15-涡流检测原理.ppt

在涡流检测中，工件待测性能的信息是通过检测线圈的阻抗变化或电压效应来提供的。根据法拉第电磁感应定律，通过数学运算：可以推导出次级线圈的感应电压。 对于在涡流检测中那些不能用数学计算提供理论分析结果，也不能精确地直接用实物加以实测的问题，可以根据涡流检测相似律通过模型试验来推断检测结果。 根据相似律，只要频率比相同，几何相似的不连续性缺陷(例如以圆柱体直径的百分率表示的一定深度和宽度的裂纹)将引起相同的涡流效应和相同的有效磁导率变化。 可以通过带有人工缺陷的模拟试验测量出有效磁导率的变化值对于裂纹的深度、宽度以及位置的依从关系，可以用截面放大了的，带有人工缺陷的模型试验来获得裂纹引起线圈参数变化的试验数据的参考依据。 在实际检测中进行涡流探伤时，直径为d的圆柱体工件不可能完全充满内径为Da的次级线圈。 这是因为线圈和工件之间应留有空隙，以保证工件的快速通过。 因此，计算时次级线圈的电压应考虑由两部分组成，一部分是环形空间中磁场感应的电压，另一部分是工件中磁场感应的电压。 其充填系数为 通过计算可知，当工件没有充满线圈时，次级线圈的感应电压为 因此归一化电压为 由于有效磁导率是复数，得到的感应电压也有虚部和实部两个分量。 因此归一化电压也有虚、实两部分，分别由实部有效磁导率和虚部有效磁导率所决定，即 由于有效磁导率是频率比的函数，只要充填系数和频率比确定，根据上式就可以求出归一化复数电压(或复数阻抗)的虚部和实部，如图 * 6 涡流检测 6-1 涡流检测基本原理 金属在变动的磁场中或相对于磁场运动时，金属体内会感生出旋涡状流动的电流，称为涡流。 涡流检测是以电磁感应为基础，它的基本原理是，当载有交变电流的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、相位及流动形式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。 涡流检测只适用于导电材料，同时由于涡流是电磁感应产生的，所以在检测时不必要求线圈与被检材料紧密接触，从而容易实现自动化检测。 因此，对管、棒、丝材的表面缺陷，涡流检测法有很高的速度和效率。 涡流及其反作用磁场对金属材料工件的物理和工艺性能的多种参数有反应，因此是一种多用途的检测方法。 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。 尤其加热到居里点温度以上的钢材，检测时不再受磁导率的影响，可以像非磁性金属那样用涡流法进行探伤、材质检验及棒材直径、管材壁厚、板材厚度等测量。 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 B) 适用范围广，能对导电材料的缺陷和其它因素的影响提供检测的可能性 C) 在一定条件下可提供裂纹深度的信息 D) 不需要耦合剂 E) 对管、棒、线材等便于实现高速、高效率的自动化检测 F) 适用于高温及薄壁管、细线、内孔表面等其它检测方法比较难以进行的特殊场合下的检测 缺点 A) 限于导电材料 B) 只限于材料表面和近表面的检测 C) 干扰因素多，需要特殊的信号处理 D) 对形状复杂的工件进行全面检测时效率很低 E) 检测时难于判断缺陷的种类和形状 涡流既然是因为线圈中交变电流(又称一次电流)激励的交变磁场在金属中感应产生的，那么涡流也是交变的，同样会在周围空间形成交变磁场并在线圈中感应电动势。 这样，线圈造成的磁场不是由一次电流所产生，而是一次电流和涡流共同感生的合成磁场。 假定一次电流的振幅不变，线圈和金属工件之间的距离也保持固定，那么，涡流和涡流磁场的强度和分布就由金属工件的材质所决定。 也就是说，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。 因此，只要从线圈中检测出有关信息，例如从电导率的差别就能得到纯金属的杂质含量、时效铝合金的热处理状态等信息，这是利用涡流方法检测金属或合金材质的基本原理。 由于涡流也有趋肤