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涡流检测 小组成员：胡俊、李赢、利升业 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 目录 涡流检测的基本原理 涡流检测的特点及装置 涡流检测的应用 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 一、涡流检测的基本原理 当导体处在变化的磁场中或相对于磁场运动 切割磁力线时，由电磁感应定律，其内部会感应 出电流。这些电流的特点是：在导体内部自成闭 合回路，呈漩涡状流动，因此称之为涡流。 例 如，在含有圆柱导体芯的螺管线圈中通有交变电 流时， 圆柱导体芯中将出现涡流。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 3 涡流检测的基本原理 当载有交变电流的检测线圈靠近导电试 件（相当于次级线圈）时，由电磁感应理论 可知，与涡流伴生的感应磁场与原磁场叠加， 使得检测线圈的复阻抗发生改变。导电体内 感生涡流的幅值大小、相位、流动形式及伴 生磁场受到导电体的物理及制造工艺性能的 检测线圈 导电试件 线圈耦合互感电路 影响。因此，通过测定检测线圈阻抗的变化， 就可以非破坏性地判断出被测试件的物理或 工艺性能及有无缺陷等，此即为涡流检测的 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 基本原理。 涡流检测的基本原理 涡流检测线圈测出的阻抗变化是各种信息的综合，若需 要测出材料内部某一特定信息（如裂纹）时就必须依靠线圈 的设计以及仪器的合理组成。抑制掉不需要的干扰信息，突 出所需要检测的 信息。一般是将检测线圈接收到的信号变成 电信号输入到涡流检测仪中，进行不同的信号处理，在示波 器或记录仪上显示出来，以判别材料中是否有缺陷。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 涡流的趋肤效应和透入深度 当直流电流通过导体时，横截面上的电流密度是均匀 的。 但交变电流通过导体时，导体周围变化的磁场会在导 体中产生感应电流，从而会使沿导体截面的电流分布不均匀， 表面的电流密度较大，越往中心处越小，尤其是当频率较高 时，电流几乎是在导体表面附近的薄层中流动，这种现象称 为趋肤效应。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 涡流的趋肤效应和透入深度 趋肤效应的存在使感生涡流的密度从被检材料 或工件的表面到其内部按指数分布规律递减。 在涡 流检测中，定义涡流密度衰减到其表面密度值的1／ e（36.8%）时对应的深度为标准渗透深度，也称趋 肤深度，用符号h表示，其数学表达式为 h 中国工业检验检测网 503 f r http://www.industryinspection.com f — —电流频率， Hz ； r — —相对磁导率，无量纲 — —电导率， S / m 。 ； 频率越高， 渗透深度越小 几种不同材料的标准透入深度与频率的关系 http://www.industryinspection.com 中国工业检验检测网 由于被检工件表 面 以 下 3h 处 的 涡 流密度仅为其表 面密度的5%， 因 此 通 常 将 3h 作 为实际涡流探 伤能够达到的 极限深度。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 18% 5% 透入半无限大导体的涡流密度与透入 深度的关系 二、涡流检测的特点 1、对导电材料表面和近表面缺陷的检测灵敏度较高； 2、应用范围广，对影响感生涡流特性的各种物理和工艺因 素均能检测； 3、一定条件下，能反映有关裂纹深度的信息； 4、不需用耦合剂，检测时与工件不接触，所以检测速度很 快，易于实现管、棒、线材高速、高效的自动化检测； 5、可在高温（耦合剂在高温下会流失）、薄壁管、细线、零 件内孔表面等其他检测方法不适用的场合实施检测； 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 6、涡流检测不仅可以探伤，而且可以揭示工件尺寸变化和材 料特性，例如电导率和磁导率的变化，利用这个特点可综合评价 容器消除应力热处理的效果，检测材料的质量以及测量尺寸。 7、缺点：受趋肤效应的限制，很难发现工件深处的缺陷；缺 陷的类型、位置、形状不易估计，需辅以其他无损检测的方法来 进行缺陷的定位和定性（感应磁场与原磁场叠加，使检测线圈的复阻抗发 生改变，不能直接反映缺陷的类型、位置、形状）；不能用于绝缘材料的 检测；对形状复杂的零件，涡流检测的效率相对较低。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 涡流检测装置 涡流检测装置包括检测线圈、检测仪器和辅助装置， 另外还配有标准试样和对比试样。 检测仪器是涡流检测的核心部分。其作用为产生交 变电流供给检测线圈，对检测到的电压信号进行放大， 抑制或消除干扰信号，提取有用信号，最终显示检测结 果。根据检测对象和目的，涡流检测仪器分涡流探伤仪、 涡流电导仪和涡流测厚仪三种。随着电子技术的发展， 还出现了智能型涡流检测仪器。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 检测线圈分类 按照应用方式不同，检测线圈可分为穿过式线圈、 内通过式线圈和探头式线圈。 探头式线圈 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 穿过式线圈 内通过式线圈 检测线圈分类 1、穿过式线圈能检测管材、棒材、线材等可以从线 圈内部通过的导电工件或材料（检测管件外表面的 缺陷）。 2、内通过式线圈可以检测安装好的管件，或小直径 的深钻孔、螺纹孔或厚壁管内壁的表面质量。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 穿过式线圈 内通式线圈 检测线圈分类 3、探头式线圈又称为放置式线圈。在应用过程中， 外通过式线圈和内穿过式线圈的轴线平行于被检工件 的表面，而放置式线圈的轴线垂直于被检工件的表面。 这种线圈可以设计、 制作得很小，而且线圈中可以附 加磁芯，具有增强磁场强度和聚焦磁场的特性，因此 具有较高的检测灵敏度，适用于各种板材、带材和大 直径管材、棒材的表面检测。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 检测仪器 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 三、涡流检测的应用 检测目的 影响涡流特性的因素 探 缺陷的形状、尺寸和位置 导电的管、棒、线材及零部件 的缺陷检测 电导率 材料分选和非磁性材料电导率 的测定 检测距离和薄板长度 覆膜和薄板厚度的测量 工件的尺寸和形状 工件尺寸和形状的控制 伤 材质分选 测 厚 尺寸检测 物理量测 工件与检测线圈之间的距 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 离 量 用 途 径向振幅、轴向位移及运动轨 迹的测量 一、涡流探伤 涡流探伤能发现导电材料表面和近表面的缺陷，且无需 耦合剂，易于实现高速、自动化检测，因此在金属材料及 其零部件的探伤中应用广泛。 激励线圈放置在试件表面 (a) 无缺陷时涡流场的分布；(b)有缺陷时涡流场的分布 http://www.industryinspection.com 中国工业检验检测网 1、金属管材探伤 用高速、自动化的涡流探伤装置可以对成批生产 的金属管材进行无损检测。首先，自动上料进给装 置使管材等速、同心地进入并通过涡流检测线圈。 然后，分选下料机构根据涡流检测结果，按质量标 准规定将经过探伤的管材分别送入合格品、 次品和 废品料槽。 管材涡流探伤的另一主要用途是对在役管道进行 维修检查。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 小直径管材(直径≤75mm)探伤通常采用激励线圈与测量 线圈分开的感应型穿过式线圈。 当管材为铁磁性材料时， 外层还要加上磁饱和线圈，用直流电对管材进行磁化。这种 线圈最适宜检测凹坑、锻屑、折叠和裂纹等缺陷，检测速度 一般为0.5 m／s。穿过式线圈对管材表面和近表面的纵向裂 纹有良好的检出灵敏度，但由于其感生出的涡流沿管材周向 流动，因此该线圈对周向裂纹的检测不敏感。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 检测管材的穿过式线圈 如果管材直径过大，使得缺陷面积在整个被检面积 中占的比例很小时，检测的灵敏度也会显著降低。 检测管材的周向裂纹或当管材的直径超过75 mm时， 宜采用小尺寸的探头式线圈以探测管材上的短小缺 陷。探头数量的多少取决于管径的大小。探头式线 圈的优点是提高了检测灵敏度，但其探伤的效率要 比穿过式线圈低。 中国工业检验检测网 检 测 管 材 的 探 头 式 线 http://www.industryinspection.com 圈 2、金属棒材、线材和丝材探伤 可采用类似于管材的自动探伤装置对大批量生 产的金属棒材、线材和丝材进行涡流探伤。但为了 检出棒材表面以下较深的缺陷，应选用比同直径的 管材探伤时低一些的工作频率，而进行金属丝探伤 时选用的频率要高，以获得适当的频率比。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 3、结构件疲劳裂纹探伤 服役中的结构件上可能产生各种缺陷，尤以疲劳 裂纹为多见。适合采用探头式线圈进行检测的，既 包括形状复杂的零件， 也包括除管、 棒材以外形状 不规则的材料和零件，如板材、 型材等。 由于这类材料和零件的形状、结构多种多样，因 此探头式线圈的形貌也多种多样。比如要采用涡流 方法完成飞机维修手册所规定的全部检查项目，就 要配备以下各式探头，包括笔式探头、 钩式探头、 平探头、 孔探头和异形探头等。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 二、材质检验 电导率的测量是利用涡流电导仪测量出非铁磁性金 属的电导率值，而电导率值与金属中所含杂质、材料 的热处理状态以及某些材料的硬度、耐腐蚀等性能有 关，所以可进行材质的分选。 材料的电导率是影响检测线圈阻抗的重要因素，因 此在涡流检测中可用来评价材料的材质和其他性能。 这种评价不会损伤零部件的加工表面，且特别适合现 场检测。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 1、材料成分及杂质含量的鉴别 金属的电导率值受纯度的影响，杂质含量增加电导 率就会降低。通过测量电导率估算材质中杂质的含量。 2、热处理状态的鉴别 相同的材料经过不同的热处理后不仅硬度不同，电 导率也不同，因而可以用测量电导率的方法来间接评 定和近的热处理状态或硬度。 3、混料分选 如果混杂材料或零部件的电导率的分布带不相重合， 就可以利用涡流法先测出混料的电导率，再与已知牌 号或状态的材料和零部件的电导率相比较，从而将混 料区分开。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 4． 涡流测厚 1覆层厚度测量 用涡流检测方法可以测量金属基体上的覆层(厚度 一般在几微米至几百微米的范围) 的厚度，利用的是 探头式线圈的提离效应。 2金属薄板厚度测量 用涡流法测量金属薄板的厚度时，检测线圈既可 按反射工作方式布置在被检测薄板的同一侧，也可 按透射方式布置在其两侧。但都是根据在测量线圈 上测得的感应电压值来推算金属薄板厚度的。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 涡流检测技术的新发展 随着工业的发展，对材料、产品检测要求的不 断提高， 并由于涡流检测自身的特点，人们逐步认 识到常规涡流检测方法的一些局限性，它对解决某 些问题显得无能为力。例如高频磁场激励的涡流， 由于极强的趋肤效应，使它对更深层缺陷和材料特 性的检测受到限制；由于对提离效应敏感，使得检 测线圈与被检试件间精确、稳定的耦合十分困难； 干扰信号同有用信号混淆在一起，无法分离、辨别； 检测易受工件形状限制等。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 涡流检测技术的新发展 针对以上这些问题，提出了很多新的基于电磁原 理的检测设想， 经过逐步发展，形成了一些相对独 立的新的检测方法，如远场涡流、电流扰动、磁光 涡流、 涡流相控阵检测技术等。它们同常规的涡流 检测方法一道组成了电磁涡流检测技术，这些技术 方法的分类并不是非常分明的，而是相互融合和交 叉的， 且各有优势。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 远场涡流检测技术简介 远场涡流（RFEC. Remote Field Eddy Current）检测技术是 一种能穿透金属管壁的低频涡流检测技术。探头通常为内插 入式，由激励线圈和检测线圈组成，检测线圈与激励线圈相 距约两倍管内径的长度，激励线圈通以低频交流电，检测线 圈能拾取发自激励线圈穿过管壁后又返回管内的涡流信号， 从而有效地检测金属管子的内、外壁缺陷和管壁的厚薄情况。 50年代末开始检测油井的套管，80年代中期，理论逐步完善， 一些先进的检测系统开发出来，并在核反应堆压力管，石油 及天然气输送管和城市煤气管道的检测中得到实际应用。目 前认为远场涡流检测是管道在役检测最有前途的技术。 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com 中国工业检验检测网 http://www.industryinspection.com