渦流檢測(cè)-第三章-2012

1、渦流檢測(cè)渦流檢測(cè)天津市電力科學(xué)研究院天津市電力科學(xué)研究院馬馬 崇崇E-mail:第第3章章 渦流檢測(cè)渦流檢測(cè)3.1基本原理基本原理 3.1.1電磁感應(yīng)及渦流電磁感應(yīng)及渦流 3.1.1.1電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象 3.1.1.2渦流及其集膚效應(yīng)渦流及其集膚效應(yīng)3.1.2阻抗分析法阻抗分析法 3.1.2.1線圈的阻抗和歸一化阻抗線圈的阻抗和歸一化阻抗 3.1.2.2有效磁導(dǎo)率和特征頻率有效磁導(dǎo)率和特征頻率 3.1.2.3穿過(guò)式線圈的阻抗分析穿過(guò)式線圈的阻抗分析 3.1.2.4放置式線圈的阻抗分析放置式線圈的阻抗分析 3.1.13.1.1電磁感應(yīng)及渦流電磁感應(yīng)及渦流3.1.1.13.1.1.1電磁感

2、應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指電和磁之間相互感應(yīng)的現(xiàn)象，包括電感生磁電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指電和磁之間相互感應(yīng)的現(xiàn)象，包括電感生磁和磁感生電兩種情況。和磁感生電兩種情況。在任何電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，無(wú)論是怎樣的閉合路徑，只要穿過(guò)路在任何電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，無(wú)論是怎樣的閉合路徑，只要穿過(guò)路徑圍成的面內(nèi)的磁通量有了變化，就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生；徑圍成的面內(nèi)的磁通量有了變化，就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生；任何不閉合的路徑，只要切割磁力線，也會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)任何不閉合的路徑，只要切割磁力線，也會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生。生。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可以用楞次定律來(lái)確定。閉合回路內(nèi)的感應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可以用楞次定律來(lái)確定。閉合回路內(nèi)的感

3、應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是組礙引起感生電流的磁通變化，這個(gè)電電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是組礙引起感生電流的磁通變化，這個(gè)電流的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。對(duì)于導(dǎo)線切割磁力線時(shí)的感流的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。對(duì)于導(dǎo)線切割磁力線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向還可用右手定則來(lái)確定。應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向還可用右手定則來(lái)確定。 法拉第電磁感應(yīng)定律指出，通過(guò)閉合回路所包括法拉第電磁感應(yīng)定律指出，通過(guò)閉合回路所包括的面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中將產(chǎn)生的面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中將產(chǎn)生。感生電動(dòng)勢(shì)。感生電動(dòng)勢(shì)E與閉合回路內(nèi)的磁通量變化率成與閉合回路內(nèi)的磁通量變化率成正比。正比。dtdNE式中：式中：N線圈的匝數(shù)；線圈的匝數(shù)；dtd

4、 磁通量的變化率磁通量的變化率“-”表示感生電動(dòng)勢(shì)反抗回路中的磁通的變化表示感生電動(dòng)勢(shì)反抗回路中的磁通的變化長(zhǎng)度為的長(zhǎng)導(dǎo)線在均勻的磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)長(zhǎng)度為的長(zhǎng)導(dǎo)線在均勻的磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：Ei=Blvsina式中：磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位是式中：磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位是導(dǎo)線長(zhǎng)度，單位是導(dǎo)線長(zhǎng)度，單位是導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的速度，單位是導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的速度，單位是導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)間的夾角導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)間的夾角當(dāng)回路磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)回路磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。同樣，當(dāng)回路中通過(guò)的電流發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)引起

5、回路同樣，當(dāng)回路中通過(guò)的電流發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)引起回路磁通變化，從而在回路中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。由于這種感磁通變化，從而在回路中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。由于這種感生電動(dòng)勢(shì)是自感回路電路引起的，因此稱為生電動(dòng)勢(shì)是自感回路電路引起的，因此稱為自感電動(dòng)勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì)，用用 表示。表示。LEdtdILELdtdI式中：式中：L自感系數(shù)，與線圈尺寸、幾何形狀、匝數(shù)和自感系數(shù)，與線圈尺寸、幾何形狀、匝數(shù)和線圈中的媒質(zhì)分布有關(guān)，而與通過(guò)線圈的電流無(wú)關(guān)：線圈中的媒質(zhì)分布有關(guān)，而與通過(guò)線圈的電流無(wú)關(guān)：回路中電流的變化率：回路中電流的變化率：“-”表示自感電動(dòng)勢(shì)反抗回路中電路的變化。表示自感電動(dòng)勢(shì)反抗回路中電路的變化。 當(dāng)兩個(gè)線

6、圈互相靠近時(shí)，任何一個(gè)線圈的電流當(dāng)兩個(gè)線圈互相靠近時(shí)，任何一個(gè)線圈的電流發(fā)生變化，都發(fā)生變化，都 會(huì)引起另一個(gè)線圈內(nèi)、磁通量的變化，會(huì)引起另一個(gè)線圈內(nèi)、磁通量的變化，從而在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感從而在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感 生電動(dòng)勢(shì)。這種線圈間生電動(dòng)勢(shì)。這種線圈間相互激起感生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為相互激起感生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為。 當(dāng)線圈當(dāng)線圈1、2靠近時(shí)，線圈靠近時(shí)，線圈1中電流中電流 變化在線圈變化在線圈2中激起的感生電動(dòng)勢(shì)為中激起的感生電動(dòng)勢(shì)為 ，線圈，線圈2中的電流中的電流 變化在變化在線圈線圈1中激起的感生電動(dòng)勢(shì)為中激起的感生電動(dòng)勢(shì)為 。1I21E2I12EdtdIME121dtdIME12式中：式中

7、：M互感系數(shù)，與兩線圈形狀、尺寸、匝數(shù)、互感系數(shù)，與兩線圈形狀、尺寸、匝數(shù)、周圍媒質(zhì)、材料的磁導(dǎo)率、相對(duì)位置等有關(guān)。周圍媒質(zhì)、材料的磁導(dǎo)率、相對(duì)位置等有關(guān)。 線圈線圈1中電流的變化率；中電流的變化率； 線圈線圈2中電流中電流的變化率；的變化率； 表示互感電動(dòng)勢(shì)反抗回路中電流的變化。表示互感電動(dòng)勢(shì)反抗回路中電流的變化。dtdI1dtdI2“”耦合系數(shù)耦合系數(shù)21LLMK 3.1.1.2 3.1.1.2 渦流及其集膚效應(yīng)渦流及其集膚效應(yīng)直流電通過(guò)圓柱體導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體橫截面上的直流電通過(guò)圓柱體導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體橫截面上的電流密度基本上均勻的。但當(dāng)交流電通過(guò)圓柱體導(dǎo)電流密度基本上均勻的。但當(dāng)交流電通過(guò)圓柱體導(dǎo)

8、體時(shí)，橫截面上的電流密度不在是均勻的了，而是體時(shí)，橫截面上的電流密度不在是均勻的了，而是導(dǎo)體表面電流密度大，中心電流密度小，這種電流導(dǎo)體表面電流密度大，中心電流密度小，這種電流主要集中在導(dǎo)體表面的現(xiàn)象稱為主要集中在導(dǎo)體表面的現(xiàn)象稱為。電流密度從表面至中心的電流密度從表面至中心的為為fxxeII0式中式中 I0 -無(wú)限大無(wú)限大導(dǎo)體半表面的渦流密度，導(dǎo)體半表面的渦流密度，A Ix -至表面至表面 x 深處的渦流密度，深處的渦流密度，A X- 至表面的距離至表面的距離 ，m f - 電流頻率，電流頻率，Hz -導(dǎo)體磁導(dǎo)率，導(dǎo)體磁導(dǎo)率，H/m -導(dǎo)體電導(dǎo)率，導(dǎo)體電導(dǎo)率，S/m：f1當(dāng)渦流密度衰減到其表

9、面值的當(dāng)渦流密度衰減到其表面值的1/e時(shí)的透入深度時(shí)的透入深度渦流透入導(dǎo)體的距離稱為透入深度渦流透入導(dǎo)體的距離稱為透入深度%371e對(duì)于非鐵磁性材料對(duì)于非鐵磁性材料= o 410-7 H/m f503通常定義通常定義2.6倍的標(biāo)準(zhǔn)透入深度為渦流的有效透入深度。其意義是：倍的標(biāo)準(zhǔn)透入深度為渦流的有效透入深度。其意義是：將將2.6倍的標(biāo)準(zhǔn)透入深度范圍內(nèi)倍的標(biāo)準(zhǔn)透入深度范圍內(nèi)90%的渦流視為對(duì)渦流檢測(cè)線圈產(chǎn)的渦流視為對(duì)渦流檢測(cè)線圈產(chǎn)生有效影響，其余范圍以外的生有效影響，其余范圍以外的10%的影響忽略不計(jì)。的影響忽略不計(jì)。電阻電阻R與電感與電感L串聯(lián)的電路，如下圖串聯(lián)的電路，如下圖 (a)（a)（b）

10、 （c）3.1.23.1.2阻抗分析法阻抗分析法3.1.2.13.1.2.1線圈的阻抗和歸一化阻抗線圈的阻抗和歸一化阻抗這時(shí)這時(shí)為為為為tIisin2tIRursin2LIcost2dtdiLuLIZLRIUUULR22222式中式中Z線圈的阻抗線圈的阻抗 I 通過(guò)線圈的電流通過(guò)線圈的電流 222LRZRu超超前前，因此電阻與電感，因此電阻與電感為為L(zhǎng)u的相位關(guān)系如圖的相位關(guān)系如圖(b)所示，所示，總比總比Ru與與Lu2總電壓總電壓U與與UR的的為為 RLUUtgRL線圈阻抗向量圖如圖（線圈阻抗向量圖如圖（c）所示。易知，）所示。易知，電壓三角形與阻抗三角形相似電壓三角形與阻抗三角形相似 實(shí)際

11、應(yīng)用中，用復(fù)數(shù)表示實(shí)際應(yīng)用中，用復(fù)數(shù)表示。LjRZ其其中中1jRLj線圈電阻線圈電阻電流頻率電流頻率線圈電感線圈電感虛數(shù)的單位，虛數(shù)的單位， 按按圖示圖示中的電流假定方向，可以得回路的中的電流假定方向，可以得回路的SUMjLjRII21)(11012)(22IIMjLjR解此方程組得：解此方程組得：1222222221222222221)()(ILLRMLjLRMRRUS)()(222222221222222221LLRMLjLRMRRZsSUIR1、R2線圈、工件中的電阻；線圈、工件中的電阻； M互感系數(shù)；互感系數(shù)； 線圈線圈 輸入電壓復(fù)數(shù)值；輸入電壓復(fù)數(shù)值； 線圈線圈 電電 流流 復(fù)數(shù)值復(fù)

12、數(shù)值電流頻率。電流頻率。)()(222222221222222221LLRMLjLRMRRZs折合阻抗折合阻抗視在阻抗視在阻抗222222222222XXRXXRXRXRjXRZMeMeeee11XXXRRRjXRZesessss,21LLMK 設(shè)耦合系數(shù)設(shè)耦合系數(shù)則則111LjRZ,2R（1）當(dāng)工件回路斷開(kāi)時(shí)，）當(dāng)工件回路斷開(kāi)時(shí)，得得 說(shuō)明工件回路斷開(kāi)時(shí)，檢測(cè)線圈的說(shuō)明工件回路斷開(kāi)時(shí)，檢測(cè)線圈的阻抗阻抗Z1僅取決于僅取決于 。1LR1和和)1(2111KLjRZ 說(shuō)明工件回路短路時(shí)，檢測(cè)線圈的阻抗說(shuō)明工件回路短路時(shí)，檢測(cè)線圈的阻抗Z1與與R1、 和和K有關(guān)有關(guān) 。1L（2） 當(dāng)工件回路短路時(shí)

13、，當(dāng)工件回路短路時(shí)，得得, 02R歸一化后歸一化后,阻抗曲線阻抗曲線僅僅取決僅僅取決于耦合系于耦合系數(shù)數(shù),而與原而與原邊線圈的邊線圈的電阻和激電阻和激勵(lì)頻率無(wú)勵(lì)頻率無(wú)關(guān)關(guān).歸一化處理的阻抗平面圖的特點(diǎn)歸一化處理的阻抗平面圖的特點(diǎn):1、他消除了一次線圈電阻和電感的影響，具有通用性。、他消除了一次線圈電阻和電感的影響，具有通用性。2、阻抗圖的曲線以一系列影響阻抗的因素（如電導(dǎo)率、磁導(dǎo)、阻抗圖的曲線以一系列影響阻抗的因素（如電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等）作參量。率等）作參量。3、阻抗圖定量地表示出各影響阻抗因素的效應(yīng)大小和方向，、阻抗圖定量地表示出各影響阻抗因素的效應(yīng)大小和方向，為渦流檢測(cè)時(shí)選擇檢驗(yàn)的方法和條件

14、，為減少各種效應(yīng)的干擾為渦流檢測(cè)時(shí)選擇檢驗(yàn)的方法和條件，為減少各種效應(yīng)的干擾提供了參考依據(jù)。提供了參考依據(jù)。4、對(duì)于各種類型的工件和檢測(cè)線圈，有各自對(duì)應(yīng)的阻抗圖。、對(duì)于各種類型的工件和檢測(cè)線圈，有各自對(duì)應(yīng)的阻抗圖。eef事實(shí)上渦流的磁場(chǎng)分布是不均勻的，這種不均勻事實(shí)上渦流的磁場(chǎng)分布是不均勻的，這種不均勻的磁場(chǎng)分布給理論計(jì)算帶來(lái)困難，為了處理方便的磁場(chǎng)分布給理論計(jì)算帶來(lái)困難，為了處理方便特引進(jìn)有效磁導(dǎo)率特引進(jìn)有效磁導(dǎo)率 。用一個(gè)恒定的磁場(chǎng)和變化的。用一個(gè)恒定的磁場(chǎng)和變化的磁導(dǎo)率取代事實(shí)上變化的磁場(chǎng)和恒定不變的磁導(dǎo)磁導(dǎo)率取代事實(shí)上變化的磁場(chǎng)和恒定不變的磁導(dǎo)率，這個(gè)引進(jìn)的磁導(dǎo)率就稱為率，這個(gè)引進(jìn)的磁

15、導(dǎo)率就稱為其相關(guān)圖如下圖所示其相關(guān)圖如下圖所示effeffeefr0eef0對(duì)于對(duì)于，磁導(dǎo)率為，磁導(dǎo)率為 式中式中真空磁導(dǎo)率；真空磁導(dǎo)率；相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率 ； 有效磁導(dǎo)率；有效磁導(dǎo)率；0reef對(duì)于對(duì)于，磁導(dǎo)率為，磁導(dǎo)率為 在討論有效磁導(dǎo)率的計(jì)算公式之前先做如下三個(gè)假設(shè)：在討論有效磁導(dǎo)率的計(jì)算公式之前先做如下三個(gè)假設(shè)：（1） （2） （3） 在以上假設(shè)條件下，根據(jù)磁通量的概念，可以在以上假設(shè)條件下，根據(jù)磁通量的概念，可以得出得出 圓柱體內(nèi)得圓柱體內(nèi)得為為200aHBSeefr根據(jù)理論麥克斯韋方程組可以求出圓柱體根據(jù)理論麥克斯韋方程組可以求出圓柱體內(nèi)實(shí)際的總磁通內(nèi)實(shí)際的總磁通。)()(201

16、200KaJKaJKaaHreef圓柱體半徑；圓柱體半徑； 式中式中 fjjK2a0J零階貝塞爾函數(shù)，零階貝塞爾函數(shù)， 由此導(dǎo)出由此導(dǎo)出。)()(2)(2010000KaJKaJKaHdrrHrdsBrzrasz2) !(2220) 1(2)(0nnnxnnxxJ一階貝塞爾函數(shù)一階貝塞爾函數(shù) 1J)!1( !2) 1(2)(2201nnxxxJnnnn1Ka12gfaKa令令 ，即，即 得得2021afrgmS式中式中 0真空中磁導(dǎo)率，真空中磁導(dǎo)率， 米）亨/(10470mHr相對(duì)磁導(dǎo)率，非磁性材料，相對(duì)磁導(dǎo)率，非磁性材料， r=1；試樣的電導(dǎo)率試樣的電導(dǎo)率 （）(西門(mén)子西門(mén)子/米米)； 實(shí)際

17、應(yīng)用中把函數(shù)變量的模等于實(shí)際應(yīng)用中把函數(shù)變量的模等于1的頻率稱為的頻率稱為或或，用，用fgfg表示。表示。 gfa圓柱體的半徑（圓柱體的半徑（m）；）； gf特征頻率（特征頻率（Hz）. 25066dfrgcmH /10490，上式變?yōu)樯鲜阶優(yōu)?2da 以以cm為單位時(shí)，為單位時(shí)，式中式中 d圓柱體直徑（圓柱體直徑（cm）。）。 對(duì)于非鐵磁性材料對(duì)于非鐵磁性材料對(duì)于一般的試件頻率，對(duì)于一般的試件頻率，可表示為可表示為 gffjfjaKa2以此代入計(jì)算以此代入計(jì)算的公式得的公式得 )/()/(/201gggefffjfJfjfJfjf 由上式可知，有效磁導(dǎo)率是一個(gè)含有實(shí)部和虛部得復(fù)數(shù)，它是由上式

18、可知，有效磁導(dǎo)率是一個(gè)含有實(shí)部和虛部得復(fù)數(shù)，它是變量的函數(shù)，與其他的因素?zé)o關(guān)。變量的函數(shù)，與其他的因素?zé)o關(guān)。有效磁導(dǎo)率隨著有效磁導(dǎo)率隨著f/fg的增大，虛部先增大后減小，的增大，虛部先增大后減小，實(shí)部逐漸減小。實(shí)部逐漸減小。 由前頁(yè)的磁導(dǎo)率公式可知，有效磁導(dǎo)率完全取由前頁(yè)的磁導(dǎo)率公式可知，有效磁導(dǎo)率完全取決于頻率比。而是描述試件內(nèi)渦流和磁場(chǎng)分布的物理決于頻率比。而是描述試件內(nèi)渦流和磁場(chǎng)分布的物理量。因此試件中渦流和磁場(chǎng)的分布僅是的函數(shù)。對(duì)于量。因此試件中渦流和磁場(chǎng)的分布僅是的函數(shù)。對(duì)于兩個(gè)形狀相似的不同試件，如果二者的頻率比相同，兩個(gè)形狀相似的不同試件，如果二者的頻率比相同，那么這兩個(gè)試件的有

19、效磁導(dǎo)率就相同，它們的渦流和那么這兩個(gè)試件的有效磁導(dǎo)率就相同，它們的渦流和磁場(chǎng)分布就相似。這種頻率比相同的兩試件，其渦流磁場(chǎng)分布就相似。這種頻率比相同的兩試件，其渦流和磁場(chǎng)分布相似的現(xiàn)象稱為和磁場(chǎng)分布相似的現(xiàn)象稱為。220221dafrg2222/afdfffg由此得由此得為為 2211/ggffff或或 2222221111dfdf式中式中 1f、 2f試件試件1、2的檢測(cè)頻率；的檢測(cè)頻率； 1、 2試件試件1、2的磁導(dǎo)率；的磁導(dǎo)率； 1、 2試件試件1、2的電導(dǎo)率；的電導(dǎo)率； 1d、 2d試件試件1、2的直徑。的直徑。 穿過(guò)式螺線管線圈的磁通量 )()(212200210021220021

20、0rrHrHrrHrHeffrzr單位長(zhǎng)度螺線管上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) dtdne)(2122002100rrHnjrHnjnjEeffr空載時(shí),螺線管線圈的磁通量 2200rH單位長(zhǎng)度螺線管上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) effrEE10歸一化電動(dòng)勢(shì) 為線圈的填充系數(shù)2221)()(Ddrr22000rHnjnjE含導(dǎo)電圓柱體時(shí)含導(dǎo)電圓柱體時(shí),單位長(zhǎng)度螺線管上產(chǎn)生的阻抗單位長(zhǎng)度螺線管上產(chǎn)生的阻抗 )(212200221002rrHnjrHnjIEZeffr空載時(shí)空載時(shí), 單位長(zhǎng)度線圈的阻抗單位長(zhǎng)度線圈的阻抗 InH0effrZZ10歸一化阻抗歸一化阻抗為線圈的填充系數(shù)為線圈的填充系數(shù)2221)()(Ddrr

21、歸一化阻抗歸一化阻抗LjrnjIEZ2202000感）空載時(shí)單位長(zhǎng)度上的電(2202rnLeffrEEZZ100含導(dǎo)電圓柱體螺線管的歸一阻抗和歸一電動(dòng)勢(shì)都可以表示為下含導(dǎo)電圓柱體螺線管的歸一阻抗和歸一電動(dòng)勢(shì)都可以表示為下面的特征函數(shù)面的特征函數(shù) 影響線圈阻抗的因素是材料自身的性質(zhì)和線圈與試件的電磁耦影響線圈阻抗的因素是材料自身的性質(zhì)和線圈與試件的電磁耦合狀況，主要包括：試件的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何尺寸、缺陷合狀況，主要包括：試件的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何尺寸、缺陷及試驗(yàn)頻率。及試驗(yàn)頻率。 試件電導(dǎo)率對(duì)線圈阻抗的影響如下圖所示。試件電導(dǎo)率對(duì)線圈阻抗的影響如下圖所示。 非鐵磁性材料非鐵磁性材料1）電導(dǎo)率

22、引起頻率比變）電導(dǎo)率引起頻率比變化，從而引起有效磁導(dǎo)率化，從而引起有效磁導(dǎo)率變化。變化。2）引起的變化效應(yīng)處于）引起的變化效應(yīng)處于阻抗曲線的切線方向。阻抗曲線的切線方向。3）可以利用）可以利用ET的方法進(jìn)的方法進(jìn)行材料的電導(dǎo)率測(cè)量和材行材料的電導(dǎo)率測(cè)量和材質(zhì)的分選等工作。質(zhì)的分選等工作。 +對(duì)于非鐵磁性材料，磁對(duì)于非鐵磁性材料，磁導(dǎo)率對(duì)阻抗沒(méi)有影響。導(dǎo)率對(duì)阻抗沒(méi)有影響。磁導(dǎo)率變化，一方面改變頻率比，磁導(dǎo)率變化，一方面改變頻率比，從而改變有效磁導(dǎo)率；另一方面，從而改變有效磁導(dǎo)率；另一方面，它還改變特性函數(shù)中的它還改變特性函數(shù)中的effr影響效果，在弦向曲線的方向上。影響效果，在弦向曲線的方向上。

23、用相敏技術(shù)可以鑒別電導(dǎo)率的變化用相敏技術(shù)可以鑒別電導(dǎo)率的變化和磁導(dǎo)率的變化。頻率比小于等于和磁導(dǎo)率的變化。頻率比小于等于15，具有良好的分辨率。，具有良好的分辨率。 試件半徑變化，一方面改變頻率比，試件半徑變化，一方面改變頻率比，從而改變有效磁導(dǎo)率；另一方面，從而改變有效磁導(dǎo)率；另一方面，它還填充系數(shù)的大小。它還填充系數(shù)的大小。影響效果，在弦向曲線的方向上。影響效果，在弦向曲線的方向上。用相敏技術(shù)可以鑒別電導(dǎo)率的變化用相敏技術(shù)可以鑒別電導(dǎo)率的變化和半徑的變化。頻率比大于和半徑的變化。頻率比大于4，具，具有良好的分辨率。有良好的分辨率。當(dāng)試件是非鐵磁性材料時(shí)，半徑的當(dāng)試件是非鐵磁性材料時(shí)，半徑的

24、增加引起有效磁導(dǎo)率的降低，鐵磁增加引起有效磁導(dǎo)率的降低，鐵磁性材料相反。（磁場(chǎng)增量超過(guò)渦流性材料相反。（磁場(chǎng)增量超過(guò)渦流對(duì)磁場(chǎng)的削弱量）對(duì)磁場(chǎng)的削弱量）下圖表示下圖表示 15/gff時(shí)非磁性材料圓柱體裂紋缺陷時(shí)非磁性材料圓柱體裂紋缺陷時(shí)非磁性材料圓柱體裂紋缺陷對(duì)線圈阻抗的影響。時(shí)非磁性材料圓柱體裂紋缺陷對(duì)線圈阻抗的影響。 實(shí)際渦流檢測(cè)中，頻率比實(shí)際渦流檢測(cè)中，頻率比在在5150的范圍內(nèi)具有實(shí)的范圍內(nèi)具有實(shí)際意義際意義皮下裂紋的最佳頻率比為皮下裂紋的最佳頻率比為420；表面裂紋的最佳頻率比為表面裂紋的最佳頻率比為1050；所以，裂紋的最佳頻率比所以，裂紋的最佳頻率比為為1020。鐵磁性材料裂紋產(chǎn)

25、生效應(yīng)，與直徑變化和磁導(dǎo)率變化引起的效應(yīng)不鐵磁性材料裂紋產(chǎn)生效應(yīng)，與直徑變化和磁導(dǎo)率變化引起的效應(yīng)不同，有較大的夾角，適當(dāng)?shù)倪x擇工作頻率（頻率比小于同，有較大的夾角，適當(dāng)?shù)倪x擇工作頻率（頻率比小于10），可以），可以進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)行檢測(cè)。 試驗(yàn)頻率對(duì)線圈阻抗的影響如下圖所示。試驗(yàn)頻率對(duì)線圈阻抗的影響如下圖所示。 非鐵磁性材料非鐵磁性材料頻率引起頻率比變化，從頻率引起頻率比變化，從而引起有效磁導(dǎo)率變化。而引起有效磁導(dǎo)率變化。引起的變化效應(yīng)處于阻抗引起的變化效應(yīng)處于阻抗曲線的切線方向，和電導(dǎo)曲線的切線方向，和電導(dǎo)率引起的效應(yīng)方向在阻抗率引起的效應(yīng)方向在阻抗圖上是一致的。圖上是一致的。設(shè)檢測(cè)線圈的內(nèi)徑

26、為設(shè)檢測(cè)線圈的內(nèi)徑為D，管子外徑為，管子外徑為d0、外徑為外徑為di，則對(duì)于外通，則對(duì)于外通過(guò)式線圈，填充系數(shù)為：過(guò)式線圈，填充系數(shù)為：則對(duì)于內(nèi)穿過(guò)式線圈，填充系數(shù)為：則對(duì)于內(nèi)穿過(guò)式線圈，填充系數(shù)為：20)(Dd2)(idD 在渦流檢測(cè)中，管形試件的檢測(cè)有兩種方法。一種是采用在渦流檢測(cè)中，管形試件的檢測(cè)有兩種方法。一種是采用外通過(guò)式線圈檢測(cè)試件外表面的缺陷或物性變化。另一種是外通過(guò)式線圈檢測(cè)試件外表面的缺陷或物性變化。另一種是采用內(nèi)穿過(guò)式線圈檢測(cè)試件內(nèi)表面的缺陷或物性變化。采用內(nèi)穿過(guò)式線圈檢測(cè)試件內(nèi)表面的缺陷或物性變化。 在渦流檢測(cè)中，將管材分為兩大類：薄壁管和厚壁管。薄在渦流檢測(cè)中，將管材分

27、為兩大類：薄壁管和厚壁管。薄壁管是指管子壁厚較之管徑甚小的管子。壁管是指管子壁厚較之管徑甚小的管子。試件的試件的為為 Wdfirg5066非鐵磁性薄壁管有效磁導(dǎo)率曲線非鐵磁性薄壁管有效磁導(dǎo)率曲線 式中式中 r試件相對(duì)磁導(dǎo)率；試件相對(duì)磁導(dǎo)率； 試樣的電導(dǎo)率（試樣的電導(dǎo)率（ MS/m)id試件內(nèi)徑試件內(nèi)徑(cm)(cm) W W 試件的壁厚試件的壁厚(cm)(cm) 影響阻抗的因素影響阻抗的因素: : 電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、管材外徑、管電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、管材外徑、管材內(nèi)徑、管材壁厚，材內(nèi)徑、管材壁厚， 內(nèi)外表面缺陷、管材的偏心度、內(nèi)外表面缺陷、管材的偏心度、試驗(yàn)頻率試驗(yàn)頻率 采用外通過(guò)式線圈對(duì)非鐵磁性薄壁

28、管進(jìn)行渦流檢測(cè)時(shí)，影響渦流分采用外通過(guò)式線圈對(duì)非鐵磁性薄壁管進(jìn)行渦流檢測(cè)時(shí)，影響渦流分布的最重要因素是管的壁厚。布的最重要因素是管的壁厚。 電導(dǎo)率、di不變，d0變化時(shí)的線圈阻抗平面圖線圈直徑不變，di/d0為常數(shù)時(shí)，外通過(guò)式線圈填充系數(shù)隨d0變化，內(nèi)穿過(guò)式線圈填充系數(shù)隨di變化的阻抗平面圖如果外徑不變，左圖這些曲線可用來(lái)表示電導(dǎo)率、內(nèi)徑、壁厚的變化，弦向分布的曲線表示外徑變化效應(yīng)所引起的阻抗改變方向的效果。如果內(nèi)徑不變，外徑的變化引起兩種效應(yīng)，一是外徑效應(yīng)的效果，如左圖的弦向方向，另一是帶來(lái)的壁厚改變所引起的效果，是頻率比改變，阻抗值到新頻率比的位置（如左圖）+外壁裂紋引起的阻抗變化效果與內(nèi)

29、徑不變，外徑改變所引起的效果相同(右圖)+內(nèi)壁裂紋引起的阻抗變化效果與外徑不變，內(nèi)徑改變所引起的效果相同(左圖)渦流檢測(cè)中，有效磁導(dǎo)率曲線虛部分量達(dá)到最大值點(diǎn)，為最高靈敏度點(diǎn)。一般在檢測(cè)薄壁管中的裂紋和測(cè)量管子的合金成分或壁厚時(shí)，試驗(yàn)頻率區(qū)頻率比為0.4-2.4對(duì)應(yīng)的頻率段。試件的試件的為為 25066irgdf=1，外徑為常數(shù)，厚壁管特性，外徑為常數(shù)，厚壁管特性變化對(duì)變化對(duì)非鐵磁性穿過(guò)式線圈的阻非鐵磁性穿過(guò)式線圈的阻抗變化的影響抗變化的影響 式中式中 r試件相對(duì)磁導(dǎo)率；試件相對(duì)磁導(dǎo)率； 試樣的電導(dǎo)率（試樣的電導(dǎo)率（ MS/m)id試件內(nèi)徑試件內(nèi)徑(cm)(cm) 直徑效應(yīng)和電導(dǎo)率效應(yīng)之間有較

30、大的夾角。直徑效應(yīng)和電導(dǎo)率效應(yīng)之間有較大的夾角。管件內(nèi)外壁裂紋的阻抗曲線間有相移，隨管件內(nèi)外壁裂紋的阻抗曲線間有相移，隨著著f/fgf/fg、W/r0(r0W/r0(r0為管的外半徑）的增加為管的外半徑）的增加而增加，同時(shí)，那些既不在內(nèi)壁也不在外而增加，同時(shí)，那些既不在內(nèi)壁也不在外壁表面下的裂紋影響略小于同樣深度的表壁表面下的裂紋影響略小于同樣深度的表面裂紋的影響。面裂紋的影響。非鐵磁性厚壁管內(nèi)穿過(guò)式線圈的非鐵磁性厚壁管內(nèi)穿過(guò)式線圈的阻抗平面圖阻抗平面圖 當(dāng)管的內(nèi)徑保持不變，當(dāng)管的內(nèi)徑保持不變，而管材的電導(dǎo)率或試驗(yàn)而管材的電導(dǎo)率或試驗(yàn)頻率改變時(shí)，線圈阻抗頻率改變時(shí)，線圈阻抗沿沿f/fgf/fg

31、曲線移動(dòng)，與內(nèi)曲線移動(dòng)，與內(nèi)徑變化時(shí)阻抗曲線的移徑變化時(shí)阻抗曲線的移動(dòng)，兩者之間具有較大動(dòng)，兩者之間具有較大的夾角，容易分離，因的夾角，容易分離，因此，利用內(nèi)穿過(guò)式線圈此，利用內(nèi)穿過(guò)式線圈對(duì)管件內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)管件內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)腐蝕效應(yīng)有良好的檢對(duì)腐蝕效應(yīng)有良好的檢測(cè)結(jié)果。測(cè)結(jié)果。根據(jù)用處、結(jié)構(gòu)、形狀不同，有各自的名稱：筆式探頭、根據(jù)用處、結(jié)構(gòu)、形狀不同，有各自的名稱：筆式探頭、鉤式探頭、平探頭和孔探頭。鉤式探頭、平探頭和孔探頭。實(shí)際的實(shí)際的ET中，影響因素：中，影響因素：提離、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、頻率、提離、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、頻率、缺陷、工件厚度、線圈的直徑缺陷、工件厚度、線圈的直徑。1、提離效

32、應(yīng)的影響、提離效應(yīng)的影響 提離效應(yīng)是指應(yīng)用點(diǎn)式線圈時(shí)提離效應(yīng)是指應(yīng)用點(diǎn)式線圈時(shí),線圈與工件之間的距離線圈與工件之間的距離變化會(huì)引起檢測(cè)線圈阻抗的變化。變化會(huì)引起檢測(cè)線圈阻抗的變化。原因：由于線圈和工件之間距離的變化會(huì)使到達(dá)工件的磁原因：由于線圈和工件之間距離的變化會(huì)使到達(dá)工件的磁力線發(fā)生變化，改變了工件中的磁通，從而影響到線圈的力線發(fā)生變化，改變了工件中的磁通，從而影響到線圈的阻抗。阻抗。2、邊緣效應(yīng)的影響、邊緣效應(yīng)的影響 ET時(shí)，提離效應(yīng)影響很大，多用適當(dāng)?shù)碾妼W(xué)方法予以時(shí)，提離效應(yīng)影響很大，多用適當(dāng)?shù)碾妼W(xué)方法予以抑制；但也可以利用它，利用提離效應(yīng)可以測(cè)量金屬表面抑制；但也可以利用它，利用提離

33、效應(yīng)可以測(cè)量金屬表面涂層或絕緣覆蓋層的厚度。涂層或絕緣覆蓋層的厚度。 當(dāng)線圈移近工件的邊緣時(shí)，渦流流動(dòng)的路徑發(fā)生畸變，當(dāng)線圈移近工件的邊緣時(shí)，渦流流動(dòng)的路徑發(fā)生畸變，會(huì)產(chǎn)生會(huì)產(chǎn)生“邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)”干擾信號(hào)。干擾信號(hào)。干擾信號(hào)一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)所要檢測(cè)的信號(hào)，在實(shí)際干擾信號(hào)一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)所要檢測(cè)的信號(hào)，在實(shí)際ET中，利中，利用一些電的或機(jī)械的方法來(lái)消除邊緣效應(yīng)的干擾用一些電的或機(jī)械的方法來(lái)消除邊緣效應(yīng)的干擾3、工件電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率的影響、工件電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率的影響1 1）隨著電阻率的增加，阻抗值沿著阻）隨著電阻率的增加，阻抗值沿著阻抗曲線向上移動(dòng)?？骨€向上移動(dòng)。2 2）對(duì)非鐵磁性材料，相對(duì)磁導(dǎo)率為）對(duì)非

34、鐵磁性材料，相對(duì)磁導(dǎo)率為1 1，不影響阻抗。不影響阻抗。3 3）對(duì)鐵磁性性材料，相對(duì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)）對(duì)鐵磁性性材料，相對(duì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大于1 1，對(duì)阻抗影響顯著。，對(duì)阻抗影響顯著。對(duì)高磁導(dǎo)率的鐵磁性材料檢測(cè)時(shí)，由于對(duì)高磁導(dǎo)率的鐵磁性材料檢測(cè)時(shí)，由于磁導(dǎo)率不是一個(gè)常數(shù)，微小的磁導(dǎo)率都磁導(dǎo)率不是一個(gè)常數(shù)，微小的磁導(dǎo)率都會(huì)引起很大的本底噪聲。會(huì)引起很大的本底噪聲。消除方法：用直流磁化將被檢工件磁化消除方法：用直流磁化將被檢工件磁化到飽和，是磁導(dǎo)率變小，達(dá)到某一常數(shù)。到飽和，是磁導(dǎo)率變小，達(dá)到某一常數(shù)。4、試驗(yàn)頻率的影響、試驗(yàn)頻率的影響頻率和電導(dǎo)率在阻抗圖上的效頻率和電導(dǎo)率在阻抗圖上的效應(yīng)是一致的。應(yīng)是一致的。阻抗圖是以阻抗圖是以f/fg為參數(shù)描繪出來(lái)為參數(shù)描繪出來(lái)的，的，f/fg一般取一般取1040。若若f/fg過(guò)小，則電導(dǎo)率變化方向過(guò)小，則電導(dǎo)率變化方向與直徑變化方向的夾角很小，與直徑變化方向的夾角很小，用相位分離法難以分離，但也用相位分離法難以分離，但也不宜過(guò)大。不宜過(guò)大。頻率增大時(shí)，由于集膚效應(yīng)，頻率增大時(shí)，由于集膚效應(yīng)，渦流會(huì)局限于表面薄層流動(dòng)；渦流會(huì)局限于表面薄層流動(dòng)；頻率降低時(shí)，深入深度增大，頻率降低時(shí)，深入深度增大，阻抗值沿曲線向上移動(dòng)。阻抗值沿曲線向上移動(dòng)。5、工件厚度的影