅取决于耦合系数，而一与原边线圈的电阻和激励频率无关.

归一化处理的阻抗平面图的特点:

1、他消除了一次线圈电阻和电感的影响，具有通用性。

2、阻抗图的曲线以一系列影响阻抗的因素(如电导率、磁导率等)作参量。

3、阻抗图定量地表示出各影响阻抗因素的效应大小和方向，为涡流检测时选择检验的方法和条件，为减少各种效应的干扰提供了参考依据。

4、对于各种类型的工件和检测线圈，有一各自对应的阻抗图。

9.涡流测厚

对不同厚度的导体试件，最终得到的检测线圈上的瞬态感应电压信号的波形是不同的．如果导体试件中有缺陷存在，就会使感应磁场强度发生变化，进而对涡流分布产生影响，从而影响到磁场分布，最终使得检测线圈上的瞬态感应电压发生变化．在同一时刻，随着被测体厚度的增加，检测线圈上的电压是逐渐增加的．而对于同一厚度的被测体来说，随着时间的推移，检测线圈上的电压是逐渐减小的．10.裂纹检测

当传感器在试件表面移动时遇到裂纹处或裂纹深度宽度有变化时，涡流磁场对线圈的反射作用不同，线圈等效阻抗电感量也不同，进而影响回路的谐振频率和幅频特性，分析处理这种变化就可判断试件有无裂纹或裂纹深浅宽窄。

裂纹的长度和宽度恒定时，表面裂纹信号最强，随着裂纹埋藏深度的增加，信号幅度逐渐减少，导体中的涡流密度和表面裂纹信号的相位不同，当裂纹埋藏深度的增大，涡流密度逐渐减小，相应的裂纹显示信号减弱。

涡流形状发生变化，则涡流磁场也发生变化。由于裂纹的存在，涡流不呈中心对称形状，则涡流磁场在涡流上方的激励线圈中心处将存在一个水平分量，且这一涡流磁场的水平分量垂直于材料裂纹。则涡流上方的激励线圈中心处的涡流磁场水平分量与线圈磁场相互垂直，相互独立，垂直于金属材料边缘或裂缝方向，尤其适合作为裂纹检测的涡流磁场来源。

11.探伤深度与表面伤检测灵敏度的关系

金属表面感应的涡流的渗透深度随频率而异，激励频率高时金属表面涡流密度大，随着激励频率的降低，涡流渗透深度增加，但表面涡流密度下降，所以探伤深度与表面伤检测灵敏度是相互矛盾的，很难两全。

12.涡流检测深度与趋肤深度之间的关系？

渗透深度定性地反映了涡流检测的深度．越大，也就是涡流渗透深度越大，

可检测的深度相应也越大，反之则小．但并不是涡流检测所能达到的最大深度．涡流检测的最大深度可达2．6，在这个深度上，涡流密度已经衰减为表

面密度的5％．这时检侧灵敏度已经很低，超过这个深度，涡流检测就显得无能为力了．通常定义2．6倍的渗透深度为涡流的有效渗透深度

13.导电材料绝缘涂层厚度测量

涂层测厚仪采用电磁感应法测量涂层的厚度。位于部件表面的探头产生一个闭合的磁回路，随着探头与铁磁性材料间的距离的改变，该磁回路将不同程度的改变，引起磁阻及探头线圈电感的变化。利用这一原理可以精确地测量探头与铁磁性材料间的距离，即涂层厚度。

14.巨磁阻传感器(G M R 磁场传感器)

15.涡流阵列检测技术

采用阵列式传感器，不需使用机械式探头扫描即可实现大面积范围的高速测量，且能够达到与单个传感器相同的测量精度和分辨率，有效地提高了传感器系统的测试速度、测量精度和可靠性

16.脉冲涡流检测技术

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；

（1）脉冲涡流作用原理

（2）与涡流检测的比较

（3）脉冲涡流检测系统

（4）检测特征量

电压峰值—脉冲涡流时域瞬态感应电压信号波形的最大值;

峰值时间—从脉冲的上升沿激励开始到瞬态感应电压信号达到峰值点的时间间隔;

过零时间—从脉冲的上升沿激励开始到瞬态感应电压信号过零点的时间间隔。

电压峰值与缺陷的金属损耗量(缺陷的体积)密切相关;过零时间包含了缺陷的深度信息等(对于表面缺陷,过零时间越短,深度越深;对于表面下缺陷,过零时间越长深度越深)，峰值时间与缺陷所处位置有关.基于这个原理，对瞬态感应电压进行时域的瞬态分析，就可以实现缺陷的定量检测.

脉冲涡流检测信号的时域波形中，波峰的峰值时间可以用来对缺陷进行分类。对于表面缺陷，峰值时间比无缺陷时变小;对于内部缺陷，峰值时间比无缺陷时变大，但峰值时间这一特征量变化比较微弱。

（5）频谱分离点

由于缺陷所在层的不同，它们的“频谱分离点”也不同。“频谱分离点”的变化与缺陷所处的位置变化相关。虚线代表多项式拟合线。基本上，

随着缺陷所处位置的加深，它的“频谱分离点”也越来越小。这是由于表面缺陷主要影响脉冲频谱中的高频成分，而表面下缺陷主要影响脉冲频谱中的低频成分。

（6）周期方波信号的频谱特点

(1)只包含直流分量、基波分量和各奇次谐波分量。(2)周期方波信号幅频谱中各次谐波的幅值随着频率的增加不断减小;相频谱中各次谐波分量的初始相位均为π/2 rad。(3)根据电磁感应原理可以判断，脉冲涡流检测信号仍然为与激励信号频率成分相同的多频信号，但各频率成分的幅值和相位发生了不同的变化。