渦流檢測基礎(chǔ)1(五)

1、第3章 渦流檢測基礎(chǔ)3.1 渦流檢測概述3.2 渦流檢測的物理基礎(chǔ)3.2.1 電磁感應(yīng)（略）3.2.2 渦流3.2.3 趨膚效應(yīng)13.1 渦流檢測概述1、定義渦流檢測就是利用電磁感應(yīng)原理，使導(dǎo)電的試件（導(dǎo)體）在交變磁場作用下產(chǎn)生渦電流（簡稱渦流），通過測量渦流的變化量，來進(jìn)行試件的探傷、材質(zhì)的檢驗(yàn)和形狀尺寸的測試等。23.1 渦流檢測概述2、渦流的產(chǎn)生如圖1所示，使線圈1與線圈2相靠近，把線圈1接在交流電源上，通以交流電，在線圈2上就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生交流電。這是由于線圈1通過交流電時(shí)，能產(chǎn)生隨時(shí)間而變化的磁力線，這些磁力線穿過線圈2，使它感應(yīng)產(chǎn)生交流電。如果使用金屬板代替線圈2，同樣也可以使金屬板導(dǎo)

2、體產(chǎn)生交流電，如圖2所示。圖1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 圖2 渦流的產(chǎn)生33.1 渦流檢測概述 3、主要特點(diǎn)對(duì)導(dǎo)電材料表面或者近表面缺陷檢測靈敏度較高；應(yīng)用范圍廣，對(duì)影響感生電流的各種物理和工藝因素均可檢測；一定條件下，能反應(yīng)有關(guān)裂紋深度的信息；不需要耦合劑，易實(shí)現(xiàn)棒材、管材、線材高速、高效的自動(dòng)化檢測；可以在高溫、薄壁管、細(xì)線、零件內(nèi)孔表面等其他檢測方法較難實(shí)現(xiàn)的場合；對(duì)復(fù)雜的零件進(jìn)行全面檢測時(shí)，效率相對(duì)較低；工業(yè)探傷中，難以區(qū)分缺陷的種類和形狀。43.2.1 電磁感應(yīng)1.電磁感應(yīng)定律(楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律)2.自感和互感3.渦流檢測中的電磁感應(yīng)53.2.2 渦流渦電流；渦流如圖所示，假如把一

3、塊金屬導(dǎo)體放在變化著的磁場之中，由于金屬導(dǎo)體將會(huì)不斷地切割磁力線，從而在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。同時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)形成一個(gè)自成閉合回路的，其形狀很像水中旋渦的電流。這個(gè)電流就叫做渦流或渦電流。1缺陷；2線圈；3渦流63.2.3 趨膚效應(yīng)和滲透深度趨膚效應(yīng)：渦流集中在導(dǎo)體表面的現(xiàn)象影響因素：電流的頻率；電導(dǎo)率；磁導(dǎo)率滲透深度：渦流密度或磁場強(qiáng)度衰減至表面數(shù)值1/e（37）時(shí)的深度。 =1/(f )1/2；f (Hz)， （磁導(dǎo)率H/m）， （電導(dǎo)率1/（m）73.2.3 趨膚效應(yīng)和滲透深度代入0=4*10-7 H/m，得 =503/(fr)1/2 (m)工程單位： (1/cm) , (mm)，系數(shù)

4、50.3適用條件：大平面導(dǎo)體滲透深度與激勵(lì)頻率的關(guān)系：如下圖所示頻率/Hz滲透深度/in83.3 渦流阻抗分析法 阻抗分析法是以分析渦流效應(yīng)引起線圈阻抗的變化及其相位變化之間的密切關(guān)系為基礎(chǔ)，從而鑒別各影響因素效應(yīng)的一種分析方法3.3.1 線圈的阻抗3.3.2 有效磁導(dǎo)率和特征頻率3.3.3 渦流檢測相似律3.3.4 復(fù)阻抗平面圖3.3.5 穿過式線圈的阻抗分析93.3.1 線圈的阻抗線圈自身的阻抗(R1+jL1)，等效電路耦合線圈，等效電路反射阻抗：副邊對(duì)原邊的作用視在阻抗(R+jX)：自身阻抗+反射阻抗阻抗圖：橫軸視在電阻；縱軸視在電抗10檢測線圈的阻抗圖11阻抗歸一化：橫坐標(biāo)(R-R1)

5、/L1；縱坐標(biāo)X/L1(歸一化)阻抗圖：半圓；線圈自身阻抗 (0,1)應(yīng)用條件：厚度小的導(dǎo)體（相當(dāng)于滲透深度，可用渦流環(huán)等效）123.3.2 有效磁導(dǎo)率和特征頻率有效磁導(dǎo)率在半徑為r、磁導(dǎo)率為、電導(dǎo)率為的長直圓柱導(dǎo)體上， 緊貼密繞一螺線管線圈。在螺線管中通以交變電流，則圓柱導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生一交變磁場，由于趨膚效應(yīng)，磁場在圓柱導(dǎo)體的橫截面上的分布是不均勻的。于是人們提出了一個(gè)假想模型：圓柱導(dǎo)體的整個(gè)截面上有一個(gè)恒定不變的均勻磁場，而磁導(dǎo)率卻在截面上沿徑向變化，它所產(chǎn)生的磁通等于圓柱導(dǎo)體內(nèi)真實(shí)的物理場所產(chǎn)生的磁通。13這樣，就用一個(gè)恒定的磁場和變化著的磁導(dǎo)率替代了實(shí)際上變化著的磁場和恒定的磁導(dǎo)率，這個(gè)

6、變化著的磁導(dǎo)率便稱為有效磁導(dǎo)率，用eff表示，同時(shí)推導(dǎo)出它的表達(dá)式為 其中， 。14有效磁導(dǎo)率有效磁導(dǎo)率eff：由導(dǎo)體電磁特性引起的、由ka決定的無量綱變量，是一個(gè)復(fù)數(shù)，其模小于1。可以計(jì)算出eff關(guān)于 ka 或 f/fg 的數(shù)據(jù)表（表3-2），便于使用。15特征頻率ka ()1/2a，包括電磁特性、幾何尺寸、激勵(lì)頻率定義：使ka 1的頻率為特征頻率fg由a21 得 fg=1/(2a2) 特征頻率：由試件電磁特性和尺寸決定的、具有頻率單位的物理量，可以認(rèn)為是試件參數(shù)(a)如何關(guān)聯(lián)儀器參數(shù)( f ) ？16頻率比 f/fg =2fa2 = (ka)2有效磁導(dǎo)率是ka的函數(shù)，也是f/fg的函數(shù)，圖3-19應(yīng)用：根據(jù)試件特性計(jì)算特征頻率，查技術(shù)資料選取最佳頻率比，由此計(jì)算激勵(lì)頻率激勵(lì)頻率是渦流檢測最重要的儀器參數(shù)17特征頻率計(jì)算183.3.3 渦流試驗(yàn)相似律圓柱導(dǎo)體內(nèi)的H（場強(qiáng)）和J（渦流密度）取決于eff，而eff完全由 ka 或 f/fg 決定對(duì)于兩個(gè)不同的圓柱體，只要f/fg相同，則H和J分布形狀相似,eff相同 渦流試驗(yàn)相似律渦流試驗(yàn)相似率是模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)相似條件： f111d12 f222d2219習(xí)題3.2321. 對(duì)于滲透深度的計(jì)算公式，若采用工程單位： (1/*cm) , (mm)，公式中的常數(shù)為