交通大学_无损检测_涡流检测实例

涡流检测

测控技术与仪器（1）班魏永徵

一、涡流检测的原理

将通有交流电的线圈置于待测的金属板上或套在待测的金属管外，这时线圈内及其附近将产生交变磁场，使试件中产生呈旋涡状的感应交变电流，称为涡流。涡流的分布和大小，除与线圈的形状和尺寸、交流电流的大小和频率等有关外，还取决于试件的电导率、磁导率、形状和尺寸、与线圈的距离以及表面有无裂纹缺陷等。因而，在保持其他因素相对不变的条件下，用一探测线圈测量涡流所引起的磁场变化，可推知试件中涡流的大小和相位变化，进而获得有关电导率、缺陷、材质状况和其他物理量(如形状、尺寸等)的变化或缺陷存在等信息。但由于涡流是交变电流，具有集肤效应，所检测到的信息仅能反映试件表面或近表面处的情况。

二、涡流检测仪器及设备

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，它们的电路型式也各不相同。但在检测时他们需要完成一些相同任务：①产生激励信号；②检测我留信息；③鉴别影响因素；④指示检测结果。

涡流检测的电子电路主要分为基本电路和信号处理电路两大部分。基本电路包括振荡器、信号检出电路、放大器、显示器和电源。，这些几乎是所有涡流检测仪都具有的；信号处理电路是鉴别影响因素和抑制干扰的电路，随检测目的不同而不同。

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。

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。

2.对比试样

对比试样主要用于检测和鉴定涡流检测仪的性能，例如灵敏度、分辨率、端部不可检测长度等。利用对比试样选择检测条件，调整检测仪器以及在检测中利用对比试样定期检查仪器的工作正常与否。还可以利用对比试样的人工缺陷作为调整仪器的标准当量，以此来判断被检工件是否合格。

采用对比试样调整仪器时，首先将探头放在对比试样的无缺陷处，用补偿和调零按钮调好仪器零点，然后将探头放在不同深度的人工缺陷处调节灵敏度旋钮。

涡流检测用的对比试样，一般都采用与被测工件同样牌号和状态的材料，用同样的加工方法制作。试样上加工有一定规格的人工缺陷，有时也可以直接从工件中选取具有典型缺陷的工件作对比试样。由于对比试样随着检测目的及被检工件的材质、形状、大小等有所不同，因此，种类繁多。

三、涡流检测的应用

1.1000℃高温连铸板坯表面缺陷的检测

涡流检测高温制品的局限性主要在于探头所能承受的温度，传统的涡流检测技术在高温条件下检测温度可达550℃，如果采用水冷探头检测，温度还可以提高。研究人员采用特殊材料研制的高温涡流探头，借助风冷与水冷相结合的办法，使传感器内部温度始终保持在40℃以下，能够长时间承受强烈的高温辐射。试验表明，利用该高温探头能够对1100℃以上铸坯在线检测出深度为1.5mm，宽度为0.3mm，长为10mm的表面缺陷。该技术能够有效抑制铸坯表面振动斑痕所产生的噪声影响，并借助计算机信号处理技术，实现对热态铸坯表面缺陷的定位、定量分析和打印记录，为实现对连铸坯在线无损检测提供了技术依据。

又据资料介绍，瑞典一家公司根据涡流技术，设计制造一种能检查1000℃左右的钢和其他金属板材和坯材表面缺陷的设备。该设备可以保证钢材表面的两个几乎垂直的方向都扫描到。利用计算机所组成的分析仪，把输入的信号分为严重缺陷、无害缺陷和未认清三种主要类别，并能够找出任何缺陷的位置。该装置能够精确测定毛坯表面上0.5mm深的刻痕位置。

2.材质分选

涡流检测是, 试件的电导率和磁导率是影响线圈阻抗的重要因素, 因此, 可以通过对不同试件电导率或磁导率变化的测定, 评价某些试件的材质。对非磁性金属材料的材质试验一般是通过电率的测定来进行。测试时不需将试件再加工, 只要试件表面有较小的平面( 如7501型涡流导电仪要求为 10～20mm) 以放置探头就可以了, 检测简单易行, 适合对金属材料或零件的某些性质作快速无损的检查。通过对电导率的测定, 可以实现对金属成分及杂质含量的鉴别, 对金属热处理状态和硬度的鉴别, 对各种金属材料或零件的混料的分选。可见, 应用涡流法测定的电导率为材料的品质管理、质量检验提供了一个有效的方法。对铁磁性材料的材质试验一般是通过磁特性的测定来进行。例如, 强磁化方法是利用磁性材料磁滞回线中的某些量作为检测变量。由于这些量( 如饱和磁感应强度Bm、剩磁Br、矫顽磁力Hc 等) 都是试件材质的敏感量, 与试件的组织成分、热处理状态和力学性能等之间的可能存在对应关系。因此, 只要检测出磁滞回线中某些变量的数值, 就可以根据这种对应关系来推断材质的热处理状态和分选混料。弱磁化方法是利用初始磁导率作为检测变量, 可以直接利用某些涡流探伤仪( 如FQR7505) 来进行材质分选。

3.金属表面锈蚀检测

金表面发生锈蚀时，锈蚀产物(主要是金属氧化物)具有与基体金属不同的物理性能。它们物理性能尤其是电导率、磁导率之间的差异，会影响涡流探头线圈的反映电阻和反映电感，从而使采用涡流法检测金属表面的锈蚀成为可能为了检测金属表面的锈蚀状况，可用双线圈涡流传感器，采用实验确定的最佳检测率激励和相应的检测电路，可以检测金属表面的锈蚀状况。根据实验，固定频率下锈蚀试块的提离效应曲线近似为直线，从直线斜率的变化可以实性判定金属表面的锈蚀程度，对碳钢件而言，其表面锈蚀越严重则直线斜率越小。在采用微机数据采集系统后，能很方便地完成对检测信号的采集、转换和处理。只要使检测探头在试样上方上下移动一下，就可以在屏幕上显示出该试样的提离效应曲线，再通过线性回归处理画出其拟合直线，再通过线性回归处理画出其拟合直线，计算出直线的斜率。然后，再把这个斜率与标样的检测结果相比较，斜率值较小者锈蚀