涡流检测-第二章.ppt

第2章 涡流检测技术 2.1电磁感应及涡流 2.1.1电磁感应现象 2.1.2涡流及其集肤效应 2.2阻抗分析法 2.2.1线圈的阻抗和归一化阻抗 2.2.2有效磁导率和特征频率 2.2.3穿过式线圈的阻抗分析 2.2.4放置式线圈的阻抗分析 在讨论有效磁导率的计算公式之前先做如下三个假设： （1）?????? 圆柱体充分长，并完全充满线圈。 （2）?????? 激励电流为单一的正弦波。 （3）?????? 试件的电导率、磁导率不变。 在以上假设条件下，根据磁通量的概念，可以得出 圆柱体内得总磁通为 根据理论麦克斯韦方程组可以求出圆柱体内实际的总磁通。 ——圆柱体半径； 式中 ——零阶贝塞尔函数， 由此导出有效磁导率。 ——一阶贝塞尔函数 令 ，即 得 式中 ——真空中磁导率， ——相对磁导率，非磁性材料， =1； ——试样的电导率 （ ）(西门子/米)； 实际应用中把函数变量的模等于1的频率称为特征频率或界限频率，用fg表示。 二、特征频率 ——圆柱体的半径（m）； ——特征频率（Hz）. ， 上式变为 以cm为单位时， 式中 ——圆柱体直径（cm）。 对于非铁磁性材料 对于一般的试件频率，贝塞尔函数的变量可表示为 以此代入计算有效磁导率的公式得 由上式可知，有效磁导率是一个含有实部和虚部得复数，它是变量的函数，与其他的因素无关。 有效磁导率随着f/fg的增大，虚部先增大后减小，实部逐渐减小。 三、涡流相似律 由前页的磁导率公式可知，有效磁导率完全取决于频率比。而是描述试件内涡流和磁场分布的物理量。因此试件中涡流和磁场的分布仅是的函数。对于两个形状相似的不同试件，如果二者的频率比相同，那么这两个试件的有效磁导率就相同，它们的涡流和磁场分布就相似。这种频率比相同的两试件，其涡流和磁场分布相似的现象称为涡流检测相似律。 由此得两试件涡流分布相似的条件为 或 式中 、 ——试件1、2的检测频率； 、 ——试件1、2的磁导率； 、 ——试件1、2的电导率； 、 ——试件1、2的直径。 2.2.2穿过式线圈的阻抗分析 一、线圈感应电动势与阻抗 穿过式螺线管线圈的磁通量 单位长度螺线管上产生的感应电动势 空载时,螺线管线圈的磁通量 单位长度螺线管上产生的感应电动势 归一化电动势 η为线圈的填充系数 含导电圆柱体时,单位长度螺线管上产生的阻抗 空载时, 单位长度线圈的阻抗 归一化阻抗 η为线圈的填充系数 归一化阻抗 二、含圆柱体穿过式线圈的阻抗分析 含导电圆柱体螺线管的归一阻抗和归一电动势都可以表示为下面的特征函数 影响线圈阻抗的因素是材料自身的性质和线圈与试件的电磁耦合状况，主要包括：试件的电导率、磁导率、几何尺寸、缺陷及试验频率。 1、电导率的影响 试件电导率对线圈阻抗的影响如下图所示。 非铁磁性材料 1）电导率引起频率比变化，从而引起有效磁导率变化。 2）引起的变化效应处于阻抗曲线的切线方向。 3）可以利用ET的方法进行材料的电导率测量和材质的分选等工作。 2、磁导率的影响 +对于非铁磁性材料，磁导率对阻抗没有影响。 磁导率变化，一方面改变频率比，从而改变有效磁导率；另一方面，它还改变特性函数中的 影响效果，在弦向曲线的方向上。 用相敏技术可以鉴别电导率的变化和磁导率的变化。频率比小于等于15，具有良好的分辨率。 3、试件的几何尺寸 试件半径变化，一方面改变频率比，从而改变有效磁导率；另一方面，它还填充系数的大小。 影响效果，在弦向曲线的方向上。 用相敏技术可以鉴别电导率的变化和半径的变化。频率比大于4，具有良好的分辨率。 当试件是非铁磁性材料时，半径的增加引起有效磁导率的降低，铁磁性材料相反。（磁场增量超过涡流对磁场的削弱量） 4、缺陷 下图表示 时非磁性材料圆柱体裂纹缺陷 时非磁性材料圆柱体裂纹缺陷对线圈阻抗的影响。 实际涡流检测中，频率比在5—150的范围内具有实际意义 皮下裂纹的最佳频率比为4—20； 表面裂纹的最佳频率比为10—50； 所以，裂纹的最佳频率比为10—20。 铁磁性材料裂纹产生效应，与直径变化和磁导率变化引起的效应不同，有较大的夹角，适当的选择工作频率（频率比小于10），可以进行检测。 5、试验频率 试验频率对线圈阻抗的影响如下图所示。 非铁磁性材料 频率引起频率比变化，从而引起有效磁导率变化。 引起的变化效应处于阻抗曲线的切线方向，和电导率引起的效应方向在阻抗图上是一致的。 三、含导电管材的穿过式线圈的阻抗分析 设检测线圈的内径为D，管子外径为d0、外径为di，则对于外通过式线圈，填充系数为： 则对于内穿过式线