渦流檢測(cè)原理

1、2021/3/141 6 渦流檢測(cè)渦流檢測(cè) 6-1 渦流檢測(cè)基本原理渦流檢測(cè)基本原理 金屬在變動(dòng)的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)金屬在變動(dòng)的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí),金金 屬體內(nèi)會(huì)感生出旋渦狀流動(dòng)的電流屬體內(nèi)會(huì)感生出旋渦狀流動(dòng)的電流,稱為渦流。稱為渦流。 渦流檢測(cè)是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)渦流檢測(cè)是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ),它的基本原理它的基本原理 是是,當(dāng)載有交變電流的線圈靠近導(dǎo)電材料時(shí)當(dāng)載有交變電流的線圈靠近導(dǎo)電材料時(shí),由于由于 線圈磁場(chǎng)的作用線圈磁場(chǎng)的作用,材料中會(huì)感生出渦流。材料中會(huì)感生出渦流。 2021/3/142 渦流的大小、相位及流動(dòng)形式受到材料導(dǎo)電渦流的大小、相位及流動(dòng)形式受到材料導(dǎo)電 性能的影響性

2、能的影響,而渦流產(chǎn)生的反作用磁場(chǎng)又使檢測(cè)而渦流產(chǎn)生的反作用磁場(chǎng)又使檢測(cè) 線圈的阻抗發(fā)生變化。線圈的阻抗發(fā)生變化。 因此因此,通過(guò)測(cè)定檢測(cè)線圈阻抗的變化通過(guò)測(cè)定檢測(cè)線圈阻抗的變化,可以得到可以得到 被檢材料有無(wú)缺陷的結(jié)論。被檢材料有無(wú)缺陷的結(jié)論。 渦流檢測(cè)只適用于導(dǎo)電材料渦流檢測(cè)只適用于導(dǎo)電材料,同時(shí)由于渦流是同時(shí)由于渦流是 電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)產(chǎn)生的,所以在檢測(cè)時(shí)不必要求線圈與所以在檢測(cè)時(shí)不必要求線圈與 被檢材料緊密接觸被檢材料緊密接觸,從而容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。從而容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。 2021/3/143 因此因此,對(duì)管、棒、絲材的表面缺陷對(duì)管、棒、絲材的表面缺陷,渦流檢測(cè)法渦流檢測(cè)法 有

3、很高的速度和效率。有很高的速度和效率。 渦流及其反作用磁場(chǎng)對(duì)金屬材料工件的物理和渦流及其反作用磁場(chǎng)對(duì)金屬材料工件的物理和 工藝性能的多種參數(shù)有反應(yīng)工藝性能的多種參數(shù)有反應(yīng),因此是一種多用途因此是一種多用途 的檢測(cè)方法。的檢測(cè)方法。 然而然而,正是由于對(duì)多種試驗(yàn)參數(shù)有敏感反應(yīng)正是由于對(duì)多種試驗(yàn)參數(shù)有敏感反應(yīng),也也 就會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)干擾信息就會(huì)給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)干擾信息,影響檢測(cè)的正確影響檢測(cè)的正確 進(jìn)行。進(jìn)行。 2021/3/144 對(duì)渦流產(chǎn)生影響的因素有電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、對(duì)渦流產(chǎn)生影響的因素有電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、 缺陷、工件形狀與尺寸及線圈與工件之間距離等。缺陷、工件形狀與尺寸及線圈與工件之間距離等。

4、 因此因此,渦流檢測(cè)可以對(duì)材料和工件進(jìn)行電導(dǎo)率渦流檢測(cè)可以對(duì)材料和工件進(jìn)行電導(dǎo)率 測(cè)定、探傷、厚度測(cè)量以及尺寸和形狀檢查等。測(cè)定、探傷、厚度測(cè)量以及尺寸和形狀檢查等。 2021/3/145 表中列舉了渦流檢測(cè)的幾種用途表中列舉了渦流檢測(cè)的幾種用途 2021/3/146 渦流法還可對(duì)高溫狀態(tài)下的導(dǎo)電材料進(jìn)行渦渦流法還可對(duì)高溫狀態(tài)下的導(dǎo)電材料進(jìn)行渦 流檢測(cè)流檢測(cè),如熱絲、熱線、熱管、熱板等。如熱絲、熱線、熱管、熱板等。 尤其加熱到居里點(diǎn)溫度以上的鋼材尤其加熱到居里點(diǎn)溫度以上的鋼材,檢測(cè)時(shí)不檢測(cè)時(shí)不 再受磁導(dǎo)率的影響再受磁導(dǎo)率的影響,可以像非磁性金屬那樣用渦可以像非磁性金屬那樣用渦 流法進(jìn)行探傷、材

5、質(zhì)檢驗(yàn)及棒材直徑、管材壁厚、流法進(jìn)行探傷、材質(zhì)檢驗(yàn)及棒材直徑、管材壁厚、 板材厚度等測(cè)量。板材厚度等測(cè)量。 渦流檢測(cè)可以廣泛用于各種金屬材料工件和渦流檢測(cè)可以廣泛用于各種金屬材料工件和 少數(shù)非金屬材料工件。少數(shù)非金屬材料工件。 2021/3/147 與其它無(wú)損檢測(cè)方法相比與其它無(wú)損檢測(cè)方法相比,渦流檢測(cè)的主要優(yōu)、渦流檢測(cè)的主要優(yōu)、 缺點(diǎn)如下缺點(diǎn)如下: 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): A) 對(duì)導(dǎo)電材料的表面或近表面的檢測(cè)對(duì)導(dǎo)電材料的表面或近表面的檢測(cè),具有良好具有良好 的靈敏度的靈敏度 B) 適用范圍廣適用范圍廣,能對(duì)導(dǎo)電材料的缺陷和其它因素能對(duì)導(dǎo)電材料的缺陷和其它因素 的影響提供檢測(cè)的可能性的影響提供檢測(cè)的可能性

6、 C) 在一定條件下可提供裂紋深度的信息在一定條件下可提供裂紋深度的信息 2021/3/148 D) 不需要耦合劑不需要耦合劑 E) 對(duì)管、棒、線材等便于實(shí)現(xiàn)高速、高效率的對(duì)管、棒、線材等便于實(shí)現(xiàn)高速、高效率的 自動(dòng)化檢測(cè)自動(dòng)化檢測(cè) F) 適用于高溫及薄壁管、細(xì)線、內(nèi)孔表面等其適用于高溫及薄壁管、細(xì)線、內(nèi)孔表面等其 它檢測(cè)方法比較難以進(jìn)行的特殊場(chǎng)合下的檢測(cè)它檢測(cè)方法比較難以進(jìn)行的特殊場(chǎng)合下的檢測(cè) 2021/3/149 缺點(diǎn)缺點(diǎn) A) 限于導(dǎo)電材料限于導(dǎo)電材料 B) 只限于材料表面和近表面的檢測(cè)只限于材料表面和近表面的檢測(cè) C) 干擾因素多干擾因素多,需要特殊的信號(hào)處理需要特殊的信號(hào)處理 D)

7、對(duì)形狀復(fù)雜的工件進(jìn)行全面檢測(cè)時(shí)效率很低對(duì)形狀復(fù)雜的工件進(jìn)行全面檢測(cè)時(shí)效率很低 E) 檢測(cè)時(shí)難于判斷缺陷的種類和形狀檢測(cè)時(shí)難于判斷缺陷的種類和形狀 2021/3/1410 渦流既然是因?yàn)榫€圈中交變電流渦流既然是因?yàn)榫€圈中交變電流(又稱一次電又稱一次電 流流)激勵(lì)的交變磁場(chǎng)在金屬中感應(yīng)產(chǎn)生的激勵(lì)的交變磁場(chǎng)在金屬中感應(yīng)產(chǎn)生的,那么渦那么渦 流也是交變的流也是交變的,同樣會(huì)在周圍空間形成交變磁場(chǎng)同樣會(huì)在周圍空間形成交變磁場(chǎng) 并在線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。并在線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 這樣這樣,線圈造成的磁場(chǎng)不是由一次電流所產(chǎn)生線圈造成的磁場(chǎng)不是由一次電流所產(chǎn)生, 而是一次電流和渦流共同感生的合成磁場(chǎng)。而是一次電流和

8、渦流共同感生的合成磁場(chǎng)。 2021/3/1411 假定一次電流的振幅不變假定一次電流的振幅不變,線圈和金屬工件之線圈和金屬工件之 間的距離也保持固定間的距離也保持固定,那么那么,渦流和渦流磁場(chǎng)的強(qiáng)渦流和渦流磁場(chǎng)的強(qiáng) 度和分布就由金屬工件的材質(zhì)所決定。度和分布就由金屬工件的材質(zhì)所決定。 也就是說(shuō)也就是說(shuō),合成磁場(chǎng)中包含了金屬工件的電導(dǎo)合成磁場(chǎng)中包含了金屬工件的電導(dǎo) 率、磁導(dǎo)率、裂紋缺陷等信息。率、磁導(dǎo)率、裂紋缺陷等信息。 因此因此,只要從線圈中檢測(cè)出有關(guān)信息只要從線圈中檢測(cè)出有關(guān)信息,例如從電例如從電 導(dǎo)率的差別就能得到純金屬的雜質(zhì)含量、時(shí)效鋁導(dǎo)率的差別就能得到純金屬的雜質(zhì)含量、時(shí)效鋁 合金的熱

9、處理狀態(tài)等信息合金的熱處理狀態(tài)等信息,這是利用渦流方法檢這是利用渦流方法檢 測(cè)金屬或合金材質(zhì)的基本原理。測(cè)金屬或合金材質(zhì)的基本原理。 2021/3/1412 由于渦流也有趨膚效應(yīng)由于渦流也有趨膚效應(yīng),因此因此,渦流密度在金屬渦流密度在金屬 表面最大表面最大,離表面愈遠(yuǎn)衰減愈大。離表面愈遠(yuǎn)衰減愈大。 不同導(dǎo)電材料不同導(dǎo)電材料(電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率不同電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率不同)以及通過(guò)以及通過(guò) 的交變電流的頻率不同的交變電流的頻率不同,電流密度在工件橫截面電流密度在工件橫截面 上的分布也有所不同上的分布也有所不同,它是按指數(shù)規(guī)律從工件表它是按指數(shù)規(guī)律從工件表 面向工件內(nèi)部衰減的。面向工件內(nèi)部衰減的。 2021

10、/3/1413 電流密度下降到表面電流密度電流密度下降到表面電流密度37%的深度的深度,稱為稱為 透入深度透入深度()。它與激勵(lì)電流的頻率、金屬材料。它與激勵(lì)電流的頻率、金屬材料 的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率有直接關(guān)系的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率有直接關(guān)系,可表示為可表示為 式中式中 f-交流電流頻率交流電流頻率(Hz),-材料磁導(dǎo)率材料磁導(dǎo)率 (H/m),-材料電導(dǎo)率材料電導(dǎo)率m/(.mm2) 從上式可知從上式可知,頻率、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率愈大頻率、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率愈大,透入透入 深度也就愈小。深度也就愈小。 f1 2021/3/1414 幾種典型材料的透入深度如圖幾種典型材料的透入深度如圖6-1,顯示導(dǎo)電材料顯示導(dǎo)電材

11、料 的透入深度與檢測(cè)頻率的關(guān)系的透入深度與檢測(cè)頻率的關(guān)系 2021/3/1415 2021/3/1416 除了透入深度的定義外除了透入深度的定義外,它也是交流電流的相它也是交流電流的相 位差為位差為180o的深度。的深度。 工件表面的渦流密度最大工件表面的渦流密度最大,它的檢測(cè)靈敏度最它的檢測(cè)靈敏度最 高高,離工件表面愈深離工件表面愈深,渦流密度愈小渦流密度愈小,檢出靈敏度檢出靈敏度 愈低。愈低。 渦流檢測(cè)中渦流檢測(cè)中,要用許多阻抗平面圖來(lái)描述缺陷、要用許多阻抗平面圖來(lái)描述缺陷、 電導(dǎo)率電導(dǎo)率,磁導(dǎo)率和尺寸變化與線圈阻抗的關(guān)系。磁導(dǎo)率和尺寸變化與線圈阻抗的關(guān)系。 2021/3/1417 首先需

12、要了解兩個(gè)線圈相距很近而又有互感的情首先需要了解兩個(gè)線圈相距很近而又有互感的情 況況,當(dāng)線圈當(dāng)線圈2不接負(fù)載時(shí)不接負(fù)載時(shí),線圈線圈1的等效阻抗為線圈的等效阻抗為線圈1 原有的阻抗原有的阻抗Z1不變不變(Z1=R1+jL1) 2021/3/1418 而當(dāng)線圈而當(dāng)線圈2的負(fù)載短路時(shí)的負(fù)載短路時(shí),線圈線圈1的等效阻抗為的等效阻抗為 R 1+j L 1(1-k 2),即比線圈 即比線圈1的原有阻抗減小了的原有阻抗減小了 jL1k2大小大小(其中其中k為耦合系數(shù)為耦合系數(shù) 2021/3/1419 如將線圈如將線圈l的阻抗作一復(fù)數(shù)阻抗平面的阻抗作一復(fù)數(shù)阻抗平面,即以電阻即以電阻R 為橫軸為橫軸,以感抗以感

13、抗X為縱軸并以負(fù)載為縱軸并以負(fù)載Rr為參變數(shù)作出為參變數(shù)作出 的軌道曲線的軌道曲線,如圖如圖a所示所示 2021/3/1420 是一個(gè)近似半圓是一個(gè)近似半圓(右邊右邊),半圓直徑為半圓直徑為k2L1,線圈線圈1 感抗感抗X從從L1單調(diào)減少到單調(diào)減少到(1-k2)L1,而電阻而電阻R由由R1, 增加到增加到Rl+k2L1/2最大值后減小回到最大值后減小回到R1 2021/3/1421 用這樣的阻抗平面來(lái)了解線圈阻抗變化要比用用這樣的阻抗平面來(lái)了解線圈阻抗變化要比用 公式直觀得多公式直觀得多,容易理解。容易理解。 但是由于不同的線圈阻抗和不同的電流頻率有但是由于不同的線圈阻抗和不同的電流頻率有 不

14、同的半圓直徑和位置不同的半圓直徑和位置,而且有時(shí)線圈阻抗的軌而且有時(shí)線圈阻抗的軌 跡曲線不是半圓跡曲線不是半圓,因此要進(jìn)行相互比較有困難。因此要進(jìn)行相互比較有困難。 2021/3/1422 為此為此,用線圈用線圈1的視在感抗的視在感抗L1來(lái)除縱軸和橫軸的來(lái)除縱軸和橫軸的 X和和R,可以獲得歸一化阻抗曲線可以獲得歸一化阻抗曲線,如圖如圖b 2021/3/1423 這樣這樣,半圓直徑在縱軸上的位置半圓直徑在縱軸上的位置,上端為上端為(0,1),下端下端 為為(0,1-k2),直徑為直徑為k2,半圓上參變數(shù)半圓上參變數(shù)Rr,用歸一化頻用歸一化頻 率率F來(lái)表示來(lái)表示,則有則有 r RLF 2 2021

15、/3/1424 在半圓上端在半圓上端F等于零等于零,中間中間F等于等于1,下端下端F為無(wú)窮大。為無(wú)窮大。 歸一化處理后的電阻和電抗都是無(wú)因次量歸一化處理后的電阻和電抗都是無(wú)因次量,并且并且 都一定小于都一定小于l。根據(jù)這個(gè)方法得到的阻抗平面圖。根據(jù)這個(gè)方法得到的阻抗平面圖 的格式是統(tǒng)一的的格式是統(tǒng)一的,因而具有通用性。因而具有通用性。 2021/3/1425 在渦流檢測(cè)時(shí)在渦流檢測(cè)時(shí),若通以交變電流的線圈中沒(méi)有試若通以交變電流的線圈中沒(méi)有試 樣樣,則可以得到空載阻抗則可以得到空載阻抗Z0=R0+jL0,若在線圈中若在線圈中 放入試樣放入試樣,線圈阻抗將變?yōu)榫€圈阻抗將變?yōu)閆1=R1+jL1 隨著

16、材料和工件性質(zhì)的不同隨著材料和工件性質(zhì)的不同,對(duì)檢測(cè)線圈的影響對(duì)檢測(cè)線圈的影響 也不一樣也不一樣,因而因而,工件性質(zhì)的變化可以用檢測(cè)線圈工件性質(zhì)的變化可以用檢測(cè)線圈 阻抗特性的變化來(lái)描述。阻抗特性的變化來(lái)描述。 2021/3/1426 由于引起檢測(cè)線圈阻抗發(fā)生變化的直接原因是由于引起檢測(cè)線圈阻抗發(fā)生變化的直接原因是 線圈中磁場(chǎng)的變化線圈中磁場(chǎng)的變化,檢測(cè)時(shí)需要分析和計(jì)算工件檢測(cè)時(shí)需要分析和計(jì)算工件 被放入檢測(cè)線圈后磁場(chǎng)的變化被放入檢測(cè)線圈后磁場(chǎng)的變化,然后得出檢測(cè)線然后得出檢測(cè)線 圈阻抗的變化圈阻抗的變化,才能對(duì)各種因素進(jìn)行分析。才能對(duì)各種因素進(jìn)行分析。 這樣做比較復(fù)雜這樣做比較復(fù)雜,德國(guó)福斯

17、特德國(guó)福斯特(Forstcr)提出有效提出有效 磁導(dǎo)率的概念磁導(dǎo)率的概念,使渦流檢測(cè)中的阻抗分析問(wèn)題大使渦流檢測(cè)中的阻抗分析問(wèn)題大 大簡(jiǎn)化。大簡(jiǎn)化。 2021/3/1427 福斯特在分析線圈阻抗的變動(dòng)時(shí)福斯特在分析線圈阻抗的變動(dòng)時(shí),提出一個(gè)模提出一個(gè)模 型型,當(dāng)放在通有交變電流的無(wú)限長(zhǎng)圓筒形線圈中當(dāng)放在通有交變電流的無(wú)限長(zhǎng)圓筒形線圈中 的導(dǎo)電圓柱體時(shí)的導(dǎo)電圓柱體時(shí),圓柱體的整個(gè)截面上有一個(gè)恒圓柱體的整個(gè)截面上有一個(gè)恒 定磁場(chǎng)。定磁場(chǎng)。 而磁導(dǎo)率卻在截面上沿半徑方向變化而磁導(dǎo)率卻在截面上沿半徑方向變化,并使這并使這 種情況下所產(chǎn)生的磁通量等于真實(shí)情況下圓柱體種情況下所產(chǎn)生的磁通量等于真實(shí)情況下圓

18、柱體 內(nèi)的磁通量。內(nèi)的磁通量。 2021/3/1428 用事實(shí)上變化著的磁場(chǎng)強(qiáng)度和恒定不變的磁導(dǎo)率用事實(shí)上變化著的磁場(chǎng)強(qiáng)度和恒定不變的磁導(dǎo)率, 用恒定的磁場(chǎng)強(qiáng)度和變化著的磁導(dǎo)率所取代用恒定的磁場(chǎng)強(qiáng)度和變化著的磁導(dǎo)率所取代,這這 個(gè)變化的磁導(dǎo)率稱為有效磁導(dǎo)率。用符號(hào)個(gè)變化的磁導(dǎo)率稱為有效磁導(dǎo)率。用符號(hào)eff表表 示示 式中式中 k=()1/2,r圓柱體的半徑圓柱體的半徑,J0(-j)1/2kr-零階零階 貝塞爾函數(shù)貝塞爾函數(shù), J1(-j)1/2kr階貝塞爾函數(shù)。階貝塞爾函數(shù)。 k krjJ krjJ krj eff 0 1 2 2021/3/1429 引入有效磁導(dǎo)率的概念并對(duì)它進(jìn)行分析引入有效

19、磁導(dǎo)率的概念并對(duì)它進(jìn)行分析,福斯福斯 特把使貝塞爾函數(shù)變量特把使貝塞爾函數(shù)變量(-j)1/2kr的模為的模為1的頻率稱的頻率稱 為特征頻率為特征頻率(或界限頻率或界限頻率),用符號(hào)用符號(hào)fg表示表示: 對(duì)于非磁性材料對(duì)于非磁性材料=0=410-7H/m,因此因此 式中式中 -電導(dǎo)率電導(dǎo)率,d-工件直徑工件直徑(cm) 2 2 1 r f g 2 5066 d f g 2021/3/1430 因?yàn)橛行Т艑?dǎo)率因?yàn)橛行Т艑?dǎo)率eff的數(shù)值隨變量的數(shù)值隨變量(kr)的不同的不同 而變化而變化,因此因此,只要知道一個(gè)工件的特征頻率只要知道一個(gè)工件的特征頻率fg,并并 計(jì)算出檢測(cè)頻率計(jì)算出檢測(cè)頻率f與特征頻

20、率與特征頻率fg的比值的比值,就可以計(jì)就可以計(jì) 算出有效磁導(dǎo)率的數(shù)值。算出有效磁導(dǎo)率的數(shù)值。 這是因?yàn)閷?duì)于一般的檢測(cè)頻率這是因?yàn)閷?duì)于一般的檢測(cè)頻率f而言而言,貝塞爾函貝塞爾函 數(shù)的變量數(shù)的變量(kr)可以表示為可以表示為 g ffkr 2021/3/1431 可見(jiàn)有效磁導(dǎo)率的數(shù)值完全取決于頻率比的可見(jiàn)有效磁導(dǎo)率的數(shù)值完全取決于頻率比的 大小大小,而有效磁導(dǎo)率又決定了工件內(nèi)渦流和磁場(chǎng)而有效磁導(dǎo)率又決定了工件內(nèi)渦流和磁場(chǎng) 強(qiáng)度的分布。強(qiáng)度的分布。 因此因此,工件中渦流和磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布又僅僅是工件中渦流和磁場(chǎng)強(qiáng)度的分布又僅僅是 頻率比的函數(shù)。頻率比的函數(shù)。 從這種方法可以得到的結(jié)論是從這種方法可以得

21、到的結(jié)論是,對(duì)于兩個(gè)不同對(duì)于兩個(gè)不同 的工件的工件,只要各自對(duì)應(yīng)的頻率比相同只要各自對(duì)應(yīng)的頻率比相同,則有效磁導(dǎo)則有效磁導(dǎo) 率、渦流密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的幾何分布也相同率、渦流密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的幾何分布也相同,這這 就是渦流檢測(cè)的相似律就是渦流檢測(cè)的相似律,即即 2 2222 2 1111 dfdf 2021/3/1432 對(duì)于在渦流檢測(cè)中那些不能用數(shù)學(xué)計(jì)算提供對(duì)于在渦流檢測(cè)中那些不能用數(shù)學(xué)計(jì)算提供 理論分析結(jié)果理論分析結(jié)果,也不能精確地直接用實(shí)物加以實(shí)也不能精確地直接用實(shí)物加以實(shí) 測(cè)的問(wèn)題測(cè)的問(wèn)題,可以根據(jù)渦流檢測(cè)相似律通過(guò)模型試可以根據(jù)渦流檢測(cè)相似律通過(guò)模型試 驗(yàn)來(lái)推斷檢測(cè)結(jié)果。驗(yàn)來(lái)推斷檢測(cè)結(jié)果。

22、 根據(jù)相似律根據(jù)相似律,只要頻率比相同只要頻率比相同,幾何相似的不連幾何相似的不連 續(xù)性缺陷續(xù)性缺陷(例如以圓柱體直徑的百分率表示的一例如以圓柱體直徑的百分率表示的一 定深度和寬度的裂紋定深度和寬度的裂紋)將引起相同的渦流效應(yīng)和將引起相同的渦流效應(yīng)和 相同的有效磁導(dǎo)率變化。相同的有效磁導(dǎo)率變化。 2021/3/1433 可以通過(guò)帶有人工缺陷的模擬試驗(yàn)測(cè)量出有可以通過(guò)帶有人工缺陷的模擬試驗(yàn)測(cè)量出有 效磁導(dǎo)率的變化值對(duì)于裂紋的深度、寬度以及位效磁導(dǎo)率的變化值對(duì)于裂紋的深度、寬度以及位 置的依從關(guān)系置的依從關(guān)系,可以用截面放大了的可以用截面放大了的,帶有人工缺帶有人工缺 陷的模型試驗(yàn)來(lái)獲得裂紋引起線

23、圈參數(shù)變化的試陷的模型試驗(yàn)來(lái)獲得裂紋引起線圈參數(shù)變化的試 驗(yàn)數(shù)據(jù)的參考依據(jù)。驗(yàn)數(shù)據(jù)的參考依據(jù)。 2021/3/1434 在渦流檢測(cè)中在渦流檢測(cè)中,工件待測(cè)性能的信息是工件待測(cè)性能的信息是 通過(guò)檢測(cè)線圈的通過(guò)檢測(cè)線圈的阻抗變化或電壓效應(yīng)來(lái)阻抗變化或電壓效應(yīng)來(lái) 提供提供的。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律的。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,通過(guò)通過(guò) 數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)學(xué)運(yùn)算:可以推導(dǎo)出次級(jí)線圈的感應(yīng)電可以推導(dǎo)出次級(jí)線圈的感應(yīng)電 壓。壓。 2021/3/1435 在實(shí)際檢測(cè)中進(jìn)行渦流探傷時(shí)在實(shí)際檢測(cè)中進(jìn)行渦流探傷時(shí),直徑為直徑為d的圓柱的圓柱 體工件不可能完全充滿內(nèi)徑為體工件不可能完全充滿內(nèi)徑為Da的次級(jí)線圈。的次級(jí)線圈。

24、這是因?yàn)榫€圈和工件之間應(yīng)留有空隙這是因?yàn)榫€圈和工件之間應(yīng)留有空隙,以保證以保證 工件的快速通過(guò)。工件的快速通過(guò)。 因此因此,計(jì)算時(shí)次級(jí)線圈的電壓應(yīng)考慮由計(jì)算時(shí)次級(jí)線圈的電壓應(yīng)考慮由兩部分兩部分 組成組成,一部分是一部分是環(huán)形空間中磁場(chǎng)感應(yīng)環(huán)形空間中磁場(chǎng)感應(yīng)的電壓的電壓,另一另一 部分是部分是工件中磁場(chǎng)感應(yīng)的電壓工件中磁場(chǎng)感應(yīng)的電壓。 2021/3/1436 其充填系數(shù)為其充填系數(shù)為 通過(guò)計(jì)算可知通過(guò)計(jì)算可知,當(dāng)工件沒(méi)有充滿線圈時(shí)當(dāng)工件沒(méi)有充滿線圈時(shí),次級(jí)線次級(jí)線 圈的感應(yīng)電壓為圈的感應(yīng)電壓為 因此歸一化電壓為因此歸一化電壓為 2 0 D d eff EE1 0 eff EE1 0 2021/3

25、/1437 由于有效磁導(dǎo)率是復(fù)數(shù)由于有效磁導(dǎo)率是復(fù)數(shù),得到的感應(yīng)電壓也有得到的感應(yīng)電壓也有 虛部和實(shí)部?jī)蓚€(gè)分量。虛部和實(shí)部?jī)蓚€(gè)分量。 因此歸一化電壓也有虛、實(shí)兩部分因此歸一化電壓也有虛、實(shí)兩部分,分別由實(shí)分別由實(shí) 部有效磁導(dǎo)率和虛部有效磁導(dǎo)率所決定部有效磁導(dǎo)率和虛部有效磁導(dǎo)率所決定,即即 虛 實(shí) 實(shí) 虛 eff eff L RR E E L L E E 0 0 0 00 1 2021/3/1438 由于有效磁導(dǎo)率是頻率比由于有效磁導(dǎo)率是頻率比 的函數(shù)的函數(shù),只要充填系數(shù)和頻率只要充填系數(shù)和頻率 比確定比確定,根據(jù)上式就可以求出根據(jù)上式就可以求出 歸一化復(fù)數(shù)電壓歸一化復(fù)數(shù)電壓(或復(fù)數(shù)阻抗或復(fù)數(shù)阻

26、抗) 的虛部和實(shí)部的虛部和實(shí)部,如圖如圖 2021/3/1439 圖中可見(jiàn)圖中可見(jiàn),當(dāng)當(dāng)=l時(shí)時(shí),其曲線其曲線 和有效磁導(dǎo)率的曲線完全一和有效磁導(dǎo)率的曲線完全一 致致,當(dāng)當(dāng)不同時(shí)各條曲線的形不同時(shí)各條曲線的形 狀仍基本相同。狀仍基本相同。 2021/3/1440 以上討論都局限于非磁性導(dǎo)電圓柱體工件以上討論都局限于非磁性導(dǎo)電圓柱體工件,對(duì)對(duì) 于磁性材料于磁性材料,其頻率比應(yīng)用進(jìn)行修正。其頻率比應(yīng)用進(jìn)行修正。 因此因此,當(dāng)檢測(cè)線圈接近鐵磁性材料時(shí)當(dāng)檢測(cè)線圈接近鐵磁性材料時(shí),線圈阻抗線圈阻抗 的感抗部分將大大增加的感抗部分將大大增加,而在非鐵磁性材料中線而在非鐵磁性材料中線 圈阻抗的感抗部分將減小

27、。圈阻抗的感抗部分將減小。 因?yàn)闇u流是由一個(gè)可變的磁場(chǎng)感生出來(lái)的因?yàn)闇u流是由一個(gè)可變的磁場(chǎng)感生出來(lái)的,所所 以材料磁導(dǎo)率將強(qiáng)烈地影響著渦流的響應(yīng)。以材料磁導(dǎo)率將強(qiáng)烈地影響著渦流的響應(yīng)。 因此因此,用渦流法檢測(cè)磁性材料工件時(shí)用渦流法檢測(cè)磁性材料工件時(shí),應(yīng)與檢測(cè)應(yīng)與檢測(cè) 非磁性材料工件有所不同。非磁性材料工件有所不同。 2021/3/1441 特別是某些因素特別是某些因素(例如成分、硬度、殘余應(yīng)力例如成分、硬度、殘余應(yīng)力 和缺陷等和缺陷等)既會(huì)影響電導(dǎo)率既會(huì)影響電導(dǎo)率,又會(huì)影響磁導(dǎo)率又會(huì)影響磁導(dǎo)率,情況情況 就變得比較復(fù)雜。就變得比較復(fù)雜。 在低頻情況下在低頻情況下,問(wèn)題更加突出問(wèn)題更加突出,這是

28、因?yàn)榈皖l時(shí)這是因?yàn)榈皖l時(shí), 磁導(dǎo)率的改變對(duì)渦流響應(yīng)的影響通常要比電導(dǎo)率磁導(dǎo)率的改變對(duì)渦流響應(yīng)的影響通常要比電導(dǎo)率 變化的影響大得多。變化的影響大得多。 2021/3/1442 為消除鐵磁性材料磁導(dǎo)率對(duì)檢測(cè)的影響為消除鐵磁性材料磁導(dǎo)率對(duì)檢測(cè)的影響,可對(duì)可對(duì) 工件被檢測(cè)部位上施加強(qiáng)磁化場(chǎng)工件被檢測(cè)部位上施加強(qiáng)磁化場(chǎng),使材料被磁化使材料被磁化 到飽和區(qū)到飽和區(qū),此時(shí)相對(duì)磁導(dǎo)率約等于此時(shí)相對(duì)磁導(dǎo)率約等于1 一般可采用直流磁化場(chǎng)一般可采用直流磁化場(chǎng),但所需直流電源的成但所需直流電源的成 本比較高。本比較高。 為了降低配套設(shè)備的制造費(fèi)用為了降低配套設(shè)備的制造費(fèi)用,只要將材料磁只要將材料磁 化到使其增量磁導(dǎo)

29、率處于常數(shù)的區(qū)間即可化到使其增量磁導(dǎo)率處于常數(shù)的區(qū)間即可。 2021/3/1443 此時(shí)鐵磁性材料檢查區(qū)磁導(dǎo)率的變化實(shí)際已此時(shí)鐵磁性材料檢查區(qū)磁導(dǎo)率的變化實(shí)際已 不再產(chǎn)生影響不再產(chǎn)生影響,可當(dāng)作非磁性材料進(jìn)行檢測(cè)?？僧?dāng)作非磁性材料進(jìn)行檢測(cè)。 影響線圈阻抗的因素中影響線圈阻抗的因素中,磁導(dǎo)率既影響頻率比磁導(dǎo)率既影響頻率比, 又使特性函數(shù)又使特性函數(shù)(eff)值增大值增大3r倍倍,它的影響是它的影響是 雙重的雙重的,必須引起注意。必須引起注意。 在影響線圈阻抗的因素中在影響線圈阻抗的因素中,電導(dǎo)率影響特征頻電導(dǎo)率影響特征頻 率率,在阻抗圖中影響阻抗值在頻率比曲線上的位在阻抗圖中影響阻抗值在頻率比曲

30、線上的位 置。置。 2021/3/1444 當(dāng)參變量中其它條件不變時(shí)當(dāng)參變量中其它條件不變時(shí),可利用渦流檢測(cè)可利用渦流檢測(cè) 中不同導(dǎo)電材料間電導(dǎo)率的差異會(huì)引起檢測(cè)線圈中不同導(dǎo)電材料間電導(dǎo)率的差異會(huì)引起檢測(cè)線圈 阻抗發(fā)生變化的原理阻抗發(fā)生變化的原理,對(duì)對(duì)材料進(jìn)行分選材料進(jìn)行分選。 同時(shí)同時(shí),材料的某些特性材料的某些特性(特別是溫度、成分、熱特別是溫度、成分、熱 處理及所得的顯微組織、晶粒大小處理及所得的顯微組織、晶粒大小 硬度、強(qiáng)度硬度、強(qiáng)度 和殘余應(yīng)力等和殘余應(yīng)力等)也與電導(dǎo)率有著對(duì)應(yīng)關(guān)系。也與電導(dǎo)率有著對(duì)應(yīng)關(guān)系。 因此因此,也可以通過(guò)工件電導(dǎo)率變化的測(cè)定來(lái)推也可以通過(guò)工件電導(dǎo)率變化的測(cè)定來(lái)推

31、 斷材料的斷材料的某些工藝性能某些工藝性能以及來(lái)監(jiān)控成分和各種冶以及來(lái)監(jiān)控成分和各種冶 金特性。金特性。 2021/3/1445 例如由于硬度對(duì)例如由于硬度對(duì) 電導(dǎo)率有顯著影電導(dǎo)率有顯著影 響響,可利用電導(dǎo)率可利用電導(dǎo)率 測(cè)量來(lái)監(jiān)控時(shí)效測(cè)量來(lái)監(jiān)控時(shí)效 硬化鋁合金的熱硬化鋁合金的熱 處理情況處理情況,如圖所如圖所 示。示。 2021/3/1446 影響線圈阻抗的因素中影響線圈阻抗的因素中,工件幾何尺寸的變化工件幾何尺寸的變化 不但影響不但影響頻率比頻率比,而且影響而且影響充填系數(shù)充填系數(shù),其影響也是其影響也是 雙重的。雙重的。 影響線圈阻抗的因素中影響線圈阻抗的因素中,探頭或線圈與板材之探頭或線圈與板材之 間的距離為某值時(shí)間的距離為某值時(shí),線圈阻抗有一相應(yīng)值線圈阻抗有一相應(yīng)值。 當(dāng)間距有變化時(shí)當(dāng)間距有變化時(shí),線圈阻抗隨之變化線圈阻抗隨之變化,它相當(dāng)于它相當(dāng)于 穿過(guò)式線圈中充填系數(shù)的變化穿過(guò)式線圈中充填系數(shù)的變化,在渦流檢測(cè)中稱在渦流檢測(cè)中稱 為為“提離效應(yīng)提離效應(yīng)”。 2021/3/1447 在檢測(cè)電導(dǎo)率和裂紋時(shí)在檢測(cè)電導(dǎo)率和裂紋時(shí),需需減少提離效應(yīng)減少提離效應(yīng)的干的干 擾以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度和可靠性擾以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度和可靠性,而在檢測(cè)而在檢測(cè)表面表面 涂層厚度時(shí)則可利用提離效應(yīng)涂層厚度時(shí)則可利用提離效應(yīng)。 上述四個(gè)因